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摘 要:防雷接地电阻不仅是防雷检测中的一个很重要的基础数据，也是进行各项防雷分析判断的重要依据之一，其检测数据的准确与否将会直接影响到防雷检测的最终结果。本文就防雷接地装置电阻的测量方法进行探讨，指出了准确测量接地电阻的重要条件，并提出了降低接地电阻的措施。
关键词:防雷接地装置；电阻；测量；重要条件
中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济建设的发展，高层建筑、高压输电线路等逐渐增多，但是这些建筑设备遭雷击的事故时有发生，严重威胁到了人们的人身和财产安全。因此，完善建筑设备的防雷设施，并确保设施有效，已受到各方的重视。防雷接地装置的重要性要求必须对其进行经常性的防雷检测。接地电阻的测量是防雷检测中最重要的一项工作，而接地电阻大小是衡量接地装置好坏的重要参数，所以，如何保证接地电阻测量数据的准确性对防雷接地装置的安全是十分重要的。
1 接地装置
经过测量，在接地装置的设计、施工过程中若采用热镀锌角钢(50mm×50mm×5mm×2000mm)作为垂直接地体，深埋0.8m，垂直接地体之间距离4～6m，如果两根钢管相距很近，产生屏蔽效应，会使接地电阻增大。水平接地体采用热镀锌扁钢(40mm×4mm)，接地装置的组成如图1所示。
图1 接地装置的组成
2 虑屏蔽效应的等效电路
为使问题简化，以两根垂直接地体为例，其近似等效电路如图2所示。其中，u为瞬时雷电压；i为瞬时雷电流；Ra为垂直接地体a的电阻；Rb为垂直接地体b的电阻；Rab为屏蔽效应等效电阻；i1为流过垂直接地体a的雷电流；i2为流过垂直接地体b的雷电流。
图2 两根垂直接地体的屏蔽效应等效电路
由屏蔽效应等效电路可得
式中，Rab是与垂直接地体距离、土壤电阻率、土壤均匀程度和雷电流通过面积相关的，其中Rab项使R值变大。
3 接地电阻测试基本原理
众所周知，接地电阻测试基本原理(如图3所示)是欧姆定律，即
R=U/I (1)
式中:R—被测地网接地电阻，Ω；
U—被测试段的电压，V；
i—流过被测试地段的扩散电流，A。
图3 接地电阻测试原理图
3.1 扩散电流的电荷密度变化过程
当测试电流加在被测点A时，向四周扩散，开始部分电荷密度大，随着扩散距离变大，电荷密度随之减小，扩散电荷的散度变小。当扩散到一定距离时，在一定范围内扩散电荷保持基本不变，测试电流也基本不变。若该地段土壤电阻率没有改变，则该地段的电位基本不变。根据电磁学集肤效应，当在地表扩散的测试电流到达一定距离时，会与测试电流加到被测点产生同样的效果，电荷将迅速向电流辅助极靠近，扩散电荷散度变化随着靠近的距离缩短而变大。扩散电荷散度变化曲线如图4所示。
图4 扩散电荷密度散度示意图
扩散电流密度不变造成电位散度不变的地段称为电位散度零区，如图5所示。
图5 电位散度示意图
电位散度零区的存在，给接地电阻准确测试提供了有利条件。有资料将电位散度零区描述成“零电位区”，如果是“零电位区”，该地段就没有电压，而扩散电流没有中断，散流电阻始终存在，该地段的电压必然存在。
3.2 电压辅助极的作用
电压辅助极是测试仪器获取电压的一个测试点，如果没有电流流过电压辅助极，则电压辅助极不会改变扩散电流的散度。
4 准确测量接地电阻的重要条件
4.1 接地电阻的组成部分
由图1可知，接地装置的接地电阻由三部分组成:一是接地体本身考虑屏蔽效应后的等效电阻R；二是接地体与土壤的接触电阻；三是测试电流在土壤中的散流电阻。
因此，接地电阻是测试地网考虑屏蔽效应后的等效电阻、接地体与土壤的接触电阻以及被测地段散流电阻的总和。
4.2 测试中可能出现的问题
在确定了垂直接地体之间的距离，选定接地体的材料和长度后，接地体本身考虑屏蔽效应后的等效电阻R及接地體与土壤的接触电阻是确定值，而被测地段散流电阻与土壤电阻率、测试电流流回的途径及电压辅助极的设置对测试结果影响很大。
当被测地段没有岩石、沟壑、水泥地面等，可认为土壤电阻率没有变化，则测试电流流回的途径必须保证包含被测地段，否则，在网测试结果会出现短路错误。
所谓在网测试，是将测试仪的电压辅助接地极、电流辅助接地极置于地网内或靠近地网边缘进行测试，其测试结果显示电阻很低。当电流辅助接地极与接地体连接时，接地电阻值测试结果甚至为0Ω。
