《接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量導(dǎo)則》

1、接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量導(dǎo)則 DL47592中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量導(dǎo)則DL47592中華人民共和國(guó)能源部1992-11-03 批準(zhǔn)1993-04-01 實(shí)施1 主題內(nèi)容與適用范圍本導(dǎo)則規(guī)定了接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量方法以及減小或消除某些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的方法。本導(dǎo)則適用于發(fā)電廠、變電所和桿塔等接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量，擬建發(fā)電廠、變電所和桿塔的場(chǎng)地土壤電阻率的測(cè)量。本導(dǎo)則也適用于避雷針和微波塔等其它接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量。2 對(duì)接地裝置工頻特性參數(shù)測(cè)量的基本要求2.1 在一般情況下盡量用本導(dǎo)則中推薦的方法測(cè)量接地裝置的工頻特性參數(shù)，如在測(cè)量中遇到困難時(shí)

2、，可以由有關(guān)單位的負(fù)責(zé)人決定采用行之有效的方法測(cè)量。2.2 發(fā)電廠、變電所和桿塔等接地裝置的工頻特性參數(shù)盡量在干燥季節(jié)時(shí)測(cè)量，而不應(yīng)在雨后立即測(cè)量。2.3 通常應(yīng)采用兩種或兩種以上電極布置方式(包括改變電極布置的方向)測(cè)量接地裝置的工頻特性參數(shù)。有時(shí)，還需要采用不同的方法測(cè)量，以互相驗(yàn)證，提高測(cè)量結(jié)果的可信度。2.4 如條件允許，測(cè)量回路應(yīng)盡可能接近輸電線接地短路時(shí)的電流回路。3 發(fā)電廠和變電所接地裝置的工頻接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的測(cè)量3.1 發(fā)電廠和變電所接地裝置的工頻接地電阻的測(cè)量3.1.1 測(cè)量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

3、比值。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)際零位區(qū)之間的電位差。圖1 是測(cè)量工頻接地電阻的電極布置和電位分布的示意圖，圖上點(diǎn)P 是實(shí)際零電位區(qū)中的一點(diǎn)，實(shí)際零電位區(qū)是指沿被測(cè)接地裝置與測(cè)量用的電流極C 之間連接線方向上電位梯度接近于零的區(qū)域。實(shí)際零電位區(qū)范圍的大小，與測(cè)量用的電流極離被測(cè)接地裝置的距離dGC 的大小、通過(guò)被測(cè)接地裝置流入地中測(cè)試電流的大小以及測(cè)量用的電壓表的分辨率等因素有關(guān)。用電壓表和電流表分別測(cè)量接地裝置G 與電壓極P 之間的電位差UG 和通過(guò)接地裝置流入地中的測(cè)試電流I，由UG 和I 得到接地裝置的工頻接地電阻(1)3.1.2 測(cè)量工頻接地電阻的三極法三極法的三極

4、是指圖2 上的被測(cè)接地裝置G，測(cè)量用的電壓極P 和電流極C。圖中測(cè)量用的電流極C和電壓極P離被測(cè)接地裝置G邊緣的距離為dGC=(45)D 和dGP=(0.50.6)dGC， D 為被測(cè)接地裝置的最大對(duì)角線長(zhǎng)度，點(diǎn)P 可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。如果想較準(zhǔn)確地找到實(shí)際零電位區(qū)，可以把電壓極沿測(cè)量用電流極與被測(cè)接地裝置之間連接線方向移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離約為dGC 的5%，測(cè)量電壓極P 與接地裝置G 之間的電壓。如果電壓表的三次指示值之間的相對(duì)誤差不超過(guò)5%，則可以把中間位置作為測(cè)量用電壓極的位置。圖1 測(cè)量接地裝置工頻接地電阻的電極布置和電位分布示意圖G被測(cè)接地裝置；P測(cè)量用的電壓極；C測(cè)

5、量用的電流極；D被測(cè)接地裝置的最大對(duì)角線長(zhǎng)度圖2 三極法的原理接線圖(a)電極布置圖；(b)原理接線圖G被測(cè)接地裝置；P測(cè)量用的電壓極；C測(cè)量用的電流極；E 測(cè)量用的工頻電源；A交流電流表；V交流電壓表；D被測(cè)接地裝置的最大對(duì)角線長(zhǎng)度把電壓表和電流表的指示值UG 和I 代入式(1)中去，得到被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻RG。當(dāng)被測(cè)接地裝置的面積較大而土壤電阻率不均勻時(shí)，為了得到較可信的測(cè)試結(jié)果，建議把電流極離被測(cè)接地裝置的距離增大，例如增大到10km，同時(shí)電壓極離被測(cè)接地裝置的距離也相應(yīng)地增大。如果在測(cè)量工頻接地電阻時(shí)，dGC 取(45)D 值有困難，那么當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時(shí)，dG

