接地電阻的正確測量、影響因素及控制措施

克拉瑪依市氣象局 周長江 薛新慧 郭曉靜

接地是防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，而接地電阻阻值測量工作則是防雷系統(tǒng)運(yùn)行性能檢測的重要內(nèi)容，接地電阻測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否，不僅事關(guān)防雷系統(tǒng)的性能是否達(dá)到相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，而且是判斷防雷設(shè)施建設(shè)質(zhì)量是否合格的關(guān)鍵。

由于接地電阻測量過程中，經(jīng)常受到人為因素、測量設(shè)備、季節(jié)等因素的影響，出現(xiàn)測量結(jié)果誤差過大的問題；所以，在開展防雷系統(tǒng)接地電阻測量工作時(shí)，在采用正確測量方法的同時(shí)，根據(jù)以往測量的經(jīng)驗(yàn)，分析導(dǎo)致防雷系統(tǒng)接地電阻測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差的內(nèi)外部因素，制定針對性的解決策略，才能確保接地電阻測量數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1 如何使用儀表正確測量接地電阻

接地電阻測量的方法很多，目前防雷檢測中常用的方法是三極法測量。如圖1所示，測量時(shí)設(shè)置一個(gè)電流極C和一個(gè)電壓極P，與接地體G成直線或三角形分布。三極法中的三極實(shí)際上就是圖1中待測量接地裝置G，電壓極P和電流極C。三級（G、P、C）必須按照規(guī)范要求布設(shè)于一條直線上且垂直于接地網(wǎng)。通過分析發(fā)現(xiàn)，圖中測量使用的電流極C與電壓極P與被測量接地裝置G邊緣距離應(yīng)該為dGC=（4～5）D和dGP=（0.5～0.6）dGC，D作為被測量接地裝置中最大的對角線長度，點(diǎn)P可以被視為處于零電位區(qū)內(nèi)的關(guān)鍵點(diǎn)位。所以，測量人員在校準(zhǔn)實(shí)際零電位區(qū)時(shí)，必須先將電壓極沿電流極與被測量接地裝置之間的連接線方向移動(dòng)規(guī)定次數(shù)，同時(shí)將移動(dòng)距離控制在dGC的5%以內(nèi)，才能確保測量電壓極P與接地裝置G之間電壓的穩(wěn)定性。假如電壓表在移動(dòng)過程中的指示數(shù)之間誤差小于5%時(shí)，則可以按照要求將中間位置視為電壓極測量的位置。

圖1 電極布置圖

測量人員在開展大型接地網(wǎng)（如變電站、發(fā)電廠）的接地測量工作時(shí)，應(yīng)該根據(jù)測量區(qū)域的實(shí)況，選擇大電流接地電阻測試儀等相關(guān)設(shè)備開展測量工作。

由于測量人員測量的電阻主要以工頻接地電阻為主，所以，接地電阻測量結(jié)束后應(yīng)及時(shí)利用換算公式將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為沖擊接地電阻。

2 接地電阻的影響因素

接地裝置的接地電阻主要由接地線電阻值、接地體自身電阻、接地體與土壤間接觸電阻、大地接地電流呈現(xiàn)出的電流電阻等幾部分組成。其中，前兩項(xiàng)作為金屬性電阻較后兩項(xiàng)電阻值相對較小，在絕大多數(shù)情況下可忽略不計(jì)，因此防雷系統(tǒng)的接地電阻值大小主要取決于后兩項(xiàng)。

2.1 土壤電阻率

散流電阻指的是電流從接地體以大地四周為半球形散流過程中遇到的土壤中產(chǎn)生的全部電阻值。由于該半球體標(biāo)記距離接地體越近電阻值越小，反之電阻值越小，所以根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，如果單根接地體距離超過20m后，不管接地電流大或小，實(shí)際測量的電流密度、電阻、電位等均為零。此時(shí)大地對散流呈現(xiàn)出的電阻值不是常數(shù)值，而應(yīng)該是與土壤電阻率成正比關(guān)系，與接地體現(xiàn)行尺寸則成反比。由于土壤電阻率是影響防雷系統(tǒng)接地電阻值大小的關(guān)鍵因素，再加上土壤中的電阻率是以土壤性質(zhì)、含水量、溫度、化學(xué)成分等數(shù)據(jù)為依據(jù)的，所以，測量人員應(yīng)該針對同一土壤中不同位置電阻率變化的不同，在開展防雷系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須充分考慮地質(zhì)情況和季節(jié)因素等產(chǎn)生的影響，準(zhǔn)確測量土壤中的電阻率，才能確保防雷系統(tǒng)的接地裝置設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 接地體的尺寸、形狀和布置方式

由于接地電阻值的大小與大地結(jié)構(gòu)、土壤電阻率、接地體尺寸等之間存在著密切聯(lián)系。所以，相關(guān)部門可以通過增大接地體尺寸的方式，有效降低接地電阻值。

為了防止因?yàn)橄噜徑拥伢w之間產(chǎn)生屏蔽作用，導(dǎo)致入地電流散流之間出現(xiàn)相互排擠而影響接地裝置的利用率，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，通過減少跨步電壓和接觸電壓的方式，提高防雷系統(tǒng)接地裝置利用率。

2.3 接觸電阻

接觸電阻指的是電流從接地體表面流向周圍土壤時(shí)遇到的阻力，該數(shù)值與兩介質(zhì)交接面上接觸電位差與流入大地中的電流比相同。接觸電阻大小不僅與土壤電阻率之間成正比關(guān)系，同時(shí)與土壤性質(zhì)類別、防雷系統(tǒng)接地裝置施工方法的正確與否存在聯(lián)系。比如，黃粘土接觸效果較之砂礫碎石接觸效果明顯要好。施工人員在防雷系統(tǒng)接地工程施工時(shí)，針對施工完成后實(shí)測接地電阻比計(jì)算出現(xiàn)的接地電阻值偏大的情況，應(yīng)采取夯實(shí)接地體周圍土壤的方式，提高接地體周圍土壤密實(shí)度，在保證接地體與周圍土壤良好接觸的情況下，提高接地體電阻值測量的準(zhǔn)確性。

