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土壤电阻率

GB/T17949.1-2000接地系统的土壤电阻率、接低阻抗和地面点位测量导则第1部分:

常规测量_1

中华人民共和国国家标准

接地系统的土壤电阻率、接低阻抗和

地面点位测量导则

第1部分:

常规测量

Guideformeasuringearthresistivity,

Groundimpedanceandearthsurfacepotentials

Ofagroundsystem—Part1:

Normalmeasurements

1目的

1.1 制定本标准的目的在于介绍接地电阻、接地阻抗、土壤电阻率、地电流形成的地面电位梯度等的测

量技术现状，和用比例模型试验预测接地电阻和地面电位梯度的方法。

本标准还介绍影响仪器选择和各种测量技术的因素。

这些因素是：

测量的目的、所要求的标准度、现有的仪器类型、误差产生的原因、所测的地或接地系统的特性等。

1.2 本标准可帮助技术人员取得准确、可靠的数据，并正确分析这些数据。

本导则所提供的测试步骤，有利于人身和财产安全，并可防止对相邻运行设备的干扰。

2范围

2.1本标准的测试方法包括：

（1）测量从小型接地棒、接地板到电站大型接地系统等各种接地极的电阻和接地抗阻；

（2）测量地面电位，包括测量跨步电压、接触电压和等电位线；

（3）为完善工程设计，按比例模型试验法，在实验室内预测接地电阻和地面电位梯度；、

（4）测定土壤电阻率。

2.2本标准所列测试方法仅限于使用直流电流、周期性换向直流电流、正弦交流电流和冲击电流（用于测量冲击接地抗阻）。

本导则没有包括所有可能的测试手段和测试方法。

2.3由于测试中的可变因素很多，测试难以做到高度准确，因此要用现有的最合适的测试方法仔细地做试验，还要彻底了解误差产生的原因。

3测试内容

3.1测量接地电阻或接地阻抗和测量由于地电流形成的地面电位梯度的目的为：

（1）验证新装接地系统的合适性；

（2）检查现有接地系统的变化情况；

（3）测定危险的跨步电压和接触电压；

（4）测定地面电位升（GPR），以便为电力线路和通信线路设计保护措施。

3.2比例模型试验法有助于研究新式的接地系统。

由于发杂的接地方式和复杂的土壤构造，用分析法难以充分研究这种新式的接地系统。

3.2测量土壤电阻率有助于：

（1）估算拟建变电站或输电线路的接地电阻；

（2）估算地面电位梯度、跨步电压和接触电压；

（3）计算相邻近的电力线路和通信线路间的电感耦合；

（4）设计阴极保护系统；

（5）进行地质勘察。

4定义

本章列出有关本导则的术语定义，由其他组织制定或批准的术语定义与本导则有关也尽可能采用。

此处列出的定义仅适用于本导则，术语的其他解释见ANSI/IEEE100:

1977《IEEE电工和电子术语标准辞典》。

4.1（接）地 

一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体。

注：

使用地的目的是：

1使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；②引导地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）。

