土壤電阻率在建筑物防雷的應用

裴蘇華 伍玉珊 裴蘇清

【摘要】隨著當今世界的飛速發(fā)展，各處的高樓大廈拔地而起，城市人口的增長速度也飛快，所以建筑物的防雷對于保障建筑的安全與人員的安全顯得十分重要。對于現(xiàn)代化的建設，要討論建筑物防雷，就首先要想到的是建立在地面上的建筑物的位置分布狀況、建筑物類型以及土壤的電阻率在建筑物防雷設計中的應用。

【關鍵詞】土壤電阻率；建筑物；防雷；接地系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，建筑物防雷工作的發(fā)展也取得了很大進步，但是在不同地區(qū)，還存在某些問題有待解決。要想完全避免，還需要我們做進一步的研究，本文就土壤電阻率基本概念、影響因素、以及在建筑物防雷中的應用進行了詳細的論述，另外在接地系統(tǒng)中的應用，并對接地系統(tǒng)的施工進行了簡單介紹。

一、探究影響土壤電阻率的因素

（一）導電離子在土壤中的濃度

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，影響土壤電阻大小的因素包括有土壤中導電離子的濃度和含水量的大小。土壤的濕度越大，其導電離子的濃度就會越高；土壤的含水量越多，導電性能也就隨之越強，密度也就越?。环粗?，密度也就越大。這也就是導致接地體的接地電阻與土壤干濕關系所在。如圖1所示，在含水量處于15%～20%以上時，其密度幾乎保持不變。（其中土壤電阻率的單位為Ω·m，含水量的單位為%。）

圖1 含水量對砂和砂質(zhì)粘土的土壤電阻率的影響曲線

（二）溫度與濕度的影響

1.溫度也很大程度影響著土壤電阻率。一般來講，溫度升高，土壤電阻率就會呈現(xiàn)下降趨勢。

2.降水和冰凍氣候條件下土壤電阻率明顯呈現(xiàn)不同的變化。當出現(xiàn)降水的時候，雨水進入土壤，地表層土壤的ρ降低，低于深層土壤；冬季天氣比較寒冷，由于土壤的冰凍作用，地表層土壤的ρ升高，高于深層土壤。由此，土壤表層的結(jié)構(gòu)更容易在雨水或者冰凍作用下與土壤深層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)。

二、土壤電阻率的基本概念

（一）對土壤電阻率的認識

土壤電阻率在接地工程中非常常見，是常用的參數(shù)之一，它是指單位長度內(nèi)土壤的平均電阻值，其單位為Ω·m。在接地體電阻中，極易因為土壤電阻率受到影響，在其實際運用過程中，必須要提前對其進行實際測量，以便更加合理的設計接地裝置，從而確保實測電阻率可以直接用作接地電阻的計算值。除此之外，土壤電阻值還會影響到接地裝置中接地電阻值的大小，而這里所說的接地電阻是指電流經(jīng)過接地體之后進入到大地并逐漸向周圍擴散所遇到的電阻，由于大地本身存在一定大小的電阻率，當電流直接流過時，大地就會處于不同的電位當中。接地電阻也極易受到接地裝置中結(jié)構(gòu)、尺寸及其埋入地下部分的深度與土壤電阻值的影響，這是由于土壤自身的電阻率遠遠大于金屬接地體的電阻率，所以在接地體本身可以不考慮金屬接地體的電阻。

（二）土壤電阻率的測試方法

目前，我國使用的測量土壤電阻率的方法有4中，分別是：線圈法、自感法、地質(zhì)判讀法、四電極測深法。由于四極測深法本身能夠滿足工程的計算要求，在通過對其進行實踐檢驗與確保其精確度的時候精確度較高，所以四極電測深法的使用最為頻繁。而且四電極測深法所需儀表設備少，價格便宜，操作簡單，在工程設計中的常為人們所用。但是，在四極測深法的使用過程中，仍然要注意以下幾點：

1.接地體在埋入地下的深度一般以5m為準，但是相對于基礎較深的大樓，在其基礎作為接地體的一部分的時候可以將其深度增加到10m；

2.地下埋設的金屬物對測量的干擾程度非常大，因此，事先要了解清楚金屬物的位置，然后使接地棒的排列方向與其地下埋設的金屬物呈現(xiàn)垂直狀態(tài)；

3.四根極棒布設在一條直線上，極棒的間距均為埋設深度；

4.在進行接線處理時，要先斷開儀表上的P2、C2接線端子間的短路片；

5.不能隨意顛倒極棒與接線端子的連接順序；

6.各極棒的打入地下深度不應超過極棒間距的1/20。

三、土壤電阻率運用于建筑物防雷設計

（一）接地的概念

國外專家對“接地”有這樣的理解，電氣回路或設備與大地，或與代替大地的導體之間的導電的連接，可以是有意的連接，也可以是無意的連接。通過這個釋義，可以看出毫無疑問術語“地”是關鍵字，而接地的主要目的就是保證電氣安全。另外保持電源通路方面接地是很重要的，面臨建筑物的配電系統(tǒng)，我們可以適當?shù)倪x擇在靠近電源進線處打一接地棒來接地。

