一款新型鉗形接地電阻測量儀在道路照明測量中的應用

宋金德，陳忠軍

(1.鹽城泰克科技有限公司，江蘇 鹽城 224002；2.鹽城市豐登電子儀器有限公司，江蘇 鹽城 224002)

照明電器

一款新型鉗形接地電阻測量儀在道路照明測量中的應用

宋金德1，陳忠軍2

(1.鹽城泰克科技有限公司，江蘇 鹽城 224002；2.鹽城市豐登電子儀器有限公司，江蘇 鹽城 224002)

文章系統地介紹了一款適用于測量道路照明電器接地裝置、接地電阻的新型鉗形接地電阻表的測量原理、技術參數及其使用方法。與傳統的接地電阻表相比，測試時不需輔助測試樁,只需往被測地線上一夾,幾秒鐘即可獲得測量結果,極大地方便了地阻測量工作。鉗形電阻表還有一個很大的優點是可以對在用設備的地阻進行在線測量,而不需切斷設備電源或斷開地線。

道路照明；電器接地電阻；鉗形接地電阻表；測量原理；使用方法

0 引 言

近年來，隨著城市現代化建設及道路照明事業的發展，對道路照明電氣接地裝置的安全性要求越來越高，不管是設備的直流工作接地、交流工作接地、安全保護接地和防雷保護接地，都需要一個好的接地裝置作為泄流通道或參照零點。因此對接地電阻準確方便的測量就顯得更加重要，各種新型接地電阻測量儀應運而生，其中尤其值得推薦的是鉗形接地電阻表，它方便、快捷,外形酷似鉗形電流表,測試時不需輔助測試樁,只需往被測地線上一夾,幾秒鐘即可獲得測量結果,極大地方便了地阻測量工作。鉗形地阻表還有一個很大的優點是可以對在用設備的地阻進行在線測量,而不需切斷設備電源或斷開地線。

1 測量原理

鉗形接地電阻測試儀測量接地電阻的基本原理是測量回路電阻(圖1)。鉗表的鉗口部分由電壓線圈及電流線圈組成。電壓線圈提供激勵信號，并在被測回路上感應一個電勢E。在電勢E的作用下被測回路產生電流I。鉗表對E及I進行測量，并通過下面的公式得到被測電阻R。

R=E/I

(1)

鉗形接地電阻測量儀對各種設備進行及時測量，以保證設備儀器正常、安全的工作。這也是現代測量技術發展的方向。現以ETCR2000 系列鉗形接地電阻為例介紹其儀器特性。

圖1 鉗形接地電阻測量儀原理圖

1.1 儀器特性

鉗形接地電阻測量儀特性見表1。

表1 鉗形接地電阻測量儀特性 Ω

1.2 技術規格

電源：6VDC 4節5號堿性干電池；

工作溫度：-10 ℃～55 ℃；

相對濕度：10%～90%；

液晶顯示器：4位LCD數字顯示，長寬47×28.5 mm；

鉗口張開尺寸：32 mm；

鉗表質量(含電池)：長鉗口1 160 g，圓鉗口1 120 g；

鉗表尺寸：長鉗口 長285 mm、寬85 mm、厚56 mm，圓鉗口 長260 mm、寬90 mm、厚66 mm；

防爆標志：Exia Ⅱ BT3；

保護等級：雙重絕緣；

結構特點：鉗口方式；

量程換檔：自動；

外部磁場：<40 A/m；

外部電場：<1 V/m；

單次測量時間：1秒；

電阻測量頻率：>1 kHz；

電阻測量最高分辨率：0.001 Ω；

電阻測量范圍:0.01～1 000 Ω。

2 道路照明中的應用方法

2.1 多點接地系統

對多點接地系統，通過架空地線連接，組成了接地系統(圖2)。

圖2 多點接地系統示意圖

當用鉗表如圖1測量時，其等效電路見圖2。

圖3 等效電路示意圖

其中：R1為欲測的接地電阻。

R0為所有其他桿塔的接地電阻并聯后的等效電阻。由于每一個桿塔的接地半球比起桿塔之間的距離要小得多，而且畢竟接地點數量很大，R0要比R1小得多，可以從工程角度有理由地假設R0=0。這樣，我們所測的電阻就應該是R1了。

2.2 有限點接地系統

例如，有5個燈桿通過架空地線彼此相連。在這種情況下，如果將圖3中的R0視為0，則會對測量結果帶來較大誤差。

將接地電阻并聯后的等效電阻按通常意義上的計算方法計算。這樣，對于N個(N較小，但大于2)接地體的接地系統，就可以列出N個方程：

(2)

(3)

……

(4)

其中：R1、R2……RN是我們要求得的N個接地體的接地電阻。

R1T、R2T……RNT分別是用鉗表在各接地支路所測得的電阻。

2.3 單點接地系統

從測試原理來說，ETCR2000 系列鉗表只能測量回路電阻，對單點接地是測不出來的。但是，我們完全可以利用一根測試線及接地系統附近的接地極，人為地制造一個回路進行測試。下面介紹二種用鉗表測量單點接地的方法，此方法可應用于傳統的電壓-電流法無法測試的場合。

