接地電阻的測(cè)量及影響因素分析

張喜飛 呂芳捷 李新忠

【摘要】地線是設(shè)備生命線之一，在各種各樣的設(shè)備工作中起到了不可替代的保護(hù)作用。本論文著重說(shuō)明了接地電阻在實(shí)際中的應(yīng)用以及如何測(cè)量和計(jì)算接地電阻，測(cè)量結(jié)果表明接地極接地深度越深接地極電阻越小，最后闡述了人為降低接地電阻的重要意義。

【關(guān)鍵詞】地線;接地電阻;接地深度

1.引言

地線是接地裝置的簡(jiǎn)稱，是用來(lái)將電流引入大地的導(dǎo)線，電氣設(shè)備漏電或電壓過(guò)高時(shí)，電流通過(guò)地線進(jìn)入大地。地線在實(shí)際生活中應(yīng)用廣泛，做保護(hù)接地時(shí)，接地電阻越小越好[1-3]。本論文在前人研究的基礎(chǔ)上[4-6]，對(duì)幾種接地方法進(jìn)行了改進(jìn)。測(cè)量結(jié)果表明這幾種方法能有效的減小接地電阻。

2.地線的作用

地線是設(shè)備的生命線之一，它在各種各樣的設(shè)備工作中起到了不可替代的保護(hù)作用。（1）家用電器和辦公設(shè)備的金屬外殼都設(shè)有接地線，如其絕緣損壞外殼帶電，則電流沿著安裝的接地線流入大地，以達(dá)到安全的目的，否則會(huì)給人身安全造成危害。（2）在高大的建筑物、各類通信系統(tǒng)以及架于建筑物上的各類天線，都裝有避雷針然后用導(dǎo)線將其引到安裝的防雷擊接地系統(tǒng)，以達(dá)到防雷擊的目的。（3）在一些重要部門(mén)為防止電磁干擾，對(duì)電子設(shè)備加裝屏蔽網(wǎng)，安裝的屏蔽網(wǎng)接入相應(yīng)的接地系統(tǒng)以達(dá)到防電磁輻射的目的。地線的接地電阻的大小應(yīng)根據(jù)接地方式而定，一般情況下采用獨(dú)立接地時(shí)接地電阻不應(yīng)大于4Ω，采用共用接地時(shí)接地電阻不應(yīng)大于1Ω。所謂獨(dú)立接地就是各接地線路分別接到獨(dú)立的接地裝置上如圖1所示，共用接地是指多個(gè)接地線路共用一個(gè)共同的接地裝置如圖2所示。

圖1 獨(dú)立接地示意圖

圖2 共用接地示意圖

3.什么是接地電阻

工頻電流（工頻是很低的頻率，我國(guó)所指的工頻電流就是指50HZ的交流電）從接地體向周圍散流時(shí)，土壤呈現(xiàn)的電阻值叫做接地電阻R，接地電阻的數(shù)值等于接地體的點(diǎn)電位U與通過(guò)接地體流入大地中電流I的比值。

4.如何測(cè)量接地電阻

如圖3所示為測(cè)量接地極A的電阻，我們可以在A的兩側(cè)加兩個(gè)輔助電極B和C。

圖3 輔助電極示意圖

設(shè)圖3中接地極A的電阻為RA，輔助電極B和C的電阻分別為RB和RC。A與B和A與C之間的土壤電阻分別為RAB土和RAC土。則圖3所示的等效電路圖如圖4所示。

圖4 輔助電極和被測(cè)電極組成的等效電路圖

RAB=RA+RB+RAB土

RAC=RA+RC+RAC土

RBC=RB+RC+RAB土+RAC土

以上三式聯(lián)立消去RAB土和RAC土可得：

RA=1/2（RAB+RAC–RBC） ? ? ? ? ? ? ? ①

由①式可知只需用萬(wàn)用表測(cè)量出A、B之間，A、C之間和B、C之間的電阻即可求出接地極電阻RA。在實(shí)際測(cè)量中輔助電極和被測(cè)電極間的距離可選擇在3米左右，輔助電極要與土壤接觸緊密不能松動(dòng)。

5.接地電阻越小越好

接地線做保護(hù)接地時(shí)，接地電阻越小，當(dāng)機(jī)殼漏電時(shí)，電流就會(huì)通過(guò)接地線流入大地越快，若接地電阻比較大，當(dāng)人體接觸漏電機(jī)殼時(shí)，人體就會(huì)變成接地線，漏電電流將通過(guò)人體流入大地，此時(shí)將發(fā)生觸電事故。接地線做防雷擊接地時(shí)，接地電阻越小，一旦遭遇雷擊時(shí)雷電通過(guò)地線流入大地越快。接地線做防干擾接地時(shí)，接地電阻越小，抗干擾能力越強(qiáng)。

