接地阻抗精確測量和分流電流測量的深化分析

■周春林

（曲靖市氣象局云南曲靖655000）

接地阻抗精確測量和分流電流測量的深化分析

■周春林

（曲靖市氣象局云南曲靖655000）

在防雷安全檢測過程中地網的精確接地阻抗非常重要，尤其是在大型地網并入多個小地網的情況下精確接地阻抗更為重要。在測試過程中由于小地網對測試電流的分流，使得地網接地阻抗測量值偏小，不能真實反映接地網的真實接地阻抗，為地網安全運行埋下了重大安全隱患。經研究和反復實踐，可以通過測試電流分流值的方法，準確計算出大型地網接地阻抗值，準確的評判出大型地網的安全狀態，發現和排除接地系統的安全隱患。

測試 接地阻抗 分流電流

1 引言

目前曲靖市防雷檢測對運行的大型地網采用的是通過儀器直接測量數據的方法，由于測量設備的量程不夠精準，沒有可靠小地網對測測電流的分流影響，該測量方法存在著重大的原理性缺陷。因此需要對大型地網接地阻抗精確測量和地網測試電流分流電流的測量方法進行深入研究。采取更為科學的處理方式準確得到大型地網的接地阻抗，得到大型地網的準確接地特性參數。通過大型地網測量結果更準確全面的地評估地網的安全狀態，保障地網安全地運行。

在進行運行大型地網的接地阻抗的測量時接地阻抗通常要求在1.0Ω以下，甚至要求在0.5Ω以下。如果運行大型地網接入各種局部小地網，會導致對測試電流的分流，使得地網接地阻抗測量值比實際值偏小，且數據影響較大，不能真實反映接地網的真實接地阻抗，為地網安全運行埋下了重大安全隱患。本項目的技術方案是基于通過測試電流的分流電流，得到接入大型地網的各種局部小地網對測試電流分流的模值和相位差，通過各分流電流之和計算，準確求得測試電流中通過接地網實際分流電流之和，從而實現大型地網接地阻抗的準確測量。該方法可解決大型地網接地阻抗測量結果可能出現數倍誤差的原理性難題，依據大型地網接地阻抗的準確測量數據，準確的評判出大型地網的安全狀態，發現和排除接地系統的安全隱患。

2 傳統的測試方法及存在的問題

目前，對大型地網接地阻抗的測試方法主要有：電位降法、電壓-電流表三極法、電壓-電流表四極法和接地電阻測試儀法。這四種傳統測試方法在工頻干擾環境下測試多個地網并聯形成的大型地網接地阻抗時，其測量原理為流過接地裝置的電流等于測試電源注入地網電流值。但實際測量中有小地網并入被測地網的情況，此時未能減去各個小地網分流電流值，得出測試地網的接地阻抗值就會比實際值偏小，使得在實際地網運行維護中造成地網運行狀態的錯誤判斷，導致設備及人員的損傷。

3 接地阻抗精確測量和分流電流測量測試原理

大型地網測量的基本原理：給當前地網注入電流I，當前地網因為該電流電位抬高了U，則接地阻抗Z=U/I,通過羅氏線圈測試各個支路的分流電流，計算出所需支路的接地阻抗。

3.1 地樁的布置

測量多采用的測試方法是電壓-電流表三極法，測試電流極C和電壓極P離被測接地裝置G邊緣的距離為dGC=(4～5)D和dGP=(0.5～0.6)dGC，D為被測接地裝置的最大對角線長度，點P可以認為是處在實際的零電位區內。當取dGC=(4～5)D有困難時，若接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時，電流極距離可取2D，電壓極取D；若接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時，電流極距離可取3D，電壓極取1.7D。為了較準確地找到實際零電位區，可以把電壓極沿測量用電流極與被測接地裝置之間連接線方向移動多次，每次移動的距離約為dGC的5%，測量電壓極P與接地裝置G之間的電壓。如果多次測試時電壓表的指示值相對誤差不超過5%的幾個平穩指示值，則可以把這幾個平穩指示值的中間數值的位置作為測量用電壓極的位置。在布置電流線和電源線時，為了減小兩線之間的干擾，將兩線相距5m平行布線。

3.2 測試方法---通過測量電流分流值計算被測地網的真實阻抗值

在不拆除局部小地網測量地網接地阻抗時，影響測量結果的主要因素有高頻干擾、帶電運行設備、測量回路的互感、地網中零序電流和地下導體。地下導體的影響可采取測量電極盡量遠離地下管道、河流等來消除。電磁干擾、帶電運行設備、測量回路的互感、地中零序電流帶來的影響則需要通過測試方法的選擇、變頻電源的應用及測試頻率的選擇來進行消弱或消除。

