防雷接地電阻值測試影響因素分析

吳運策等

接地是現(xiàn)代防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，無論是直接雷防護還是雷電的靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)和雷電波入侵的防護技術(shù)，最終是把雷電流送入大地。因此，防雷接地電阻值是判定防雷工程是否合格的重要依據(jù)，也是衡量防雷接地效果的主要技術(shù)指標(biāo)。而防雷接地電阻的真實值只有一個，具有唯一性。但因測量方法、測量儀器、測量條件、操作人員等多種因素的影響，測量數(shù)據(jù)都在一定程度上偏離真實接地電阻值。因此如何提高接地電阻測量的準(zhǔn)確性，從而提高檢測數(shù)據(jù)的可信度，對防雷接地工程合理節(jié)約材料和對接地工程的施工是否達標(biāo)，都具有重要意義。

在實際防雷接地電阻檢測中，經(jīng)常會出現(xiàn)同一接地體，采用不同的方位、測量方法、方式，測出的接地電阻值不同，且相差甚遠(yuǎn)。這些差異較大的測試結(jié)果，到底哪個較為符合客觀實際？又該如何選取正確的接地電阻值？

本文主要對常用的小地網(wǎng)檢測儀如DER2571、METREL的K-2127等檢測儀器進行分析。那么，何為接地電阻？一般而言，向接地網(wǎng)注入1A的電流，接地網(wǎng)對大地的無限遠(yuǎn)處零電位所產(chǎn)生的電位差為該地網(wǎng)的接地電阻。

如上圖所示，E點為接地體（理想化為單點接地），C點為測試儀的電流極。圖中曲線為地表的等電位線，過P點的垂直線為零電位線，零電位線延伸到無限遠(yuǎn)處。EC的距離應(yīng)為接地極深度的5倍，EP的距離應(yīng)為接地極深度的2.5倍，測試儀的電位極在P點。按照接地電阻的定義，接地電阻R應(yīng)為E點至無限遠(yuǎn)處零電位的電位差U與測試儀從E點至C點的電流I之間的比值，即R=U/I。

上圖為接地網(wǎng)測量時輔助接地極P、C的布置。接地電阻測量儀的E端應(yīng)接在地網(wǎng)的邊緣上，EC的延長線要通過地網(wǎng)的中心G點。當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的最大外徑為D時，取E點到電流探針C點的距離為EC=5D時，地網(wǎng)周圍地表的等電位線沿地網(wǎng)周圍平均分布，電位極P處才有可能接近于真實零電位線。這樣測得的接地電阻R才會比較真實。

依據(jù)經(jīng)驗分析，理想化的檢測前提條件為：土壤在測試范圍內(nèi)平坦且水平方向和垂直方向均勻分布，導(dǎo)電能力上呈各向同性，地下無金屬管道等影響等電位線發(fā)生畸變的外來因素。任何不滿足前提條件的干擾因素，都會導(dǎo)致接地電阻的測試結(jié)果和實際情況存在偏差。另外土壤特性、地下雜散電流、儀器精度和人為操作也會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。影響接地電阻測試準(zhǔn)確性的因素很多，要想做到完全準(zhǔn)確幾乎不可能，只能盡可能地接近真實值。

1.水平和垂直方向土壤特性變化的影響

一般而言，接地網(wǎng)周圍的土壤結(jié)構(gòu)和成分并不一樣，含水量也不盡相同，這些差異直接導(dǎo)致了土壤在各水平方向上導(dǎo)電能力的不一致，也使得等電位線在水平面上發(fā)生畸變。由此，電位極P在EC點的中點2.5D處的電位就可能不是零電位。針對“綠地中央”項目的檢測情況分析，從上圖的等電位線模擬分布圖可以看出，只有東南向紅色粘土層區(qū)的等電位線分布略顯均勻，將P、E極探針打在這個區(qū)域才能較真實反映出地網(wǎng)的實際接地電阻。所以說此項目的接地工程應(yīng)符合設(shè)計要求。因此，對于周邊土壤環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，防雷檢測時必須要多次測量、綜合分析，才能得出正確結(jié)果。

此外，垂直方向土壤的變化對測試結(jié)果也存在一定影響。大多數(shù)項目在施工過程中都會有在周圍取土后回填的情況?；靥顣r一般都將建筑垃圾回填，這些回填的建筑廢棄物和土壤的導(dǎo)電特性存在差異，而且回填土存在較多空隙，密實度和土壤也差別很大。由于時間短回填土的含水率也不高，使得檢測結(jié)果往往失去真實性。因此檢測時應(yīng)盡可能找有原生土的區(qū)域打接地樁，回填土不厚的區(qū)域可除去表面回填浮土再打入接地極。這樣的測試結(jié)果才更接近真實值。

