三極法與鉗表法在接地電阻測量中的對比分析研究

張 雨，蘇玉玲

（1.中國人民解放軍92493部隊 60分隊，遼寧 葫蘆島 125000；2.中國人民解放軍91663部隊，山東 青島 266071）

0 引言

1 接地電阻

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[1]。它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻，以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限遠處的大地電阻。接地電阻值體現電氣裝置與“地”接觸的良好程度和反應接地網的規模。

1.1 影響接地電阻的因素

影響接地電阻的因素很多：接地極的大小（長度、粗細）、形狀、數量、埋設深度、周圍的地理環境（如平地、溝渠、坡地是不同的）、土壤濕度、質地等。為了保證設備的良好接地，利用儀表對接地電阻測量是必不可少的。

圖1 三極法測接地電阻接線圖Fig.1 Trlpolar method to measure the grounding resistance wiring diagram

圖2 鉗表法測接地電阻接線圖Fig.2 Forcephone method grounding resistance wiring diagram

1.2 接地電阻的測量方法分類

接地電阻的測量方法可以分為：電壓電流表法、比率計法和電橋法。按具體測量儀器及布極數可以分為：手搖式地阻表法、鉗形地阻表法、電壓電流表法、三極法和四極法。目前，部隊檢測方法為手搖式地阻表法、三極法和四極法。

2 接地電阻測試技術

2.1 接地電阻測試方法

接地電阻測試主要有兩種方法：三極法、鉗表法（也稱回路電阻法）。

技術依據有《GB/T17949.1-2000 接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則》《GB/T21431-2015 建筑物防雷裝置檢測技術規范》《DL/T475-2006 接地裝置特性參數測量導則》[2]。

2.2 三極法簡介

三極法是指由接地裝置、電流極、電壓極組成的3 個電極來測量接地裝置接地阻值的方法[3]。三極法分別為：接地裝置E、電流極C、電壓極P，測量的是對應接地裝置的獨立電阻，如圖1 所示。

三極（G、P、C）一般應布置在一條直線上且垂直于地網，三極法測試原理主要依據的是接地電阻的定義，所以測試的數據比較準確。但也應注意以下事項：

對人格特質與工作績效進行相關分析，大量的研究都清楚地表明，不同水平的成就需要與個人的成就行為有關。為了驗證這一論點，筆者對人格特質與工作績效進行了相關性分析(表7)。

1）測試時必須打開斷接卡

接地引下線的斷接卡設置主要是為接地電阻測試而用，如斷接卡未打開，這樣就會造成測試數據的不準確。因為接地體以上部位的相互連接性非常強，即使部分接地引下線的地下部分發生斷裂，由于地上部分還有金屬管線相互連接，系統只要有一處接地電阻合格，那么，測試的數據就會合格[4]。這樣的測試將發現不了地下接地的實際情況。因此，測試必須是打開斷接卡的情況下進行。

2）兩個探極與大地之間的接觸問題

標準規定當采用三極法測試時，兩個探極必須夯入大地內。當現場是硬覆蓋地面時，探極將無法夯入。因此一般都使用“澆水法”代替，在測試時向探極噴灑少許水。但此方法由于水量小，在極短的時間水就將滲入地下，造成探極與地面接觸不好，測試時將會出現一定的誤差。

3）在測量過程中由于雜散電流、高頻干擾等影響，使接地電阻表讀數不穩定，應將G 極連接改為屏蔽線（屏蔽層下端應單獨接地），或選用能夠改變測試頻率，采用具有選頻放大器或窄帶濾波器的接地電阻表檢測[5]，以提高抗干擾能力。

2.3 鉗表（回路電阻）法簡介

鉗表法是指使用鉗形接地電阻測試儀對引下線接地阻值進行測量的方法[6]，如圖2 所示。Re是被測引下線接地裝置的接地電阻，R1～Rn是均壓帶中其他引下線接地裝置的接地電阻，所以鉗表的測量值Ra=Re+R1//R2//R3……Rn