6、C 可以取2D 值，而dGP 取D 值；當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時(shí)， dGC 可以取3D 值，dGP 取1.7D 值。如果接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻，也可以用圖3 的三角形布置電極的方式測(cè)量工頻接地電阻。被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻值由下式?jīng)Q定 式中UGP電壓極與被測(cè)接地裝置之間的電壓；I 通過(guò)接地裝置流入地中的測(cè)試電流；a被測(cè)接地裝置等效球半徑；DGP，DGC電壓極和電流極離被測(cè)接地裝置的等效中心的距離；電壓極和接地裝置等效中心的連接線與電流極和接地裝置等效中心的連接線之間的夾角。一般取dGPdGC=2D，30。當(dāng)接地裝置的最大對(duì)角線較小，且工頻接地電阻值大于0.5時(shí)，也可以用接地

7、電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量接地電阻，但其電壓極和電流極應(yīng)按前面提到的要求布置。3.1.3 測(cè)量工頻接地電阻的四極法當(dāng)被測(cè)接地裝置的最大對(duì)角線D 較大，或在某些地區(qū)(山區(qū)或城區(qū))按要求布置電流極和電壓極有困難時(shí)，可以利用變電所的一回輸電線的兩相導(dǎo)線作為電流線和電壓線。由于兩相導(dǎo)線即電壓線與電流線之間的距離較小，電壓線與電流線之間的互感會(huì)引起測(cè)量誤差。圖4是消除電壓線與電流線之間互感影響的四極法的原理接線圖。圖4 的四極是指被測(cè)接地裝置G、測(cè)量用的電流極C 和電壓極P 以及輔助電極S。輔助電極S 離被測(cè)接地裝置邊緣的距離dGS=30100m。圖3 測(cè)量接地裝置的工頻接地電電阻的三角形布置電極方式G被測(cè)接地裝置

8、；P測(cè)量用的電壓極；C測(cè)量用的電流極；D被測(cè)接地裝置的最大對(duì)角線長(zhǎng)度圖4 四極法測(cè)量工頻接地電阻的原理接線圖G被測(cè)接地裝置；P測(cè)量用電壓極；C測(cè)量用電流極；S測(cè)量用的輔助電極； 工頻電源用高輸入阻抗電壓表測(cè)量點(diǎn)2 與點(diǎn)3、點(diǎn)3 與點(diǎn)4 以及點(diǎn)4 與點(diǎn)2 之間的電壓U23、U34和U42。由電壓U23、U34 和U42 以及通過(guò)接地裝置流入地中的電流I，得到被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻(3)3.1.4 對(duì)測(cè)量?jī)x表的要求為了使測(cè)量結(jié)果可信，要求電壓表和電流表的準(zhǔn)確度不低于1.0 級(jí)，電壓表的輸入阻抗不小于100k。最好用分辨率不大于1%的數(shù)字電壓表(滿量程約50V)。3.1.5 影響工頻接地電阻實(shí)測(cè)

9、值的因素和消除其影響的方法3.1.5.1 接地裝置中的零序電流在不停電的條件下，接地裝置中存在電力系統(tǒng)的零序電流，它會(huì)影響工頻接地電阻的實(shí)測(cè)值。零序電流對(duì)工頻接地電阻實(shí)測(cè)值的影響，既可以用增大通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流值的辦法減小，也可以用倒相法或三相電源法消除用倒相法得到的工頻接地電阻值(4)式中I通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流，測(cè)試電壓倒相前后保持不變；測(cè)試電壓倒相前后的接地裝置的對(duì)地電壓；UG0不加測(cè)試電壓時(shí)接地裝置的對(duì)地電壓，即零序電流在接地裝置上產(chǎn)生的電壓降。把三相電源的三相電壓相繼加在接地裝置上，保持通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流值I 不變，則被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻值(5)式中UGA、UGB 和U

