回路阻抗對大地網(wǎng)測試值的影響研究

李舟鑫，胡萬全，何依遙，姜黔龍，羅 露

(貴州省黔西南自治州防雷中心，貴州 興義 562400)

回路阻抗對大地網(wǎng)測試值的影響研究

李舟鑫，胡萬全，何依遙，姜黔龍，羅 露

(貴州省黔西南自治州防雷中心，貴州 興義 562400)

異頻法是一種目前常用的測試大型接地網(wǎng)接地特性的測試方法，一般使用電流不小于5 A的45 Hz和55 Hz 2種變頻電源。但在偏離工頻測試的情況下測量，電流極與被測地網(wǎng)間存在的回路阻抗將造成測量誤差。該文通過研究回路阻抗的影響因子，分析回路阻抗的成因，介紹減小其影響測試結(jié)果的方法。

回路阻抗；大地網(wǎng)；測試研究

1 引言

小型接地電阻測試儀都是采用直流供電，輸出電流在800 mA左右，由于輸出電流小，容易受接地網(wǎng)中的雜散電流干擾，從而導(dǎo)致測量誤差過大，影響最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，且無法進(jìn)行大地網(wǎng)電器完整性、場區(qū)地表電位梯度分布、接地阻抗參數(shù)測試。因此，《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》(DL/T 475-2006)推薦采用異頻電流法測試大型接地裝置，試驗(yàn)電流3～20 A，頻率在40～60 Hz；實(shí)際測試工作中，一般取45 Hz和55 Hz兩種頻率。在測試過程中，不斷改變電流極的注入電流，工作人員記錄回路阻抗、電抗分量、輸出電流等測試數(shù)據(jù)，多次測量結(jié)束后，技術(shù)人員對這些測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出正確的測試結(jié)果。

可見，影響大地網(wǎng)最終測試結(jié)果的因素主要有回路阻抗、電抗分量、輸出電流，本文通過測試實(shí)例，分析回路阻抗對測試結(jié)果的影響。

2 回路阻抗

在電氣回路中，無電感、電容的元件對電流的阻礙作用稱之為電阻，電感對電流的阻礙作用稱之為感抗，電容對電流的阻礙作用稱之為容抗，感抗和容抗統(tǒng)稱為電抗。在每個電氣回路中，電阻對交、直流的阻礙作用是一樣的，但電抗則不同，當(dāng)電抗呈容性時，對電流的阻礙作用隨頻率的增加而減小，當(dāng)電抗呈感性時，對電流的阻礙作用隨頻率的增加而增大。在大地網(wǎng)測試中，回路阻抗主要由電流極和電壓極的極間電阻(此值與測試環(huán)境的土壤電阻率有關(guān))、電流極和電壓極線纜的分布電感、分布電容組成，其表征公式為：Z=R+jx(式中：x=xl-xc；xl=1/ωl；xc=1/ωc；ω=2π)，

Z=R+j(xl-xc)=R+jZ△

從表征公式中可知，在任何測試環(huán)境下，回路阻抗中R是回路中接觸電阻、散流電阻的總和，是影響最終結(jié)果的主要因素，回路阻抗中jZ△就電抗部分，電抗影響可以通過增大電流線與電位線的間隔距離，消除影響。

在大地網(wǎng)測試時，由于采用交流220 V/50 Hz供電，且輸出電流為45 Hz /55 Hz的變頻電流，電流極和電壓極的分布電感和分布電容將產(chǎn)生回路阻抗的jZ△部分，其增量可用CCITT《導(dǎo)則》推薦公式計算：

(1)

在大地網(wǎng)測試中，電流極線纜長度為接地網(wǎng)最大對角線長度的4～5倍，電壓極線纜長度為電流極線纜長度的0.618倍，在對某一對角線320 m的大地網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際測試時，電流極線纜長度為：320×5=1 600 m，電壓極線纜長度為：1 600×0.618=988 m，因此，電流極線纜與電壓極線纜間的電抗增量計算為：

將公式(1)轉(zhuǎn)化為公式(2)。

(2)

依據(jù)公式(2)求解回路阻抗增量為：

經(jīng)計算表明，使用大地網(wǎng)接地電阻測試儀測量大型地網(wǎng)時，回路阻抗中電抗與測試環(huán)境的土壤電阻率成正比，與電壓極線纜的長度成反比，與電壓極和電流極線纜的間距成反比，與土壤電阻率成正比。

采用大地網(wǎng)測試儀測量接地電阻時，為降低回路阻抗，可采取增加輔助接地極的數(shù)量從而增大其與土壤的接觸面積降低接觸電阻，也可在輔助接地極處澆水來降低土壤電阻率，在則就是增加電流極和電壓極線纜的間距，減小互感干擾，即降低電抗分量。如采用可調(diào)壓、調(diào)頻的大地網(wǎng)測試儀，為提高抗干擾能力，提高測量精度，可采取調(diào)高輸出電壓來降低回路阻抗的影響。

