工頻接地電阻測(cè)量技術(shù)探討

顏臺(tái)永

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002）

工頻接地電阻測(cè)量技術(shù)探討

顏臺(tái)永

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002）

工頻接地電阻測(cè)量是電氣測(cè)量的基本參數(shù)之一，但在實(shí)際測(cè)量存在許多問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，文章以最常用的三極直線法測(cè)量工頻接地電阻為例，結(jié)合國(guó)家有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求, 對(duì)接地裝置的接地電阻測(cè)量原理進(jìn)行分析和總結(jié),提出提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的意見(jiàn)和建議。

接地裝置；接地電阻；工作建議

1 概述

接地在建筑、通訊、電力等眾多行業(yè)之中，起著安全防護(hù)和屏蔽等作用，通常我們將接地分為：保護(hù)接地、防雷接地、工作接地和系統(tǒng)接地等等。接地裝置的接地是指埋設(shè)在地下的接地電極（網(wǎng)）與由該接地電極到設(shè)備之間的連接導(dǎo)線的總稱。根據(jù)接地工作的要求不同，將埋在地下的多個(gè)金屬接地極和這些接地極相互連接組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱接地網(wǎng)），接地網(wǎng)有大有小，有的非常復(fù)雜龐大，也有的只由一個(gè)接地極構(gòu)成。衡量接地效果的重要指標(biāo)之一就是工頻接地電阻（以下簡(jiǎn)稱接地電阻）。接地電阻大小直接體現(xiàn)了接地裝置與“地”接觸的良好程度。因此各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)接地裝置的接地電阻均有明確的要求，歸納起來(lái)主要有：接地電阻不應(yīng)大于lΩ或4Ω或l0Ω等等。

接地裝置的接地電阻是指電流經(jīng)過(guò)接地體進(jìn)入大地并向周圍擴(kuò)散時(shí)所遇到的電阻，因此接地電阻值的大小由4部分電阻決定：a) 接地引線的電阻；b) 接地極本身的電阻；c) 接地極表面與土壤的接觸電阻；d) 土壤電阻。

三極直線法是接地電阻測(cè)量中使用最多和最常用的方法，以下就其測(cè)量原理、測(cè)量方法、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量存在問(wèn)題以及提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性等問(wèn)題提出探討。

2 . 測(cè)量原理

三極直線法測(cè)量接線如圖1所示，測(cè)試時(shí)被測(cè)接地裝置E、電壓輔助極P與電流輔助極C三點(diǎn)布置在一條直線上且垂直于接地網(wǎng)。

E——被測(cè)接地裝置

P——測(cè)量用的電壓輔助極

C——測(cè)量用的電流輔助極

圖1 三極直線法測(cè)量原理接線圖

若在被測(cè)接地裝置E和測(cè)量用的電流輔助極C之間施加電源電壓，此時(shí)電位分布如圖2 所示。

圖2 接地電阻測(cè)量電位分布圖

由此可以看出, 在接地極E和電流輔助極C兩點(diǎn)之間的P點(diǎn)區(qū)域, 電位趨近于零, 這就是要測(cè)量的電壓輔助極P的位置，此時(shí)的電壓表和電流表的指示值U和I代入式 中去，得到被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻，這就是三極直線法測(cè)量接地電阻的基本原理。

3 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法

根據(jù)GB/T 21431-2008《建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，選取=（4～5） 和=（0.5～0.6），D為接地網(wǎng)的最大對(duì)角線長(zhǎng)度尺寸，此時(shí)的點(diǎn)P可以認(rèn)為是處于零電位區(qū)域內(nèi)。當(dāng)?。?～5）值有困難，若接地網(wǎng)周圍的土壤電阻率較均勻時(shí)，可以取3D值，值取1.7D值。把此時(shí)的電壓表指示值U和電流表指示值I代入公式 ，得出的R值就是被測(cè)接地裝置的接地電阻值。

根據(jù)GB/T17949.1-2000《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測(cè)量導(dǎo)則 第1部分常規(guī)測(cè)量》，如果被測(cè)接地網(wǎng)電極和電流輔助極C是相同的接地極且距離足夠大，則=0.5；如果被測(cè)接地網(wǎng)電極和電流輔助極C都是半圓形電極，且E和C距離較小，土壤又是同質(zhì)，則=0.618[1]。

