城市狹窄地域環(huán)境下測量接地電阻值的探討

王小飛，尹正旺，黃克儉，謝 春

（湖北省防雷中心，武漢，430074）

0 引言

防雷裝置檢測是國家防雷減災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，而其中對接地電阻測量是防雷裝置檢測的重點(diǎn)和主要內(nèi)容，也是衡量接地裝置性能好壞的重要技術(shù)指標(biāo)之一，同時也是判定整個防雷設(shè)施是否合格的重要依據(jù)。在日常檢測工作中，尤其是在測量城市建筑時，由于道路硬化、街道綠化和渣土回填等原因，加之地下金屬管道、排水道、架空線路等影響，很難找到理想的布樁位置（這種不利于接地電阻檢測的環(huán)境，簡稱城市狹窄地域環(huán)境），直接導(dǎo)致接地電阻測量儀讀數(shù)不穩(wěn)定，結(jié)果有偏差等現(xiàn)象。如果不能認(rèn)真分析，正確校正，其測量結(jié)果必定影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和公正性。本文以補(bǔ)償法（0.618法）為測試方法，通過對3m×3m、4m×4m地網(wǎng)進(jìn)行測量分析，并對在檢測過程中常見的錯誤進(jìn)行解析，以保證測試方法的科學(xué)性，測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、公正，以供大家探討。

1 接地電阻值的定義及常用的測量方法

1.1 接地電阻的定義

接地電阻是指電流由接地裝置流入大地再經(jīng)大地流向另一接地體或向遠(yuǎn)處擴(kuò)散所遇到的電阻，它包括接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限遠(yuǎn)處的大地電阻。接地電阻大小直接體現(xiàn)了電氣裝置與“地”接觸的良好程度，也反映了接地網(wǎng)的規(guī)模。

1.2 接地電阻的測量原理

當(dāng)電流從接地體流入土壤，向土壤的各個方向擴(kuò)散時，離接地體越近，電流密度越大，電位梯度也越大，當(dāng)電流流至無窮遠(yuǎn)時，電流密度為零，電位梯度也為零。由于接地體周圍在不同方向上擴(kuò)散電流的密度不一樣，其周圍的電位分布也不一樣。所有測量接地電阻的基本原理都是令一定的電流通過接地體流經(jīng)大地，同時測量該電流在接地體與大地某一范圍之內(nèi)所產(chǎn)生的壓降，再以電壓比電流關(guān)系求出接地電阻值。

1.3 常用的接地電阻測試方法

接地電阻有兩種常用的方法來判斷接地電阻的優(yōu)劣：1、伏-安表法：最傳統(tǒng)的測量接地電阻方法，需要兩個輔助接地棒（即打地樁）來完成；2、鉗型接地電阻表法：只需要用鉗口鉗住接地物，便可測量接地電阻，使用中無須輔助接地棒和斷開接地極，是一種方便快捷的接地電阻測量方法。伏-安法相對來講比較準(zhǔn)確和常用，但是它需要在大地上打輔助接地棒和要有足夠的空間和場地來完成打輔助接地等缺點(diǎn)，目前常用的是“補(bǔ)償法”（也稱0.618布極法），這種測試方法可以降低測量誤差。如果被測場所是可以形成接地回路的場所（例如樓宇防雷系統(tǒng)），可以使用鉗型接地電阻法。

2 實(shí)驗與分析

本次實(shí)驗選取一塊100m×300m的土壤電阻率分布均勻的平坦自然場地，分別使用8跟長1.0m的角鋼（∠50×50×5）作為接地極，依次設(shè)置成一個3m×3m和一個4m×4m的接地網(wǎng)，通過使用法國C.A CA6470N接地電阻測試儀，以其作為實(shí)驗對象，使用四線法進(jìn)行測量，并對結(jié)果進(jìn)行對比分析研究。

