如何測(cè)量接地電阻

1、如何準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻一、接地電阻測(cè)試要求：a.交流工作接地，接地電阻不應(yīng)大于4Q；b.安全工作接地，接地電阻不應(yīng)大于4Q；c.直流工作接地，接地電阻應(yīng)按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具體要求確定；d.防雷保護(hù)地的接地電阻不應(yīng)大于10。；e.對(duì)于屏蔽系統(tǒng)如果采用聯(lián)合接地時(shí)，接地電阻不應(yīng)大于1。二、接地電阻測(cè)試儀器1、ZC-8型接地電阻測(cè)試儀一臺(tái)2、輔助接地棒二根3、導(dǎo)線5m、20m、40m各一根五、使用與操作1、測(cè)量接地電阻值時(shí)接線方式的規(guī)定儀表上的E端鈕接5m導(dǎo)線，P端鈕接20m線，C端鈕接40m線，導(dǎo)線的另一端分別接被測(cè)物接地極E電位探棒P/和電流探棒C且E/、P/、C,應(yīng)保持直線，其間距為20m測(cè)量大于等于1

2、。接地電阻時(shí)接線圖見(jiàn)圖1將儀表上2個(gè)E端鈕連結(jié)在一起。前言？有人認(rèn)為接地電阻的測(cè)量很簡(jiǎn)單而草率從事，不求甚解；有人認(rèn)為接地電阻的測(cè)量不可能得到重復(fù)準(zhǔn)確的結(jié)果而提出“廢棄接地電阻”。兩種態(tài)度都是不對(duì)的和不可取的。本文詳細(xì)介紹了接地電阻的測(cè)量原理和常用的幾種測(cè)量方法和經(jīng)驗(yàn)，以助人們正確掌握它，獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。接地電阻的定義和表達(dá)式接地電阻的定義接地電阻就是通過(guò)接地裝置泄放電流時(shí)表現(xiàn)出的電阻，它在數(shù)值上等于流過(guò)接地裝置入地的電流與這個(gè)電流產(chǎn)生的電壓降之除。(1)式中，U接地裝置的對(duì)地電壓，即接地體與大地零電位參考點(diǎn)之間的電位差。I通過(guò)接地裝置泄放入大地的電流。經(jīng)過(guò)運(yùn)算，式(1)可演變成土壤介質(zhì)的

3、物理常數(shù)的表達(dá)式：式中，X土壤的介電系數(shù)；r土壤的電阻率，W-mC接地裝置的電容，F(xiàn)。？從式(2)可見(jiàn)，在一個(gè)確定的地方，由于土壤的介電系數(shù)和土壤電阻率是確定的，接地電阻的大小取決于接地裝置自身的電容，而此電容又取決于接地裝置的大小和結(jié)構(gòu)。為了得到小的接地電阻，要求接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)使它有盡可能大的對(duì)地電容。另一方面，還可通過(guò)改變土壤(換土或用降阻劑)，降低土壤的電阻率或增大土壤的介電系數(shù)來(lái)改變接地電阻的大小。幾種特殊接地電極的電容和其接地電阻舉例：半球接地電極，C=2peb,；半圓盤(pán)接地電極，C=4eb，。式中，b為半球或半圓盤(pán)的半徑。？由上式可知，相同半徑的半球接地極比半圓盤(pán)接地極的電容大約倍，

4、相應(yīng)接地電阻低約倍。這說(shuō)明，采用球形或立體接地極比采用平面接地極效率高，節(jié)省材料。？單根接地極的接地電阻單根接地電極的接地電阻的大小，主要取決于它的直徑和長(zhǎng)度。單根園管、園棒電極的接地電阻約為（3）式中，L和d分別為管或棒的長(zhǎng)和直徑，單位米。？從式（3）可知，一根直徑50mm的圓鋼管，打入地中深度，其電阻約為R=。防雷設(shè)計(jì)人應(yīng)好好記住這個(gè)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它對(duì)于設(shè)計(jì)接地網(wǎng)很有幫助。接地電阻的測(cè)量原理接地電阻的測(cè)量是按照公式（1）來(lái)進(jìn)行的：給接地裝置（接地極或接地網(wǎng)）施加一個(gè)電流I，測(cè)量出接地極（網(wǎng)）上的電壓U，電壓與電流相除，就得到了接地電阻?？此坪?jiǎn)單，但是，這個(gè)電流如何正確的施加，這個(gè)電壓如何測(cè)量

