地網(wǎng)工頻接地電阻測試儀的特性和檢測方法探討

汪心妍　趙　燕　孫曉研

(1.山東省計量檢測中心，濟南 250014；2.山東省社會公正計量行，濟南 250014)

0　引言

接地裝置(用作電力系統(tǒng)發(fā)電、變電、配電、用電系統(tǒng)工作接地及防雷、保護接地的埋設(shè)在地中的一組金屬體)的接地電阻是接地裝置設(shè)計、施工、驗收和維護的重要依據(jù)，是保障發(fā)電、變電、配電和用電系統(tǒng)安全運行的重要指標(biāo)。

地網(wǎng)工頻接地電阻測試儀(以下簡稱地阻儀)主要用于測量各種大型接地裝置的接地電阻和土壤電阻率，屬于DL/T 845.2—2004[1]中的B類測試儀。它不同于常規(guī)的接地電阻表。

針對地阻儀，目前尚無專門的檢定規(guī)程。結(jié)合DL/T 845.2—2004，參照J(rèn)JG 366—2004 接地電阻表國家計量檢定規(guī)程，我們總結(jié)了地阻儀的校準(zhǔn)經(jīng)驗，針對其現(xiàn)場使用的特殊性，提出了相應(yīng)的檢測方法，期望為其檢定規(guī)程的制定提供參考。

1　特性分析

地阻儀以電位降法為工作原理，將測試電流I注入由地網(wǎng)和電流極形成的回路，電流在地網(wǎng)與大地零電位間產(chǎn)生一個電壓U，則接地電阻

R=U/I

(1)

通常，工頻接地電阻采用四個測試端子，即電流端子C1、C2和電壓(電位)端子P1、P2，以消除引線電阻對接地電阻測試的影響和提供土壤電阻率測試功能。

G.被試接地裝置；C.電流極；P.電位極；D.被試接地裝置最大對角線長度；dCG.電流極與被試接地裝置邊緣的距離；dPG.電位極與被試接地裝置邊緣的距離

地阻儀在現(xiàn)場使用時普遍存在大量干擾因素，如大地回流引起的地干擾、分布電感、地電壓反擊、測試引線串?dāng)_、運行中的輸電線路感應(yīng)、高頻電磁干擾、諧波干擾和地下導(dǎo)體等，對測試值有較大影響[3-5]。

這是由于大型接地裝置接地電阻很小(一般在0.5Ω以下)，即使細微的干擾也會對測試結(jié)果產(chǎn)生很大影響。而由于接地裝置的復(fù)雜性，干擾信號往往比被測信號大得多，例如由于大地回流產(chǎn)生的工頻干擾電壓可達幾百伏。所以，地阻儀需要具有很強的抗干擾能力，使測量結(jié)果更接近真實值，這也是其技術(shù)關(guān)鍵之一。

傳統(tǒng)的地阻儀通過測試電流的選擇、變頻電源的應(yīng)用及測試頻率的改變來削弱或消除干擾，如大電流法、兩點異頻法和倒相法等。

2　檢測方法

針對各類接地電阻表的檢定，現(xiàn)行的國家技術(shù)法規(guī)是JJG 366—2004 接地電阻表國家計量檢定規(guī)程。該規(guī)程中明確指出“本規(guī)程不適用于交流電網(wǎng)供電和因特殊要求而制造的接地電阻表”，即不適用于本文所指的地阻儀的計量校準(zhǔn)。并且，該規(guī)程規(guī)定的檢定條件無法判定地阻儀在現(xiàn)場各種因素影響下測試值的準(zhǔn)確性和有效性；對檢定裝置提出的功率、干擾幅度和量程范圍等要求也不適用于地阻儀的校準(zhǔn)。為此，我們提出了相應(yīng)的檢測方法。

2.1　檢測裝置

現(xiàn)有用于檢定普通接地阻表的標(biāo)準(zhǔn)器不適于檢測大地網(wǎng)地阻表，但其主要技術(shù)方案和測量原理可做參考延用，比如相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)電阻器需要加大功率和耐壓等級。

正常情況下的檢測接線圖如圖2所示，圖中，RE為標(biāo)準(zhǔn)電阻器(等效接地電阻)；RP、RC為等效輔助接地電阻。

圖2　檢測地阻儀接線圖

2.2　地干擾電壓的影響

按DL/T 845.2—2004中規(guī)定，地阻儀的測試端子施加如表1規(guī)定的等效工頻地電壓時，所引起的改變量應(yīng)符合表1的規(guī)定。其中EL為地阻儀的基本誤差限值。檢測接線圖如圖3所示，其中PV為1.5級交流電壓表。