3 回路阻抗的特性分析

大地網(wǎng)測試過程中，主要參數(shù)有：回路阻抗、電抗分量、輸出電流、接地電阻值、輸出電流頻率等，經(jīng)在對某一對角線320 m的大地網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際測試時，電流極線纜長度為：320×5=1 600 m，電壓極線纜長度為：1 600×0.618=988 m，電流極與電壓極線纜間距為3～5 m，采用SDW—JD型大地網(wǎng)測試儀測量，得出各分量如表1。

表1 大地網(wǎng)測試時各分量參數(shù)表

從表中可以看出，回路阻抗越高輸出電流就越小，但在同一電流極和電壓極位置測試的接地電阻值變化不是很大。在同一組測試數(shù)據(jù)中，頻率越高，輸出電流也就越小，主要影響參數(shù)為電抗分量，實(shí)際測試中，增大電位線、電流線間距，減小電抗分量，回路阻抗主要呈現(xiàn)的是回路中的接觸電阻。從理論上來分析，在接地電阻的測試中，回路阻抗是一個復(fù)數(shù)，但其實(shí)部大體上遵循歐姆定律，在實(shí)際工作中，為方便、快捷地找到合理的測試方法，可直接用歐姆定律來預(yù)估和判斷測試結(jié)果。

4 異頻法與大電流三極法對比測試

為明確回路阻抗對大地網(wǎng)測試值的影響，在研究過程中采用異頻變和大電流三極法對同一接地網(wǎng)進(jìn)行對比測試，從而尋找減少回路阻抗對測試值的影響的方法。大型地網(wǎng)的接地電阻測試目前主要采用工頻大電流三極法測量，為了防止工頻干擾，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，電力設(shè)備防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定：工頻大電流法的試驗(yàn)電流不得<30 A。采用異頻法測量技術(shù)，能在強(qiáng)干擾環(huán)境下準(zhǔn)確測得工頻50 Hz下的數(shù)據(jù)，測試電流最大3～5 A，輸出電壓120～400 V，阻抗范圍0～200 Ω，測試電流波形為正弦波，使用45 Hz和55 Hz兩種頻率進(jìn)行測量，抗干擾能力強(qiáng)，基本誤差為0.005 Ω，可用來測量接地電阻、跨步電壓、接觸電壓、土壤電阻率等參數(shù)。在本次研究過程中，就利用這兩種方法對畢節(jié)飛雄機(jī)場的大型接地網(wǎng)進(jìn)行對比測試，測試數(shù)據(jù)如表2。

分析測試結(jié)果，異頻法與大電流三極法對比測試人結(jié)果誤差在0.015～0.03Ω之間，在工程應(yīng)用上在允許誤差的范圍內(nèi)。但是，采用異頻法測試時，工作電壓低，電流小，危險度低。同時在考慮測試導(dǎo)線的載流量方面，采用異頻法時，電流極、電壓極測試導(dǎo)線的直徑也要比大電流三極法的直徑小得多，這樣就減少測試的勞動強(qiáng)度。

表2 異頻法與大電流三極法對比測試數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論

無論采用大電流三極法還是異頻法，當(dāng)測試回路確定后，回路阻抗也就確定在某一數(shù)值范圍內(nèi)，只是大電流三極法為降低回路阻抗對測試的影響，可采取提高輸出電壓來增大輸出電流以減少回路阻抗的影響。采用異頻法測試大型接地網(wǎng)時，回路阻抗要降低到使輸出電流達(dá)到設(shè)備標(biāo)稱電流的80%以上才足以抑制工頻及其實(shí)雜散電流的干擾，經(jīng)計算分析，回路阻抗中貢獻(xiàn)最大的是接觸電阻，電抗部分的貢獻(xiàn)值不太大，要降低回路阻抗，可將每組測試電極的垂直電極增加到3～5根，將測試電極的接地電阻降至60 Ω以下，輸出電流才可能達(dá)到設(shè)備標(biāo)稱值的80%以上，從而提高抗干擾能力。由于在測試過程中，為不使輸出電流偏差過大，測試頻率最好不要超過60 Hz?？傊?，在對大型接地網(wǎng)測試時，回路阻抗在設(shè)備允許的范圍內(nèi)時，測量結(jié)果受輸出電流和輸出電壓的影響才不大。

[1] DL/T 475-2006.接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則[S].

[2] DLT596-1996.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程 [S].

[3] CCITTL 國際電報電話咨詢委員會《導(dǎo)則》[S].

1003-6598(2015)05-0050-03

2015-01-16

李舟鑫(1972—)，男(布依族)，高工，主要從事雷電風(fēng)險評估，雷擊災(zāi)害鑒定工作。

TU895

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