5、準(zhǔn)確，卻并不是每個(gè)測(cè)量者都知道。本文向讀者介紹的就是這方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。測(cè)量電流的施加與電流輔助極？在公式（1）中，測(cè)量電流是指“流過(guò)接地裝置入地的電流”。這個(gè)電流與導(dǎo)線中流過(guò)的電流是不一樣的。在導(dǎo)線中，電流沿導(dǎo)線流動(dòng)，形成連續(xù)的閉合回路，其路徑是確定的和可預(yù)見(jiàn)的。而“流過(guò)接地裝置入地的電流”卻擴(kuò)散到大地里，流到很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的地方。它是怎么形成閉合回路，以滿足電流的連續(xù)性和閉合性規(guī)律呢如果這個(gè)電流是雷擊形成的雷電流，這個(gè)電流是從雷云經(jīng)過(guò)雷電放電通道進(jìn)入接閃器和引下線，再經(jīng)過(guò)接地裝置向四周大地?cái)U(kuò)散傳播，最后經(jīng)過(guò)云地之間的廣大空間以位移電流的形式，回到雷云，滿足電流的連續(xù)性與閉合性的規(guī)律，如圖1A所示

6、?？墒牵覀?cè)谶M(jìn)行接地電阻測(cè)試時(shí)，為了能夠向接地裝置注入（施加）測(cè)試電流，我們首先必須解決電流的歸路或收集問(wèn)題。這就是必須找到或人為制作一個(gè)電流回路。在三極直線法和三角形法測(cè)量接地電阻時(shí)需要在遠(yuǎn)方臨時(shí)打一個(gè)輔助電流極，其目的就是為了給電流提供一個(gè)回路。而在鉗表法中，不需要打臨時(shí)的輔助電流極，并不是電流不需要回路，而是要找尋現(xiàn)A雷電流的分布B測(cè)量接地電阻時(shí)的電流分布成的可以用作為回路的電路。圖1描述了通過(guò)接地裝置流入地中電流的場(chǎng)的分布，圖1A是雷電流的場(chǎng)，這是一個(gè)向四周擴(kuò)散的電流場(chǎng)，而圖1B是測(cè)試電流的場(chǎng)，是一個(gè)向一邊擴(kuò)散的畸變的電流場(chǎng)。輔助電流極的出現(xiàn)使電流場(chǎng)的分布變得不均勻了，畸變了。輔助電

7、流極離被測(cè)接地極（網(wǎng)）越近，電流場(chǎng)的畸變?cè)酱?；輔助電流極越遠(yuǎn)，電流場(chǎng)的畸變?cè)叫?，但測(cè)試工作量越大。因此，這里有一個(gè)合適的最佳的距離，在滿足測(cè)試準(zhǔn)確度的要求的情況下，使輔助電流極比較近。測(cè)量電壓與輔助電壓極公式（1）中的電壓是指接地裝置（網(wǎng)）與大地零電位參考點(diǎn)之間的電壓。大地零電位參考點(diǎn)在哪里，如何取得，是接地電阻測(cè)試中的另一個(gè)重要問(wèn)題。顯然我們不可能到無(wú)窮遠(yuǎn)的地方去找零電位參考點(diǎn)，而是在一個(gè)較近的可以接受的地方尋找零電位參考點(diǎn)。在接地電阻測(cè)量中，需要在選做零電位參考點(diǎn)的地方打一個(gè)輔助電壓極，用一根導(dǎo)線將參考電位取回來(lái)，它與接地裝置（網(wǎng)）的電位之差，就是我們需要的電壓U。要找一個(gè)真正的零電位參考

