電流線長度對(duì)接地阻抗測試結(jié)果的影響

（河北省防雷中心）

電流線長度對(duì)接地阻抗測試結(jié)果的影響

王鳳杰

（河北省防雷中心）

直線法是大型地網(wǎng)（電廠及變電站等地網(wǎng)）接地阻抗測試的常用方法。測試過程中有諸多因素對(duì)檢測結(jié)果造成了很大的影響，比如土壤電阻率的不均勻分布、零序電流、周圍架空或地埋線路等，本文從理論分析和應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，重點(diǎn)研究測試線，尤其是電流線布設(shè)的長度對(duì)測試結(jié)果的影響，以期在節(jié)省人力物力的原則下，得到較準(zhǔn)確的測量結(jié)果，真實(shí)地反映接地網(wǎng)的接地狀況。

接地阻抗；直線法；遠(yuǎn)離法；電流線

1 接地阻抗測量方法的基本原理

接地網(wǎng)接地電阻的測量原理基于最基本的歐姆定律，即R=U/I。通過向地網(wǎng)中注入電流I，然后測量注入點(diǎn)電位的值，然后運(yùn)用公式R=U/I，即可得出地網(wǎng)的接地阻值。實(shí)際工作中為了測量的方便，一般人為增加電流極和電位極，這種方法稱之為“三極法”。目前，主流的測量方法大都由三級(jí)法衍生而來。

三極法是接地網(wǎng)測量中經(jīng)常采用的簡單且容易實(shí)現(xiàn)的接地阻抗測量方法。如圖1所示，三極法測量中的三極指被測地網(wǎng)的接地極、人工輔助電位極和人工輔助電流極。測量時(shí)將電流注入接地裝置，用電流表測量通過大地回路的電流，用電壓表測量接地極和電位極之間的電壓，電壓和電流的比值即為接地裝置的接地電阻。當(dāng)三電極在一條直線上且接地極和電流極的接地電阻和地網(wǎng)規(guī)模相同時(shí)，以半徑為r的半球型接地體來說明電位極的正確位置，如圖2所示。

圖1 三極法測量接地電阻原理圖

圖2 測量電極呈直線布置測量半球型接地極的接地電阻

在接地極和電流極間注入測量電流I時(shí)，電位極的電位為

根據(jù)式（1），當(dāng)DGP=DCP時(shí)，VP=0。也就是說，接地裝置和電流極連線的中點(diǎn)位置的電位為零。由于電流極的引入，將無窮遠(yuǎn)處的零電位面移到了接地極和電流極連線的中部。因此可以將電位極設(shè)置在接地極和電流極的連線的中點(diǎn)，直接測量接地裝置和電位極間的電位差即為接地裝置對(duì)無窮遠(yuǎn)處的零電位點(diǎn)的電位。當(dāng)向接地電阻為R 、半徑為r的半球接型地體注入電流I時(shí)，半球的電位VG為

但引入電流極（電流極的地網(wǎng)規(guī)模要小于接地極的地網(wǎng)規(guī)模）時(shí)，測量接地極和電位極之間的實(shí)際電位VG為

實(shí)際測量得到的半球型接地體的接地電阻RM為

因此當(dāng)電流極存在時(shí)，由于零電位面的移近，致使實(shí)際測量到的結(jié)果偏小了。為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須使式(4)右邊的第二項(xiàng)為零，即

導(dǎo)致接地電阻減小的本質(zhì)其實(shí)是電流極存在時(shí)改變了接地極的電位分布，圖3為加入電流極前后某半球型接地體電位分布的對(duì)比圖。

圖3 半球型接地體和電流極在地面上產(chǎn)生的電位分布

2 直線法測量方法的介紹

直線法為遠(yuǎn)離法的一種特殊情況。下面首先介紹遠(yuǎn)離法的基本原理。遠(yuǎn)離法的電流極和電位極布設(shè)方式如圖2所示。要使得測量的接地電阻Rd接近實(shí)際接地電阻，那么必須使成立。遠(yuǎn)離法就是盡量增大DGP、DGC、DPC，使之趨向無窮大，即可滿足要求。但實(shí)際上很難做到。如果取DGP=10r，并取DGP=DPC=5r，則

如果取DGP=20r，并取DGP=DPC=10r，則

通過式（6）～（7）可以看出，兩次的測量結(jié)果分別比實(shí)際值小10%和5%。從而表明，隨著電位極和電流極的遠(yuǎn)離，測試結(jié)果逐漸接近于實(shí)際值，但在實(shí)際工作中，增大電流極和電位極的距離往往意味著工作量的增大。