10、GC把A 相電壓、B 相電壓和C 相電壓作為測(cè)試電源電壓時(shí)接地裝置的對(duì)地電壓；UG0在不加測(cè)試電源電壓時(shí)，電力系統(tǒng)的零序電流在接地裝置上產(chǎn)生的電壓降；I通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流。3.1.5.2 高頻干擾電壓當(dāng)測(cè)量用的電壓線較長(zhǎng)時(shí)，電壓線上可能出現(xiàn)廣播電磁場(chǎng)等交變電磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾電壓。如果用有效值電壓表測(cè)量電壓，則電壓表的指示值要受高頻干擾電壓的影響。為了減小高頻干擾電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在電壓表的兩端子上并接一個(gè)電容器，其工頻容抗應(yīng)比電壓表的輸入阻抗大100 倍以上。3.1.5.3 輸電線的避雷線在許多變電所中，輸電線的避雷線是與變電所的接地裝置連接的，這會(huì)影響變電所接地電阻的實(shí)測(cè)值。因此在測(cè)量

11、前，應(yīng)把避雷線與變電所接地裝置的電連接斷開。3.1.5.4 通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流大，接地裝置中的零序電流和干擾電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響小，同一分辨率的電壓表的可測(cè)電流場(chǎng)的范圍大，即工頻接地電阻的實(shí)測(cè)值的誤差小。為了減小工頻接地電阻實(shí)測(cè)值的誤差，通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流不宜小于30A。為了得到較大的測(cè)試電流，一般要求電流極的接地電阻不大于10，也可以利用桿塔的接地裝置作為電流極。3.1.5.5 運(yùn)行中的輸電線路盡可能使測(cè)量線遠(yuǎn)離運(yùn)行中的輸電線路或與之垂直，以減小干擾影響。3.1.5.6 河流、地下管道等導(dǎo)電體測(cè)量電極的布置要避開河流、水渠、地下管道等。3.2 接觸電壓和跨步電壓

12、的測(cè)量3.2.1 接觸電壓和跨步電壓與接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)之間的關(guān)系接觸電勢(shì)是當(dāng)接地短路電流流過(guò)接地裝置時(shí)，在地面上離電力設(shè)備的水平距離為0.8m處(模擬人腳的金屬板)，沿設(shè)備外殼、構(gòu)架或墻壁離地的垂直距離為1.8m 處的兩點(diǎn)之間的電位差(圖5)；接觸電壓是指人體接觸上述兩點(diǎn)時(shí)所承受的電壓?？绮诫妱?shì)是指當(dāng)接地短路電流流過(guò)接地裝置時(shí)，在地面上水平距離為0.8m 的兩點(diǎn)之間的電位差；跨步電壓是人體的兩腳接觸上述兩點(diǎn)時(shí)所承受的電壓。由圖5，得到式中Ej，Ek接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)；Uj，Uk接觸電壓和跨步電壓；Rp人一個(gè)腳的接地電阻；Rm模擬人體的電阻，1500。3.2.2 接觸電勢(shì)、跨步電勢(shì)、接觸電壓和

13、跨步電壓的測(cè)量圖5 測(cè)量接觸電壓和跨步電壓的原理接線圖S電力設(shè)備構(gòu)架；V1 和V2高輸入阻抗電壓表；P模擬人腳的金屬板；Rm模擬人體的電阻；G接地裝置；C測(cè)量用電流極圖5 是測(cè)量接觸電勢(shì)、跨步電勢(shì)、接觸電壓和跨步電壓的原理接線圖，模擬人的兩腳的金屬板是用半徑為0.1m 的圓板或0.125m0.25m 的長(zhǎng)方板。為了使金屬板與地面接觸良好，把地面平整，撒一點(diǎn)水，并在每一塊金屬板上放置15kg 重的物體。取下并接在電壓表兩端子上的電阻Rm，高輸入阻抗(100k)的電壓表V1 和V2 將分別測(cè)量出與通過(guò)接地裝置的電流I 對(duì)應(yīng)的接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)；如果在電壓表V1 和V2 的兩端子上并接電阻Rm(15