4.2接地的

指将有关的系统、电路或设备与地连接。

4.3地回电路

  利用大地形成回路的电路。

4.4（接）地电流

   在大地或在接地极中流过的电流。

4.5接地导体

  指构成地的导体，该导体将设备、电气器件、布线系统、或其导体（通常指中性线）与接地极连接。

4.6接地极

  构成地的一种导体。

4.7接地连接

  用来构成地的连接，系由接地导体、接地极和围绕接地极的大地（土壤）或代替大地的导电体组成。

4.8（接）地网

   由埋在地中的互相连接的裸导体构成的一组接地极，用以为电气设备和金属结构提供共同的地。

   为降低接地网电阻，接地网可连以辅助接地极。

4.9（接）地均压网

   位于地面或地下、连接到地或接地网的一组裸导体，用以防范危险的接触电压。

   注：

为接地均压网的通常形状是适当面积的接地板和接地格栅。

4.10接地系统

   在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统。

4.11（接地极）地电阻

    接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻。

    注：

所谓远方是指一段距离，在此距离下，两个接地极的互阻基本为零。

4.12接地极互阻

   指以欧姆为单位表示的，一个接地极1A直流电流变量在另一接地极产生的电压变量。

4.13电位

GB/T17949.1—2000

指某点与被认为具有零电位面（通常是远方地表面）间的电势差。

注：

比零电势高的点叫正电荷位，比零电势低的点叫负电荷位。

4.14等电位线equipotentialline orcontour

在给定时间内具有等电位诸点的轨迹。

4.15 电位（曲）线  potentialprofile

指沿规定路径上，电位与距离的函数关系曲线。

4.16 表面电位梯度 surface-potentialgradient

 电位线的斜率，其轨迹与电位线正交。

4.17 接触电压touchvoltage

 接地的金属结构和地面上相隔一定距离处一点间的电位差。

此距离通常等于最大的水平伸臂距离，

 约为1m。

4.18 跨步电压 stepvoltage

 地面一步距离的两点间的电位差，此距离取最大电位梯度方向上1m的长度。

注：

当工作人员站立在大地或某物之上，而有电流通过该大地或该物时，此电位差可能是危险的，在故障状态时尤

其如此。

4.19（材料）电阻率resistivity（material）

 有效电阻率effectiveresistivity

 指一种系数，其值等于材料内的电场强度除以传导电流密度。

4.20耦合 coupling

 在两个或两个以上电路或系统之间，可进行一电路（系统）到另一电路（系统）功率或信号转换的效应。

注;耦合分为紧耦合和松耦合两种,在紧耦合时，各元件的主变量间相位移笑，紧耦合各系统间有大的相互效应,

这种效应可用系统矩阵的矢积表示。

4.21电容耦合 couplingcapacitance

在两个或两个以上电路间借助电路间电容的耦合。

4.22 电阻耦合 resistivecoupling

 在两个或两个以上电路见借助电路间电阻的耦合。

4.23 直接耦合  directcoupling

 在两个或两个以上电路间借助电路共同的自感、电容、电阻或三者集合而成的耦合。

4.24 电感耦合   inductivecoupling

（1）对于通信电路，本术语指两个或两个以上的电路间借助电路互感而形成的耦合。

注;电感耦合这一术语通常指互感所形成的耦合，而直接电感耦合这一术语指诸电路共同的自感所形成的耦合。

（2）对于电力和通信电路，指相邻的电力电路和通信电路间因电感应、磁感应而形成的

相互关系。

4.25（架空线防雷保护）接地极 counterpoise（overheadlines）（lightning protection）

  指一个导体或一组导体，装设在输电线路下方，位于地面或地面上方，但绝大多数在地下，并与铁塔

或电杆基础相连。

5  接地网测试时的安全措施

5.1 （变）电站接地网测试

 在进行接地网测试时，如果电力系统发生涉及该接地网的故障，则在该接地网与远方零电点位间会有致命电位差的存在。

 由于接地网策划四内容之一是为电流极和电位极选定远方零电位点的位置，因此在选择电极引线时

应考虑该引线能承受引线和接地网任何一点间可能出现的电位差。

此电位差的大小可如此考虑，即在比较大的（变）电站里，其接地网的接地阻抗应为0.05—0.5Ω的数量级.假定通过该接地网的接地故障电

流在20kA的数量级，则对远方零电位点的电位（地电卫生）可达1.0—10kv的数量级，如接地阻抗及

故障电流更高，则接地网电压的升高可超过10kv。

上述情况表明，在手触试验引线时应加倍小心，决不允许通过人的两手或人体其他部分是可能具有

高电位查差的两点构成回路。

虽然在人触及试验引线的同时，发生接地故障的可能性极小，但不应忽视这

种可能性的存在。

因此，在测量运行中的（变）电站接地网时应使用绝缘鞋、绝缘手套、绝缘垫及采用其他防护手段。

在所有的情况下，应遵守有关专业组织所规定的安全程序和安全办法。

5.2  避雷器接地极测试

由于避雷器接地极通过的是时间很短的高幅值雷电流，这种接地极属于特殊的类型。

雷电流幅值可

能超过50000A对于一个有缺陷的避雷器，还要考虑其故障电流。

由于避雷器断开接地极后，其底座                                           电位可能升到线电位，因此不应断开避雷器接地极进行测量。

