探索沿地網(wǎng)對角布線的接地電阻測量

茅圣仁，吳坤平，許文進(jìn)，陳文理，彭宗貴

(1.福建省仙游縣氣象局,福建　仙游　351200；2.福建省莆田市防雷監(jiān)測技術(shù)中心,福建　莆田　351100)

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探索沿地網(wǎng)對角布線的接地電阻測量

茅圣仁，吳坤平，許文進(jìn)，陳文理，彭宗貴

(1.福建省仙游縣氣象局,福建仙游351200；2.福建省莆田市防雷監(jiān)測技術(shù)中心,福建莆田351100)

按照相關(guān)規(guī)范，常規(guī)的接地電阻測量的布線是測量線垂直地網(wǎng)邊中點，電流測量線長度常是地網(wǎng)對角長度的2～3倍，但在實際的工作中，常遇不達(dá)測量要求的環(huán)境。針對這一問題，探索測量線沿地網(wǎng)對角線布置的方法，選擇二小測量電流的接地電阻測量儀，測量一小地網(wǎng)的接地電阻并統(tǒng)計分析。結(jié)果：沿地網(wǎng)對角線布置且電流測量線長度是地網(wǎng)對角長度的2(3～4)倍和常規(guī)測量且電流測量線長度是地網(wǎng)對角長度的2(2～3)倍“總體均值無顯著差異”。測量線沿地網(wǎng)對角線布置的可替代測量線垂直地網(wǎng)邊中點的接地電阻測量。

接地電阻測量；沿地網(wǎng)對角布線；方差分析

1　引言

接地電阻測量是防雷檢測工作的重要組成部分，測量值是防雷工程質(zhì)量驗收的重要參考依據(jù)。接地電阻的常用測量方法是電位降法，檢測依據(jù)是《GB/T 17949.1-2000,接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接阻抗和地面電位測量導(dǎo)則 第一部分：常規(guī)測量》[1]、《GB/T 21431-2008 建筑物防雷檢測技術(shù)規(guī)范》[2]等規(guī)范，推薦的是沿地網(wǎng)邊中點布線的常規(guī)測量方法。

茅圣仁等[3]用回歸分析討論不同測量儀器的建筑物接地電阻最適宜的測量距離，討論的測量方向是常規(guī)的。廖文春[4]介紹運(yùn)用三維有限差分方法研究采用直線三極法，40 m短回路引線測量U型建筑基礎(chǔ)工頻接地電阻時電位分布特點和測量結(jié)果。根據(jù)模擬計算有：選擇外凸拐角作為測量點，從外凸拐角沿與基礎(chǔ)兩邊延長線成45°角方法向外布線，其可測量范圍較寬。該討論的缺點是布線的延長線可能未通過地網(wǎng)原點；茅圣仁等[5]從實測的角度去討論4105A的建筑物接地電阻測量距離與方向的誤差，討論的測量方向是沿地網(wǎng)對角線布置的，但僅是定性的。

在實際的接地電阻測量工作中，城鎮(zhèn)化的環(huán)境下或不存在規(guī)范的環(huán)境，常是建筑物前后左右地網(wǎng)邊的空間未能滿足測量要求，而地網(wǎng)對角的建筑物間的空間能滿足測量要求，由此引發(fā)探索沿地網(wǎng)對角布線的接地電阻測量。

探索沿地網(wǎng)對角布線的接地電阻測量，是因地制宜的，為接地電阻測量提供一種有效選擇。選擇二小測量電流的接地電阻測量儀，試驗測量一小地網(wǎng)的接地電阻，參照文獻(xiàn)[2]的數(shù)據(jù)處理方向，利用方差分析，探索沿地網(wǎng)對角布線的接地電阻測量。

2　試驗準(zhǔn)備

2.1試驗儀表

①4105A接地電阻測試儀的測量范圍：0～199.9 Ω,精確度：±2%rdg±1 Ω,測量頻率：800 Hz，測量電流：1 Ω/AC 3 mA，10 Ω/AC 2 mA，100 Ω/AC 1 mA。