3.2.1 接地阻抗和分流電流的現場測量干擾的抑制和排除

在低頻范圍內，地網接地阻抗隨頻率的增加有緩慢上升的趨勢；頻率較大時，電流的趨膚效應會導致測量結果偏大，同時，根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》接地阻抗中電感分量會隨著頻率的增大而陡增，這樣電感分量值在較小阻抗值中占主導因素，導致地網阻抗偏離實際值，會嚴重影響測試結果。所以，測試頻率的選擇對地網接地阻抗的計算具有至關重要的影響作用。根據DL/T475-2006《接地裝置特性參數測量導則》規定變頻法測試大地網接地阻抗的頻率宜在40Hz至60Hz，所以我們選擇45Hz、48Hz、52Hz和55Hz作為測試頻率。這樣可盡量消弱或消除電磁干擾、帶電運行設備、測量回路的互感、地中零序電流對測試結果的影響。

3.2.2 實際測試電流分流量所存在的問題

地網接地測試過程中，局部小地網會產生一定的電流分流，分流值測量涉及到兩個方面問題。一是兩地網之間的連接是隱蔽的，難以尋找地網的鏈接部分。二是兩地網較近時，通過土壤也能分流部分電流，根據土壤電阻率可計算出電流通過土壤的電流和流過連接導體的電流比起來較小，不是一個量級的，可以忽略不計。

3.2.3 接地阻抗和分流電流的測量

由于大型地網運行時工頻干擾強烈，現場一般采用異頻法測量接地阻抗。測試時，對地網注入一個45-65Hz的異頻測試電流I，然后測得地網的電位（U），可得到接地阻抗Z=U/I；通過并入大型地網的小地網及引下線的分流后，實際經過大型地網的電流要比注入電流偏小，所以導致測試結果偏小。只有通過羅氏線圈測試各個支路的分流電流之和，計算出所需支路的接地阻抗。

3.3 地網接地阻抗的測量與計算

大型地網與各種局部小地網并聯。所以，我們能直接測得的是“當前地網通與各種局部小地網并聯后的總接地阻抗”，實際上無法據此判定當前地網的接地阻抗值。根據實測研究，在很多新建大型地網，將各種局部小地網斷開時所測得的接地阻抗值相差較大。準確測量出小地網分流電流的大小，從而排除分流注入當前地網的真實電流值，對于大型地網測試是一個基礎的原理性問題。

圖1 地網測試情況圖

例如，測試如圖1所示的一個地網，三棟建筑物通過導線連接在一起，對角線D為91m，由于受到地理環境的影響，電流極放線308m，電壓極放線175m。在二號樓注入測試電流，采用 45Hz、48Hz、52Hz和55Hz四種頻率求平均值的方法進行測量。測試等效電路圖如圖2所示，當注入平均電流I0為6.128A的電流時，電壓極反饋平均電壓UP為1.810V，測試的總的平均接地阻抗為0.2875Ω，通過羅氏線圈直接測量出平均分流電流I1為1.2A，I2為0.12A。通過公式Z=U/I可以計算出二號樓的阻抗Z2為0.3764Ω。由此測試可見通過測量分流計算出單棟建筑物的接地阻抗值要比并聯后的值要大許多。

圖2 地網測試等效電路圖

4 結語

本項目擬采用新型的大型地網變頻選頻測量系統，實現排除干擾接地阻抗精確測量和分流電流測量的目的。該新型系統可抗現場強烈的干擾準確測量出接地阻抗值，并可通過羅氏線圈直接測量出每個局部小地網的分流電流。在此基礎上，可排除目前大型地網測量中存在的重大原理性誤差，準確得到大型地網的接地特性；可得到大型地網的準確分流電流，并據此對理論模型進行評估和修正；依據測得局部小地網分流值，可得到大型地網內的電位分布情況，真正原理上對大型地網安全狀況進行準確評估。

[1]林維勇，黃友根，焦興學等，建筑物防雷設計規范 [P].GB50057-2010，2010-3-17

[2]曹和生，吳少豐，匡本賀等，建筑防雷裝置檢測技術規范 [P].GB/T21431-2008，2008-2-23

[3]王東燁，李謙，接地裝置特性參數測量導則 [P].DL/T475-2006，2006-5-6

[4]李澍森，異頻法測量大型地網接地阻抗的研究 [J].高電壓技術2000,26（3）：37-39

P41[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-269-2