只有在采取措施使避雷器放电电流减至最

小时，才可测试其接地极。

5.3 小型独立接地极

这一措施涉及电流极周围可能出现的高电位梯度。

如果线电位降法那样，使测量电流流入安放在远

处的电流极，则在测试过程，应不使好奇的人停留在电流极附近。

在乡村，不应使放牧的牲畜走近电流

极。

6 有关测量的一般性规定

6.1 复杂性

  测量土壤电阻率、接地阻抗和地面电位梯度要比测量其他种类的电阻、阻抗和电位更为复杂。

  可能需要进行多次测量并绘制曲线，杂散电流及其他因素通常会干扰测量工作。

  由于电站附近地区的开发和工业的发展，为测量接地电阻而选择侧棒的合适安放位置就越来越困

  难。

此外架空地线、地底水管、电缆外皮等可能使接地网畸变或扩大。

 注：

架空地线可因有意外或因接触腐蚀而对地绝缘，因此低电压的测试结果与真实故障时的测试结果可能不同

接地阻抗的测量应在接地网安装完毕后立即，以确定应接入接地网的接地不见无漏接。

要考虑

到以后安装的装置如水管、铁轨等将会改变所测的数据。

还要考虑到，在接地网安装一年以后，由于土壤变得均匀坚实，接地阻抗通常会降低。

6.2  试验电极

 在接地阻抗测量中，要用到电流计和电位极。

如果所采用的接地阻抗册来那个方法是两点法或三点法，则对两点法来说试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗值相比较应可予以忽略，而对于三点法来说试验电极的阻抗与待测地基的接地阻抗值应

