不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法

柴守江，潘文霞

（河海大學能源與電氣學院，江蘇南京　210098）

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不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法

柴守江，潘文霞

（河海大學能源與電氣學院，江蘇南京210098）

摘要：目前鉗表法測桿塔接地電阻已經得到了廣泛的應用，其優(yōu)點之一是無需拆卸接地線就可測得桿塔的接地電阻，但當桿塔有多根接地線時，使用鉗表法測量時應只保留一根接地線與桿塔塔身相連，其余接地線均要與桿塔塔身斷開，并沒有解決完全不需要斷開接地線這個問題。有時候斷開接地線是很麻煩的事情，因此提供一種完全不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法，使用的裝置是在鉗表法的接地電阻測量儀上改裝而來，原理是通過同一個供電電源給多個電壓鉗口供電，每個鉗口夾在每根接地線上，使每根接地線上所產生的感應電壓完全相等，再應用鉗表法原理即可測出桿塔接地電阻。該方法簡單方便，省去了操作人員拆卸接地線的工作量，有很好的應用前景。

關鍵詞：鉗表法；測量；接地電阻；接地線

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接地電阻的測量是校驗接地裝置是否達到了規(guī)程要求的必要手段，鉗表法是近十幾年出現的新方法[1-4]，它不用斷開接地線，無需外加電源，只需要鉗表的鉗口夾住接地線即可。然而這種方法在應用的十幾年中，只是鉗型表得到了改進，出現了雙鉗口接地電阻測量儀[5-8]，但當桿塔存在多根接地線，測量時只能保留一根接地線，其他接地線都拆掉的現象依然沒有改變[9-14]。所以現在急需一種在測量時所有接地線都不需要拆卸的接地電阻測量方法。

1　鉗表法測桿塔接地電阻原理

鉗表法測桿塔接地電阻示意圖和等效原理圖為圖1與圖2所示。

圖中：Rj為被測桿塔的接地電阻；R1，R2，…，Rn為通過避雷線連接的各基桿塔的接地電阻；U為鉗形接地電阻測試儀輸出的激勵電壓；I為鉗形接地電阻測試儀感應的回路電流。

鉗型表通過電壓鉗口在接地線上產生一個感應電壓U，并且通過電流鉗口感應測出流過接地電阻的電流I。通過圖1、圖2可以看出，電壓與電流的比值U/I并非接地電阻Rj的阻值，而是接地電阻Rj與其他桿塔的接地電阻并聯值之和，其他桿塔接地電阻并聯值為R1//R2//…//Rn，根據電力行業(yè)標準，當滿足表1要求時，其他桿塔并聯值遠小于待測接地電阻值，可以忽略，即Rj=U/I，這就是鉗表法測接地電阻原理。

圖1　鉗表法測量桿塔接地電阻示意圖Fig. 1 Diagram of tower grounding resistance measurement by the clamp method

圖2　鉗表法測量桿塔接地電阻的等效原理圖Fig. 2 The equivalent drawing of tower grounding resistance measurement by the clamp method

表1　測量所在線路區(qū)段中直接接地的避雷線上并聯桿塔數量的要求Tab. 1 The number of direct grounding lightning lines parallel tower requirements

2　不拆接地線的桿塔接地電阻測量原理

不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量原理是通過同一個供電電源給多個電壓鉗口供電，每個鉗口夾在每根接地線上，使每根接地線上所產生的感應電壓完全相等，在保證每根接地線電阻值相等的前提下，每根接地線中的電流也是完全相等。假設桿塔存在2根接地線時，這種方法測量示意圖與原理圖為圖3與圖4所示。

圖3　不拆接地線測量桿塔接地電阻示意圖Fig. 3 Diagram of measurement of the tower grounding resistance without removing ground wire

圖3中2根接地線上產生的感應電壓來自同一個供電電源，完全相同，保證接地線電阻相等時，每根接地線上產生的電流也完全相同，因此只需測其中一根中的電流即可。圖3中的上導線與下導線的作用很重要，作用是減小每根接地線因內阻的不同而影響測出的結果，每根接地線在限定的區(qū)域可以認為兩段導體內阻相等。

圖4　不拆接地線測量桿塔接地電阻的等效原理圖Fig. 4 The equivalent principle diagram of the method of tower grounding resistance measurement without removing ground wire

通過圖4可以看出，在滿足表1所要求的并聯桿塔數量的要求下，本方法與鉗表法相比，電壓U是相等的，但是電流I是鉗表法的1/2，則所得到的接地電阻值U/I是鉗表法的2倍。因此，當存在n根接地線時，使用本方法測量接地電阻，接地電阻值Rj=U/（nI）。

本方法所用設備需要在鉗型表的基礎上改裝一下，由以前的一個電壓鉗口變?yōu)楝F在多個，并保證這多個電壓鉗口相互并聯，即鉗表中流過的電流相等，從而使每根接地線上產生的感應電壓完全相同，其電流鉗口保持不變，鉗型表的主機則會計算出U/I的值，因此只要將這個值除以接地線的根數n，則可求出待測接地線的阻值。這就是不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量原理，完全不用拆卸接地線。

3　matlab仿真分析

根據圖2與圖4的原理圖，搭建matlab的simulink仿真模型。取鉗表在接地線上輸出的感應正弦電壓波峰值為1 V，頻率1 500 Hz。搭建的鉗表法仿真模型如圖5所示，本文所示方法的仿真模型如圖6所示。其中在滿足表1要求時，其他桿塔并聯值遠小于待測接地電阻值，可以忽略。

