接地電阻測(cè)試中的若干問題研究

作者/張庭炎、譚勝淋、夏玫，深圳遠(yuǎn)征技術(shù)有限公司

接地電阻測(cè)試中的若干問題研究

作者/張庭炎、譚勝淋、夏玫，深圳遠(yuǎn)征技術(shù)有限公司

在通信站接地系統(tǒng)中，接地電阻的大小會(huì)對(duì)防雷器泄放效果產(chǎn)生直接的影響，也關(guān)系著系統(tǒng)火線出現(xiàn)對(duì)地短路過程中，系統(tǒng)斷路器是不是能夠做到及時(shí)將電路斷開。因此，如何有效進(jìn)行接地電阻測(cè)試關(guān)系著通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合接地電阻測(cè)試常用儀器，探討了接地電阻測(cè)試中所面臨的常見問題及解決對(duì)策，以供參考和借鑒。

接地電阻；測(cè)試；若干問題

對(duì)于通信站而言，無論是新建，還是改造、擴(kuò)建，都需要對(duì)其地網(wǎng)接地電阻加以科學(xué)測(cè)量，確保其電阻值滿足設(shè)計(jì)的要求，當(dāng)然，對(duì)于已經(jīng)正常運(yùn)行的通信站，為了確保維護(hù)過程的可靠性，還需要及時(shí)對(duì)接地電阻值動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行檢測(cè)，避免由于外界環(huán)境、腐蝕等問題引發(fā)電阻值增加。因此，如何科學(xué)地測(cè)試接地電阻是該領(lǐng)域工作人員普遍關(guān)注的問題。

1. 接地電阻檢測(cè)儀器及原理分析

為了有效檢測(cè)接地電阻值，常常利用接地電阻測(cè)試儀器儀表，這是通信站地網(wǎng)維護(hù)、檢查不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備之一，也是確保接地良好的重要儀器，由其對(duì)于通信交換機(jī)等通信網(wǎng)絡(luò)精密度要求較高的設(shè)備而言，更加如此。

對(duì)于接地電阻檢測(cè)設(shè)備而言，其所試用的地線往往包括工作地、防雷地、保護(hù)地、通信信號(hào)地等，一般要求其接地電阻必須盡量小。對(duì)于設(shè)備接地電阻而言，主要涉及到設(shè)備內(nèi)部到通信基站地線排連線電阻、總地線排與接地樁之間的連線電阻、接地樁和地間連接電阻等。具體而言，地阻具有可變性，其他電阻通常小于1歐，對(duì)于其測(cè)量值范圍而言，通常在低值電阻范疇內(nèi)，因此確保儀表精確度十分關(guān)鍵，需要定期對(duì)測(cè)試儀表加以校準(zhǔn)。

對(duì)于低值電阻而言，其檢測(cè)方法較多，主要包括微歐表、電壓—電流表、數(shù)字檢測(cè)等方法，其中，使用最多的是電壓—電流表檢測(cè)法。檢測(cè)過程中往往采用10A以上的較大電流，若待測(cè)電阻為0.01歐，則Rx壓降僅有100 mV，因此檢測(cè)時(shí)采用安培表、毫伏表。檢測(cè)過程中需要關(guān)注待測(cè)電阻的功耗情況，對(duì)于允許功率情況而言，必須盡可能地采用較大的電流，這樣可以檢測(cè)到足夠的壓降，還要確保通過毫伏表電流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通過Rx的電流量。

2. 接地電阻檢測(cè)方法

當(dāng)前，檢測(cè)接地電阻的儀器和方法較多，主要包括如下幾種：一是接地棒埋設(shè)檢測(cè)法，二是鉗形表檢測(cè)法，三是接地棒和鉗形表相結(jié)合檢測(cè)法。不同檢測(cè)方法受到接地棒、鉗形表數(shù)目及其連接方式的差異性，還可分成很多方法，當(dāng)然，最為常用的當(dāng)屬接地棒埋設(shè)檢測(cè)法、鉗形表檢測(cè)法。