14、00)，則電壓表V1 和V2 的測(cè)量值分別為與通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流對(duì)應(yīng)的接觸電壓值和跨步電壓值。在發(fā)電廠和變電所中工作人員常出現(xiàn)的電力設(shè)備或構(gòu)架附近測(cè)量接觸電壓；在接地裝置的邊緣測(cè)量跨步電壓。在測(cè)量接觸電壓時(shí)，測(cè)試電流應(yīng)從構(gòu)架或電氣設(shè)備外殼注入接地裝置；在測(cè)量跨步電壓時(shí)，測(cè)試電流應(yīng)在接地短路電流可能流入接地裝置的地方注入。發(fā)電廠和變電所內(nèi)的接觸電壓和跨步電壓與通過(guò)接地裝置流入土壤中的電流值成正比。當(dāng)通過(guò)接地裝置入地的最大短路電流值為Imax 時(shí)，對(duì)應(yīng)的接觸電壓和跨步電壓的最大值分別為式中I、Uj 和Uk測(cè)量時(shí)通過(guò)接地裝置的測(cè)試電流以及對(duì)應(yīng)的接觸電壓和跨步電壓的實(shí)測(cè)值。圖6 測(cè)量輸電線桿塔接地

15、電阻的原理接線圖(a)電流極和電壓極的布置圖； (b)原理接線圖G被測(cè)桿塔的接地裝置；P測(cè)量用的電壓極；C測(cè)量用的電流極；M接地電阻測(cè)量?jī)x；l接地裝置的最大射線長(zhǎng)度4 輸電線桿塔接地裝置的接地電阻的測(cè)量輸電線桿塔接地裝置接地電阻的測(cè)量方法的原理與發(fā)電廠和變電所接地裝置接地電阻的測(cè)量方法的原理基本相同，但由于輸電線桿塔離城鄉(xiāng)較遠(yuǎn)，沒(méi)有交流電源，輸電線桿塔的接地電阻一般是用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量。圖6 是用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量輸電線桿塔接地電阻的原理接線圖，電壓極P 和電流極C離桿塔基礎(chǔ)邊緣的直線距離dGP=2.5l 和dGC=4l，l 為接地裝置的最大射線的長(zhǎng)度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)接地電阻的實(shí)測(cè)值與以往的測(cè)量結(jié)果

16、有明顯的增大或減小時(shí)，應(yīng)改變電極的布置方向，再測(cè)量一次。測(cè)量桿塔的接地電阻時(shí)，應(yīng)把桿塔與接地裝置的電聯(lián)接斷開，應(yīng)避免把測(cè)量用的電壓極和電流極布置在接地裝置的射線上面，測(cè)量用的電流極和電壓極應(yīng)與土壤接觸良好。5 土壤電阻率的測(cè)量5.1 單極法測(cè)量土壤電阻率的單極法是指在被測(cè)場(chǎng)地打一單極的垂直接地體(圖7)，用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量得到該單極接地體的接地電阻值R，然后由下式得到等效土壤電阻率(12)單極接地極的直徑d 應(yīng)不小于1.5cm，長(zhǎng)度應(yīng)不小于1m。圖7 單極法測(cè)量土壤電阻率的示意圖d單極接地體的直徑；h單極接地體的長(zhǎng)度圖8 四極法測(cè)量土壤電阻率的原理接線圖C1 和C2測(cè)量用的電流極；P1 和P

17、2測(cè)量用的電壓極；M接地電阻測(cè)量?jī)x；h測(cè)量電極的埋設(shè)深度；a測(cè)量電極之間的距離單極法只適用于土壤電阻率較均勻的場(chǎng)地。5.2 四極法圖8 是測(cè)量土壤電阻率的四極法的原理接線圖，兩電極之間的距離a 應(yīng)等于或大于電極埋設(shè)深度h 的20 倍，即a20h。由接地電阻測(cè)量?jī)x的測(cè)量值R，得到被測(cè)場(chǎng)地的視在土壤電阻率=2aR (13)測(cè)量電極建議用直徑不小于1.5cm 的圓鋼或25254 的角鋼，其長(zhǎng)度均不小于40cm。被測(cè)場(chǎng)地土壤中的電流場(chǎng)的深度，即被測(cè)土壤的深度，與極間距離a 有密切關(guān)系。當(dāng)被測(cè)場(chǎng)地的面積較大時(shí)，極間距離a 應(yīng)相應(yīng)地增大。為了得到較合理的土壤電阻率的數(shù)據(jù)，最好改變極間距離a，求得視在土壤電阻率與極間距離a 之間的關(guān)系曲線=f(a)，極間距離的取值可為5、10、15、20、30、40m、，最大的極間距離amax 可取擬建接地裝置最大對(duì)角線的三分之二。5.3 注意事項(xiàng)5.3.1 地下管道的影響在靠近居民區(qū)或工礦區(qū)，地下可能有水管等具有一定金屬部件的管道。如果測(cè)量電極布置不恰當(dāng)，則地下管道會(huì)影響測(cè)量結(jié)果