②F1628接地電阻測試儀的測量范圍：0.02 Ω～300 kΩ,精確度：±5%rdg±10 Ω，測量頻率：94 Hz,測量電流：≤260 mA。

2.2試驗布線

假設(shè)：完全同質(zhì)的土壤、電極可采取半圓的形式、測量的參考原點在建筑物的幾何中心。

試驗采用直線電位降法，地網(wǎng)0中心、電壓極P、電流極C三極處在一條直線上，布線示意圖1。

圖1　試驗測量布線示意圖Fig.1　Schematic diagram of test measurement wiring

2.3試驗地網(wǎng)

地網(wǎng)的長(寬)11.0 m，對角線的長度d=15.6 m，用材：水平接地體40 mm×4 mm扁鋼60 m、垂直接地體40 mm×4 mm角鋼6 m，埋深0.6 m，土壤電阻率ρ=70.6 Ω·m。試驗的現(xiàn)場情況：晴，空氣溫度34.3 ℃、空氣濕度43%。場地為砂質(zhì)熟土、平整、疏松。

2.4參考理論

解廣潤[6]的圖10-19由模擬實驗所測的地表電位分布，見圖2，比較方向一、方向二電位分布曲線，地網(wǎng)角的電位較地網(wǎng)邊中點低，方向二電位分布曲線地網(wǎng)外的電位降大(陡)，方向一電位分布曲線地網(wǎng)外的電位降則較平穩(wěn)。那么，地網(wǎng)外一定遠(yuǎn)的距離，相同的電壓極距離，沿地網(wǎng)對角線的“地電位”應(yīng)更低或更接近“零”。這為我們提示一個研究的方向。

圖2　模擬實驗所測得的地表電位分布Fig.2　The earth's surface potential distribution measured through simulation test

3　試驗測量

選定電流極C、電壓極P的測量線垂直地網(wǎng)邊中點，見圖1方向一，方向一2(3)為測量線垂直地網(wǎng)邊中點且EC=2(3)d，是規(guī)范推薦的測量方法。選定電流極C、電壓極P的測量線沿地網(wǎng)對角線布置，見圖1方向二，是本試驗探索的測量方法，方向二2(3或4)為測量線沿地網(wǎng)對角線布置且EC=2(3或4)d。電壓極P設(shè)置在EC中間的不同位置，EP/EC從0.5～0.77，以0.2或0.3為步長，測量不同EP/EC的電阻。測量的均值如圖3。

圖3　測量均值的分布圖Fig.3　Distribution of measured mean value

把文獻(xiàn)[2]“電壓極沿電流極與地網(wǎng)之間連接線方向移動三次，每次移動5%EC，三次指示值的相對誤差不超5%”稱為“可測量范圍”。方向一1無“可測量范圍”，方向二1“可測量范圍”僅二個不連續(xù)的點，下面不討論方向一1、方向二1的測量值，其它“可測量范圍”的視在接地電阻分布圖見圖4、圖5。

圖4　4105A“可測量范圍”的視在接地電阻分布圖Fig.4　visible ground resistance distribution map of 4105A "Measurable Scope"

圖5　F1628“可測量范圍”的視在接地電阻分布圖Fig.5　visible ground resistance distribution map of F1628 "Measurable Scope"

4　“可測量范圍”的單因素方差分析

方向一是規(guī)范推薦的測量方向，以方向一測量值為準(zhǔn)，按照方差的3個基本假定，對各“可測量范圍”做單因素方差分析。對每個方向“可測量范圍”進(jìn)行檢驗，檢驗的實質(zhì)是判定方向二2(3或4)與方向一2(3)總體均值是否相等。用SPSS軟件的單因素方差分析Scheffe檢驗[7]，見表1。Scheffe適用于探索性研究的多個均數(shù)的兩兩事后比較。它實質(zhì)是對多組均數(shù)間的線性組合進(jìn)行假設(shè)檢驗，多用于對比組樣本含量不等的資料，可以檢驗任意的線性對比。

表1　“可測量范圍” Scheffe(c)檢驗(a=0.05)

4105A、F1628齊性檢驗的顯著性≥0.05，通過齊性檢驗；單因素方差分析ANOVA的顯著性<0.05，因此拒絕零假設(shè)，認(rèn)為測量方法對測量的準(zhǔn)確性有顯著性影響。

