吳仕軍+張建軍+劉波+羅仕慶

摘 要：接地電阻的測(cè)量在防雷工作中一直占據(jù)著重要地位，其測(cè)量的數(shù)據(jù)也直接關(guān)系到檢測(cè)報(bào)告是否具有真實(shí)性、準(zhǔn)確性和權(quán)威性，是否會(huì)影響到防雷設(shè)施發(fā)揮應(yīng)有的作用。本文通過(guò)大電流、小電流法測(cè)試接地電阻原理、方法及設(shè)備要求，進(jìn)行測(cè)試接地電阻對(duì)比研究，分析了大型接地裝置不同電流測(cè)試的誤差及主要誤差原因，提出大型接地裝置接地電阻測(cè)試的科學(xué)測(cè)試方法，以便在實(shí)際測(cè)試工作中起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：接地裝置；電流；測(cè)試；接地電阻

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.265

1 前言

接地電阻的測(cè)試是接地裝置測(cè)試中的關(guān)鍵內(nèi)容，接地電阻是接地裝置的主要參數(shù)。測(cè)試工作中，大部分為民用建 （構(gòu)）筑物或一般工業(yè)小型接地裝置，按檢測(cè)設(shè)備要求部署20m、10m的電流、電壓輔助接地極，在土壤電阻率均勻的環(huán)境下測(cè)試，5%誤差允許范圍內(nèi)就能實(shí)際反映接地電阻。由于功能、利用本質(zhì)、范圍大型接地裝置通常見于建（構(gòu)）筑物或防雷要求比較高的場(chǎng)所。

大型接地裝置則需用大電流檢測(cè)儀器。當(dāng)運(yùn)用大電流檢測(cè)儀器測(cè)試大型接地裝置工頻特性參數(shù)時(shí)，試驗(yàn)頻率宜在45Hz-55Hz、試驗(yàn)電流宜在3A-30A區(qū)間。用大電流測(cè)試法測(cè)試的接地電阻比現(xiàn)使用M4102型接地電阻測(cè)試儀測(cè)試的接地電阻相比，要精確得多。

1.1 接地電阻的重要性

接地電阻的大小是接地裝置效果好壞的主要參數(shù)，通常來(lái)說(shuō)，接地電阻越小，雷電發(fā)生時(shí)，其流散的速度越快，一旦物體被雷擊中，其產(chǎn)生的高電位持續(xù)時(shí)間也就越短，防雷裝置上產(chǎn)生的雷擊高電位也就相應(yīng)的越低，減少對(duì)設(shè)備及人身安全的影響。依據(jù)原理，發(fā)生雷擊時(shí)，產(chǎn)生的雷電流在通過(guò)防雷裝置時(shí)，接地電阻上電壓的高低與接地電阻的關(guān)系呈正比，也就是接地電阻的值越小，電壓對(duì)設(shè)備及人身安全的影響就越小。在防雷相關(guān)規(guī)范中，在用途不同時(shí)對(duì)接地電阻的要求較明確。分別對(duì)一、二、三類的防雷建筑物的接地電阻進(jìn)行了具體要求，一、二類的接地電阻≤10Ω，三類的接地電阻≤3OΩ，而風(fēng)電機(jī)組接地電阻≤4Ω，變電站的接地電阻≤0.5Ω。因此，接地電阻在防雷工作中具有相當(dāng)重要的地位。