6.如何減小接地線電阻

接地線在各行各業(yè)以及日常生活當(dāng)中都有廣泛應(yīng)用，雖然應(yīng)用的目的與作用不同，但總體來(lái)說(shuō)都是希望接地線電阻越小越好那么如何才能減小接地電阻呢？用鋼管或圓鋼做接地體時(shí)垂直接地極的接地電阻[7]：

R=0.336（ρ/L）lg（4L/d）

式中：d為接地極的直徑，單位：m;L為接地極在地中的深度，單位：m;ρ為土壤阻率，單位：Ω·m。在北方含水量大約為20%的黃土地的電阻率約為100Ω·m，以直25mm的單根銅包鋼接地棒為例，在不加降阻劑的情況下接地深度L與接地電阻R的關(guān)系如圖5中黑線所示。

由圖5可知，在條件允許的情況下接地電極接地深度L越大接地電阻越小。在不加降阻劑的情況下要想使接地裝置為直徑為25mm的單根接地棒銅包鋼接地棒在一般的北方土地中的接地電阻小于4Ω，需使接地棒接入土壤的深度大于33m;要使接地電阻小于1Ω，需使接地棒接入土壤的深度大于135m。接地極埋入地中的深度L越深接地電阻越小，但在實(shí)際應(yīng)用中，135m的深度非常浪費(fèi)材料同時(shí)也是是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，需要人為操作來(lái)降低接地電阻。

圖5 單根銅包鋼接地棒接地深度L與接地電阻R的關(guān)系

（1）要減小接地電阻我們可以通過(guò)人工處理土壤，減小土壤電阻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。要減小土壤的電阻率我們可以通過(guò)增加土壤電導(dǎo)率來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以在接地體土壤周圍加入導(dǎo)電性能好的化學(xué)物即化學(xué)性降阻劑如食鹽、電石灰、電石渣等。食鹽是應(yīng)用最廣泛的降阻劑，但對(duì)不同的土壤其降阻效果也不同。如砂質(zhì)粘土用食鹽處理后土壤電阻率可減小1/3—1/2，砂土的電阻率減小3/5—3/4，砂的電阻率減小7/9—7/8;對(duì)于巖土壤用1%食鹽溶液浸漬后，其電導(dǎo)率可增加70%。在北方土壤中加入食鹽后，直徑為25mm的單根銅包鋼接地棒的接地深度與接地電阻的關(guān)系如圖5中紅線所示，由圖我們可以看出加入降阻劑后大大降低了接地棒接地電阻。這種方法經(jīng)濟(jì)且降阻效果顯著，在過(guò)去的一段時(shí)間里曾被廣泛應(yīng)用，但由于食鹽作為化學(xué)降阻劑會(huì)加快接地體的腐蝕同時(shí)也有污染水源的缺陷，因此這種方法現(xiàn)在基本上沒(méi)有使用了。

（2）通過(guò)更換土壤來(lái)減小土壤電阻率。該方法是用電阻率較低的土壤如粘土、黑土、砂質(zhì)粘土來(lái)替換原來(lái)電阻率高的土壤，以此來(lái)獲得較低的接地電阻。替換范圍在接地體周圍0.5m左右和接近地面?zhèn)炔恍∮诮拥貥O長(zhǎng)1/3區(qū)域內(nèi)，替換范圍過(guò)大的話只會(huì)增加人們額外的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)并沒(méi)有實(shí)際意義，替換范圍太小達(dá)不到降低接地電阻的目的。

（3）延長(zhǎng)接地體或增加接地體的根數(shù)以增加接地體與土壤的接觸面積，以銅包鋼接地棒為例，在現(xiàn)實(shí)生活中使用銅包鋼接地棒時(shí)經(jīng)常用四個(gè)或八根相同規(guī)格的接地棒為一組同時(shí)接地以達(dá)到減小接地電阻的目的。

7.結(jié)論

在實(shí)際應(yīng)用中地線的主要是保護(hù)設(shè)備和人身安全的，要想很好地運(yùn)用地線的保護(hù)作用就必須充分了解地線以及接地技術(shù)的知識(shí)。本文通過(guò)具體數(shù)值得出了接地電極接地深度越深接地電阻越小的結(jié)論，以及人為降低接地電阻的重要意義。

參考文獻(xiàn)

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