2.1 接地棒埋設(shè)檢測(cè)法

采用該檢測(cè)法進(jìn)行接地電阻測(cè)量過程中，必須確保3個(gè)電極連接方法的科學(xué)性，通常而言，該方法在檢測(cè)接地電阻時(shí)具有較小的誤差，因而在當(dāng)前通信站接地電阻測(cè)試中的應(yīng)用較廣。該方法主要采用的是ZC—8型檢測(cè)儀，其包括3個(gè)電極，分別為接地極E、電流極C、電壓極P。其中，科學(xué)的連接方法如下：利用接地極通過連接線、接地線、引入線，電壓極和電流極則分別利用連接線與所埋設(shè)接地棒進(jìn)行連接，同時(shí)，接地體同電壓、電流接地棒相互間的距離在20m左右。連接完畢后借助于發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，此時(shí)會(huì)有電流通過接地極流入大地，流經(jīng)電流棒由電流極返回，此時(shí)，其經(jīng)過接地電阻會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壓降，檢測(cè)儀表可以對(duì)電位器加以調(diào)節(jié)，獲取該壓降值，對(duì)接地電阻值進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。在檢測(cè)的過程中，若檢測(cè)儀表接地極和待測(cè)系統(tǒng)連接情況差或未連接，此時(shí)其發(fā)電機(jī)所輸出的電流難以形成回路，此時(shí)電流值會(huì)顯示為0，檢測(cè)儀表內(nèi)部為取得相同的值，也會(huì)最大化的將電阻值調(diào)低，受到誤差影響，儀表讀數(shù)不會(huì)顯示零，而是顯示0.05，這表明所測(cè)試的結(jié)果是錯(cuò)誤的。

圖1 接地棒埋設(shè)檢測(cè)法檢測(cè)接地電阻示意圖

如圖1，假設(shè)存在接地體E，對(duì)角線長度是D，此時(shí)，等效半球體的半徑值r就是D/2。此時(shí)，d12—EP間的距離，d23—PC間的距離，d13—EC間的距離。假設(shè)從E極流向地中的電流，在EP間的電位差為UEP1，由C極流出電流在EP之間的電位差UEP2，此時(shí)，檢測(cè)儀所測(cè)電位差UEP= UEP1+UEP2，此時(shí)，接地電阻可按如下公式計(jì)算：

利用該方法所計(jì)算結(jié)果理論上應(yīng)該是接地電阻，如果實(shí)際測(cè)量值同理論計(jì)算所得電阻值間相對(duì)誤差等于0，應(yīng)當(dāng)滿足d12=0.618d13。d13應(yīng)該如何選擇，需要結(jié)合測(cè)試儀分布均衡的基礎(chǔ)上來進(jìn)行分析。如果接地體長度是40m，則等效半球體半徑r為20m，D為40m，則d13為40m，d12和d23相等，均為20m，經(jīng)計(jì)算此時(shí)相對(duì)誤差值為—50%。

這表明如果實(shí)際測(cè)量時(shí)沿用的是儀表廠商輔助線分布情況圖，則所得結(jié)果會(huì)比實(shí)際電阻值小50%，也就是說，所測(cè)結(jié)果偏于安全，對(duì)于防雷保護(hù)而言無疑隱患重重，若敷設(shè)接地電阻達(dá)到了10歐，但檢測(cè)值僅為5歐被判定為合格，會(huì)導(dǎo)致通信設(shè)備遭受雷擊可能性大幅增加。設(shè)d13為3D，此時(shí)，d12、d23、d13三個(gè)距離相同，此時(shí)根據(jù)公式可得誤差減小到了—16.7%。如果d13為5D，此時(shí)誤差縮小到了—10.0%，該條件都建立在P極分別均衡的前提下，如果分布不均衡則情況會(huì)出現(xiàn)很大差異，但只要遵循d12=0.618d13，d13＞3D的情況，則誤差范圍屬于允許范圍內(nèi)。為縮小誤差，還需要盡量從多個(gè)方向展開測(cè)試，取所有值的算術(shù)平均值。

2.2 鉗形表檢測(cè)法

利用該方法進(jìn)行接地電阻檢測(cè)過程中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是檢測(cè)地點(diǎn)的選擇，要求其必須選定在接地引入線處，這樣，利用兩個(gè)電流鉗所構(gòu)成的閉合接地回路，開啟儀表之后，儀器內(nèi)部的電源會(huì)出現(xiàn)在鉗形線圈的兩個(gè)端點(diǎn)之處，利用接地連接線路上所出現(xiàn)的電流，借助于傳感器可以其大小進(jìn)行檢測(cè)，由此對(duì)回路的接地電阻值進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到測(cè)量的目的。