2.1 繪制電流極在4D情況下的接地電阻測試曲線

地網(wǎng)對角線的距離D，電流極布設(shè)距離為d13，電壓極布設(shè)距離為d12，電流極固定布設(shè)在距離地網(wǎng)邊緣4D的位置，即d13=4D,電壓極d12從0.05d13的位置開始布設(shè)，且與電流極、地網(wǎng)中心點(diǎn)成一條直線，以5%×d13為一個幅度，依次連續(xù)進(jìn)行測試，并以電壓極在0.618×d13的位置的測試點(diǎn)結(jié)果為該地網(wǎng)的真實(shí)接地電阻值。測試結(jié)果如圖1和圖2，其誤差百分比如圖3：

圖1 3m×3m地網(wǎng)測試結(jié)果與真值之間對比

圖2 4m×4m地網(wǎng)測試結(jié)果與真值之間對比

圖3 兩個地網(wǎng)測量結(jié)果誤差百分比

經(jīng)上圖對比分析可得：

1）電流極固定不動，電壓極依次變化時，兩個地網(wǎng)的測試結(jié)果的變化趨勢匹配的較好，變化率基本一致，且當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12大于0.8 d13時，誤差快速變大；

2）當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12在0.5 -0.7 d13范圍內(nèi)時，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，誤差小于1%；當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12在0.4-0.8 d13范圍內(nèi)時，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，誤差小于5%；當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12為小于0.1 d13或者大于0.8 d13時誤差大于5%，且誤差快速變大。

3）地網(wǎng)尺寸越大，因電壓極布設(shè)位置不合理引起的誤差越大。

2.2 電流極在1D-5.5D的布線距離時，使用補(bǔ)償法進(jìn)行測試結(jié)果對比

電流極布設(shè)距離d13從1.0D開始布置，以0.5D為一個幅度，依次等距增大到5.5D，電壓極每次都是布設(shè)在0.618d13的位置，即使用補(bǔ)償法依次進(jìn)行測量，以電流極在5.5D時的測試結(jié)果為該地網(wǎng)的真實(shí)接地電阻值。其結(jié)果如圖4和圖5，其誤差百分比如圖6：

圖4 3m×3m地網(wǎng)測試結(jié)果與真值之間對比

經(jīng)上圖對比分析可得：

當(dāng)電流極布設(shè)距離d13≥3D時，如果使用0.618補(bǔ)償法測試，測量誤差小于1%；當(dāng)電流極布設(shè)距離大于1.5D，且小于3D時，如果使用0.618補(bǔ)償法測試，測量誤差也不大于5%；

2）當(dāng)電流極布設(shè)距離d13≤2D時，即使使用0.618補(bǔ)償法測試，測量誤差隨之快速增大，并且測量的結(jié)果是比真值稍大的，但即便是電流極布設(shè)距離為d13=D時，測量結(jié)果誤差也不會大于10%；

3）地網(wǎng)尺寸越大，因電流極布設(shè)距離不足引起的誤差越大。

圖5 4m×4m地網(wǎng)測試結(jié)果與真值之間對比

圖6 兩個地網(wǎng)測量結(jié)果誤差百分比

3 結(jié)論

1）當(dāng)采用三極法進(jìn)行測試，且電流極布設(shè)距離滿足測試條件時（即d13≥3D）：當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12在0.5 -0.7 d13范圍內(nèi)時，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，誤差小于1%；當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12在0.4-0.8 d13范圍內(nèi)時，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，誤差小于5%；當(dāng)電壓極布設(shè)距離為d12為小于0.1 d13或者大于0.8 d13時誤差大于5%，且誤差快速變大，所得結(jié)果必須進(jìn)行修正才能使用；

當(dāng)采用三極法進(jìn)行測試，且布樁距離符合0.618補(bǔ)償法時：當(dāng)電流極布設(shè)距離d13≥3D時，測量誤差小于1%；當(dāng)電流極布設(shè)距離大于1D，且小于3D時，測量誤差也不大于8%；

3）地網(wǎng)尺寸越大，因布設(shè)距離不規(guī)范引起的誤差越明顯。

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