城市狹窄地域環(huán)境下測(cè)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(cè)是國(guó)家防雷減災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，而其中對(duì)接地電阻測(cè)量是防雷裝置檢測(cè)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(shí)也是判定整個(gè)防雷設(shè)施是否合格的重要依據(jù)。在日常檢測(cè)工作中，尤其是在測(cè)量城市建筑時(shí)，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(cè)的環(huán)境，簡(jiǎn)稱城市狹窄地域環(huán)境），直接導(dǎo)致接地電阻測(cè)量?jī)x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(cè)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(cè)試方法，通過(guò)對(duì)3m×3m、4m×4m地網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量分析，并對(duì)在檢測(cè)過(guò)程中常見(jiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行解析，以保證測(cè)試方法的科學(xué)性，測(cè)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(cè)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(wú)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(cè)量原理

當(dāng)電流從接地體流入土壤，向土壤的各個(gè)方向擴(kuò)散時(shí)，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(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，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(cè)量接地電阻的基本原理都是令一定的電流通過(guò)接地體流經(jīng)大地，同時(shí)測(cè)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(cè)試方法

接地電阻有兩種常用的方法來(lái)判斷接地電阻的優(yōu)劣：1、伏-安表法：最傳統(tǒng)的測(cè)量接地電阻方法，需要兩個(gè)輔助接地棒（即打地樁）來(lái)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(cè)量接地電阻，使用中無(wú)須輔助接地棒和斷開(kāi)接地極，是一種方便快捷的接地電阻測(cè)量方法。伏-安法相對(duì)來(lái)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(chǎng)地來(lái)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(cè)試方法可以降低測(cè)量誤差。如果被測(cè)場(chǎng)所是可以形成接地回路的場(chǎng)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(yàn)與分析

本次實(shí)驗(yàn)選取一塊100m×300m的土壤電阻率分布均勻的平坦自然場(chǎng)地，分別使用8跟長(zhǎng)1.0m的角鋼（∠50×50×5）作為接地極，依次設(shè)置成一個(gè)3m×3m和一個(gè)4m×4m的接地網(wǎng)，通過(guò)使用法國(guó)C.A CA6470N接地電阻測(cè)試儀，以其作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用四線法進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析研究。

2.1 繪制電流極在4D情況下的接地電阻測(cè)試曲線

地網(wǎng)對(duì)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(kāi)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(gè)幅度，依次連續(xù)進(jìn)行測(cè)試，并以電壓極在0.618×d13的位置的測(cè)試點(diǎn)結(jié)果為該地網(wǎng)的真實(shí)接地電阻值。測(cè)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(cè)試結(jié)果與真值之間對(duì)比

圖2 4m×4m地網(wǎng)測(cè)試結(jié)果與真值之間對(duì)比

圖3 兩個(gè)地網(wǎng)測(cè)量結(jié)果誤差百分比

經(jīng)上圖對(duì)比分析可得：

1）電流極固定不動(dòng)，電壓極依次變化時(shí)，兩個(gè)地網(wǎng)的測(cè)試結(jié)果的變化趨勢(shì)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(shí)，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(shí)，測(cè)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(shí)，測(cè)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(shí)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(shí)，使用補(bǔ)償法進(jìn)行測(cè)試結(jié)果對(duì)比

電流極布設(shè)距離d13從1.0D開(kāi)始布置，以0.5D為一個(gè)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(cè)量，以電流極在5.5D時(shí)的測(cè)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(cè)試結(jié)果與真值之間對(duì)比

經(jīng)上圖對(duì)比分析可得：

當(dāng)電流極布設(shè)距離d13≥3D時(shí)，如果使用0.618補(bǔ)償法測(cè)試，測(cè)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(shí)，如果使用0.618補(bǔ)償法測(cè)試，測(cè)量誤差也不大于5%；

2）當(dāng)電流極布設(shè)距離d13≤2D時(shí)，即使使用0.618補(bǔ)償法測(cè)試，測(cè)量誤差隨之快速增大，并且測(cè)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(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差也不會(huì)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(cè)試結(jié)果與真值之間對(duì)比

圖6 兩個(gè)地網(wǎng)測(cè)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(cè)試，且電流極布設(shè)距離滿足測(cè)試條件時(shí)（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(shí)，測(cè)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(shí)，測(cè)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(shí)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(cè)試，且布樁距離符合0.618補(bǔ)償法時(shí)：當(dāng)電流極布設(shè)距離d13≥3D時(shí)，測(cè)量誤差小于1%；當(dāng)電流極布設(shè)距離大于1D，且小于3D時(shí)，測(cè)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。

[1]曾嶸,何金良,高延慶,等.垂直分層土壤中測(cè)試電極布置對(duì)變電站接地阻值的影響[J].電網(wǎng)技術(shù),2000,24(10):36-40.

[2]段弢，徐萌，史雅靜,等.區(qū)域氣象與雷電活動(dòng)對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的細(xì)化與改進(jìn)[J].電子測(cè)試,2013, (15):11-13.

[3]張丹丹,尹小根,陳俊武,等.多電極布置法測(cè)量接地電阻[J].高電壓技術(shù),2002,28(5):19-20.

[4]楊德榮,梁 丹,等.接地電阻測(cè)量中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].氣象研究與應(yīng)用,2007,28(2):71-74.

[5]張紅梁.影響接地電阻測(cè)量值的因素及排除方法初探[J].科技風(fēng),2011,(5):7-10.

[6]陳渭民.雷電學(xué)原理[M].北京：氣象出版社，2003.11.

[7]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB50057-2010.

[8]史雅靜,黃克儉,涂山山.武漢市加油站雷電防護(hù)研究[J].電子測(cè)試,2013, (17):89-91.