属于同一数量级。

否则，测试结果就可能不准确。

 显然，以上的限制使上述的测量方法仅适用于像住宅游泳池和小型低电压配电变电站那样相对来说

较小的接地网。

 在采用点位降法测量低阻抗是，对试验点击的要求不是如此严格。

 理论上，试验电极的接地电阻不会影响测试结果，因为此因素以极高在测试方法中加以考虑。

但实际上，

试验电极的接地电阻值不应超过一定限度，否则，超过测量仪器的电流不足。

这就意味着：

（1）该电流低于仪器灵敏度的要求之；

（2）该电流的地中咋山电流属于同一数量级；

（3）上述两者均存在

 对于第一种情况，子测量现场可采取的唯一正确的测量方法是提高测试电流。

为此可提供电源电压，或降低试验点击的接地电阻。

提高电源电压并不总是能办到的，他别是在测量仪器配上手摇发电机时更是

如此。

如提高电源电压可行，则采取措施避免在试验电极和试验引线上出现危险点位。

在采取特殊安全措施（如带绝缘手套货船绝缘鞋）后，可将试验电极和试验引线上的最高安全电压提高到100V。

 通常提高测试电流的最有效方法，是降低电流极的接地电阻。

这可通过将电流极更深的埋入土壤，

在电流极周围泼水，或打辅助电极并和电流极并联方式实现。

但在所泼水中添加盐是无甚效果的，增加湿度才是最有效的。

通常，电流极和电位极的电阻值应符合所用仪器的要求。

对普通的市场出售的仪器，电位极的接地

电阻值可取1000Ω，有些制造商则声言他们的仪器允许采用1000Ω的电位极。

电流极的电阻通常应小于500Ω，电流极的电阻值是电源电压和所要求的测试电流的函数。

电源电

压与电流极电阻的比值决定了流过所用仪器电流表的测试电流。

按照经验，电流极电阻与待测接地极电

阻的比值不应超过1000比1，最好是100比1或更小。

对于第二种情况，在进行直流电流测试时，测试电流应增加，以克服地中直流杂散电流的干扰效应。

在用交流或周期性幻想直流电源测试时，应选用不含杂散电流频率的测试电流。

6.3 直流杂散电流

  土壤的导电是电解性导电，直流电流导致化学反应和使电位差具有极性。

在各种类型的土壤间，和在土壤与金属间的电池效应，都产生直流电位。

直流电位、极化、以及直流杂散电流都可能严重干扰直流电流测量。

因此，在测量市场使用周期性换向直流电流，或使用规则的脉冲电流。

然而，用周期性换向直流电流作电阻测量时，其多次所侧值虽十分接近，却可能与按交流运行时的电阻值相差较多，因而不够准确。

在有太阳感生光电电流（准电流）的地区还应采取特别措施。

6.4 交流杂散电流

地中交流杂散电流、待测接地系统的杂散电流、以及试验电极中的杂散电流是测量变得复杂化。

为

减少交流杂散电流对接地电阻侧量的效应，可在测量时使用非杂散电流的频率。

大多数测量频率使用

50Hz到100Hz的频率。

为克服电流杂散的效应，常需要使用滤波器或翟品带测量仪器，或二者皆

用。

6.5   大型接地系统阻抗的电抗分量

   大型接地系统的接地阻抗可能非常低（可达0.010Ω），但其正交分量可能较大。

在测量大型接地系统

的贡品接地阻抗是，应采取一些措施。

对于这种测量，测试装置应接近工频下工作，但测试频率应稍

或稍低于工频。