表1　地干擾電壓的影響

圖3　地干擾電壓的影響接線圖

但是，現(xiàn)場使用時，地干擾電壓有時遠大于10V，甚至可達幾十伏，所以，我們認(rèn)為地干擾電壓的大小應(yīng)提高，但目前對電壓提高幅度的具體值缺少相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。為此，我們對不同生產(chǎn)廠家的部分型號的地阻儀做了相應(yīng)試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2所示，結(jié)果表明：當(dāng)測量電阻RE大小為0.5Ω時，電壓提升至20V、50V、100V后，不同型號的地阻儀的誤差改變量一般<10EL。

表2　地干擾電壓的影響試驗數(shù)據(jù)

2.3　分布電感的影響

分布電感也會對測試造成影響。建立準(zhǔn)確的電路模型，確定合適的參數(shù)范圍，可有效評估分布電感對地阻儀的影響。我們在計量標(biāo)準(zhǔn)器方面增加了標(biāo)準(zhǔn)電感器。試驗中，將標(biāo)準(zhǔn)電阻器與標(biāo)準(zhǔn)電感器串聯(lián)，如圖4所示，測試標(biāo)準(zhǔn)電感器引起的改變量。

圖4　分布電感的影響接線圖

根據(jù)阻抗計算公式，新的阻抗的大小以其模來表示：

(2)

當(dāng)測量電阻RE大小為0.5Ω時，即式(2)中R=0.5Ω，若L=1mH，可計算得到理想狀態(tài)下的理論值Z≈0.591Ω(f=50Hz)。

而在實際狀態(tài)下，還需要考慮電感的內(nèi)阻和引線電阻影響。我們采用短銅片來連接電感與電阻，盡可能減小引線電阻影響，并認(rèn)為可以忽略。通過事先測得電感的內(nèi)阻r0，計算其帶來的附加影響，計算公式如下：

(3)

以地阻儀測得的實際值減去式(3)計算出的Δ值，可近似消除電感內(nèi)阻的影響。

具體的試驗得到的數(shù)據(jù)如表3所示，可見改變量一般<20EL。

2.4　電壓反擊的影響

DL/T 845.2—2004規(guī)定，地阻儀電壓測試端子Pl、P2之間以及電流測試端子C與電壓測試端子P之間施加頻率為50Hz， 畸變系數(shù)不超過5%的正弦交流試驗電壓，時間為1min，地阻儀的準(zhǔn)確度不改變。

表3　分布電感的影響試驗數(shù)據(jù)

對于工作電壓不大于300V的地阻儀，試驗電壓值為其最大工作電壓的4倍。對于工作電壓大于300V的地阻儀，試驗電壓值為1.2kV。

我們認(rèn)為，電壓反擊的影響一定程度上反映了地阻儀在現(xiàn)場使用時的抗干擾能力，也應(yīng)該作為地阻儀的檢定項目之一，具體的檢定方法和要求可參照DL/T 845.2—2004的規(guī)定。

3　結(jié)束語

地阻儀在各類干擾環(huán)境中的干擾抑制能力是判斷其能否在進行真實、穩(wěn)定、準(zhǔn)確和有效測量的關(guān)鍵?；谶@種指導(dǎo)思想，我們總結(jié)了上述計量性能指標(biāo)和可行的檢測方法。

目前各類檢定往往只注重溫度、濕度等氣候環(huán)境的影響和機械沖擊、振動等的影響，而電磁干擾環(huán)境對儀器使用的影響未引起重視。我們應(yīng)該使用更貼近實際的技術(shù)方案模擬各類干擾，使檢定條件不斷貼近實際使用狀況。

通過這樣的計量檢定，可考察被檢儀器在各種干擾狀況下，其測試值的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，用以判定和評價不同被檢表的抗干擾能力和現(xiàn)場適應(yīng)性，為用戶合理選用儀表提供技術(shù)依據(jù)。

[1]DL/T 845.2—2004電阻測量裝置通用技術(shù)條件第2部分:工頻接地電阻測試儀[S].2004

[2]DL/T 475—2006接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則[S].2006

[3]GB/T 17949.1—2000接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則 第1部分:常規(guī)測量[S].2000

[4]賈淼. 基于嵌入式的電網(wǎng)接地電阻測試儀軟件方面的研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué)，2008

[5]馮志偉，肖穩(wěn)安，等. 影響接地電阻測量結(jié)果的因素分析[J]. 電氣應(yīng)用，2010(15)