大地电阻率.docx

大地电阻率 接地电阻就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地电阻。(一) 影响大地土壤电阻率的因素 影响土壤电阻率的主要因素土壤电阻率不是一个恒定的值，影响土壤电阻率的因素很多，主要有以下几个方面的影响：（1）土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量的影响土壤电阻率的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量，它是土壤中所含导电离子浓度A的倒数A分之一 和单位体积土壤含水量B的倒数B分之一 的函数。也就是说，土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，就越小；反之就越大。如沙河中，河底的较大，就是因为河底由于流水的冲刷，导电离子浓度较小所致。土壤越湿，含水量越多，导电性能就越好，就越小；反之就越大。这就是接地体的接地电阻随土壤干湿变化的原因。图1为含水量对砂和砂质粘土的土壤电阻率的影响曲线2 3，图中土壤电阻率的单位为m，含水量的单位为%。由图1可以看到，当含水量达到表1 不同土质的土壤电阻率（2）土质的影响不同土质的土壤电阻率不同，甚至相差几千到几万倍。（3）温度的影响温度对土壤电阻率的影响也较大。一般来说，土壤电阻率随温度的升高而下降。当含沙粘土中的水分从水到冰变化时，在0C 时出现一个突然上升；当温度再下降时， 出现明显的增大；而温度从0C上升时，仅平稳下降。（4）土壤的致密性的影响土壤的致密与否对土壤电阻率也有一定的影响。试验表明，当粘土的含水量为10%，温度不变，单位压力由1961Pa增大10倍到19610Pa时，可下降到原来的65%。因此，为了减少接地电极的流散电阻，必须将接地体四周的回填土夯实，使接地极与土壤紧密接触，从而达到减小土壤电阻率的效果。（5）季节因素的影响季节的变化也将引起土壤电阻率的变化。季节不同，土壤的含水量和温度也就不同，影响土壤电阻率最明显的因素就是降雨和冰冻4 5。在雨季，由于雨水的渗入，地表层土壤的降低，低于深层土壤；在冬季，由于土壤的冰冻作用，地表层土壤的升高，高于深层土壤。这样，使土壤由原来的均匀结构变成了分层的不均匀结构，引起的变化。多年冻土的极高，可达没有冻土时的几十倍。在我国东北地区，冬季冻土的厚度可达1.6m。 (二)降低接地电阻的方法 为了达到降低接地网接地电阻之目的，首先需要从理论上研究降低接地电阻的方法。由公式R=/C可以看出，降低接地电阻有以下两种途径，一是增大接地体几何尺寸，以增大接地体的电容C；二是改善地质电学性质，减小地的电阻率 和介电系数。下面分别讨论降低接地电阻的一些方法。 （1）增大接地网面积由上面接地电阻的物理概念，依据式（2.10），大地电阻率和介电系数不容易改变，而接地电阻R与接地网电容C成反比：从理论上分析，接地网电容C主要由它的面积尺寸决定，与面积成正比，所以接地网面积与接地电阻成反比。减小接地网接地电阻，增大接地网面积是可行途径。一个有多根水平接地体组成的接地网可以近似地看成一块孤立的平板，借用平 板接地体接地电阻计算公式2.11，当平板面积增大一倍时，接地电阻减小29.3%。（2）增加垂直接地体依据电容概念，增加垂直接地体可以增大接地网电容。当增加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸可比拟时，接地网由原来的近似于平板接地体趋近于一个半球接地体，电容会有较大增加，接地电阻会有较大减小。由埋深为零半径为的圆盘和半径为的半球电容之比rr可得，接地电阻减小。但是对于大型接地网，其电容主要是由它的面积尺寸决定，附加于接地网上有限长度（）的垂直接地体，不足以改变决定电容大小的几何尺寸，因而电容增加不大，亦接地电阻减小不多。所以大型接地网不应加以增加垂直接地体作为减小接地电阻的主要方法，垂直接地体仅作为加强集中接地散泄雷电流之用。 （3）人工改善地电阻率在高电阻率地区采用人工改善地电阻率的方法，对减小接地电阻具有一定效果。例如，对于一个半径为的半圆球接地体而言，其接地电阻的50%集中在自接地体表面至距球心2的半圆球内，如果将至2间的土壤电阻率降低，可使接地电阻大大减小。