超長(zhǎng)等位梯度變量接地電阻測(cè)量法

陳宇豪，武建潔

（1.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.察爾森水庫(kù)管理局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

接地電阻一般指接地體上的工頻交流或直流電壓與通過(guò)接地體而流入地下的電流之比。散泄雷電沖擊電流時(shí)的接地電阻，指電壓峰值與電流峰值之比，稱為沖擊接地電阻。接地電阻主要是電流在地下流散途徑中土壤的電阻。接地體與土壤接觸的電阻以及接地體本身的電阻小得可以忽略。電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)，短路電流ID通過(guò)接地體向大地近似作半球形流散（接地體附近并非半球形，流散電流分布依接地體形狀而異）。參見(jiàn)圖1。

圖1 流散電流分布圖

圖1中畫(huà)出了與電流垂直的等位線，越接近接地體的等位線其電位越高。因?yàn)榍蛎娣e與半徑平方成正比，所以流散電流所通過(guò)的截面隨著遠(yuǎn)離接地體而迅速增大。因電阻與電流通道的截面積成反比，故同半球形面積對(duì)應(yīng)的土壤電阻隨著遠(yuǎn)離接地體而迅速減小。一般情況下，接地裝置散泄電流時(shí)，離單個(gè)接地體20 m處的電位實(shí)際上已接近零電位。

常用的接地種類有工作接地、保護(hù)接地、防雷接地和屏蔽接地等。

1）工作接地。發(fā)電機(jī)或變壓器中性點(diǎn)的接地，又稱中性點(diǎn)接地。其功能是保證電力系統(tǒng)在正常及故障情況下具有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行條件，保證電力設(shè)備絕緣所需的工作條件和保證繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的正常工作。

2）保護(hù)接地。把正常工作時(shí)不帶電而在絕緣損壞或意外情況下可能帶電的電器設(shè)備的金屬外殼接地，以保證工作人員觸及時(shí)的人身安全。

3）防雷接地。組成防雷措施的一部分。其作用是把雷電流引入大地。建筑物和電氣設(shè)備的防雷主要是用避雷器(包括避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和消雷裝置等)。避雷器的一端與被保護(hù)設(shè)備相接，另一端連接地裝置。

4）屏蔽接地。是消除電磁場(chǎng)對(duì)人體危害的有效措施，也是防止電磁干擾的有效措施。對(duì)產(chǎn)生磁場(chǎng)的設(shè)備外殼設(shè)屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到減輕或消除電磁場(chǎng)對(duì)人體危害的目的，也可以保護(hù)屏蔽接地體內(nèi)的設(shè)備免受外界電磁場(chǎng)的干擾影響。

圖2 測(cè)試方法示意圖

在水利工程建設(shè)中，接地電阻的測(cè)量是非常重要的，它的指標(biāo)能否滿足設(shè)計(jì)要求，是保證水利工程設(shè)施及工程設(shè)備防止雷擊和靜電破壞、安全可靠運(yùn)行的重要條件之一。一般情況下，利用“接地電阻測(cè)試儀”就可完成接地電阻測(cè)試，其原理是利用電橋等位平衡法，需要在距接地點(diǎn)20 m、40 m分別插入電位接地極和電流接地極就可以測(cè)試。

但是，在有些特殊情況下，接地點(diǎn)附近沒(méi)有可插入接地電極的條件，比如被水泥、石塊覆蓋，壩體嚴(yán)禁破壞，土壤十分干燥等，此時(shí)接地電阻無(wú)法測(cè)量，如果接地電阻不滿足設(shè)計(jì)要求，將留有重大隱患，直接關(guān)系到水利工程設(shè)施及工程設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，這種情況在實(shí)際工作中經(jīng)常遇到。

為解決特殊情況下接地電阻測(cè)試問(wèn)題，根據(jù)多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出《超長(zhǎng)等位梯度變量接地電阻測(cè)量法》。

在需測(cè)試點(diǎn)最近的有測(cè)試條件的地方，將輔測(cè)電極插入地下，電極上端打相應(yīng)圓孔，周圍處理干凈。按照要求插入電位接地極和電流接地極，準(zhǔn)備一條略大于需測(cè)試點(diǎn)到輔測(cè)電極距離長(zhǎng)度的低阻塑封線纜，其電阻值為Rs，最好是多心軟銅塑封線纜，兩端焊接銅線鼻，處理干凈待用。

將塑封線纜一端與輔測(cè)電極連接好，另一端放到輔測(cè)電極附近，注意段子絕緣，嚴(yán)禁接地或與其他到電體接觸，按照要求將輔測(cè)電極、電位接地極和電流接地極與“接地電阻測(cè)試儀”連接好，測(cè)試出輔測(cè)電極的接地電阻Rf，然后斷開(kāi)接地端鈕接到塑封線纜另一端，測(cè)出接地電阻，稱為一次串聯(lián)電阻Rc。

此時(shí)塑封線纜電阻Rs可知。

將塑封線纜兩端與需測(cè)試點(diǎn)和輔測(cè)電極連接好，接地端鈕仍連接輔測(cè)電極，測(cè)出接地電阻，稱為預(yù)測(cè)電阻R。此時(shí)可根據(jù)電阻串并聯(lián)公式，計(jì)算出需測(cè)試點(diǎn)的接地電阻數(shù)值，見(jiàn)圖2測(cè)試方法示意圖。

設(shè)：需測(cè)試點(diǎn)的接地電阻為Rx，塑封線纜電阻為Rs，輔測(cè)電極接地電阻為Rf；

預(yù)測(cè)電阻為R

則有：

推導(dǎo)后得出：

這種測(cè)試方法通過(guò)實(shí)際應(yīng)用并得到驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果是正確可靠的，解決了特殊情況接地電阻測(cè)試問(wèn)題。