公路機電工程接地電阻指標檢測研究

摘要：對接地技術及各項接地電阻指標作出介紹，并對其測量方法及現場情況分析進行討論。

關鍵詞：接地電阻檢測；三極法；防雷接地電阻；影響因素

中圖分類號：TU895文獻標識碼：B

隨著我國高速公路建設市場日新月異的發展，信息化、自動化的高規格標準要求，帶來了機電工程各類設施種類豐富化及數量規模化的發展趨勢，極大的滿足了公路運營管理現代化的需求。與此同時，為了保障各類機電設施尤其是外場監控設施的電氣安全，就要更加重視機電工程中尤為關鍵的一項指標——接地電阻。

1 接地電阻的基礎知識

1.1 接地技術的引入以及接地電阻的概念

最初引入接地技術是為了防止電力或電子等設備遭受雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建筑物的作用。同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當出現諸如電線絕緣不良，線路老化等原因引起的相線直接和設備外殼碰觸時，設備的外殼就產生危險電壓，由此生成的故障電流就會流經PE線到大地，從而起到保護作用。之后，隨著電子通信和其它數字領域的發展，為了避免信號之間互相干擾等電磁兼容問題，在通信系統中，大量設備之間信號的互連要求各設備也都要有一個基準‘地作為信號的參考地。

簡單的說，在公路機電工程中，接地電阻是指電流由接地裝置流入大地再經大地流向另一接地體或向遠處擴散所遇到的電阻。接地電阻值能夠體現出電氣裝置與“地”接觸的良好程度和反映接地網的規模，它包括接地線電阻、接地體電阻、接地體與土壤間的接觸電阻，以及土壤中的散流電阻。其中由于接地線電阻、接地體電阻、接觸電阻相對較小，故通常近似以散流電阻代表接地電阻。

1.2 幾種主要的接地電阻指標

在2004年頒布實施的我國交通行業標準《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/22004 第二冊 機電工程）（以下簡稱“檢評標準”）中規定了工作接地電阻、安全接地電阻、聯合接地電阻以及防雷接地電阻這幾種接地電阻指標。

工作接地，簡單的來說就是用來保護設備安全的。通過工作接地，為電路提供一個基準電位，一般設定為零。它的作用是保持系統電位的穩定性，即減輕低壓系統由高壓竄入低壓系統所產生過電壓的危險性。在公路機電系統中，工作接地一般指交流工作地，把計算機系統中使用交流電的設備做二次接地或經特殊設備與大地作金屬連接，其作用是確保人身和設備安全。

安全接地，也叫保護接地。如之前所述，它是為了防止電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構架和線路桿塔這些平時正常情況下不帶電，但由于絕緣材料損壞導致金屬外殼等帶電壓而危及人身和設備安全而進行的接地。通常，將上述設備的金屬外殼通過導線與可靠接地體正確連接，即構成安全接地。

聯合接地，也可以稱之為單點接地方式，即所有的接地系統共用同一個“地”。它一般運用在大樓等集中式建筑物或設備接地設計上。它的特點是對雷擊有較好的屏蔽效果，可有利于減少各接地體間的耦合影響， 成本低廉，易于施工。

防雷接地，它是組成高建筑物及外場機電設施防雷措施中非常重要的一部分，其作用是將雷擊產生的巨大電流引入大地，從而保護建筑物、外場機電設備及人員安全。建筑物和電氣設備的防雷主要是用避雷器（包括避雷針、避雷帶、避雷網和消雷裝置等）。避雷器的一端與被保護設備相接，另一端連接地裝置。當發生直擊雷時，避雷器將雷電引向自身，雷電流經過其引下線和接地裝置進入大地。此外，由于雷電引起靜電感應副效應，為了防止造成間接損害，如房屋起火或觸電等，通常也要將建筑物內的金屬設備、金屬管道和鋼筋結構等接地；雷電波會沿著低壓架空線、電視天線侵入房屋，引起屋內電工設備的絕緣擊穿，從而造成火災或人身觸電傷亡事故，所以還要將線路上和進屋前的絕緣瓷瓶鐵腳接地。

2 接地電阻測試方法及現場情況分析

在行業內以往的多篇著作、論文中有大量關于接地電阻指標的專業學術談論。在本文中，將結合作者多年的現場檢測工作經驗，試圖以較為淺顯、明了的方式來介紹接地電阻的測試方法及一些需要注意的問題。