由此可見(jiàn)，三極直線法測(cè)量接地電阻時(shí)，由于測(cè)量地區(qū)的土壤電阻率不一定都是均勻的，而且地下巖石、溝道以及在地下還可能有各種金屬管道等等，都將影響電流場(chǎng)的分布，給測(cè)量位置帶來(lái)偏差。為了保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，必須較準(zhǔn)確地找到零電位區(qū)域，所以在GB/T 21431-2008中要求把電壓輔助極P位置在被測(cè)接地裝置與電流輔助極C的連接直線方向上移動(dòng)三次，每次移動(dòng)約為5%距離，分別測(cè)量電壓輔助極P的電壓值，如果三次電壓值之間偏差不超過(guò)5%，就可以把這三次測(cè)量的中間一次位置作為電壓輔助極P的位置[2]。

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量常見(jiàn)存在問(wèn)題

4.1 測(cè)量?jī)x器問(wèn)題

筆者見(jiàn)到的防雷、消防等檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，都有接地電阻測(cè)量項(xiàng)目，都在使用便攜式接地電阻測(cè)試儀作為接地電阻測(cè)量?jī)x器；而且不管接地網(wǎng)的大小，都用此儀器測(cè)量接地電阻，因此存在如下問(wèn)題：

（1）所配備的電流輔助極和電壓輔助極的連接引線較短，一般只有40m、20m、10m或更短的，根據(jù)=（4～5） 或= 3 要求，因此連接引線不能滿足較大接地網(wǎng)的接地電阻測(cè)量要求。

（2）所配備的接地輔助極本身較短，一般只有200mm左右；所配備的連接引線也較細(xì)，截面積一般不大于1.5mm2，從接地電阻的測(cè)量原理可知，接地輔助極較短，無(wú)法插入土壤較深，與土壤接觸電阻較大，而且連接引線截面積較小，導(dǎo)致測(cè)量回路電阻較大電流較小，降低了儀器的靈敏度，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2 人員操作問(wèn)題

測(cè)量者手上一般沒(méi)有被測(cè)接地網(wǎng)的圖紙，加上現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件較為復(fù)雜，所以對(duì)電流輔助極的位置選擇較為隨意，位置不一定能達(dá)到=（4～5）或 = 3 的要求，經(jīng)常出現(xiàn)電流輔助極位置太靠近接地網(wǎng)，有的可能還在接地網(wǎng)內(nèi)；同樣對(duì)電壓輔助極位置的選擇更為隨意，相當(dāng)多測(cè)量者只選一個(gè)位置，沒(méi)有通過(guò)移動(dòng)電壓輔助極位置來(lái)尋找零電位點(diǎn)，沒(méi)有按標(biāo)準(zhǔn)要求方法進(jìn)行移動(dòng)三次測(cè)量。

4.3 測(cè)量理論依據(jù)問(wèn)題

以上測(cè)量原理和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的接地電阻測(cè)量方法，都是基于歐姆定律得到的，即在一個(gè)回路上測(cè)量一個(gè)電流I值和一個(gè)電壓U值，所測(cè)得的U/I值作為接地電阻R的值。經(jīng)相關(guān)研究結(jié)果，大地不是金屬材料而是固體介質(zhì)，它的導(dǎo)電現(xiàn)象有些特殊規(guī)律，不一定服從歐姆定律[3]。所以按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量的接地電阻測(cè)量方法存在偏差。

5 提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的意見(jiàn)和建議

5.1 降低測(cè)量裝置的內(nèi)阻

如果測(cè)量回路內(nèi)電阻太大，在一定的測(cè)量電壓下，測(cè)量電流就很小，不僅影響測(cè)量靈敏度，而且測(cè)量誤差也大。有時(shí)甚至測(cè)量?jī)x器或儀表都沒(méi)有反映，測(cè)不出結(jié)果來(lái)。因此降低測(cè)量裝置的內(nèi)阻措施有：

（1）保持測(cè)量回路接觸良好。不管是電壓輔助極還是電流輔助極，使用時(shí)間長(zhǎng)了易出現(xiàn)氧化銹蝕現(xiàn)象，造成與土壤或與測(cè)量連接引線接觸不良，有相當(dāng)多的連接引線采用鱷魚(yú)夾也常出現(xiàn)接觸不良，因此需經(jīng)常除銹處理，保持接觸良好。

