基于大型地網(wǎng)的防雷接地測(cè)試方法

高云鵬 曹偉 崔浩 趙成磊

摘 要：文章分析了大型地網(wǎng)與普通接地裝置在接地性能方面的不同點(diǎn)；介紹了常規(guī)防雷接地測(cè)試方法的局限性；依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，從測(cè)試儀器及測(cè)試原理兩方面出發(fā)，提出了針對(duì)于擁有大型地網(wǎng)場(chǎng)所的合理的防雷接地測(cè)試方法。

關(guān)鍵詞：大型地網(wǎng) 防雷接地 測(cè)試方法 接地阻抗 電氣完整性 等電位連接

中圖分類號(hào)：TM934 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-0-02

A Method of Measuring Grounding for Lightning Based on Large Earthing Grid

Gao Yunpeng Cao Wei Cui Hao Zhao Chenglei

（Wuxi Meteorological Bureau Wuxi 214101）

Abstract：The different grounds on performance of large earthing grid and common grounding device are analyzed. Then the limitation of conventional method of measuring grounding for lightning is introduced. In the end， a reasonable method of measuring grounding for lightning according to the place including large earthing grid in terms of testing instrument and principle is proposed by applying the relevant technical specifications.

Keywords：large earthing grid grounding for lightning；measuring method ground impedance electric integrity equipotential bonding

大型地網(wǎng)是指由垂直和水平接地極組成的，供發(fā)電廠、變電站等場(chǎng)所使用的兼有泄流和均壓作用的水平網(wǎng)狀接地裝置，其等效面積一般在5000 m2以上[1]。常見(jiàn)的擁有大型地網(wǎng)的場(chǎng)所主要有裝機(jī)容量在200 MW以上的火力發(fā)電廠，110 kV及以上電壓等級(jí)的變電站等等。這些場(chǎng)所的建筑物一般相對(duì)集中的處于大型地網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，地網(wǎng)作為各建筑物的共用接地裝置，因其面積較大且呈網(wǎng)狀布置，接地特性較之普通的獨(dú)立建筑物接地裝置已然發(fā)生了很大的改變，地網(wǎng)的接地性能不能用常規(guī)的接地電阻值來(lái)衡量；其所屬范圍內(nèi)各建筑物的防雷接地測(cè)試也不適合采用常規(guī)的測(cè)試儀器和方法。鑒于此種情況，該文依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出了合理的針對(duì)于擁有大型地網(wǎng)場(chǎng)所的防雷接地測(cè)試方法。

1 大型地網(wǎng)的接地特性參數(shù)

由于大型地網(wǎng)面積較大，其相應(yīng)的接地特性參數(shù)與普通接地裝置也會(huì)有所不同，與防雷接地測(cè)試直接相關(guān)的兩個(gè)重要參數(shù)就是地網(wǎng)的接地阻抗和電氣完整性。

1.1 大型地網(wǎng)的接地阻抗

大型地網(wǎng)的接地阻抗是指地網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)方無(wú)窮遠(yuǎn)處零電位點(diǎn)的阻抗，數(shù)值上為地網(wǎng)與遠(yuǎn)方零電位點(diǎn)之間的電位差與通過(guò)地網(wǎng)流入地中電流的比值；用工頻電流測(cè)得的接地阻抗稱之為工頻接地阻抗。接地阻抗由接地電阻和接地電抗兩部分組成，對(duì)于普通的人工接地裝置或者建筑物基礎(chǔ)接地等中小型接地裝置而言，由于其規(guī)模相對(duì)較小，其電抗分量所占總阻抗的比重亦較小，且電抗隨測(cè)試電流頻率的變化不大，所以可近似認(rèn)為其接地阻抗數(shù)值上基本等同于接地電阻；但是對(duì)于大型地網(wǎng)來(lái)說(shuō)，由于其尺寸量級(jí)很大，電抗分量在總阻抗中所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻分量，且其電抗會(huì)隨著測(cè)試電流頻率的升高而增大，使得地網(wǎng)接地阻抗與測(cè)試電流頻率之間呈一定的線性關(guān)系。所以，大型地網(wǎng)的接地性能測(cè)試要用接地阻抗代替接地電阻[2]。