在具體檢測(cè)過程中，往往會(huì)由于檢測(cè)地點(diǎn)的選取不科學(xué)，導(dǎo)致所檢測(cè)的接地電阻值偏小。例如，在選取檢測(cè)地點(diǎn)過程中未發(fā)現(xiàn)接地引入線，因而選擇了最接近接地排的配線處進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)獲取的檢測(cè)值為0.02，該結(jié)果明顯不對(duì)。在檢測(cè)儀開啟后，配線上出現(xiàn)了相應(yīng)的感應(yīng)電流，其會(huì)自動(dòng)找尋最小電阻值的通路，形成相應(yīng)的閉合接地回路，加上地網(wǎng)各設(shè)備接地線都連接地排，因而相鄰之間的設(shè)備機(jī)殼會(huì)與配線形成相應(yīng)的回路，導(dǎo)致所檢測(cè)結(jié)果出錯(cuò)，所檢測(cè)值實(shí)質(zhì)上屬于通信站內(nèi)部接地配線的電阻值。

就通信站聯(lián)合接地系統(tǒng)而言，由于接地體的范圍相對(duì)較大，均壓、隨機(jī)接地可能帶來的影響也相對(duì)復(fù)雜，因而會(huì)導(dǎo)致所測(cè)量電阻值較實(shí)際值小。

多數(shù)儀器說明書會(huì)建議借助于輔助地網(wǎng)作為回路，但對(duì)于通信站接地電阻檢測(cè)而言，未必能夠?qū)崿F(xiàn)，需要根據(jù)情況來分析。

1）當(dāng)以電網(wǎng)零線作為輔助地網(wǎng)時(shí)，此時(shí)采用專用變壓器供電后往往是變電站地網(wǎng)與通信地網(wǎng)之間連接，形成相應(yīng)的聯(lián)合地網(wǎng)，此時(shí)電阻計(jì)算結(jié)果和正常測(cè)試結(jié)果相同。

若由公用變壓器進(jìn)行供電，則由于10kV以上的線路缺乏零線，難以形成接地網(wǎng)絡(luò)，加上變壓器電阻大，該情況難以符合該測(cè)試方法的要求，所測(cè)試的接地電阻值勢(shì)必是不正確的。

2）如果借助于下水管道，將其視為輔助地網(wǎng)，此時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些問題。一方面是必須將其引入到通信站系統(tǒng)內(nèi)部，此時(shí)管道的鋪設(shè)很難做到將通信站聯(lián)合地網(wǎng)完全規(guī)避開，也就是說，低下下水金屬管道自身必須作為聯(lián)合地網(wǎng)的組成之一，屬于相對(duì)應(yīng)的自然接地實(shí)體，另一方面，近些年來我國科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，很多地區(qū)的地下管道，由其是下水管道多采用的是PVC材質(zhì)構(gòu)成的管道，這樣將會(huì)導(dǎo)致儀表說明書中所鼓勵(lì)采用的金屬管道輔助地網(wǎng)難以進(jìn)行，也構(gòu)不成相應(yīng)的電流回路，無法采用該方法進(jìn)行接地電阻值的檢測(cè)。

2.3 兩種檢測(cè)方法的對(duì)比

本文以某一典型通信站為例，就上文兩種檢測(cè)方法的測(cè)試效果進(jìn)行對(duì)比。該通信站地網(wǎng)對(duì)角線D長度為80m，采用接地棒埋設(shè)檢測(cè)法分別檢測(cè)3D、4D、5D情況下的接地電阻值，所得結(jié)果分別為：0.87、1.06、1.17歐。

而采用鉗形表檢測(cè)法所測(cè)結(jié)果值嚴(yán)重偏小，僅為0.129歐，根據(jù)布極順序的從小到大來看，數(shù)據(jù)的偏差應(yīng)該是逐步減小的，表明第二種檢測(cè)方法并不適用于通信站接地電阻檢測(cè)，但是，雖然第一種檢測(cè)方法較為準(zhǔn)確，測(cè)試的難度卻較大。

3. 結(jié)束語

一言以概之，通信站接地電阻檢測(cè)的重要性不言而喻，要求每年必須定期進(jìn)行維護(hù)測(cè)試，對(duì)于維護(hù)工作人員而言，必須全面掌握各種測(cè)試儀器的操作方法，明確其中可能存在的各種問題，科學(xué)地選擇測(cè)試點(diǎn)和連線，如此方可得到較為理想的檢測(cè)結(jié)果。

＊ [1]王英.接地電阻測(cè)試儀及其示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定[J].電子測(cè)試，2014，22 (01)：295—297.

＊ [2]朱海東.絕緣電阻表檢定裝置中的測(cè)量不確定度評(píng)定[J].中國計(jì)量，2013，19(09)：162-163.

＊ [3]朱少華.談?wù)勍ㄐ艡C(jī)房接地電阻測(cè)量方法及注意事項(xiàng)[J].通信電源技術(shù)，2015，29(21)：291-292.