SSA是測量的組間系統(tǒng)誤差，SSE是測量的組內(nèi)隨機(jī)誤差，SST是總誤差。4105A、F1628“可測量范圍”的組間系統(tǒng)誤差約占總誤差的36.5%、40.0%，提示我們，測量方法(測量的方向和測量距離)極其重要；“可測量范圍”的組內(nèi)隨機(jī)誤差約占總誤差的63.5%、60.0%，提示我們，測量中的質(zhì)量(測量線是否纏繞、電壓極和電流極接地電阻的大小、地中干擾電場等)控制、電壓極的設(shè)置、數(shù)據(jù)處理方法等更要注意。

從Scheffe檢驗的多重比較的顯著性得：方向二2與方向一2和方向二3(4)與方向一2(3) “總體均值無顯著差異”，說明，方向二2能代替方向一2的測量，方向二3(4)能代替方向一2(3)的測量。測量可分為2個子集，子集1是方向二3(4)、方向一2(3)，子集2是方向一2、方向二2(3)。方向一2和方向二3是近、中兼?zhèn)涞臏y量距離。

結(jié)果：

①方向一1無“可測量范圍”，方向二1“可測量范圍”僅2個不連續(xù)的點，不宜采用；

②方向二比方向一有更寬廣的“可測量范圍”；

③方向二2能代替方向一2的測量，方向二3(4)能代替方向一2(3)的測量，說明方向二也是可供選擇的方法之一。

5　結(jié)果和討論

方向二比方向一有更寬廣的可測量范圍，方向二可替代方向一的測量。電流(壓)極測量線，可沿地網(wǎng)對角線方向布置。

規(guī)范[2]推薦的測量方向是沿地網(wǎng)邊中點的，而試驗得到沿地網(wǎng)對角線方向布線的測量有更寬廣的“可測量范圍”，探索的 “電流(壓)極測量線，沿地網(wǎng)對角線方向布置”的測量延長線通過地網(wǎng)原點，這是乎也符合規(guī)范[1]16的過“參考原點”精神。

[1] 國家機(jī)械工業(yè)局．GB/T 179491-2000 接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接阻抗和地面電位測量導(dǎo)則 第一部分：常規(guī)測量[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

[2] 中國氣象局．GB/T 21431-2008 建筑物防雷檢測技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：10-11．

[3] 茅圣仁，楊超，林永強(qiáng)，等．4105A的建筑物接地電阻測量方法研究二[C]//第31屆中國氣象學(xué)會年會．北京：中國氣象學(xué)會，2014．

[4] 廖文春,陳加清,陳巖,等．測量U形建筑基礎(chǔ)接地電阻的有限差分分析[C]//第28屆中國氣象學(xué)會年會．廈門：中國氣象學(xué)會，2011．

[5] 茅圣仁，許慧欽，陳文理，等．4105A的建筑物接地電阻測量方法研究[C]//第30屆中國氣象學(xué)會年會．南京：中國氣象學(xué)會，2013．

[6] 解廣潤．電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1991:224-226．

[7] 蘇理云，陳彩霞，高紅霞．SPSS19統(tǒng)計分析基礎(chǔ)與案例應(yīng)用教程[M].北京：北京希望電子出版社，2012: 89-109．

The Exploration about the Ground Resistance Measurement along the Diagnoal Line of Grounding Grid

MAO Shengren1,2,WU Kunping2,XU Wenjin1，CHEN Wenli2，PENG Zonggui2

(1.Xianyou Meteorological Bureau, Xianyou 351200, China；2. Putian Lightning Protection Monitoring Technology Center, Xianyou 351100, China)

It is recommend that the middle side of the grounding grid is vertical with measure line, the length of current measure line is 2～3 times than the length of the diagonal line of grounding grid, but required environment is not satisfied in the actual work. In view of the problem, it is explored about the ground resistance measurement along the diagonal line of grounding grid, Measurements and statistical analyses of a small grounding grid's ground resistance were done by choosing two kinds of small earth resistance meter. Conclusion: between the length of current measure line is 2(3～4) times than the length of the diagonal line of grounding grid and the length of current measure line is 2(2～3) times than the length of the diagonal line of grounding grid, there is no significant difference in overall Average. The two methods can replace each other.

ground resistance measurement; grounding grid along the diagonal line；variance analysis

1003-6598(2016)02-0085-04

2015-12-05

茅圣仁(1959—)，男，高工，主要從事防雷檢測工作，E-mail:13860951738@139.com。

福建省氣象局基層專項(2015J03)資助項目。

TM862+.3

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