为取得较高准确值，测试电流最低值不得小于50A，应避开工频接地电流。

本标准

的第二部分《特殊测量》将规定大型接地系统的阻抗测量方法。

6.6 试验引线的耦合

  在测量地址接地阻抗时，试验引线间的耦合变得重要起来。

由于电流引线中电流的流动，耦合到

电位引线而产生的任何电压，将直接叠加到所欲测量的电压上，因而产生测量误差。

两条平行试验引线

间工频的电感耦合所造成的误差可高达0.1Ω/100m，其影响是客观的。

通常地接地阻抗总是出现在

大面积接地网上，测量这种接地网就用得着厂的试验引线，以便引到远处零电位点。

相反，小面积接地网通常有较高的接地阻抗，可用较短的试验引线引导远方零电位点。

因此，可以认为在测量大面积低抗接地网时，试验引线间的耦合是比较严重的。

根据经验，对于接地阻抗为10Ω

或以上的接地网，其试验引线间的耦合通常可以忽略；对于接地阻抗是1Ω或以下的接地网，其试验引线

间的耦合应予以重视；而对于接地阻抗在1—10Ω的接地网，其试验引线间的耦合应予考虑。

试验引线间的耦合可通过适当的安排电位引线和电流引线的走向而减少。

在估计到试验引线间会

有耦合时，应将电位引线和电流引线间的角度尽可能放大。

6.7 地下金属物

  部分或完全埋地的金属物如铁轨、水管、或其他工业金属管道对测量结果会有很大的影响。

  在土壤电阻率测试中，靠近测试场地的地下金属物常引起所测值的急剧下降。

所测值降低的数值和

程度，表明地下金属物的大小和深度。

位于地下金属物附近的接地极的所测电阻，与该地下金属物   5

相比较，其值将下降较多。

总之，在为防止通信干扰为测定有效地面电位升（GPR）时，不应忽视地下金属物的效应。

在地下金属物上测量地面电位和电位梯度时，地面电位等位线会畸变，电位梯度会上升。

在需要测量土壤电阻率的地方，如怀疑有地下金属物，却能确定这些地下金属物的位置时，可通过

将试验电极排列的与该地下金属物的走向垂直，来减少金属物对土壤电阻率测量结果的影响。

此外，试验电极应尽可能远离地下金属物。

 7  土壤电阻率测量

 7.1总则

不管测量土壤电阻率的目的如何，其测量技术实际上是一样的。

但是对测试数据的分析却可能是多

样的，在遇到多种土壤电阻率的土壤时，情况更是如此。

多种土壤电阻率引起额外的复杂性是通常现

象，而在深度增加时土壤电阻率不变化也是很少有的现象。

 土壤电阻率不紧随土壤的类型变化，且随温度、湿度、含盐量和土壤的紧密程度而变化（图1）

    海水地区的土壤电阻率为0.01—1N。

M；砂岩地区的土壤电阻率能搞到109Ω。

M。

温度自25C向0C下降时，土壤的电阻率会随之缓慢上升；在0C以下，则迅速上升；而冻土（如冬天的表层土壤）的土壤电阻率可能非常的高。

表1列出各种土壤和各种岩石的电阻率，该表具有简明的优点。

通常土壤有若干层，曾与层的电阻率是不同的。

土壤电阻率的横向变化也存在，但通常是渐变

的，在测量地段附近可不考率土壤电阻率的横向变化。

在大多数情况下，测量数据表明，土壤电阻率p主要是深度z的函数。

为便于表达，此函数可写成

如下式：

            ρ=φ（z）             ——————————————

（1）

式中;

