CN105823932A - 一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法，包括以下步骤：建立水平双层土壤分层模型；打入多个深度合适的垂直接地极；采用多通道接地电阻测量装置测量一组接地电阻值Rc；计算出对应深度的电阻率值；根据ρ‑l曲线判断是否为两层模型；当土壤为两层模型时，采用垂直接地极位于上层土壤的水平两层土壤接地电阻等效计算公式计算土壤参数；判断计算结果是否合理，合理表示测量值正确。本发明测试方法适用于各种地形和接地网，避免增加极间距或频繁增加接地极深度，测试方便，测量精确，极大地减少了工作量。

Description

一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法

技术领域

本发明涉及土壤接地电阻测试领域，特别涉及一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法。

背景技术

目前，在防雷与接地工程中，要进行必要的土壤电阻率与接地电阻的测量。土壤电阻率是进行接地系统设计的重要依据，而接地电阻又是接地系统设计的终极目的，因此这两个参数非常重要。采用目前的方法，在进行土壤电阻率和接地电阻测量时，都是将土壤视为均匀土壤，测得的电阻率值是该地区土壤的视在电阻率值，也就是匀一电阻率值，并不能反映该土壤真实值。一旦上层土壤性质发生变化，如覆雪、冰冻、回填土、浸水、高温等，将对接地电阻与土壤电阻率产生巨大的影响，原来所测量的接地电阻值将产生巨大变化。

对于非均匀土壤，特别是覆雪、冰冻土壤，在融化后，接地电阻将发生明显变化。如何在覆雪、冰冻条件下测量出冰雪融化后的真实接地电阻，是防雷与接地检测人员面临的一个难题。在冬季，有许多的建设工程需要进行防雷的竣工验收检测，特别是土壤冰冻与覆雪时所测量出来的结果不是真实土壤条件下的接地电阻。

现有确定土壤分层模型和接地电阻的方法大多是基于四极法的测量数据来确定土壤分层结构，或者基于三极法来判断土壤是否存在分层现象并初步确定近似分层模型的土壤参数。这些技术存在以下缺点：四极法测量土壤电阻率时要增大极间距，测量时存在地形满足不了测量极间距要求的情况；三极法测量接地电阻时要增大接地极深度，测量一次增加一次电极深度，测量工作量很大且会带来大的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法，所述测试方式适用于各种地形和接地网，避免增加极间距或频繁增加接地极深度，测试方便，测量精确，极大地减少了工作量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法，包括以下步骤：

建立水平双层土壤分层模型；

根据测量需要，打入多个深度合适的垂直接地极；

采用多通道接地电阻测量装置测量一组接地电阻值Rc；

根据测量的接地电阻值Rc和公式计算出对应深度的电阻率值，式中，ρ-土壤电阻率值，Rc-测量的接地电阻值，l-接地极深度，r-接地极半径；

根据ρ-l曲线判断是否为两层模型，ρ-l曲线是以l为横坐标轴，ρ为纵坐标轴的表示土壤电阻率随土壤深度增加的变化关系曲线，当测量的ρ-l曲线较平滑，且随着l的增加，ρ的变化很小，甚至趋于0时，判断此时土壤为两层模型；

当土壤为两层模型时，采用垂直接地极位于上层土壤的水平两层土壤接地电阻等效计算公式计算土壤参数，式中，Rj-计算的接地电阻值，ρ₁上层土壤电阻率值，l-接地极深度，d-接地极直径，h-上层土壤厚度，K-反射系数；

判断计算结果是否合理，将反演计算结果(ρ₁、h)代入公式中，对比在不同土壤深度下计算的接地电阻值与测量的接地电阻值，若对比误差在工程允许范围内则合理，反之则不合理，合理表示测量值正确。

进一步的，打入的垂直接地极为3个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可测量多层土壤条件下的接地电阻；可判断土壤是否均匀并计算出非均匀两层土壤参数，避免了现有方案实施时，四极法频繁增加极间距、打入接地极的地形不便，三极法多次增加接地极深度带来的误差，极大的提高了工作效率；本发明计算所采用的等效公式计算量相对较小，避免了因截断求和带来的误差，减少了计算工作量。

附图说明

图1是本发明一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法的测试流程图。

图2是本发明一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法的测试原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。本发明提供的一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法是在三极法基础上，增加多个接地极并依次打入不同深度，得到接地电阻在不同土壤深度下测试数据，然后利用该数据和后续的算法反演出真实土壤下接地电阻的参数。

