土壤电阻率测试和接地系统设计
对于设计现场特定接地系统的公用事业，土壤电阻率测试是绝对必要的步骤。土壤电阻率数据是地面系统满足特定性能要求所必需的。利用电阻率数据，设计变得可预测，以便您了解安装后的最终接地电阻。
土壤电阻率测试从字面上收集有关当地地球传导电流的程度（或多么差）的数据。由于我们期望接地系统将电流耗散到地面，因此我们可以利用当地土壤的电阻率数据来设计地面系统，该地面系统用作配电系统和地面设备之间的连接。
接地系统设计有几个好处。所有这些都源于工程设计过程产生可预测的接地系统性能的事实。一个主要的好处是，这种可预测性消除了地面系统性能的猜测。您将在地面系统安装之前了解将实现哪些性能。该设计告诉您应该使用多少个电极，它们的安装位置，它们的深度以及接地环（如果需要）必须达到性能目标的大小。
有效的接地系统设计还避免了在不满足性能目标时过度杀伤或必须固定/增强接地系统的不必要成本。根据我们的经验，我们已经看到了两者的极端情况。几年前，印第安纳州的一家电气承包商（有很好的土壤）安装了一个巨大的埋环/驱动杆网格，以确保他的电信客户不需要XIT系统。单个10 XIT系统可满足其5Ω要求。该客户的成本比必要的高出约25倍。
相反的情况是安装接地系统而不满足性能要求。修复第一次没做的事情总是要昂贵得多。没有人会高兴地发现刚刚完成的50 X 50英尺埋地地面环没有达到性能目标，如果它是60 X 60英尺，那么目标就会满足。
接地系统电阻取决于土壤电阻率和接地系统的大小。科学但简单的公式为R =ρ（L / A），R表示接地系统的电阻，ρ表示土壤电阻率，L表示路径的导电长度，A表示接地系统的表面积。通过降低L（在考虑导体时非常重要，而不是接地系统）可以简化公式，使公式R =ρ/ A.
在某些情况下，土壤电阻率很高，不能达到5Ω的接地电阻，或者在经济上不可行。当发生这种情况时，这意味着ρ太大以至于不能使A大到足以克服高电阻率并且不能满足接地电阻目标R. 即使在这种情况下，使用有效的接地系统设计方法也向有关各方证明已尽最大努力。
土壤电阻率是对跨越立方米土壤的电流的阻力。电流源连接到每侧一平方米的板上。这确保了可以使电流流入的完整地球体积。测量单位通常为欧姆 - 米，有时为欧姆 - 厘米（欧姆 - 米×100）。
电阻率是材料的特征。它以欧姆 - 米为单位。它与电阻的不同之处在于它是每特定体积材料的电阻的量度。通常，材料的电阻率不会改变。
电阻是一种点对点测量。例如，构成4/0 AWG导体的铜材料的电阻率沿着100英尺的截面保持不变。然而，当从一端到50英尺点测量时，4 / 0AWG导体的电阻将是沿整个100英尺截面测量的值的一半。
决定土壤电阻率的第一个因素是土壤类型。一般来说，砂和砾石的导电性很差，粘土的导电性很好。IEEE文件显示了特定类型土壤的非常广泛的电阻率。例如，粘土的变化范围为200至10,000欧姆 - 厘米，或50倍。石灰石的变化范围为500至400,000欧姆 - 厘米或800倍。
对于这样的范围，仅知道土壤类型不足以设计接地系统。土壤本身是电阻率的起点。从那时起，电阻率随水分含量，电解质含量和温度而变化。通常，每个越多，电阻率越低。这些中的每一个都很快达到了收益递减点，此时更多提供很少或没有额外收益。当土壤冻结时，电阻率呈指数级增高。
基本上，这些因素都不能在现场改变，因此土壤电阻率测试会告诉您需要了解的内容。电阻率为何就是无关紧要的; 唯一重要的是我们尽可能精确地定义数字。
简单的概念
测试确定土壤的电阻率是一个简单的概念。它需要一个特殊用途的仪表，探针，锤子，导体线圈，卷尺和纸和铅笔。
土壤电阻率测试仪被称为“4极仪表”并且用作电流源。它产生足够的电压（最多不超过48）以产生电表或操作员选择的电流。仪表看到的电阻存在于导体（最小）和探针 - 接地界面（批次）中。
通常，探针长18英寸，由不锈钢制成。它们的目的是在仪表和地之间建立电接触。它们允许仪表注入电流并测量产生的电压。探测器以相等的间距以直线驱入地球。通常，我们从5英尺的间距开始，因此探头将安装在0英尺，5英尺，10英尺和15英尺处。
仪表强制电流通过第一个探头，地线，最后一个探头并返回仪表。由于地球是半导电的，因此会产生电压降。仪表还测量第二和第三探头上的此电压。然后，仪表显示流过的电流量和电流产生的电压（欧姆定律中三个未知数中的两个），并简单地读出以欧姆为单位的电阻。
由于结果是欧姆（电阻），我们正在寻找欧姆表（电阻率），土壤的特性，必须进行转换。以下公式将电阻读数转换为欧姆表：ρ=探头间距（英尺）*仪表读数* 1.915。
例如，如果我们在五英尺探头间距下的读数是9.80欧姆，那么我们的电阻率将是93.835欧姆 - 米。要记住的一个重要概念是93.835欧姆表是表面与5英尺深度之间的平均电阻率（相当于探头间距）。
还应该提到的是，所有仪表中的测试电流都是可逆DC。真正的DC极化接地并提供不准确的读数。大多数仪表的频率是128赫兹。选择该频率是因为它不是功率频率的谐波。更好的仪表具有可变的测试频率，因此可以在遇到干扰时进行调整。
测试细节
当前离开第一个探针时，它形成一个反向漏斗。所有电流都离开探头的小区域并立即开始扩展，流过最宽的横截面积（更多平行路径），然后开始“漏斗”，以便在返回仪表的路上收集第四个探头。横截面最宽的区域是我们想要测量电压降的地方，因为电流不仅流过浅地，而且流过探头间距时可以达到的最深处。
现在我们知道平均电阻率低至5英尺，但我们仍然需要更多关于其他深度的信息。因为大型接地系统将利用比典型电极深度更大的深度的土壤，所以需要知道比深度超过5英尺深的信息。
在进行五英尺测试后，我们重复测试，探头间距为10,15,20,30,40,60,80，最小为100英尺。在每个探针间距，我们确定表面之间的平均土壤电阻率和相当于探针间距的深度。
测试的一条线（探针间距为5,10,15,20等）是不够的。我们更喜欢典型站点中至少三行。从一个角落开始，我们将测试一侧，然后是45度角，然后是90度角。
该测试程序的一个原因是具有足够的数据来预测接地性能。其次，如果金属管道埋在现场的一侧，结果将在该测试线上严重受损。请记住，电流将采用与其看到的阻抗成反比的路径。如果有金属管道，那么我们正在测试的地球上没有太多电流流过。
进行土壤电阻率测试尚未提及的一个重要原因是土壤电阻率永远不会与深度保持一致。根据我们的经验，随着深度的变化，土壤的电阻率总会变得更好或更差。如果土壤电阻率随深度变好，则可以通过安装更深的电极来改善地面系统电阻。如果土壤电阻率随深度变差，更深的电极将不太可能降低电阻。
在设计接地系统时，土壤电阻率测试是必要的。没有特定土壤电阻率测试的任何设计只不过是猜测。