接地阻抗精確測量和分流電流測量的深化分析

■周春林

（曲靖市氣象局云南曲靖655000）

接地阻抗精確測量和分流電流測量的深化分析

■周春林

（曲靖市氣象局云南曲靖655000）

在防雷安全檢測過程中地網(wǎng)的精確接地阻抗非常重要，尤其是在大型地網(wǎng)并入多個小地網(wǎng)的情況下精確接地阻抗更為重要。在測試過程中由于小地網(wǎng)對測試電流的分流，使得地網(wǎng)接地阻抗測量值偏小，不能真實反映接地網(wǎng)的真實接地阻抗，為地網(wǎng)安全運行埋下了重大安全隱患。經(jīng)研究和反復(fù)實踐，可以通過測試電流分流值的方法，準(zhǔn)確計算出大型地網(wǎng)接地阻抗值，準(zhǔn)確的評判出大型地網(wǎng)的安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)和排除接地系統(tǒng)的安全隱患。

測試 接地阻抗 分流電流

1 引言

目前曲靖市防雷檢測對運行的大型地網(wǎng)采用的是通過儀器直接測量數(shù)據(jù)的方法，由于測量設(shè)備的量程不夠精準(zhǔn)，沒有可靠小地網(wǎng)對測測電流的分流影響，該測量方法存在著重大的原理性缺陷。因此需要對大型地網(wǎng)接地阻抗精確測量和地網(wǎng)測試電流分流電流的測量方法進行深入研究。采取更為科學(xué)的處理方式準(zhǔn)確得到大型地網(wǎng)的接地阻抗，得到大型地網(wǎng)的準(zhǔn)確接地特性參數(shù)。通過大型地網(wǎng)測量結(jié)果更準(zhǔn)確全面的地評估地網(wǎng)的安全狀態(tài)，保障地網(wǎng)安全地運行。

在進行運行大型地網(wǎng)的接地阻抗的測量時接地阻抗通常要求在1.0Ω以下，甚至要求在0.5Ω以下。如果運行大型地網(wǎng)接入各種局部小地網(wǎng)，會導(dǎo)致對測試電流的分流，使得地網(wǎng)接地阻抗測量值比實際值偏小，且數(shù)據(jù)影響較大，不能真實反映接地網(wǎng)的真實接地阻抗，為地網(wǎng)安全運行埋下了重大安全隱患。本項目的技術(shù)方案是基于通過測試電流的分流電流，得到接入大型地網(wǎng)的各種局部小地網(wǎng)對測試電流分流的模值和相位差，通過各分流電流之和計算，準(zhǔn)確求得測試電流中通過接地網(wǎng)實際分流電流之和，從而實現(xiàn)大型地網(wǎng)接地阻抗的準(zhǔn)確測量。該方法可解決大型地網(wǎng)接地阻抗測量結(jié)果可能出現(xiàn)數(shù)倍誤差的原理性難題，依據(jù)大型地網(wǎng)接地阻抗的準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的評判出大型地網(wǎng)的安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)和排除接地系統(tǒng)的安全隱患。

2 傳統(tǒng)的測試方法及存在的問題

目前，對大型地網(wǎng)接地阻抗的測試方法主要有：電位降法、電壓-電流表三極法、電壓-電流表四極法和接地電阻測試儀法。這四種傳統(tǒng)測試方法在工頻干擾環(huán)境下測試多個地網(wǎng)并聯(lián)形成的大型地網(wǎng)接地阻抗時，其測量原理為流過接地裝置的電流等于測試電源注入地網(wǎng)電流值。但實際測量中有小地網(wǎng)并入被測地網(wǎng)的情況，此時未能減去各個小地網(wǎng)分流電流值，得出測試地網(wǎng)的接地阻抗值就會比實際值偏小，使得在實際地網(wǎng)運行維護中造成地網(wǎng)運行狀態(tài)的錯誤判斷，導(dǎo)致設(shè)備及人員的損傷。

3 接地阻抗精確測量和分流電流測量測試原理

大型地網(wǎng)測量的基本原理：給當(dāng)前地網(wǎng)注入電流I，當(dāng)前地網(wǎng)因為該電流電位抬高了U，則接地阻抗Z=U/I,通過羅氏線圈測試各個支路的分流電流，計算出所需支路的接地阻抗。

3.1 地樁的布置

測量多采用的測試方法是電壓-電流表三極法，測試電流極C和電壓極P離被測接地裝置G邊緣的距離為dGC=(4～5)D和dGP=(0.5～0.6)dGC，D為被測接地裝置的最大對角線長度，點P可以認(rèn)為是處在實際的零電位區(qū)內(nèi)。當(dāng)取dGC=(4～5)D有困難時，若接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時，電流極距離可取2D，電壓極取D；若接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時，電流極距離可取3D，電壓極取1.7D。為了較準(zhǔn)確地找到實際零電位區(qū)，可以把電壓極沿測量用電流極與被測接地裝置之間連接線方向移動多次，每次移動的距離約為dGC的5%，測量電壓極P與接地裝置G之間的電壓。如果多次測試時電壓表的指示值相對誤差不超過5%的幾個平穩(wěn)指示值，則可以把這幾個平穩(wěn)指示值的中間數(shù)值的位置作為測量用電壓極的位置。在布置電流線和電源線時，為了減小兩線之間的干擾，將兩線相距5m平行布線。

