测量两种常见不规则建筑基础接地电阻时的有限差分分析(S13雷电物理、监测预警和防护)

摘要

防雷工程检测与验收中的一个重要任务是接地电阻检测。它是通过测量其工频电阻值，而后按一定比例换算成冲击接地电阻值来判断防雷接地系统是否满足规范及设计要求。国内外学者大都推荐采用电位降法来准确测量工频接地电阻。实际工程检测中，从直线三极法中派生出来的0.618 法较为常用，但该方法的几个理想假设限制了这一方法在实际中应用的范围。对于处于均质土壤中的小规模接地系统，尚且可以近似满足0.618 法假定的前提条件，然而在实际防雷检测中，经常会遇到L 形、U 形建筑基础等非规则的接地系统，且测试电极多为针棒形，测试仪器提供的辅助测量线一般较短，此时，采用0.618 法就可能产生较大的测量误差。目前，对于建筑物基础形状对测量造成影响的研究还比较少。因此，在较短测量回路条件下，采取哪一种测量布极方式对较为复杂的建筑基础进行接地测量才能得到更准确的测量结果是一个值得研究的实际问题。有限差分法是数值模拟计算中应用最早的一种方法，它以概念清晰、方法简单直观等特点在电磁场数值计算领域获得了广泛的应用。虽然三维有限差分法（Three-dimensional Finite Difference Method,3D FDM）在80 年代中后期开始在勘探、地震等领域中广泛应用，但目前却很少有采用三维有限差分法对接地电阻测量进行模拟研究。本文通过建立接地电阻测量的数值计算模型，设定合理的边界条件和注入源，根据麦克斯韦方程推导出的迭代公式，采用三维有限差分数值计算方法模拟了采用0.618 法测量L 形、U 形两种常见不规则建筑基础接地电阻时不同测量位置及测试电极布置方式下的电位分布，分析并给出了零电位区的位置、电位降曲线及测量时产生的相对误差。接地电阻测量模拟计算的结果表明，采用0.618 法测量时，不同的测量位置其准确布极要求有所不同。实际检测中，对于L 形、U 形建筑基础的接地电阻测量，应视现场环境和仪器条件，合理地选择恰当的测量点和布极方式，才得到更为准确的测量结果。研究结果加深了不规则接地系统进行接地电阻测量的理论认识，为实际检测提供了重要的参考依据。