1.2 測(cè)試接地電阻的現(xiàn)實(shí)意義

隨著大型房開企業(yè)的增多，開發(fā)的新建項(xiàng)目也越來(lái)越大，城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，開發(fā)和利用城市地下空間，漸漸成全球性的發(fā)展趨勢(shì)；城市地下空間開發(fā)和利用，對(duì)提高土地利用率，道路暢通，擴(kuò)大城區(qū)綠地，降低環(huán)境污染，緩和城區(qū)密度，提升基礎(chǔ)設(shè)施容量等起到不可忽視的效果；國(guó)內(nèi)城市地下空間開發(fā)和利用得到快速發(fā)展，地下空間建造規(guī)模越來(lái)越大，基坑工程設(shè)計(jì)和施工面積面臨越來(lái)越大的發(fā)展趨勢(shì)。在90年代：地下室大多為1～2層，2000年以后，出現(xiàn)了四層地下室，最近幾年，出現(xiàn)了五層地下室，特別就城市綜合體建設(shè)，甚至出現(xiàn)了上萬(wàn)平米的地下室。大型接地裝置的出現(xiàn)，對(duì)接地電阻提出了更高的要求。接地電阻是指電流經(jīng)過(guò)接地體進(jìn)入大地并向周圍擴(kuò)散時(shí)所遇到的電阻。大地具有一定的電阻率，如果有電流流過(guò)時(shí)，則大地各處就具有不同的電位。電流經(jīng)接地體注入大地后，它以電流場(chǎng)的形式向四處擴(kuò)散，離接地點(diǎn)愈遠(yuǎn)，半球形的散流面積愈大，地中的電流密度就愈小，因此可認(rèn)為在較遠(yuǎn)處，單位擴(kuò)散距離的電阻及地中電流密度已接近零，接地點(diǎn)處的電位Um與接地電流I的比值定義為該點(diǎn)的接地電阻R，R=Um/I。當(dāng)接地電流為定值時(shí)，接地電阻愈小，則電位Um愈低，反之則愈高。接地電阻主要取決于接地裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、埋入地下的深度及當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪?。良好的接地電阻能有效地降低引下線上的過(guò)電壓，避免發(fā)生反擊。減少對(duì)人身及財(cái)產(chǎn)的損失。

本文通過(guò)小、大電流測(cè)試，對(duì)選取12個(gè)大型防雷接地裝置接地電阻進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比接地電阻值，找出大小及影響測(cè)試結(jié)果的主要因素，為今后大型接地裝置接地電阻的測(cè)試具有指導(dǎo)作用。

2 測(cè)量接地電阻的基本原理

根據(jù)接地電阻的定義，接地電阻是電流I經(jīng)接地體流入大地時(shí)接地電位U和I的比值。因此，為了測(cè)量接地電阻，首先在接地體上注入一定的電流。如圖1所示。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)接地體為半球形，在距球心X處的球面上的電流密度為

當(dāng)接地體為半球形，球形中心位已知，土壤的電阻率一致，鏡像的影響忽略不計(jì)的情況下，電壓極放在電流與被測(cè)接地體兩者之間，距接地體0.618d13處，即可測(cè)得接地體的真實(shí)接地電阻值。

3 測(cè)試設(shè)備技術(shù)參數(shù)

采用在檢測(cè)站常用的M4102型接地電阻測(cè)試儀（小電流）和異頻測(cè)試設(shè)備DF9001（大電流）進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表1和表2。

4 小電流法測(cè)試接地電阻測(cè)試報(bào)告

4.1 測(cè)試原理

接地裝置工頻接地電阻的數(shù)值，等于接地裝置的對(duì)地電壓與通過(guò)接地裝置流入地中的工頻電流的比值。因此，測(cè)量接地電阻必須測(cè)量接地裝置的對(duì)地電壓和流入地中的工頻電流，接地裝置的對(duì)地電壓是指接地裝置與地中電流場(chǎng)的實(shí)際的零電位區(qū)之間的電位差。因此，必須在接地體中通過(guò)流入地中的工頻電流，電源的一端接接地裝置上，另一端接在能與被測(cè)接地極構(gòu)成回路的輔助電流接地極上。電壓表的一端接在接地裝置上，另一端接在處于實(shí)際的零電位區(qū)的電壓接地極上。

由于，單根接地極的零電位區(qū)在距單根接地極10M以外的地方，同時(shí)，電流接地極與電壓接地極避免相互干擾，電壓接地極必須設(shè)在距被測(cè)接地極和電流接地極10M以外的地方。因此，被測(cè)單根接地極，電流接地極，電壓接地極三者應(yīng)成10M—20M的直線布極方法。

4.2 測(cè)試方法

用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量接地電阻時(shí)，要求采用10—20m的布極方法。接地電阻測(cè)量?jī)x都配有10m，20m的專用線。為了消除互電阻的影響，電壓接地極P的電流接地極C距離不小于10m。如電流接地極C距電壓接地極P的以外是建筑物，電流接地極C無(wú)法布置。電流接地極C和電壓接地極P可以布置在被測(cè)接地網(wǎng)G的兩側(cè)；或電流接地極C和電壓接地極P，被測(cè)接地網(wǎng)G三者成三角形，每邊長(zhǎng)為20m。

4.3 用小電流法對(duì)12個(gè)接地裝置測(cè)試接地電阻，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3