3.2 測試方法---通過測量電流分流值計算被測地網(wǎng)的真實阻抗值

在不拆除局部小地網(wǎng)測量地網(wǎng)接地阻抗時，影響測量結(jié)果的主要因素有高頻干擾、帶電運行設(shè)備、測量回路的互感、地網(wǎng)中零序電流和地下導(dǎo)體。地下導(dǎo)體的影響可采取測量電極盡量遠(yuǎn)離地下管道、河流等來消除。電磁干擾、帶電運行設(shè)備、測量回路的互感、地中零序電流帶來的影響則需要通過測試方法的選擇、變頻電源的應(yīng)用及測試頻率的選擇來進行消弱或消除。

3.2.1 接地阻抗和分流電流的現(xiàn)場測量干擾的抑制和排除

在低頻范圍內(nèi)，地網(wǎng)接地阻抗隨頻率的增加有緩慢上升的趨勢；頻率較大時，電流的趨膚效應(yīng)會導(dǎo)致測量結(jié)果偏大，同時，根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》接地阻抗中電感分量會隨著頻率的增大而陡增，這樣電感分量值在較小阻抗值中占主導(dǎo)因素，導(dǎo)致地網(wǎng)阻抗偏離實際值，會嚴(yán)重影響測試結(jié)果。所以，測試頻率的選擇對地網(wǎng)接地阻抗的計算具有至關(guān)重要的影響作用。根據(jù)DL/T475-2006《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》規(guī)定變頻法測試大地網(wǎng)接地阻抗的頻率宜在40Hz至60Hz，所以我們選擇45Hz、48Hz、52Hz和55Hz作為測試頻率。這樣可盡量消弱或消除電磁干擾、帶電運行設(shè)備、測量回路的互感、地中零序電流對測試結(jié)果的影響。

3.2.2 實際測試電流分流量所存在的問題

地網(wǎng)接地測試過程中，局部小地網(wǎng)會產(chǎn)生一定的電流分流，分流值測量涉及到兩個方面問題。一是兩地網(wǎng)之間的連接是隱蔽的，難以尋找地網(wǎng)的鏈接部分。二是兩地網(wǎng)較近時，通過土壤也能分流部分電流，根據(jù)土壤電阻率可計算出電流通過土壤的電流和流過連接導(dǎo)體的電流比起來較小，不是一個量級的，可以忽略不計。

3.2.3 接地阻抗和分流電流的測量

由于大型地網(wǎng)運行時工頻干擾強烈，現(xiàn)場一般采用異頻法測量接地阻抗。測試時，對地網(wǎng)注入一個45-65Hz的異頻測試電流I，然后測得地網(wǎng)的電位（U），可得到接地阻抗Z=U/I；通過并入大型地網(wǎng)的小地網(wǎng)及引下線的分流后，實際經(jīng)過大型地網(wǎng)的電流要比注入電流偏小，所以導(dǎo)致測試結(jié)果偏小。只有通過羅氏線圈測試各個支路的分流電流之和，計算出所需支路的接地阻抗。

3.3 地網(wǎng)接地阻抗的測量與計算

大型地網(wǎng)與各種局部小地網(wǎng)并聯(lián)。所以，我們能直接測得的是“當(dāng)前地網(wǎng)通與各種局部小地網(wǎng)并聯(lián)后的總接地阻抗”，實際上無法據(jù)此判定當(dāng)前地網(wǎng)的接地阻抗值。根據(jù)實測研究，在很多新建大型地網(wǎng)，將各種局部小地網(wǎng)斷開時所測得的接地阻抗值相差較大。準(zhǔn)確測量出小地網(wǎng)分流電流的大小，從而排除分流注入當(dāng)前地網(wǎng)的真實電流值，對于大型地網(wǎng)測試是一個基礎(chǔ)的原理性問題。

圖1 地網(wǎng)測試情況圖

例如，測試如圖1所示的一個地網(wǎng)，三棟建筑物通過導(dǎo)線連接在一起，對角線D為91m，由于受到地理環(huán)境的影響，電流極放線308m，電壓極放線175m。在二號樓注入測試電流，采用 45Hz、48Hz、52Hz和55Hz四種頻率求平均值的方法進行測量。測試等效電路圖如圖2所示，當(dāng)注入平均電流I0為6.128A的電流時，電壓極反饋平均電壓UP為1.810V，測試的總的平均接地阻抗為0.2875Ω，通過羅氏線圈直接測量出平均分流電流I1為1.2A，I2為0.12A。通過公式Z=U/I可以計算出二號樓的阻抗Z2為0.3764Ω。由此測試可見通過測量分流計算出單棟建筑物的接地阻抗值要比并聯(lián)后的值要大許多。

圖2 地網(wǎng)測試等效電路圖

4 結(jié)語

本項目擬采用新型的大型地網(wǎng)變頻選頻測量系統(tǒng)，實現(xiàn)排除干擾接地阻抗精確測量和分流電流測量的目的。該新型系統(tǒng)可抗現(xiàn)場強烈的干擾準(zhǔn)確測量出接地阻抗值，并可通過羅氏線圈直接測量出每個局部小地網(wǎng)的分流電流。在此基礎(chǔ)上，可排除目前大型地網(wǎng)測量中存在的重大原理性誤差，準(zhǔn)確得到大型地網(wǎng)的接地特性；可得到大型地網(wǎng)的準(zhǔn)確分流電流，并據(jù)此對理論模型進行評估和修正；依據(jù)測得局部小地網(wǎng)分流值，可得到大型地網(wǎng)內(nèi)的電位分布情況，真正原理上對大型地網(wǎng)安全狀況進行準(zhǔn)確評估。

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P41[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-269-2