將回路導線與地連接或?qū)⒃O備接地可起到如下作用：首先需要避免工作人被雷擊中

可以采取提供設備與近處金屬物體間的低阻抗連接；接著需要防產(chǎn)生電火花或電弧，可以給靜電電荷提供對地泄放通路；給雷電感應電流提供低阻抗的對地泄放通路；給接地故障電流提供返回電源的低阻抗通路，使熔斷器或斷路器得以動作。

（二）進行實地勘察測試

影響土壤電阻率的因素非常多，如土壤類型、溫度、濕度、緊密度等等，除此之外，還需要注意的一點是，土壤電阻率隨深度與橫向變化要大得多。因為存在更多的環(huán)境因素，所以我們在進行建筑物的防雷設計之前，必須到現(xiàn)場進行土壤電阻率的勘察和測試，了解土壤真實電阻率分層情況。在進行土壤電阻率測量之前，先了解土壤的地質(zhì)構(gòu)造，有過大體的了解，再對數(shù)據(jù)進行分析設計并對測試數(shù)據(jù)進行相關的校正。

（三）建筑物防雷設計

對于建筑物避雷的有效因素，我們首先想到的就是避雷裝置，所以缺少了運行良好的避雷裝置，建筑物防雷也就是夸夸其談了。在全世界用的比較多的就是共用接地連接和等電位連接，這也是國內(nèi)外工程界和防雷理論里普遍受到關注的方法。

共用接地連接：主要是指在同一建筑內(nèi)，對性質(zhì)不同的接地裝置進行連接，如電氣安全接地、交流電源工作地、通信及計算機直流，結(jié)合起來并成為一個等電位體。接著電位連接，把建筑物內(nèi)及周邊的所有金屬物，如自來水管、水泥中的鋼筋、煤氣管及其它金屬管道等用電氣連接的方法連接起來（焊接或者可靠的電氣連接），把整座建筑物變成一個運行良好的等電位體。通過這些方式可以使建筑物內(nèi)部設備以及人員免受雷擊事故。

四、接地系統(tǒng)的施工

接地系統(tǒng)中的施工因素也是非常重要的一個問題。第一步，要做好對埋設地點的選擇；考慮到接地電阻自身的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，應該盡量選擇土壤較為潮濕，電阻率較低的地方，這樣的環(huán)境才比較滿足接地電阻的要求。如果從安全的角度考慮，應注意使接地體與金屬物或電纜之間保持一定距離，更加應該選擇距離人群較遠的地點，防止跨步電壓的危害，以免發(fā)生擊穿事故。因此，可以適當?shù)慕档徒拥仉娮柚担?/p>

1.提高接地體周圍土壤的導電率可以選擇在接地體四周的土壤中加入長效降阻劑，這種方法效果非常明顯，但是同時也會加快接地體的腐蝕速度，降低其穩(wěn)定性。

2.選用電阻率較低的土壤來代替原本電阻率較高的土壤；選擇替換范圍時一般會選擇在接地體周圍的半米之內(nèi)或者靠近垂直接地體三分之一處，但這種取土置換法費時費力。

3.外引接地裝置也是方法之一；若是建筑物四周有電阻率較低的土壤或者河流湖泊時，一般會選擇外引接地裝置。但是，為了避免外延處的跨步電壓對人身安全造成不必要的傷害，就必須要有相應的保護措施，選用多條連接線與主地網(wǎng)連接，保證其可靠性。

接地線安裝：接地線在安裝過程中應保持平直且牢靠，不能出現(xiàn)高低不平的起伏狀況，除了拐彎處能彎曲之外，在非彎曲處盡量不出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。在跨越伸縮縫或者沉降縫時，應該要有補償器的支持。在焊接時，不應出現(xiàn)裂紋、氣孔等問題。在進行螺栓連接是，盡量使連接緊密牢靠，確保位置正確無誤。

參考文獻

[1]林海濱.完善建筑物內(nèi)部防雷裝置設計的實踐經(jīng)驗[J].氣象研究與應用，2007（09）.

[2]李榮添.建筑物內(nèi)電子電氣設備的防雷設計[J].機電工程技術，2009（07）.

[3]夏文光，陳堂勇.建筑物及電子信息系統(tǒng)防雷設計探討[J].電氣應用，2008（02）.