5 大電流法測(cè)試接地電阻測(cè)試報(bào)告

5.1 測(cè)試原理

電流線和電位線同方向（同路徑）放設(shè)稱為三極法中的直線法。dCG通常選5～6D，dPG通常為（0.5～0.6） dCG。電位極P應(yīng)在被測(cè)接地裝置G與電流極C連線方向移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離為dCG的5%左右，當(dāng)三次測(cè)試的結(jié)果誤差在5%以內(nèi)即可。在具體測(cè)試中應(yīng)注意以下兩個(gè)方面的干擾：輔助電流極和輔助電壓極的布線應(yīng)拉開1m以上的距離，以減小等效電容；輔助電壓極的敷設(shè)應(yīng)盡量避免與輸電線路平行，以防感應(yīng)過(guò)高的工頻電壓。

5.2 用小電流法對(duì)12個(gè)接地裝置測(cè)試接地電阻，測(cè)試數(shù)據(jù)見表4

6 小、大電流測(cè)試接地電阻數(shù)據(jù)對(duì)比分析

通過(guò)12個(gè)接地裝置分別進(jìn)行大、小電流接地電阻測(cè)試對(duì)比測(cè)試，得到接地電阻對(duì)比數(shù)據(jù)，見圖2。

7 數(shù)據(jù)誤差分析

通過(guò)研究試驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，大小電流法所測(cè)試數(shù)據(jù)相差較大，主要原因分析如下：M4102型接地電阻測(cè)試儀去干擾能力差，受對(duì)地電壓變化影響大。地中泄漏電流、無(wú)線電干擾電流等雜散電流、電網(wǎng)中的三相不平衡電流通過(guò)工作接地注入大地、接地網(wǎng)鄰近的電路管線、電站引出的架空線零序分量、測(cè)量回路中的電壓、電流引線之間的互感干擾電勢(shì)，土壤電阻率不均勻等都會(huì)對(duì)其構(gòu)成影響。而異頻測(cè)試設(shè)備DF9001通過(guò)選頻，能去掉其它所有干擾。

8 結(jié)論

（1）接地裝置的接地阻抗大電流測(cè)試方法由于其測(cè)試電流大，測(cè)試環(huán)境的影響可以忽略，因此，該方法的測(cè)試結(jié)果能夠體現(xiàn)接地裝置特性的真實(shí)性。

（2）接地裝置的接地阻抗小電流測(cè)試方法由于其測(cè)試電流小，受測(cè)試環(huán)境因素的影響較大，因此，該方法的測(cè)試結(jié)果偏離接地裝置特性參數(shù)誤差較大，不能用于要求較高的測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T 475-2006，接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則[S].

[2]賴樂(lè)圓，石玉泉.土壤電阻率在建筑物防雷的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011（16）：131-132.

[3]鄭瑞春，符信勇.關(guān)于大中型接地網(wǎng)工頻接地電阻測(cè)試的研究[J]. 廣東輸電與變電技術(shù)，2007（04）：20-23.

[4]杜洋，李龍江.線路桿塔工頻接地電阻測(cè)量方法的探討[J].四川電力技術(shù)，2005（06）：14-16.

[5]原徐成，趙國(guó).起重機(jī)械接地電阻測(cè)量與安全[J].安全，2007（02）：10-13.

[6]李海亮.接地電阻測(cè)量方法及降阻措施[J].建材與裝飾（中旬刊），2007（12）：132-133.

[7]吳仕軍，楊勝海，王勇，李提科.大型新建項(xiàng)目防雷檢測(cè)服務(wù)工作體會(huì)[J].貴州氣象，2010（S1）：161-162.

[8]孫衛(wèi)無(wú).城市地下空間規(guī)劃綜述[J].建材與裝飾（下旬刊）， 2007（09）：33-35.

[9]張明.用大電流測(cè)試大型接地網(wǎng)接地電阻的探索[J].建筑施工，2007（09）：72-74.

[10]劉飛，侯波，張寧.淺析接地電阻測(cè)試值的影響因素和解決辦法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（13）：40.

[11]林云，林巧俊，周碎云.大中型接地裝置接地電阻的測(cè)量要點(diǎn)[J].浙江電力，2007（05）：77-79.

作者簡(jiǎn)介：吳仕軍（1980-），男，苗族，工程師，主要從事雷災(zāi)調(diào)查及防雷技術(shù)推廣工作。