由于土壤是由不同的土壤颗粒和其间隙中存在的水和空气组成，再则接地体的形状、尺寸又不一，所以接地电阻有着非常复杂的性质。

一、接地电阻的定义

接地电阻包括接地电极体本身的电阻、接地电极体与土壤间的接触电阻、接地电极体附近的土壤电阻、接地电极体至电气设备间连接导线的电阻四者之和。

从定量的角度描述接地电阻的定义应该是“在某一电极上流入接地电流I（A），若接地电极的电位比周围大地高出E（V）时，其电位上升值与接地电流之比E/I（Ω）即为接地电阻”。如图1所示。

图1　接地电阻的定义

接地电阻的定义必须要附带以下两个条件。

①为了使接地电流流向接地电极，必须形成闭合回路，需要把两根接地电极打入大地，并保持足够的间距。当接入电源后，就会在两个电极之间流过接地电流，把其中一根电极称为辅助电极，如图2所示。在定义接地电阻时，辅助电极要设置在离主接地电极十分远的地方，使它对主接地电极带来的影响甚微，而将其忽略。当电源取直流时，由直流电流产生的电化学现象可被忽略。

图2　辅助电极

②接地电极的电位上升是以大地的无限远方为基准测量的。所谓无限远方是指即使有接地电流，电位也不变动的地点，即意味着与通电前的状态没有变化的地点，将该点作为电位基准点。可以从电位上升值及接地电流求出真正的接地电阻，如图3所示。如果把测定电位的基准点靠近接地电极，基准点的电位就会因接地电流而引起（ΔV）上升，这一增量给电位上升的测定带来误差，进一步使接地电阻也形成误差。

图3　电位测定的基准点

二、接地电阻的一般性质

接地电阻由以下3个构成要素组成：

①接地线的电阻及接地电极自身的电阻；

②接地电极表面及与其接触的土壤之间的接触电阻；

③电极周围大地的电阻。

如图4所示，这3个构成要素中①是导体，电阻非常小，不成问题。但是将钢筋混凝土基础桩等非金属体作为代用电极时，必须考虑接地电极自身的电阻。②的接地电阻是电极与土壤的“适应”问题。接地电极的大部分是金属体，其表面是光滑的，而土壤是微小的固体颗粒，这两种物质实际是接近点接触状态，而不是面接触，所以在界面上有接触电阻。此外还有静电电容的作用，由于打入电极时电极的振动、埋设时加在电极上的压力，还有土壤种类、接地施工的场所等影响，无法用一两句话说清楚。从接地电阻的本质来说，还是③的影响最大。③中土壤所具有的电阻是最重要的，是电极包围的大地的电阻，叫做大地电阻，是接地电阻的主要部分。

图4　构成接地电阻的要素

由于通过大地电传导的截面积非常大，因此可以认为其电阻小到可以忽略不计。当离接地电极相当远时，电流通路的截面积变得非常大，即使土壤的导电性不良，电阻仍然很小。但是在接地电阻附近，由表面积并不太大的接地电极流出电流，电流通路的截面积被束缚，接地电阻呈现一定的电阻值。如图5所示，接地电流从接地电极以放射形式流出，随着远离电极，电流通路的截面积会增大。

图5　电流通路的截面积与电阻关系

当确定了某一接地电极的形状和尺寸，该电极的接地电阻表达式为

R=ρf　　（1）

式中　R——接地电阻，Ω；

ρ——大地电阻率，Ω·m；

f——电极的形状与尺寸有关的函数。

由式（1）可知，接地电阻与大地电阻率成正比，对同一形状、同一尺寸的接地电极，大地电阻率场合不同，其接地电阻值就不同。

另外，函数f在电极的形状不清楚时不能确定。在电极的形状一定、大小如图5所示作相似变化的场合，接地电阻可表示为

式中　k——由电极形状确定的系数；

ρ——大地电阻率，Ω·m；

l——电极模型的特征尺寸。

l在如图6所示是半球状电极的半径，代表电极边缘模型的长度。由此，在大地电阻率一定的场合，若形状变化，接地电阻会随之变大变小。这在接地电极设计上是十分重要的，也是由模型电极来对接地电阻推算之际起支配作用的原理。

图6　接地电极形状一定而大小做相似变化的场合