8、點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)測(cè)量工作中可能很不容易，但我們能夠找到一個(gè)盡可能接近零電位的地方，或者其誤差是可以接受的地方。如果這個(gè)點(diǎn)的電位不是真正的零電位，而是比零電位大一點(diǎn)，或小一點(diǎn)，那最后得到的電壓和測(cè)得的接地電阻就會(huì)有或大或小的誤差。多大的誤差能夠?yàn)槲覀兯邮?，這就需要通過(guò)測(cè)量結(jié)果來(lái)判斷。在這里，不僅要了解測(cè)量原理，還要具備相應(yīng)的實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。總之，為保證接地電阻測(cè)量的準(zhǔn)確，關(guān)鍵就在于零電位參考點(diǎn)選取的正確與否以及對(duì)測(cè)量結(jié)果的判斷。？大地零電位參考點(diǎn)在哪里呢有的人有一種誤解，認(rèn)為大地總是處于零電位的。他們認(rèn)為，地電位就是零電位，這是不正確的。其實(shí)，只要地中有電流流過(guò)，就有電壓降，這兒的地就不是零電位。沒(méi)有電

9、流流過(guò)的地，才是電氣上的零電位地。因此，嚴(yán)格地說(shuō)，零電位在離被測(cè)接地裝置（網(wǎng)）很遠(yuǎn)的地方。對(duì)于單根金屬管接地極來(lái)說(shuō)，離接地極的距離在201m以上才可以認(rèn)為是零電位。輔助電壓極的任務(wù)就是取回零電位，因此怎樣獲得準(zhǔn)確的零電位點(diǎn)，是測(cè)準(zhǔn)接地電阻的關(guān)鍵。接地電阻測(cè)量的三極直線法三極直線法的接線三極直線法是接地電阻測(cè)試中使用最多和最普遍的方法，測(cè)試時(shí)被測(cè)接地網(wǎng)1、電壓輔助極2與電流輔助極3三點(diǎn)（極）按一直線布置。在三極直線法測(cè)量中，這三個(gè)極如何布置呢，具體說(shuō)，輔助電壓極與輔助電流極與被測(cè)接地裝置（網(wǎng)）的距離如何布置和掌握，這是測(cè)準(zhǔn)接地電阻的關(guān)鍵之一。一般接地電阻測(cè)試儀器儀表都提供有兩根輔助接地極，并配套

10、有兩根測(cè)試導(dǎo)線，一根40m,另一根20m。有些儀器，如日立Kyoritsu4150A表，的配套導(dǎo)線還更短。用這樣的配套導(dǎo)線能否獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果呢這是每一個(gè)測(cè)量者都十分關(guān)心的問(wèn)題。E測(cè)試電源A電流表V電壓表1被測(cè)接地裝置，2電壓極，3電流極D接地網(wǎng)最大對(duì)角尺寸，d13接地網(wǎng)到電流極的距離d12接地網(wǎng)到電壓極的距離，d23電壓極與電流極的距離圖2三極直線法測(cè)量接地電阻的接線三極直線法的測(cè)量原理按圖2的接線，可以列出三個(gè)極的電壓方程：U1=R1I1+R12I2+R13I3（4a）U2=R21I1+R2I2+R23I3（4b）U3=R31I1+R32I2+R3I3（4c）式中，I1流入接地裝置的電流

11、。I2流入電壓極的電流。I3流入電流極的電流。R1接地裝置1的自電阻，即接地裝置的被測(cè)接地電阻。R2電壓極的自電阻。R3電流極的自電阻。R23和R32電壓極和電流極之間的互電阻，它們相等。R12和R21接地裝置與電壓極之間的互電阻，它們相等。R13和R31接地裝置與電流極之間的互電阻，它們相等。測(cè)試時(shí)電流是從接地裝置流入大地，而從電流極流出，回到電源。取流入大地的電流方向?yàn)檎瑒tI1=I3。因?yàn)榱鬟^(guò)電壓極的電流極小，故可以認(rèn)為12=0。又因三對(duì)互電阻相等：R23=R32,R12=R21,R13=R31,則方程組可改寫(xiě)為：（5a）（5b）（5c）由式（5a）式（5b）,得U由此可得接地電阻的測(cè)量