2.地下金屬管網(wǎng)的影響

對于市區(qū)的施工項目，由于周圍建筑密集，地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，對接地電阻測試的影響很大。使用K-2127接地測試儀在城區(qū)使用四線法檢測時，經(jīng)常遇到顯示結(jié)果為0.00Ω。其實，當(dāng)EP所在直線與地下金屬管道恰好重合時，EP兩點的電位有時相同，也就是說EP之間的電位差為0，根據(jù)公式R=U/I，可知測試結(jié)果必然為零。為了盡可能減小地下金屬管網(wǎng)的影響，檢測時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離地下管網(wǎng)分布區(qū)，實在無法避開時，應(yīng)盡可能使EPC三點連成的直線垂直于金屬管道的走向。

3.噪聲電流、電壓的影響

接地測試儀對大地的噪聲電壓、雜散電流等干擾信號也比較敏感，一般在儀器說明書里都有比較詳細(xì)的說明，檢測人員使用前必須仔細(xì)閱讀。以K-2127為例，當(dāng)噪聲電流大于2.1A、噪聲電壓大于5V時儀器會自動報警。當(dāng)出現(xiàn)噪聲報警信號時，應(yīng)使P、C極遠(yuǎn)離干擾源，或?qū)y試設(shè)備的電源暫時關(guān)掉以降低噪聲電壓后再進行測試。

4.電流、電位接地樁位置的影響

如果電位極P、電流極C的土壤電阻率RP、RC太高，同樣對檢測結(jié)果會產(chǎn)生較大影響。一般當(dāng)RP、RC≥50kΩ時，測量結(jié)果不能采用?，F(xiàn)在的測試儀也有這種情況的自動報警裝置。測量時要注意將輔助接地極P、C極插入潮濕的土壤中，對于特別干燥的土壤可以澆足夠的水使土壤濕透后再打入接地極進行檢測。

5.儀器本身的影響

目前常用的小地網(wǎng)檢測儀器本身由于設(shè)計和工藝的原因，對環(huán)境的溫濕度有一定的要求。一般情況下接地測試儀的工作溫度范圍在0℃至40℃之間，濕度在80%以下。溫濕度超出工作環(huán)境要求時，檢測結(jié)果會存在一定偏差。當(dāng)儀器電池電量不足時，儀器會顯示電量不足，檢測時同樣應(yīng)該注意，否則將影響檢測結(jié)果。

6.被測接地極本身因素

用電設(shè)備的絕緣問題，部分短路引起的漏電現(xiàn)象、引下線附近有并接的高壓電源的干擾、零地混接等可引起被測接地極本身存在交變電流，使零地電位過大，影響接地電阻的測量準(zhǔn)確度。

7.電磁環(huán)境的影響因素

檢測區(qū)域附近有大功率的發(fā)射基地，如雷達、移動、微波、衛(wèi)星等基站時，或檢測區(qū)域在高壓變電所及高壓線路、大功率設(shè)備頻繁啟動場所附近時，會出現(xiàn)較強的電磁場干擾。在檢測過程中使用功率大的對講機，也會對測試結(jié)果有一定的影響。在檢測高層建筑時，因測試加長線垂在高空，如同一根天線將空中無線電、電磁雜波等信號經(jīng)測試線引入儀表，產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，使測量數(shù)據(jù)跳動。

從以上分析可以看出，在實際接地電阻測量中，用完全正確的方法獲得完全符合接地電阻標(biāo)準(zhǔn)定義的“真實接地電阻值”難以實現(xiàn)。同時，由于天氣、氣候環(huán)境的變化，以及接地裝置周圍環(huán)境的改變，特定接地極的接地電阻也是不斷改變。因此可以認(rèn)為，特定接地極的“真實接地電阻值”也是不存在的。對接地電阻的測量目標(biāo)，就是要獲得與“真實接地電阻值”最接近的接地電阻值或是該接地極的“有效接地電阻值”。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)，結(jié)合對接地電阻測量值影響因素的分析，應(yīng)采取如下方法：嚴(yán)格按照規(guī)范采用正確的接地電阻測量方法和測量工具設(shè)備；正確使用測量工具設(shè)備，排除外圍干擾因素；嚴(yán)格執(zhí)行測量程序和數(shù)據(jù)獲取方式；結(jié)合接地裝置的實際環(huán)境情況，對測量獲得的數(shù)據(jù)進行合理性分析和檢驗評估，確定最合理的測量數(shù)據(jù)。

本文通過對防雷接地電阻測量的基本原理分析，以及實際案例的分析，揭示了影響接地電阻檢測準(zhǔn)確性的主要影響因子，并提出一套接地電阻檢測取值方法，期望對防雷接地電阻的檢測及接地工程的節(jié)約施工有一定的指導(dǎo)意義。