出现该错误结果的原因是测试电流没有流经被测地段，直接从接地体流回仪器的能量源，也就是短路测试或接近短路测试，所以，测试结果是错误的。可采用电流辅助极、电压辅助极安置在远离地网方向解决该问题。
4.3 电位散度零区的确定
电位散度零区示意图如图6所示。
图6 电位散度零区示意图
在图6中，电位散度零区C、D可按参考资料给出的计算方法确定。
从被测接地极A到电流辅助极B的距离、杆状接地极深度L1、带状接地网对角线L2根据式(2)确定:
AB=5L1=5L2 (2)
式中:L1—杆状接地极深度，m；
L2—带状接地网对角线，m。
AK=0.62AB (3)
CD=0.72AB－0.52AB (4)
例:带状接地系统对角线为4m，分别代入式(2)得出AB=5L2=20m。被测点到K点的距离AK=0.62AB=12.4m，被测点到C点的距离AC=0.52AB=10.4m，被测点到D点的距离AD=0.72AB=14.4m，则电位散度零区CD=0.72AB－0.52AB=4m。
由计算结果可知，将电压辅助极安置在CD间的电位散度零区，测试结果是准确的。
如果接地装置是任意形状，则根据接地装置的等效面积估算其对角线长度，或根据垂直接地体的长度进行计算。
4.4 电位散度零区外测试对结果的影响
电压辅助极安置在电位散度零区内，被测地段的电位散度没有变化，测试结果是准确的。如果将电压辅助极安置在电位散度零区外，靠近地网或靠近电流辅助极，则由于扩散电流大，测试的地阻值偏小。
5 降低接地电阻的措施
根据接地装置接地电阻的组成，可采取以下措施降低接地装置的接地电阻:
(1)采用导电率低的材料作接地体，减小接地体本身电阻。
(2)在接地体与土壤接触面之间加降阻剂，减小接触电阻。
(3)采用换土措施，将被测地段高土壤电阻率的土质更换成低土壤电阻率土质，减小散流电阻。
6 结语
综上所述，防雷是一个系统的工程，防雷接地装置特别强调可靠性，因此，为了确保防雷接地装置能起到很好的防雷作用，就必须加强防雷接地装置电阻的测量，以有效保证其防雷安全。因此，在防雷接地电阻测量中，检测人员应当善于发现、总结问题，加强对防雷相关新技术的学习掌握、注重过程控制，保证测量的科学性，确保防雷接地装置的质量安全。
参考文献
[1] 戴惠忠.建筑物防雷接地装置电阻值检测探析[J].科学之友(下旬刊),2012年04期
[2] 丁小平;林冠文;袁志和.防雷接地电阻测试分析[J].现代建筑电气,2012年06期
关键词:防雷接地装置；电阻；测量；重要条件
中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济建设的发展，高层建筑、高压输电线路等逐渐增多，但是这些建筑设备遭雷击的事故时有发生，严重威胁到了人们的人身和财产安全。因此，完善建筑设备的防雷设施，并确保设施有效，已受到各方的重视。防雷接地装置的重要性要求必须对其进行经常性的防雷检测。接地电阻的测量是防雷检测中最重要的一项工作，而接地电阻大小是衡量接地装置好坏的重要参数，所以，如何保证接地电阻测量数据的准确性对防雷接地装置的安全是十分重要的。
1 接地装置
经过测量，在接地装置的设计、施工过程中若采用热镀锌角钢(50mm×50mm×5mm×2000mm)作为垂直接地体，深埋0.8m，垂直接地体之间距离4～6m，如果两根钢管相距很近，产生屏蔽效应，会使接地电阻增大。水平接地体采用热镀锌扁钢(40mm×4mm)，接地装置的组成如图1所示。
图1 接地装置的组成
2 虑屏蔽效应的等效电路
为使问题简化，以两根垂直接地体为例，其近似等效电路如图2所示。其中，u为瞬时雷电压；i为瞬时雷电流；Ra为垂直接地体a的电阻；Rb为垂直接地体b的电阻；Rab为屏蔽效应等效电阻；i1为流过垂直接地体a的雷电流；i2为流过垂直接地体b的雷电流。
图2 两根垂直接地体的屏蔽效应等效电路
由屏蔽效应等效电路可得
式中，Rab是与垂直接地体距离、土壤电阻率、土壤均匀程度和雷电流通过面积相关的，其中Rab项使R值变大。
3 接地电阻测试基本原理
众所周知，接地电阻测试基本原理(如图3所示)是欧姆定律，即
R=U/I (1)
式中:R—被测地网接地电阻，Ω；
U—被测试段的电压，V；
i—流过被测试地段的扩散电流，A。
图3 接地电阻测试原理图
3.1 扩散电流的电荷密度变化过程