12、值為：在式（7）的等式右邊，第一項(xiàng)R1為接地裝置接地電阻的真值，于是，后三項(xiàng)互電阻（R23R12R13）就為測(cè)量誤差：從式（7）和（8）可知，測(cè)量誤差由三個(gè)互電阻構(gòu)成，而互電阻又是由各電極的相對(duì)位置引起，取決于各電極位置的布置。正確的電極位置的布置應(yīng)使則測(cè)量誤差就可等于或接近于零。如果電極周?chē)寥离娮杪适蔷鶆虻?，兩個(gè)極的互電阻與土壤電阻率成正比，而與兩電極間的距離成反比：式中，P電極周?chē)寥离娮杪剩籥=d12/d13；d12、d13和d23分別為接地裝置與電壓極、接地裝置與電流極和電壓極與電流極之間的距離。將式（10）、（11）和（13）代入（9），得：此方程有兩個(gè)解，舍去無(wú)意義的負(fù)數(shù)解，最后

13、得：a=。即是說(shuō)，為了使測(cè)量誤差等于零，應(yīng)將輔助電壓極打在距接地裝置邊緣的距離為的地方。此法稱(chēng)布極測(cè)量法，或補(bǔ)償法。實(shí)際上，由于現(xiàn)場(chǎng)各種原因的影響，很難保證電壓極打在這個(gè)準(zhǔn)確的位置。再考慮d13受現(xiàn)場(chǎng)選擇的條件，可計(jì)算出在不同測(cè)量允許誤差和d13的情況下，a的具體范圍如表1所示。從表1可見(jiàn)，d13的距離越短，即電流輔助極的位置越近，保證測(cè)量準(zhǔn)確度所要求的a的區(qū)間越小，電壓輔助極的準(zhǔn)確位置越難掌握。？允許測(cè)量誤差8%下列d13距離下的a值范圍5D3D2D10注：D為接地裝置最大對(duì)角長(zhǎng)度。三極直線法電壓極位置的調(diào)整？上面介紹了準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻要求的三電極的布置，表1所列a的范圍就是測(cè)量時(shí)布置電壓極

14、的位置?？墒窃趯?shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件下測(cè)量地區(qū)的土壤電阻率不一定都是均勻的，由于各種溝道、巖石以及在地下還可能有各種金屬管道，它們都將影響電流場(chǎng)的分布，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。在具體測(cè)量中電壓極位置的調(diào)整就是零電位準(zhǔn)確位置的尋找。通常是采用試探法找尋大地零電位點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。其方法就是在三極連成的直線上，在比表1所列a的范圍稍大的區(qū)域內(nèi)，例如（）d13范圍內(nèi)，以d13的3%為間距，連續(xù)打打57個(gè)電壓輔助極，進(jìn)行57個(gè)點(diǎn)的測(cè)量。在具體操作上，可以打一點(diǎn)測(cè)一點(diǎn)，拔起電壓極再打下一點(diǎn)位，測(cè)下一個(gè)數(shù)據(jù)。對(duì)于電壓極的每一個(gè)點(diǎn)位，可以測(cè)得一個(gè)接地電阻值。接地電阻測(cè)試結(jié)果的判斷？以接地電阻為縱坐標(biāo)，以距離為橫坐標(biāo)，將測(cè)得的

15、幾個(gè)接地電阻值描繪在一張坐標(biāo)圖上，形成一條接地電阻的曲線。如果其中有至少三個(gè)電阻值的連線趨勢(shì)走平，那這個(gè)位置對(duì)應(yīng)的接地電阻值就是其準(zhǔn)確值。不繪圖也可直接判斷，在所有測(cè)得值中，如果有三個(gè)以上電阻值之間相對(duì)誤差小于3%時(shí)，就取這幾個(gè)值的平均值為最后的測(cè)量結(jié)果。？接地電阻測(cè)量之三極三角形法在某些情況下，在測(cè)量大型接地網(wǎng)的接地電阻時(shí)，由于地形的限制，很難將電流極打到（35）D遠(yuǎn)的地方。為縮短電流極的距離，可采用三角形法測(cè)量接地電阻。三角形法是將輔助電壓極與輔助電流極以?shī)A角q向兩個(gè)方向布置，接地裝置、電壓極與電流極三點(diǎn)呈等腰三角形，如圖3所示。由于d12=d13,所以R12二R13,將此關(guān)系代入式（9）