设原地电阻率为2，将至2范围内的电阻率为2的土壤用低电阻率的材料1置换，则半圆球接地体的接地电阻为：X=(1+2)/4r置换前的接地电阻RX为：RX=2/2rR与RX之比为：R/RX=(1+2)/22当12，上式改写为：R=RX/2=2/4r ()故接地电阻减小的百分数为%。另外由式可以看出，用低电阻率的材料置换半球附近高电阻率的土壤，相当于将半球接地体的半径由增大到，由于接地体几何尺寸的增加，而使接地电阻减小。（3）深埋接地体在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。地的电阻率随深度而减小的规律，往往在达到一定深度后，地电阻率会突然减小很多。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。对于地电阻率随地层深度的增加而减小不大的地方，由于地电阻率变化不大，增加接地网的埋深只是增大接地网的电容。利用电容的概念，电容具有储藏电场能量的本领，它所储藏的能量，不是储藏在极板上，而是储藏在整个介电质中，即整个电厂中：介电质中的能量密度，既与介电系数有关，又与电场的分布有关，因此，比起接地网的几何尺寸小得多的有限埋深，所增加的储藏能量的介质空间极为有限；在有限空间中的能量密度又小，储藏的总能量也就增加不多，即电容增加不大，所以对减小接地电阻作用不大，不宜采用深埋接地体的方法减小接地电阻。深埋接地体和敷设水下接地网可以大大降低直流电阻，但对降低交流电阻作用不大，故国军标不推荐使用该法。但结合基地航天测试实际情况，主要是低频信号，此法简单，效果明显，可以使用。（4）敷设水下接地网在有适宜水源的地方敷设水下接地网，由于水的电阻率比地电阻率小的多，可以取得比较明显的减小接地电阻的效果。而且敷设水下接地网施工比较简便，接地电阻比较稳定，运行可靠，但应注意水下接地网距接地对象的距离一般不大于。（5）利用自然接地体充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结购物，以及上下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻的有效措施，而且还可以起引流、分流、均压作用，并使专门敷设的接地带的连接作用得到加强。(二) 测量方法举例_大地电磁测深法 大地电磁测深(MT)的原理 由于太阳风引起电离层的扰动，产生向地球辐射的电磁波。由于不同频率的电 磁波在地下传播时具有不同的趋肤深度，不同频率的地面波阻抗反映了不同深度范围内的介质电阻率。通过观测地面上不同频率的波阻抗或视电阻率，可以得到一个 观测点上的视电阻率(或相位)一频率曲线。由视电阻率一频率曲线可以通过一定 的反演方法获取地下不同厚度范围内的电阻率分布。 大地电磁测深方法采用的频率范围是320HZ-O0005HZ，具有勘探深度大的特 点。根据电磁理论，在地面测量两个正交的电场(E)和磁场饵)，电磁波的趋肤深度可 表示为：lt6式中，视电 阻率的表达式为： 广泛应用于矿产勘探的大地电磁法(MT法)为测量接地极深层大地电阻率提供 了方便。该方法是建立在大地电磁感应原理基础上的电磁测量方法，场源是天然的 交变电磁场。MT法工作时，在同一点和同一时刻连续记录电场的两个相互垂直的 水平分量Ex和Ey以及磁场三个相互垂直的分量H。、Hy和H：，通过计算处理得到 该点的波阻抗z。当大地电磁呈各向同性和水平层状分布时，阻抗Z=EH，经变换 后求得地壳阻抗与周期T的变化关系(视在电阻率曲线) 大地电磁测深法在接地极设计中的应用 大地电磁测深在国内石油、天然气普查勘探，在深部地质结构探测，在地热和地下水资源调查，在地震预测、预报和地质灾害防治等应用领域的地位得到进一步 的肯定；而在海洋资源探测领域的应用，在固体矿产资源勘察的应用，在石油、天 然气详细勘探中的作用，已表露出可喜的前景。f18J91 过去，交流接地网和高压直流输电接地极的土壤电阻率测量通常采用电测法。 随着高压直流输电工程的发展，特别是我国规划的特高压直流输电工程建设，其入 地电流达到4000安培，接地极半径也达到500多米。在接地极或邻近接地极附近 的大地表面，电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数，而接地极的电阻却主要是深 层土壤电阻率的函数，在接地装置的尺寸非常大时更是如此。显然为了获得精确的 数据，电测法已经不能满足工程的需要。电磁测深法，尤其是大地电磁测深法已经 用于土壤电阻率的测量。大地电磁测