1.2 大型地網(wǎng)的電氣完整性

大型地網(wǎng)的電氣完整性是指地網(wǎng)所屬范圍內(nèi)應(yīng)該接地的各種電氣設(shè)備與地網(wǎng)之間、地網(wǎng)各部分之間的電氣導(dǎo)通性，即直流電阻值。電氣完整性是反映地網(wǎng)接地性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于地網(wǎng)所屬范圍內(nèi)各建筑物的防雷接地而言，地網(wǎng)電氣完整性就是指建筑物所在區(qū)域內(nèi)應(yīng)該接地的各防雷裝置與地網(wǎng)之間的電氣導(dǎo)通性；地網(wǎng)的電氣完整性測(cè)試實(shí)際上就是各建筑物防雷裝置與地網(wǎng)之間的等電位連接情況測(cè)試。

2 常規(guī)測(cè)試方法的局限性

2.1 常規(guī)測(cè)試方法原理

目前，我國(guó)大多數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的防雷接地測(cè)試主要選擇的儀器為普通接地電阻測(cè)試儀，采用三極直線法逐一測(cè)試各測(cè)試點(diǎn)的接地電阻[3]。原理圖如圖1所示。

測(cè)試回路的布置方法：測(cè)試電流極C與被測(cè)接地裝置邊緣的距離dCG應(yīng)為其對(duì)角線尺寸D的4～5倍；當(dāng)遠(yuǎn)距離放線有困難時(shí)，在土壤電阻率均勻地區(qū)dCG可取2D；電流線和電位線同向布置，保持測(cè)試參考點(diǎn)G與P、C三點(diǎn)在同一直線上；dPG通常取0.6dCG，電位極P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)，則認(rèn)為測(cè)試數(shù)據(jù)有效。

圖1 三極直線法測(cè)接地電阻接線示意圖

2.2 測(cè)試儀器及方法的局限性

首先，普通儀器測(cè)試電流頻率一般較高，例如國(guó)內(nèi)常用的日本共立“4102A”型接地電阻測(cè)試儀，測(cè)試電流頻率為820 Hz左右，此類儀器測(cè)試普通接地裝置電阻值尚可，對(duì)于電抗分量較大的大型地網(wǎng)而言，測(cè)試結(jié)果會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出地網(wǎng)的工頻接地阻抗值；其次，由于儀器測(cè)試電流相對(duì)偏小，儀器本身抗干擾能力較差，加之大型地網(wǎng)中雜散電流等干擾因素影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確；最后，對(duì)于擁有大型地網(wǎng)的場(chǎng)所而言，此類測(cè)試方法由于電壓極、電流極、輔助測(cè)試延長(zhǎng)線的布線距離均較長(zhǎng)（至少要幾百米），更改電壓極和電流極位置以及逐一測(cè)試每個(gè)測(cè)試點(diǎn)接地電阻值等過(guò)程均比較繁瑣，工作效率不高。

3 基于大型地網(wǎng)的防雷接地測(cè)試方法

3.1 測(cè)試原理

基于大型地網(wǎng)的防雷接地測(cè)試方法應(yīng)由大型地網(wǎng)的接地阻抗測(cè)試和電氣完整性測(cè)試兩部分組成，地網(wǎng)阻抗測(cè)試是方法的基礎(chǔ)，電氣完整性測(cè)試是方法的核心，因?yàn)榈鼐W(wǎng)的阻抗值及其所屬范圍內(nèi)各建筑物防雷裝置與地網(wǎng)之間的直流電阻值是反映建筑物防雷裝置接地情況的直接依據(jù)；而判斷各建筑物防雷裝置接地性能好壞的關(guān)鍵就是測(cè)試各防雷裝置與地網(wǎng)之間等電位連接的電氣導(dǎo)通情況。