2.4 腐蝕

如果防雷系統(tǒng)接地裝置防腐措施不到位，導(dǎo)致接地裝置長期處于惡劣環(huán)境下中的話，必然會(huì)出現(xiàn)腐蝕問題，導(dǎo)致接地電阻值回升，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致接地網(wǎng)失效，影響接地裝置性能的發(fā)揮。針對接地裝置的防腐處理，歐美等國經(jīng)過長期的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，使用銅材制作接地網(wǎng)，不僅有效提升接地網(wǎng)自身的抗腐蝕能力，而且降低了惡劣環(huán)境對接地裝置運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響，確保了防雷系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。

2.5 測量方法不正確

測量方法正確與否，對接地電阻的影響也是很大的,數(shù)據(jù)的失誤有時(shí)甚至可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。

（1）不熟悉接地電阻測試的原理，工作人員在使用儀表測量接地電阻時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)測試儀表電流極與電壓極打在接地網(wǎng)以內(nèi)的情況。由于這種測量方法檢測的并非被測物體的接地電阻，而是被測物體與接地網(wǎng)之間的連接電阻，所以測量電流只是在接地網(wǎng)內(nèi)部傳輸，并未真正流入到周圍土壤中。

（2）不論接地網(wǎng)大小，工作人員在開展接地網(wǎng)電阻值測量工作時(shí)，都是按照40m和20m數(shù)值開展測量。工作人員在測量接地電阻值時(shí)，必須按照儀器儀表的操作說明書操作。如果儀表自身所帶電流極與電壓極導(dǎo)線只有40m和20m，那么實(shí)際所打的電流極與電壓極也只能是40m和20m遠(yuǎn)。在進(jìn)行接地裝置對角尺寸小于10m接地網(wǎng)的電阻值測量工作時(shí)，可以采用電流極與電壓極為40m和20m測量儀表；但是，在測量大型接地網(wǎng)的接地電阻值時(shí)，將會(huì)因?yàn)檎`差過大，影響接地電阻值測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（3）缺乏尋找零電位的操作。如果在測量接地電阻時(shí)，只是簡單的采用電壓極位置測量一個(gè)接地電阻數(shù)值，而并未通過移動(dòng)電壓極的方式尋找零位，那么必將因?yàn)殡娮柚禍?zhǔn)確性較低或誤差過大而不具備參考價(jià)值。

2.6 電磁干擾的影響

如果防雷系統(tǒng)接地裝備附近安裝有大功率發(fā)射塔、天線等強(qiáng)磁場設(shè)備時(shí)，其必將受到高電平干擾信號(hào)、雜散電流、工頻干擾信號(hào)等的影響，導(dǎo)致接地裝置電場出現(xiàn)畸變和電位分布失衡的情況，影響電阻值測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對此，工作人員應(yīng)該針對不同干擾源采取針對性措施，降低干擾效應(yīng)對測量數(shù)據(jù)的影響。例如，采用大電流接地電阻測試儀可以抑制雜散電流的干擾；采用有屏蔽層的引線并遠(yuǎn)離干擾源可以避免高頻信號(hào)對測量過程的干擾。

3 接地電阻測量中的控制措施

（1）測量接地網(wǎng)接地電阻時(shí)，P點(diǎn)至G點(diǎn)的距離要大于10m，小于10m測量結(jié)果誤差較大。

（2）在測量時(shí)，必須根據(jù)接地裝置安裝現(xiàn)場的詳細(xì)情況選擇C點(diǎn)，確保G點(diǎn)至C點(diǎn)所在直線延長線必須通過接地網(wǎng)中心點(diǎn)D，也就是CG連線垂直于接地網(wǎng)邊緣，才能保證接地電阻值測量的準(zhǔn)確性。

（3）工作開始前，工作人員必須將接地電阻測量儀的測試線拉直，避免因?yàn)榻拥鼐€出現(xiàn)相互纏繞的情況，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（4）在測量大體積物體的接地電阻值時(shí)，必須采取加長G點(diǎn)測量線長度的方式，避免因?yàn)榻拥鼐€長度不足影響接地電阻測量的準(zhǔn)確性。

（5）針對大型接地網(wǎng)接地電阻的測量，常規(guī)接地電阻測量儀器已無法滿足測量要求。為了保證大型接地網(wǎng)接地電阻值測量數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性，工作人員在測量工作時(shí)，應(yīng)該根據(jù)接地電阻測量現(xiàn)場的情況，選擇大地測試儀或采取電位降法等原理，利用其它設(shè)備產(chǎn)生大電流，然后使用電壓表測量P點(diǎn)電壓，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，才能得出準(zhǔn)確的接地電阻值。

（6）針對硬化水泥地面無法進(jìn)行打測量電極操作的情況，操作人員可以先將25×25cm2鋼板放于水泥地面，然后澆上鹽水，用其代替測量電極，即可完成工作。

結(jié)束語：雖然防雷系統(tǒng)接地電阻值測量過程中，測量方法使用的正確與否是決定接地電阻值測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，但是在實(shí)操過程中出現(xiàn)的各種問題也會(huì)影響接地電阻值測量的結(jié)果，所以工作人員必須全面分析和總結(jié)影響接地電阻值測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的問題，并以此為基礎(chǔ)制定針對性的解決方案，才能從根本上促進(jìn)我國防雷技術(shù)水平的提升。