2.3.1 鉗表（回路電阻）法特點及應用

鉗表法特點：不用打地極，不用放線，測試方便。

鉗形接地電阻測量儀是為了克服測量接地電阻時需要打輔助接地極的困難而研制的，但其實質是測試包括接地電阻在內的回路電阻的。鉗形接地電阻測量儀的鉗頭結構為兩個獨立線圈，分別為電壓線圈和電流線圈。測量時鉗形表必須鉗在被測接地極的分支上，電壓線圈使被測回路產生一個感應電動勢E，由Re處流出電流I，經由地回路，從R1～Rn等并聯接地極分支流回儀表處[7]。

原理性誤差：R1//R2//R3……Rn

使用條件：1）需要構成測試回路；2）原理性誤差需要修正；3）當測試回路中支路很多，比如測量輸電桿塔接地電阻時，原理誤差項很小可以忽略，則鉗表法測量值與真實值接近。

單點入地的接地裝置不能直接使用鉗表法測試，可以通過增加輔助電極構成回路，從測量值中減去輔助極電阻。

圖3 測量單點入地的接地裝置Fig.3 Grounding device for measuring single point into the ground

圖5 驗證試驗Fig.5 Verification test

該方法適合測量單點入地的接地裝置（避雷針），分別用三極法測量R1、R2，在鉗表法測量值Rm中減去R2，如圖3 所示。

2.3.2 鉗表（回路電阻）法的改進

當單體建筑引下線數量不多時，測量值中原理性誤差較大，與三極法對比數據差異大。

第一種修正方法是基于鉗表法測量引下線1、2、3 對應的回路電阻值Rm1、Rm2、Rm3利用公式：Rm1=R1+R2//R3，Rm2=R2+R1//R3，Rm3=R3+R1//R2求 解 方 程 可 以 得 到R1、R2、R3，如圖4 所示。

第二種修正方法是基于鉗表法測量引下線1 對應的回路電阻值Rm1，基于三極法測量引下線2、3 對應的電阻值R2、R3，從Rm1中減去R2//R3，即可得到R1；鉗表法在1 測量Rm1=R1+R2//R3，三極法在2、3 測量R2、R3，Rm1值修正：R1=Rm1+R2//R3。

以上兩種修正方法都可以通過輔助測量來實現。

2.3.3 驗證試驗

圖5 中①②③為引下線，下端均與均壓帶相連。用三極法測獨立的①②③的接地電阻，測試時④作電壓極，⑤作電流極，記錄數據R1、R2、R3，；用鉗形表在①②③測量回路電阻值，記錄數據Rm1、Rm2、Rm3。

圖4 鉗表回路法的改進Fig.4 Improvement of the forcephone method

2.3.4 驗證試驗數據

表1 三極法測試數據Table 1 Trlpolar test data

表2 回路法測試數據Table 2 Circuit method test data

表3 回路法測試數據的修正方法1Table 3 Correction method of loop method test data 1

表4 回路法測試數據的修正方法2Table 4 Correction method of loop method test data 2

以上數據證實，鉗表法測量值未修正時與三極法測量值相差較大，修正后誤差可接受，方法1 誤差最小。

3 結論

鉗表法與三極法的測量結果大多數情況下存在較大差異，根據測量原理三極法測量方式能更準確地反應防雷裝置的接地電阻。鉗表法是測量本基引下線接地電阻與臨近引下線并聯等效的回路電阻值，鉗表法測量結果受引下線接地體影響更為明顯，測量結果不確定度更大，適用于多點接地系統接地電阻的檢測，其基本條件是接地系統中各接地極之間無電氣聯結，但不適用于獨立接地體或各接地體之間有電氣聯結的接地網的接地電阻檢測。因此，在防雷裝置定期檢測中應盡量用三極法進行測量，鉗表法可以作為三極法的補充，但一定要注意使用條件。