圖5　鉗表法仿真模型Fig. 5 Simulation model of the clamp meter method

圖6　不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量原理仿真模型Fig. 6 Simulation model of the method of tower grounding resistance measurement without removing ground wire

3.1鉗表法仿真分析

圖5中，R1為接地線內阻，設其值設為0.01 Ω，Rj為桿塔接地電阻，設其為10 Ω，示波器1測的等效電壓源1，其參數為幅值1 V，頻率1 500 Hz，初相為0的正弦波。示波器2測的是回路中的電流。圖7、圖8分別為示波器1與示波器2的顯示結果。

圖7　示波器1電壓波形圖Fig. 7 Voltage waveform of oscilloscope 1

從示波器1與示波器2顯示的結果可以看出，鉗表法的電壓U與電流I的比值即可算出桿塔接地電阻的阻值。通過示波器顯示的結果可以計算出U/I= 10 Ω，與預先設置的接地電阻Rj阻值相同，所以鉗表法可以正確測出接地電阻。

圖8　示波器2電流波形圖Fig. 8 Current waveform of oscilloscope 2

3.2不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量原理仿真分析

如圖6所示，以有2根接地線的桿塔為例，本方法仿真模型中2個等效電壓源與3.1節(jié)鉗表法中的等效電壓源完全相同，R2與R3為2根接地線的內阻，R2= R3=R1=0.01 Ω，Rj=10 Ω為桿塔接地電阻。示波器3與示波器4顯示分別為圖9圖10所示。

圖9　示波器3電壓波形圖Fig. 9 Voltage waveform of oscilloscope 3

圖10　示波器4電流波形圖Fig. 10 Current waveform of oscilloscope 4

從圖10中可以看出，2根接地線中的電流是一樣的，可以計算出U/I=20 Ω，根據上一章理論，用所得的電阻值除以接地線根數2，即可得到真實的接地電阻阻值10 Ω。

不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法與鉗表法所得到的接地電阻阻值完全相等，也就是說在同等條件下，不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法所測的結果完全可以和鉗表法相媲美，并且完全不需要拆卸接地線。

3.3不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法對精度要求的仿真

對圖6的仿真模型，在保持所有數據不變的情況下，第一個電壓源幅值為1 V，改變第二個電壓源，使其與第一個電壓源相差千分之一，其值為0.999 V，仿真出來示波器4輸出的結果如圖11所示。

圖11　示波器4電流波形圖Fig. 11 Current waveform of oscilloscope 4

由圖11的示波器4輸出可以看出，兩電壓源幅值相差千分之一，但兩根接地線中的電流相差巨大，無法計算出桿塔接地電阻。

保持所有數據不變，第一個電壓源幅值為1 V，改變第二個電壓源，使其與第一個電壓源相差萬分之一，其值為0.999 9 V，仿真出來示波器4輸出的結果如圖12所示。

圖12　示波器4電流波形圖Fig. 12 Current waveform of oscilloscope 4

由圖12可以看出，當電壓源幅值相差萬分之一的時候，兩根接地線中的電流基本一致，用本文所提出的方法是可以準確測出桿塔接地電阻的。

4　結語

通過理論與仿真分析，本文所提出的不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法在不拆接地線的情況下可以測出桿塔接地電阻，所得結果可以和鉗表法所測結果媲美，對于具有多根接地線的桿塔，本方法具有明顯優(yōu)勢，完全不用拆卸接地線。本文所提方法所用設備只需在原有的接地電阻測量儀上改裝而來。通過仿真分析，不拆接地線的桿塔接地電阻測量方法對精度要求較高，但隨著設備制造水平的提高，可以達到本方法所要求的精度要求。因此本文所提出的這種不拆卸接地線的桿塔接地電阻測量方法是一種非常有用的新方法，應用前景廣闊。

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柴守江（1990—），男，碩士研究生，主要研究方向為高電壓技術；

潘文霞（1961—），女，博士，主要從事高電壓和可再生能源發(fā)電技術的教學與研究工作。

（編輯馮露）

A Method of Tower Grounding Resistance Measurement without Removing Ground Wire

CHAI Shoujiang，PAN Wenxia
（College of Energy and Electrical Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，Jiangsu，China）

ABSTRACT：The clamp meter method is widely used to measure the grounding resistance of tower at present. One of the method’s advantages is that there is no need to remove the grounding wire when measuring the tower grounding resistance. But when the tower has many ground wires，the clamp meter method requires that only one ground wire be connected with the tower and all the other ground wires disconnected. As disconnecting the ground wire is sometimes very troublesome，thus the need for tower grounding resistance measurement without removing any ground wires. To this end，this paper provides such a method. The device used is actually converted from the clamp meter. The principle is that the same power supply voltage is applied to a plurality of voltage clamps while each clamp is clamped to each grounding wire so that the induced voltage on each grounding wire is exactly the same，and then the clamp meter principle is used to measure the grounding resistance of the tower. This method is simple and convenient and there is no need for operating staff to remove the grounding wire，so it has very good application prospect.

KEY WORDS：clamp meter；measurement；grounding resistance；ground wire

作者簡介：

收稿日期：2015-04-28。

基金項目：國家自然科學基金項目（51377047）。

文章編號：1674- 3814（2016）03- 0045- 05

中圖分類號：TM934.1

文獻標志碼：A