3 電流線長度對(duì)接地阻抗測試結(jié)果的影響

在用直線法進(jìn)行地網(wǎng)的接低阻抗測量時(shí)，當(dāng)電流線和電位線之間的距離足以保證線間互感因素對(duì)測量結(jié)果的影響最小時(shí)，如何選擇電流線的長度（即確定電流極距離被測地網(wǎng)的距離）便成了主要考慮的因素。

（1）電流線過長對(duì)于測試結(jié)果的影響

根據(jù)遠(yuǎn)離法分析的結(jié)果，當(dāng)電流極的位置增加直至距離待測接地系統(tǒng)較遠(yuǎn)時(shí)，一方面可以使輔助電流極對(duì)零電位面的影響減小，另一方面可以保證接地極與電流極之間的零電位區(qū)域的曲線比較平坦，便于電位極位置的選擇，從而降低測試結(jié)果的誤差；然而增長電流線不僅使測試的工作量增大，而且使得接地極和電流極之間的回路電阻增大，設(shè)備的輸出功率增大，從而危及測試人員的人身安全。

另外，我國一般采用下式估算兩平行導(dǎo)線之間的互感

式中，I為兩線平行的距離，m；D為平行線之間的距離，m；Dg一般取80√р，m。

可知線間互感因素與兩線平行長度l呈線性相關(guān)。隨著電流線長度的增加，必然會(huì)使線間互感的值增大，從而使得測試結(jié)果偏離實(shí)際的接地阻抗值。為了研究這種變化對(duì)于測試結(jié)果的影響，進(jìn)行專項(xiàng)的試驗(yàn)，在所做的試驗(yàn)中，數(shù)據(jù)結(jié)果也間接反映了這種影響。選取D=212m的地鐵站的地網(wǎng)，在電流線和電位線平行長度的變化上測量了線間互感的數(shù)值，見下表。

將表中數(shù)據(jù)圖像化，如圖4所示。

圖4表明，隨著電流線引線的加長，線間互感的影響呈線性增長趨勢。盡管電流引線的增長同時(shí)也受儀表輸出功率的影響，但至少從工作的簡單角度來講，不建議電流極的間距設(shè)置太大的距離。

（2）電流線過短對(duì)于測試結(jié)果的影響

表 兩線平行長度變化下線間互感的變化數(shù)據(jù)

圖4 線間互感隨兩線平行長度的變化情況

根據(jù)圖3所示的增加電流極后的電位變化曲線可知，如果電流線太短，使得電位曲線不存在平滑段，從而無法確定真正的零電位點(diǎn)，造成結(jié)果的不準(zhǔn)確。下面就如何選取合適的電流極位置進(jìn)行討論。

當(dāng)電流極的位置固定后，電位極的設(shè)置與能得到真實(shí)接地電阻值的設(shè)置點(diǎn)存在一定的誤差，因這種誤差的存在而引起的測量結(jié)果的變化量與真實(shí)接地電阻值的比值ε定義如下

如圖5所示，K=(Ρ2-Ρ1)/(Ρ2+Ρ1)，為雙層土壤的反射系數(shù)，其中Ρ1和Ρ2分別為上下兩層土壤的電阻率。為了方便，只討論K=0的情況下變化規(guī)律。由圖可知如果電流極越短，則誤差越來越大。當(dāng)電流極的引線長度大于2D時(shí)，測量值的誤差基本上可以控制在3.5%以內(nèi)，這在工程測量中時(shí)可以接受的。

由圖5可知，當(dāng)電流線的長度變小時(shí)，由于電位極選擇的不準(zhǔn)確性造成測量的誤差逐漸增大，所以，在實(shí)際測量工作中，為了得到相對(duì)準(zhǔn)確的接地測量值，應(yīng)避免電流線的距離設(shè)置得太小。

圖5 不同電流極間距下誤差的變化（電位極位置誤差10m）

4 接地阻抗測試過程中的建議

通過以上的分析，可知電流線長度的正確選擇，決定了一次測量過程的準(zhǔn)確性。所以筆者建議在接地阻抗測試工作中要根據(jù)實(shí)地的情況選擇合適的電流線的長度。在均勻的土壤環(huán)境中，電流線達(dá)到（2～4）D的距離即可滿足測試結(jié)果的要求；在上層土壤的電阻率小于下層土壤電阻率的情況下，電流線達(dá)到（1～2.5）D的距離即可滿足測試結(jié)果的要求；在上層土壤的電阻率大于下層土壤電阻率時(shí)，電流線的布設(shè)距離不應(yīng)小于2.5D。

[1] DL／T475-2006 接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則[S].

[2] 何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

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[4] 李景祿,等.實(shí)用電力接地技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.

2015-09-26）