16、，得：R23=2R13因此，由此計(jì)算出等腰三角形的頂角0=29。經(jīng)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)表明，當(dāng)d12二d1322D,9二30時(shí)，測(cè)量誤差610%o現(xiàn)場(chǎng)接地電阻測(cè)量經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)滴、錯(cuò)誤的測(cè)試操作？根據(jù)筆者觀查，在測(cè)量接地電阻方面常出現(xiàn)的不正確操作有以下幾種。電流極和電壓極打在接地網(wǎng)以?xún)?nèi)筆者曾到一個(gè)大型工廠講課，在講課之前訪問(wèn)了工廠電氣試驗(yàn)班，參看了試驗(yàn)人員所做的避雷針接地電阻的試驗(yàn)報(bào)告。該廠電氣試驗(yàn)負(fù)責(zé)人向我介紹，他們買(mǎi)了一塊新的接地電阻測(cè)試表，日立昨。丫五$口4150A型，用它測(cè)量接地電阻又快又準(zhǔn)。這種儀表自帶的電流、電壓輔助極導(dǎo)線分別只有25m和15m,由于導(dǎo)線短，測(cè)試工作量不大，測(cè)試結(jié)果變化不大，很“

17、準(zhǔn)確”。他還說(shuō)，他們近幾年都這么測(cè)量，從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)任何問(wèn)題。我看到，幾頁(yè)紙的試驗(yàn)報(bào)告，幾十根避雷針的測(cè)點(diǎn)的接地電阻結(jié)果都是歐左右。我告訴他們，不是你們工廠的避雷針沒(méi)問(wèn)題，而是你們的測(cè)量方法有問(wèn)題。你們的所謂測(cè)量結(jié)果根本不是避雷針的接地電阻，只能是避雷針與工廠接地網(wǎng)之間的連接電阻。因?yàn)槟銈儨y(cè)量時(shí)打的電流、電壓輔助極都位于工廠接地網(wǎng)之內(nèi)，還沒(méi)有超出接地網(wǎng)的范圍。測(cè)量電流只在接地網(wǎng)內(nèi)流，還沒(méi)有流入周?chē)寥乐?。沒(méi)有掌握正確的測(cè)量方法，不單是測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，而是測(cè)得的根本就不是接地電阻。所測(cè)的只能是避雷針與接地網(wǎng)之間的連接地電阻。(2)不管接地網(wǎng)大小，都按40m和20m測(cè)量不少人在測(cè)量接地電阻時(shí)不問(wèn)接地

18、網(wǎng)的大小，都按接地儀器儀表的說(shuō)明書(shū)操作。儀表所帶電流極和電壓極的導(dǎo)線分別只有40m和20m,所打電流極和電壓極也只有40m和20m遠(yuǎn)。對(duì)于接地裝置對(duì)角尺寸不大于10m的小接地網(wǎng)，電流極和電壓極采用40m和20m是可以的。但對(duì)于大型接地網(wǎng),測(cè)量誤差就大了。缺乏尋找零電位的操作不少測(cè)量者只采用電壓極的一個(gè)位置,測(cè)量一個(gè)接地電阻的數(shù)值,就完事大吉。他們沒(méi)有通過(guò)電壓極的移動(dòng)來(lái)尋找零電位,所得結(jié)果是否正確,有多大誤差,他們自己也不知道。、如何降低輔助電流極本身的接地電阻如果輔助電流極本身的接地電阻太大,在一定的測(cè)量電壓下,測(cè)量電流就很小,不僅影響測(cè)量靈敏度,而且測(cè)量誤差也大。有時(shí)甚至測(cè)量?jī)x器或儀表都沒(méi)有反映,測(cè)不出結(jié)果來(lái)。減小電流極接地電阻的方法有：加大接地極直徑,增加長(zhǎng)度,用多根電流極并聯(lián),給電流極周?chē)⑺?注鹽水,降低它的接地電阻。？如果電流極周?chē)袠?shù),可巧妙地利用樹(shù)當(dāng)做電流極：將多根樹(shù)的樹(shù)皮輕輕削開(kāi)一點(diǎn),用裸銅線纏繞,并聯(lián)起