当测试电流加在被测点A时，向四周扩散，开始部分电荷密度大，随着扩散距离变大，电荷密度随之减小，扩散电荷的散度变小。当扩散到一定距离时，在一定范围内扩散电荷保持基本不变，测试电流也基本不变。若该地段土壤电阻率没有改变，则该地段的电位基本不变。根据电磁学集肤效应，当在地表扩散的测试电流到达一定距离时，会与测试电流加到被测点产生同样的效果，电荷将迅速向电流辅助极靠近，扩散电荷散度变化随着靠近的距离缩短而变大。扩散电荷散度变化曲线如图4所示。
图4 扩散电荷密度散度示意图
扩散电流密度不变造成电位散度不变的地段称为电位散度零区，如图5所示。
图5 电位散度示意图
电位散度零区的存在，给接地电阻准确测试提供了有利条件。有资料将电位散度零区描述成“零电位区”，如果是“零电位区”，该地段就没有电压，而扩散电流没有中断，散流电阻始终存在，该地段的电压必然存在。
3.2 电压辅助极的作用
电压辅助极是测试仪器获取电压的一个测试点，如果没有电流流过电压辅助极，则电压辅助极不会改变扩散电流的散度。
4 准确测量接地电阻的重要条件
4.1 接地电阻的组成部分
由图1可知，接地装置的接地电阻由三部分组成:一是接地体本身考虑屏蔽效应后的等效电阻R；二是接地体与土壤的接触电阻；三是测试电流在土壤中的散流电阻。
因此，接地电阻是测试地网考虑屏蔽效应后的等效电阻、接地体与土壤的接触电阻以及被测地段散流电阻的总和。
4.2 测试中可能出现的问题
在确定了垂直接地体之间的距离，选定接地体的材料和长度后，接地体本身考虑屏蔽效应后的等效电阻R及接地體与土壤的接触电阻是确定值，而被测地段散流电阻与土壤电阻率、测试电流流回的途径及电压辅助极的设置对测试结果影响很大。
当被测地段没有岩石、沟壑、水泥地面等，可认为土壤电阻率没有变化，则测试电流流回的途径必须保证包含被测地段，否则，在网测试结果会出现短路错误。
所谓在网测试，是将测试仪的电压辅助接地极、电流辅助接地极置于地网内或靠近地网边缘进行测试，其测试结果显示电阻很低。当电流辅助接地极与接地体连接时，接地电阻值测试结果甚至为0Ω。
出现该错误结果的原因是测试电流没有流经被测地段，直接从接地体流回仪器的能量源，也就是短路测试或接近短路测试，所以，测试结果是错误的。可采用电流辅助极、电压辅助极安置在远离地网方向解决该问题。
4.3 电位散度零区的确定
电位散度零区示意图如图6所示。
图6 电位散度零区示意图
在图6中，电位散度零区C、D可按参考资料给出的计算方法确定。
从被测接地极A到电流辅助极B的距离、杆状接地极深度L1、带状接地网对角线L2根据式(2)确定:
AB=5L1=5L2 (2)
式中:L1—杆状接地极深度，m；
L2—带状接地网对角线，m。
AK=0.62AB (3)
CD=0.72AB－0.52AB (4)
例:带状接地系统对角线为4m，分别代入式(2)得出AB=5L2=20m。被测点到K点的距离AK=0.62AB=12.4m，被测点到C点的距离AC=0.52AB=10.4m，被测点到D点的距离AD=0.72AB=14.4m，则电位散度零区CD=0.72AB－0.52AB=4m。
由计算结果可知，将电压辅助极安置在CD间的电位散度零区，测试结果是准确的。
如果接地装置是任意形状，则根据接地装置的等效面积估算其对角线长度，或根据垂直接地体的长度进行计算。
4.4 电位散度零区外测试对结果的影响
电压辅助极安置在电位散度零区内，被测地段的电位散度没有变化，测试结果是准确的。如果将电压辅助极安置在电位散度零区外，靠近地网或靠近电流辅助极，则由于扩散电流大，测试的地阻值偏小。
5 降低接地电阻的措施
根据接地装置接地电阻的组成，可采取以下措施降低接地装置的接地电阻:
(1)采用导电率低的材料作接地体，减小接地体本身电阻。
(2)在接地体与土壤接触面之间加降阻剂，减小接触电阻。
(3)采用换土措施，将被测地段高土壤电阻率的土质更换成低土壤电阻率土质，减小散流电阻。
6 结语
综上所述，防雷是一个系统的工程，防雷接地装置特别强调可靠性，因此，为了确保防雷接地装置能起到很好的防雷作用，就必须加强防雷接地装置电阻的测量，以有效保证其防雷安全。因此，在防雷接地电阻测量中，检测人员应当善于发现、总结问题，加强对防雷相关新技术的学习掌握、注重过程控制，保证测量的科学性，确保防雷接地装置的质量安全。
参考文献
[1] 戴惠忠.建筑物防雷接地装置电阻值检测探析[J].科学之友(下旬刊),2012年04期
[2] 丁小平;林冠文;袁志和.防雷接地电阻测试分析[J].现代建筑电气,2012年06期