如图1所示，先建立水平双层土壤的分层模型，根据测量需要，打入多个深度合适的垂直接地极，采用自主研发的多通道接地电阻测量装置测量一组接地电阻值；根据测量的接地电阻值和公式(1)计算出对应深度的电阻率值，并根据ρ-l曲线判断是否为两层模型(ρ-l曲线是以l为横坐标轴，ρ为纵坐标轴的表示土壤电阻率随土壤深度增加的变化关系曲线两层模型，若为两层模型，则ρ-l曲线较平滑，随着l增加，ρ的变化很小，甚至趋于0)。根据ρ-l数据做出变化曲线图，并根据图形显示结果判断土壤是否为两层土壤，若为两层土壤则利用公式(2)和至少3组Rj-l数据计算出结果ρ₁、ρ₂、h；若判断为两层模型则利用垂直接地极位于上层土壤的水平两层土壤接地电阻等效计算公式来计算土壤参数；判断计算结果是否合理(将ρ₁、ρ₂、h代入公式(2)，利用余下Rc-l测量数据验证，若结果在误差允许范围内，则为合理)，确定最终计算结果，合理则表示该结果为两层土壤的参数，不合理则表示与水平两层模型不符。

$\mathrm{\ρ}=\frac{2\mathrm{\π}Rcl}{ln(\frac{4l}{r}-1)}---\left(1\right)$

$Rj=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}l}ln\frac{4l}{d}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}h}ln\frac{1}{1-K}---\left(2\right)$

公式(2)的推导过程为：在利用三极法测量两层水平分层土壤时，当接地极未穿过上层土壤时的接地电阻值按公式(3)进行计算。但是这个公式存在着不足之处，其中含有无穷项级数，不便于计算。在双层土壤中，与地面齐平的半球接地极的接地电阻计算公式如公式(4)所示：

$Rj=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}l}ln\left(\frac{4l}{d}\right)+\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}l}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{K}^{n}ln\frac{2nh+1}{2nh-l}---\left(3\right)$

公式(2)、(3)中，Rj-计算的接地电阻值，ρ₁上层土壤电阻率值，l-接地极深度，d-接地极直径，h-上层土壤厚度，K-反射系数

$R_b=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}r}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{2\mathrm{\π}h}ln\frac{1}{1-K}---\left(4\right)$

R_b-处于双层土壤中上层土壤内的半球接地极接地电阻(Ω)，r-半球接地极的半径，单位(m)。

假设有一根垂直接地极长度为l、直径为d，该接地极埋设在两层水平土壤的上层土壤内，表层土壤的电阻率为ρ₁，下层土壤的电阻率为ρ₂。对垂直接地极做一个假设等效，等效成一等值半球电极，代入公式(4)计算等值半球电极的接地电阻值。

令公式(3)和式(4)右边多项式相等，当反射系数K→0时，求解得出均匀土壤时该垂直接地极对应的等值半球电极的等值半径r。经求解可得：

$r=\frac{1}{ln(4l/d)}---\left(5\right)$

Claims (2)

1.一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立水平双层土壤分层模型；

根据测量需要，打入多个深度合适的垂直接地极；

采用多通道接地电阻测量装置测量一组接地电阻值Rc；

根据测量的接地电阻值Rc和公式计算出对应深度的电阻率值，式中，ρ-土壤电阻率值，Rc-测量的接地电阻值，l-接地极深度，r-接地极半径；

根据ρ-l曲线判断是否为两层模型，ρ-l曲线是以l为横坐标轴，ρ为纵坐标轴的表示土壤电阻率随土壤深度增加的变化关系曲线，当测量的ρ-l曲线较平滑，且随着l的增加，ρ的变化很小，甚至趋于0时，判断此时土壤为两层模型；

当土壤为两层模型时，采用垂直接地极位于上层土壤的水平两层土壤接地电阻等效计算公式计算土壤参数，式中，Rj-计算的接地电阻值，ρ₁上层土壤电阻率值，l-接地极深度，d-接地极直径，h-上层土壤厚度，K-反射系数；

判断计算结果是否合理，将反演计算结果(ρ₁、h)代入公式中，对比在不同土壤深度下计算的接地电阻值与测量的接地电阻值，若对比误差在工程允许范围内则合理，反之则不合理，合理表示测量值正确。

2.如权利要求1所述的一种用于冻土与覆雪环境的接地电阻测试方法，其特征在于，打入的垂直接地极为3个。