1)二點法

見圖4，在被測接地體RA附近找一個獨立的接地較好的接地體RB(例如臨近的自來水管、建筑物等)。將RA和RB用一根測試線連接起來。

圖4 二點法測試示意圖

由于鉗表所測的阻值是兩個接地電阻和測試線阻值的串聯值。RT=RA+RB+RL

其中：RT為鉗表所測的阻值。RL為測試線的阻值。

將測試線頭尾相連即可用鉗表測出其阻值RL。

所以，如果鉗表的測量值小于接地電阻的允許值，那么這兩個接地體的接地電阻都是合格的。

2)三點法

如圖5，在被測接地體RA附近找二個獨立的接地體RB和RC。

第一步，將RA和RB用一根測試線連接起來，見圖5。用鉗表讀得第一個數據R1。

圖5 測量R1示意圖

第二步，將RB和RC連接起來，見圖6。用鉗表讀得第二個數據R2。

圖6 測量R2示意圖

第三步，將RC和RA連接起來，見圖7。用鉗表讀得第三個數據R3。

圖7 測量R3示意圖

上面三步中，每一步所測得的讀數都是兩個接地電阻的串聯值。這樣，就可以很容易地計算出每一個接地電阻值。

由于：R1=RA+RB

R2=RB+RC

R3=RC+RA

所以：RA=(R1+R3-R2)/2

RB=R1-RA

RC=R3-RA

3 軟件使用

有限點法是將接地電阻并聯后的等效電阻按通常意義上的計算方法計算，從原理上來說，除了忽略互電阻以外，這種方法不存在忽略R0所帶來的測量誤差。所以這是一個有N個未知數，N個方程的非線性方程組。它是有確定解的，但是手算解開方程是十分困難的，當N較大時甚至是不可能的。為此，請使用有限點接地系統解算軟件，即使用辦公電腦或手提電腦進行解算。軟件界面如圖8。只需將測量出的數值依次輸入文本框中，單擊計算，計算機就會輸出所要知道的接地電阻的值。

圖8 軟件界面示意圖

由于N較大時解算非常困難，甚至是不可能，因此該軟件設置的測試點數最大為10，最小為3。另外，軟件可以保存數據，生成Word文檔，以便隨時使用。

需要注意的是：接地系統中，有幾個彼此相連接的接地體，就必須測量出同樣個數的測試值供程序解算，不能或多或少。而程序也是輸出同樣個數的接地電阻值。

4 接地電阻的測試要求

接地電阻測試要求見表2。

表2 接地電阻的測試要求

5 注意事項

用傳統的電壓電流法測試是否解扣(即是否把被測接地體從接地系統中分離出來)。如果未解扣，那么所測量的接地電阻值是所有接地體接地電阻的并聯值。測量所有接地體接地電阻的并聯值大概是沒有什么意義的。因為我們測量接地電阻的目的是將它與有關標準所規定的一個允許值進行比較，以判定接地電阻是否合格。

例如：在GB 50061—97《66 kV及以下架空電力線路設計規范》中所規定的接地電阻允許值是針對所謂“每基桿塔”而規定的。在標準的條文解釋中明確指出：“每基桿塔的接地電阻是指接地體與地線斷開電氣連接所測得的電阻值。如果接地體未斷開與地線的電氣連接，則所測得的接地電阻將是多基桿塔并聯接地電阻?！边@個規定是相當明確的。前已述及， 用ETCR2000系列鉗表測量出的結果是每條支路的接地電阻，在接地線接觸良好的情況下，它就是單個接地體的接地電阻。

十分明顯，在這種情況下，用傳統的電壓電流法和ET2000系列鉗表測試，它們的測量結果根本就沒有可比性。被測對象既然不是同一的，測量結果的顯著差異就是十分正常的了。

用ETCR2000系列鉗表所測得的接地電阻值是該接地支路的綜合電阻。它包括該支路到公共接地線的接觸電阻、引線電阻以及接地體電阻。而用傳統的電壓電流法在解扣條件下所測得的值僅僅是接地體電阻。顯然，前者的測量值要較后者大，差別的大小就反映了這條支路與公共接地線接觸電阻的大小。

應該說明，國家標準中所規定的接地電阻是包括接地引線電阻的。在DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》中的名詞術語中有如下規定：“接地極或自然接地極的對地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻。”這種規定同樣十分明確。這是因為引線電阻和接地體接地電阻在防雷安全上來說是等效的。

[1] 楊會民.接地電阻的測量方法及測量儀器[J].中國設備工程，2008(9)：52-54.

[2] 楊經科.防雷接地電阻測量誤差的分析[J].中國計量，2008(11)：80-81.

The Application of a New Clamp Grounding Resistance Measuring Instrument in the Measurement of Road Lighting

SONG Jinde1，CHEN Zhongjun2

(1.Yancheng Tech Technology Co. Ltd., Yancheng 224002, P.R.China； 2.Yancheng City Fengdeng Electronic Instrument Co. Ltd., Yancheng 224002, P.R.China)

This paper introduces a suitable parameter of road lighting grounding clamp model for grounding resistance of grounding resistance meter measurement principle, technical parameters and methods of using the. Compared with the traditional grounding resistance meter, it has no need to test the pile, only need to be measured on the ground of a clip, a few seconds to get the measurement results, which greatly facilitates the measurement of ground resistance. A resistance meter is also a big advantage is to measure the resistance of equipment in use, and do not need to cut off the power supply equipment or broken wire.

road lighting; electrical grounding resistance; grounding resistance meter; measuring principle; method of use

2017-01-24 作者簡介：宋金德，男，高級工程師，長期從事新型電光源研發及生產管理工作。