3.2 測(cè)試儀器要求

依據(jù)DL/T475-2006《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》及GB/T21431-2008《建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，為盡量避免地網(wǎng)中工頻雜散電流等因素的干擾，地網(wǎng)接地阻抗測(cè)試應(yīng)選擇測(cè)試電流較大的儀器，測(cè)試電流宜在3～20 A之間，且儀器測(cè)試頻率宜在40～60 Hz范圍內(nèi)，異于工頻又盡量接近工頻；地網(wǎng)電氣完整性測(cè)試應(yīng)選擇直流等電位連接導(dǎo)通測(cè)試儀，儀器測(cè)試電流應(yīng)不小于1.0 A，且儀器分辨率為1 mΩ，準(zhǔn)確度不低于1.0級(jí)。

3.3 測(cè)試實(shí)例

以江蘇某熱電廠防雷接地測(cè)試為例，分別對(duì)其大型地網(wǎng)接地阻抗及電氣完整性進(jìn)行了測(cè)試，廠區(qū)建筑物分布示意圖如圖2所示。

電廠大型地網(wǎng)接地阻抗測(cè)試原理同常規(guī)測(cè)試方法，不同的是測(cè)試選擇的儀器為DF9000系列的阻抗測(cè)試儀，該儀器最大測(cè)試電流可達(dá)10 A，擁有45 Hz、47 Hz、53 Hz、55 Hz 4種頻率；選取發(fā)電廠升壓站內(nèi)一處門型架接地線為接地阻抗測(cè)試參考點(diǎn)，測(cè)試最終結(jié)果為四種頻率下測(cè)得阻抗值的算術(shù)平均值[4]。地網(wǎng)電氣完整性測(cè)試選擇儀器為K-3690B智能型等電位連接導(dǎo)通測(cè)試儀，儀器直流測(cè)試電流大于1.0 A，最大分辨率為0.0001 Ω；分別測(cè)試各建筑物防雷裝置與地網(wǎng)之間的等電位連接導(dǎo)通

電阻。

3.4 測(cè)試結(jié)果分析

地網(wǎng)接地阻抗測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表1。

由上表可以看出，在四種測(cè)試頻率下地網(wǎng)阻抗值隨著頻率的升高略微有一些變化，四種頻率下接地阻抗值取算術(shù)平均后恰好是地網(wǎng)的工頻接地阻抗值；更改電位極位置情況下測(cè)試結(jié)果誤差均在5%范圍內(nèi)，所以認(rèn)定本次測(cè)試數(shù)據(jù)有效。

地網(wǎng)電氣完整性測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表2。

依據(jù)DL/T 475-2006《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》，地網(wǎng)電氣完整性測(cè)試各參考點(diǎn)實(shí)測(cè)正常值應(yīng)在50 mΩ以下，本次測(cè)試各參考點(diǎn)結(jié)果均在正常值范圍內(nèi)，說(shuō)明地網(wǎng)所屬范圍內(nèi)各建筑物防雷裝置與地網(wǎng)之間等電位連接的電氣導(dǎo)通情況良好。

4 結(jié)語(yǔ)

該文提出的基于大型地網(wǎng)的防雷接地測(cè)試方法以地網(wǎng)接地阻抗測(cè)試為基礎(chǔ)，通過(guò)地網(wǎng)電氣完整性測(cè)試來(lái)綜合判斷其范圍內(nèi)各建筑物防雷裝置的接地性能；方法依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合測(cè)試實(shí)例驗(yàn)證了選擇儀器及測(cè)試原理的可行性。望文中觀點(diǎn)能為對(duì)擁有大型地網(wǎng)場(chǎng)所的防雷接地測(cè)試提供些許的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] DL/T475-2006接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則[S].

[2] 要煥年，曹梅月.關(guān)于大型地網(wǎng)接地阻抗的測(cè)量和安全判據(jù)[J].電力設(shè)備，2002，3（3）：42-44.

[3] GB/T21431-2008建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 陳鵬云，劉晉，吳伯華，等.大型地網(wǎng)接地電阻異頻測(cè)量方法[J].高電壓技術(shù)，2002，28（6）：46-47.