 ρ——土壤电阻率

 Z——深度

  函数f（Z）的特性一般来说不是简单的，因而为分析测试数据，最好先建立一个能给出最有近似值

的简单函数fC。

对于电力线路和通信线路，取两个水平层的土壤构造和指数函数的土壤构造，可

得到较好的近似值，在进行接地系统设计时，该值是有用的。

接地极和临近第几的地面电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数。

可是，接地极的接地电阻却主

要是深层土壤电阻率的函数，在接地极非常大时更是如此。

   注：

在接地极买在土壤电阻率他别搞得撒谎能够层土壤的极端情况下，上述结论不适用。

  输电线路的工频接地参数受不同电阻率的各层土壤的影响，而载波频率、无线电频率或冲击波的地

回路阻抗实际上仅仅受伤曾机密土壤层的影响。

上述情况说明需要对表层和深层土壤同时进行土壤电阻率的测量。

用这种方法可取得许多数据，而

对应每个数据，测试电流都和周围土壤电阻率的增量有关。

                          表1 抵制其和地质构造与土壤电阻率

土壤电阻率

 Ω。

m

第四纪

 白岩记

 第三纪

 第四纪

 石炭纪

 三叠纪

 寒武纪

 奥陶纪

 泥盆纪

寒武纪前

和寒武纪

1（海水）

 10（特地）

 30（甚低）

 100（低）

 300（中）

 1000（高）

 3000（甚高）

10000（特高）

沙质黏土

粘土

白岩

白岩

暗色眼

辉绿岩

页岩

石灰岩

砂岩

页岩

石灰岩

砂岩

大理石

砂岩

石英岩

板石岩

花岗岩

片麻岩

表层为沙砾和石子的土壤

7.2  测量土壤电阻率的方法

7.2.1 地质资料和土壤式样

    通常，在安装接地网的地方，总要进行大规模的土建工程。

为此要进行地质勘探，以获取有关土壤的特性和构造的大量资料。

这对试图取得这些资料的电气工程师会有帮助。

用一只尺寸的土壤式样相

对两面间所测得电阻值，来确定土壤电阻率是不妥的，因为改值包含了土壤式样和电极的接触电阻，

而这是未知的。

如果对土壤试样进行四端电阻测量，则可得到较准确的测量结果。

电位端子的尺寸与试样的截面相

比应较小，且应与电流端子相距较远，以保持式样电流分布近于均匀。

如果此距离与试样截面大边的

尺寸相同，即足以满足测量要求。

  然而，对试样进行电阻率测量，以得到土壤电阻率的有用近似值是困难的，且在这种情况下是不可

能的。

这是由于难于得到有代表性的、均匀的土壤试样，和难于在试验槽中复制原有土壤的紧密性和水

分含量。

7.2.2 深度变化法（三点法）

    此法又名三点法，用此方法许多次测量接地电阻，每次测量时，北侧电极的埋地深度需加深以给定量，

其目的是迫使更多的测试电流流过深层土壤。

所测电阻值将反映深度增加的土壤电阻率的变化。

通

常被试电极是一根细长的棒。

用细长的棒而不用其他形式的电极作被试电极，是因为细长的帮有两个重

要优点：

（1）准确计算接地棒的理论接地电阻值比较简单，因而分析测试结果较容易；

（2）将接地棒打入土壤的操作比较容易。

    用8.2条所述的任一方法，就可进行上述测量。

然而，所测量的接地电阻值应尽可能准确，以便能与

理论接地电阻值比较。

因此，优先用电位降法测量较好。

深度变化法能测量到被试电极临近区域（相当于该被试电极地下部分长度的5--10倍）的土壤特

性，如要测量大面积的土壤，则应用四点法测量，因为将长的被试电极打入土壤是不现实的。

7.2.3 两点法

  可用西坡（Shepard）土壤电阻率测定仪和相似的两点法在现场粗略的测量来经翻动过的土壤的电

祖率。

这种装置包括一个小的电极和一个更小的铁电极，二者都负在绝缘杆上。

电池的正极通过抑制

毫安表连接在较小的电极上，而电池的负极则连接到另一极。

该仪器可在电池标称电压上校准，直接

显示n，cm值。

这种仪器易于携带，通过将电极打入地中或挖掘坑土壤的侧壁或底部，可在短时间内对

小块土壤进行大量测量。

7.4.2 四点法

要对大面积为翻动过的土壤进行土壤电阻率的测定，最准确的方法是四点法。

将小电极埋入北侧土

壤呈一字排列的四个小洞中，买入深度均为b，直线间隔均为a。

测试电流I流入外测两电极，而内测两

电极间的电位差V可用电位差计或高阻电压表测量。

V/I极为用Ω表示的电阻R。

通常采用四点法的两种形式：

（1）等距法或温纳（wenner）法

采用此种方法时，电极按图（a）等距布置。

设a为两临近电极间距，则以a，b的单位表示的电阻率p为：

 式中p——视在土壤电阻率

    R——所测电阻

    A——电极间距

  B——电极深度

注：

视在土壤电阻率值与土壤电阻率真实值有区别的一种近似值，详见图4与附录A。

必须说明，上式不适用于打入深度为b的接地棒，该市仅适用于埋在深度为ib的带绝缘连接线的小电机。

然而实际上，四个电极通常置于间距为a的直线上，入地深度不超过0.1a，因而可假定b=0，则公式

简化为                 p=2πaR——————————（3）

 从而得到深度直到a的视在电阻率。

在各种电极间距时得出的一组数据即为各种视在土壤电阻率，以该数据间距的关系汇成曲线，即

可判断该地区是否存在多种土壤层或是否有岩石层，还可判断其各自的电阻率和深度（图2）

（2）非等距法或施伦贝格-巴莫（Schlumberger-Palmer）法                       8

     GB/T  17949.1—2000

温纳法的一个缺点是当电极间距增加到相当大时，内侧电极的电位差迅速下降，通常

用仪器测不出如此低的电位差。

为了能测量大距离的电流极时的土壤电阻率，可用图（B）的布置方式。

此

时电极布置在相应的电流极附近，如此可提高所测的电位差值。

  此种布置的电位公式很易于确定，如果电极埋地深度b与其间距d和c相较甚小时，所测得电阻率可按下式计算：

p=πc（c+d）/d——————————（4）

  式中：

  p——视在土壤电阻率

         R————所测电阻

    C——电流极与电位极间距

  D——电位极间距

7.3 测试数据的分析

对现场测量的数据分析或许是测量过程中最困难的部分。

正如7.1条所述，由于土壤构造的不均匀

性土