（2）降低電流輔助極本身的電阻?？梢圆捎眉哟蠼拥貥O直徑或增加長(zhǎng)度，或用多根電流極并聯(lián)等方法；如果電流輔助極所在的位置是比較干燥的, 可以給電流輔助極周圍注水等方法措施。

（3）降低測(cè)量連接引線電阻?？梢圆捎眉哟筮B接引線截面積方式；對(duì)接地網(wǎng)尺寸較小的，可以配備使用較短的連接引線。

5.2 電壓輔助極位置的調(diào)整

從測(cè)量原理可知，電壓輔助極位置是否落到零電位區(qū)域很重要。在具體測(cè)量中，可在三極連成的直線上，在稍大的區(qū)域范圍內(nèi)，例如在（0.5～0.7）的距離范圍內(nèi)，采用移動(dòng)電壓輔助極測(cè)量位置來(lái)找尋大地零電位點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。通常進(jìn)行5～7個(gè)點(diǎn)的測(cè)量，移動(dòng)電壓輔助極在接地裝置和電流輔助極之間的位置，分別測(cè)量出不同的電壓輔助極位置時(shí)對(duì)應(yīng)的接地電阻，做出接地電阻隨電壓輔助極位置改變的變化曲線，曲線平坦段對(duì)應(yīng)的接地電阻即為該接地裝置的接地電阻。

5.3 增加測(cè)試電壓和電流

從上述分析便攜式接地電阻測(cè)試儀存在的問(wèn)題可知，由于工作電壓不高電流較小，會(huì)降低了儀器的靈敏度，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此要加大測(cè)試電壓和電流；另外，對(duì)于正在運(yùn)行的電力設(shè)施的接地系統(tǒng)，由于三相線路負(fù)載經(jīng)常不平衡，導(dǎo)致接地體上會(huì)有一些零序電流流過(guò)，產(chǎn)生零序電流干擾，為消除該干擾，最好辦法是加大測(cè)試電流。此外，加大測(cè)試電流也可以減弱其它電磁波的干擾。當(dāng)然，要加大測(cè)量電流，就必須加大測(cè)量電壓，導(dǎo)致測(cè)量電源容量加大，在這測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)是比較困難的，這樣就不能用簡(jiǎn)單的便攜式接地電阻測(cè)試儀，要用其它的測(cè)量?jī)x器和其它接地電阻測(cè)試方法了。

5.4 更多了解被測(cè)接地裝置及其周邊信息

測(cè)量前不僅要拿到被測(cè)接地裝置的圖紙資料，還要了解周邊環(huán)境條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及地下管網(wǎng)布置等信息，地下或空中是否存在高電壓線路經(jīng)過(guò)等等，才能選擇合適測(cè)量電極位置，并保證測(cè)量者安全。

綜上所述，要較準(zhǔn)確獲得接地裝置的工頻接地電阻值，必須要更多了解被測(cè)接地裝置及其周邊信息，選擇使用合適的儀器設(shè)備，掌握正確的測(cè)量方法和技術(shù)，采取多次或多種測(cè)量方法等。

[1]接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測(cè)量導(dǎo)則 第1部分 常規(guī)測(cè)量 GB/T17949.1-2000 [S].

[2]建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范 GB/T 21431-2008 [S].

[3]斯卡那維. 電介質(zhì)物理學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社,1958:298-319.

Technical Research for the Measurement of Power Frequency Grounding Resistance

YAN Tai-Yong
(Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality, Fuzhou 350002, Fujian, China)

The measurement of power frequency grounding resistance is one of the basic parameters of electrical measurements. But there are many problems in the actual measurement, which lead to inaccurate results .The article uses an example for the most commonly used three pole straight-line method measuring power frequency grounding resistance. Based on relevant national norms and standards requirements,the article analyzes and summarizes the measuring principle of grounding resistance for grounding device, and puts forward opinions and suggestions to improve the accuracy of measurement results.

Grounding device; Grounding resistance; Work suggestion

2013-10-09

顏臺(tái)永，男，福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，高級(jí)工程師