雷电灾害风险评估中土壤电阻率的季节系数订正

吴 江

(沈阳市防雷检测中心,辽宁 沈阳110000)

1 引言

沈阳市防雷检测中心2013年7月开展了雷电灾害风险评估业务，为新建、改建和扩建的重大建设项目以及爆炸和火灾危险场所等提供雷电灾害风险评估报告。 在评估工作中需要对防雷接地装置的接地电阻进行计算，获取准确的接地电阻值，必须测量出该区域的土壤电阻率。 然而东北地区一年土壤表层的温度范围为-40-50 ℃。每年的4月上旬至11月上旬土壤电阻率的变化相对稳定。 当年的11月中旬至第二年的3月下旬，由于冻土层深度的变化，实际测量出的土壤电阻率数值变化很大， 与春秋季节甚至相差数十倍之多。 用这样的土壤电阻率数值计算出的接地装置的接地电阻值与实际就出现了较大的误差，直接影响了建筑物接地装置的施工设计方案，因此必须对不同季节的实测土壤电阻率进行订正，并用订正后的数值计算接地电阻值。

目前沈阳地区气象系统没有相关的订正依据，为建立土壤电阻率的订正系数模型， 本文选取了沈阳地区的不同地点， 进行土壤电阻率的定期测量工作，通过为期一年的测量，获取了相关的数据，经过分析，并借鉴其他学者专家的相关的研究成果，建立了沈阳地区土壤电阻率测量的订正系数模型。

2 土壤电阻率的影响因子

影响土壤电阻率变化的因素较多， 诸如土壤含盐量、土壤的含水量、土壤的疏密程度和土壤的温度等，主要影响因子有以下几方面。

2.1 土壤中盐分的含量

土壤中的各种金属盐能够形成电离子， 含盐量越高，电离子的数量也就越多，土壤的导电性越强。

2.2 土壤的含水量

土壤中的水分能够形成电离子， 土壤的湿度越大，含水量越高，电离子的数量也就越多，土壤的导电性越好。

2.3 土壤的温度

在相同的土壤中，土壤湿度不变时，温度升高会使土壤电阻率相应的减小。 当温度降低至0 ℃，即当土壤开始冻结后，土壤电阻率会快速上升，可达到冻结前的几十倍。

3 土壤电阻率变化的测量方法

（1）测量地点：选择沈阳东陵区气象局的观测场独立接闪杆的接地装置作为测试对象， 采用四极法测试。

（2）测量时间：2012年2月1日-2013年1月25日，每周五测量一次，雨雪天气不测量。

（3）测量仪器：KB 2127 多功能接地电阻测试仪。在测量周期内不更换测量仪器。

（4）测量方法：测量取得的土壤电阻率数值应符合以下条件：

接地极有效深度5 mm; 各测试极在土壤中的间隔距离为1 m;测试极在土壤中水平排列;每次测量地点误差≤10 cm。

4 数据分析

通过对土壤电阻率月平均值变化图（图1）的分析，初步得出以下结论：

图1 土壤电阻率月平均变化图

（1）本地区一年中土壤电阻率变化最大的时段为冬季土壤冻结时期， 即当年的11月末至次年的3月末，而一年中的其它时段土壤电阻率的变化较小。

（2）由于测试仪表的测试极的长度仅为250 mm,土壤冻结后测量的土壤电阻率数值应是冻土层的土壤电阻率。 如果测试极能够穿过冻土层，测量数值又会趋于春夏秋季节的数值。 但是沈阳地区冬季冻土层的深度可达到1000 mm 以上， 实际工作中难以实现穿过冻土层进行测量。

（3）年平均土壤电阻率的取值应为土壤未冻结时段的平均值，即4-11月间的平均值，经计算本地区土壤电阻率年平均值为20.8 Ω/m。

5 土壤电阻率季节订正系数模型的建立

5.1 订正系数的求取

设：土壤电阻率年平均值ρ0，土壤电阻率月平均值ρ1，季节订正系数k，则k=ρ0/ρ1，据此得出土壤季节订正系数（表1）。

本订正系数的模型是建立在同一测量场地，未考虑不同土壤的土质变化的影响， 在应用于不同的土壤测量时会存在一定的偏差， 但仍然是目前实际雷电灾害风险评估工作中唯一的参考依据。

表1 季节订正系数表

5.2 土壤电阻率的订正

设： 土壤电阻率ρ， 实测土壤电阻率数值ρ′，则ρ=kρ′。 即土壤电阻率等于实际测量数值与订正系数之积。