2.1 測試方法

現在主流的接地電阻測試原理方法為電流—電壓表三極法，即利用在被測裝置接地極旁的土壤里插入電壓輔助極和電流輔助極，利用電位差產生電流，從而計算出電阻值。市場上常見的接地電阻測試儀也均是遵循三極法原理，通常會采用典型的四導線地樁法，其中電壓導線的長度為電流導線的0.618倍。在輔助極（樁）布線過程中，具體有兩種方法，一種是直線法，即將電流導線與電壓導線沿同一方向布點，布線長度一般為被測試接地裝置最大對角線長度D的4至5倍（即4D 至5D）[3]；另一種是夾角法，即將電流導線與電壓導線沿同一方向，以夾角30°進行布線，布線長度也一般為4D 至5D。經計算，當布線長度不斷加大時，測試值無限接近于真實值，故兩種方法的布線長度在導線允許范圍長度內越長越好。當現場布點受局限時，可根據實際情況進行調整，若土壤電阻率較為均勻，布線長度可取2D。不過由于直線法布線在地形較為復雜地區測試時零電位不好選擇，且測試時電流導線與電壓導線由于同時產生流，有可能會因為距離過近發生相互互感的問題，從而影響到測試結果的準確性，所以一般來說，現場多采用夾角法進行布線[4]。輔助極（樁）布線結束后，為了盡量消除測試夾與被測電極之間的接觸電阻，需將兩根測試導線的夾頭同時夾在待測裝置電極上。接線布點及設備連接完成后，就可以進行通電檢測了。

2.2 現場情況分析

具體到公路機電工程現場檢測，要注意以下一些問題：

在收費站相關機電設施接地施工時，機電單位通常會利用房建單位預留的大型接地網，將監控室、收費車道上的相關機電設備接地極并入接地網，形成聯合接地。所以在檢測時，可通過分別檢測綜合樓監控室、UPS室、房建配電箱地極以及收費車道設施的安全接地電阻進行驗證。若結果值相近，則符合聯合接地，在結果判定時應以聯合接地電阻≤1Ω作為技術要求。

在外場機電設施接地施工中，正常情況下，施工單位會把設備的安全接地極與電纜的地線進行連接，也就是利用了外場低壓配電設施的接地進行施工。而防雷接地施工方案通常為地極埋入法，即將數量不等的角鋼等導電

金屬材料埋入待接地設備基礎外數十米范圍內，作為地極，并用扁鋼條帶將設備避雷接地引線與地極串聯起來，從而達到接地效果。但在近幾年的檢測中發現，個別施工單位為了達到所謂低電阻的效果，將安全接地和防雷接地進行了聯合接地處理，這是嚴重違反《檢評標準》等相關規范安全規定的，一旦設施遭遇雷擊，很有可能對外場低壓配電設施帶來嚴重損壞。另外，個別施工單位在防雷接地施工時不做或者少做金屬地極掩埋焊接工作，甚至是將避雷接地引線與立柱法蘭焊接，即將立柱基礎鋼筋網架作為防雷接地的接地極，這也是違反設計的。所以在外場機電設施接地電阻檢測時，除了要關心指標的合格與否，更要留意安全接地及防雷接地的施工方式方法是否符合規范要求。

在檢測過程中，接地電阻指標會受多方面因素的影響，除了人為因素以外，最大的干擾因素就是氣候環境因素。簡單地說，接地電阻和土壤電阻之間呈現正比例關系，即土壤當電阻率越大，接地電阻的結果也會越大。土壤電阻率受土壤濕度和溫度所造成的影響最大，土壤當中的電阻率和土壤當中的水分含量呈現反比例關系，即伴隨著土壤當中水分含量的增加，土壤電阻率會顯著下降[5]。土壤當中溫度和電阻率同樣呈現反比例關系，即在溫度提高的狀況下，電阻率也會明顯降低，但因為土壤中水分受熱蒸發會導致電阻率升高，故此變化后的作用會相互抵消。所以為了保證檢測結果的真實有效，接地電阻的檢測工作應選在天氣晴朗的枯水季節，連續無雨水天數應在一周以上。并且由于地表面土壤因溫度過低形成冰體構造從而導致土壤電阻率升高，所以嚴冬季節也不宜開展接地電阻檢測工作[4]。

3 結論

合格的接地電阻保障了機電設施的安全運營，正確理解各類接地電阻概念，掌握指標測試理論及方法，增強現場檢測情況分析能力，可以更好的服務于公路機電工程接地電阻指標的檢測、分析工作。

參考文獻：

[1]翁小熊.公路工程質量檢驗評定標準（第二冊）機電工程技術手冊[M].北京：人民交通出版社， 2004.

[2]韓文元，朱立偉.公路水運工程試驗檢測專業技術人員職業資格考試用書 交通工程[M].北京：人民交通出版社， 2016.

[3]徐程，龐亮.直線三極法接地電阻測試原理與方法[J].科技創業月刊， 2010（10）：177179.

[4]呂東波，錢眺，吳巖.接地電阻測試夾角法的布線方法分析[J].科技情報開發與經濟， 2010（22）：170173.

[5]孟衛東，馬勇，王成香.防雷檢測中接地電阻的重要性及其影響因素[J].現代農業科技，2012（13）：258261.

作者簡介：丁亮（1984），男，甘肅蘭州人，本科，工程師。