接地装置测量导则（2006）

冻冬

2  一般原理及正确测量条件

关于电力行业接地装置检查和试验文献很多[2，3，4]。

2.1  接地装置的接地电阻

DL475－92《接地装置工频特性参数的测量导则》[3]第3.1.1条指出：“接地装置工频接地电阻的数值，等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中的工频电流的比值。接地装置的对地电压是指接地装置与地中电流场的实际零位之间的电位差”。

接地装置由三个主要部分组成，即接地电极（管状或带状的）、联接各接地导体的导线及接地体与设备之间的联线。前两者统称接地体，彼此之间有时难于严格区分。例如两个或多个管子之间用铁带相联，则铁带本身既是接地电极又是联接线。

接地装置的电阻由下列四部分组成：

1.       接地体与设备间联线的电阻；

2.       接地体本身的电阻；

3.       地体与土壤接触部分的接触电阻；

4.       当电流由接地体流入土壤中时，土壤呈现出来的电阻。

这四部分电阻中前三种在正常埋设的情况下，均不占主要地位；主要作用的是第四部分。

图1　管状接地体周围的电位分布

当电流从接地体中流出时，它向土壤的各个方向扩散。因此，离接地体愈近则电流密度愈大，电压降也愈大；当电流流经接地体很远的地方时，由于电流密度非常小，所以实际上电压降也接近于零。当电流密度不变时，土壤的电阻率愈大，电压降也就愈大，因此，接地装置电阻的大小与土壤电阻率的高低成正比。此外，电流在土壤中扩散的情况，与接地体的形状及尺寸有密切关系，因而接地装置的电阻大小与接地体的形状及尺寸也有很大的关系。

总之，接地装置的电阻，一般说来，主要决定于接地体的形状、尺寸以及土壤电阻率的大小，而与接地体本身电阻大小没有多大关系。

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2.2  接地体周围的的电压降及电位分布

当电流由接地体流入大地后，在接地体周围就产生了电压降。由于电流从接地体流出后，逐渐向四面扩散，所以接地体周围的电阻也不是一个常数。以简单的管状接地体为例，其周围的电位分布如图1中所示。

由图1可以看出，在接地体A及B附近，电压降低较快；离A、B愈远，电压降低愈慢。当距离A及B远到一定程度以后（例如C、D两点之间），电压降已趋近于零。

总的电压降

式中  －总电压降；

－A、C两点之间的电压降；

－D、B两点之间的电压降；

I－电流值；

R_A，R_B－接地体A及B的电阻。

因此当测量接地体A（或B）的电阻R_A（或R_B）时，只要测得I及 （或 ）就可以按下式算出：

从图1中还以看出，当电流回路的两个接地体之间距离足够大时，两电极之间才会出现零位区，即在此区间电压降实际上是零。反之，如果小到一定程度以后则不会再出现零位区。这一点对于正确测量接地电阻具有很重要的意义。

前面说过，接地体周围的电位分布与接地体形状与尺寸有很大关系。实际上接地体的埋设方法也很能影响电位分布情况。当接地体埋设愈深，则接地体边上的电位愈低。对这种现象可以作如下解释，即当接地体埋设深了以后，电流密度比埋设得浅时小，因而电压降就低了。另一方面，由于同样的原因，接地体埋得愈深，则电压降变化得愈慢，因而零位区就愈远。这一点对正确测量接地电阻也是有重要意义的。

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2.3   测量用电流的选择

在接地体中流过的一般是两种电流：交流故障电流及雷电流。因此只有当通过接地体流过故障电流或雷电流（或冲击电流）时，才能完全真实地反映出接地电阻实际为阻抗的大小。但是这样做从工程观点来看，是不现实的。因此就不得不采用较小的电流来进行测量。研究的结果证明，如果按照一定的条件，选用小一些的电流也可以比较正确地测量出接地电阻。现将几个主要问题分述如下：

(1) 电流的种类及大小的选择。直流电流流过接地体及土壤时，即会产生极化电动势，这样就使其测量结果与通过交流电流时不一样。雷电流就其性质来说，是高频交流电流，因此用直流来测量也是不恰当的。

(2) 交流电源电流频率的高低对测量结果影响不大，因为接地体的功率因数近于1。

(3) 电流大小对测量结果有一定的影响。苏联B.E.马诺衣洛夫及A.K.托洛波夫所做的试验证明，利用5000安与100安测量的结果，相差不超过5%。但当采用某些具体方法进行测量时，由于希望得到一定的准确结果，就不能采用过小的电流。例如采用电流表－电压表法测量时，往往要用几十安培电流才能得到比较准确的结果。

(4) 外界干扰消除是正确测量接地电阻的重要条件之一。由于外界有不同频率的电流在地中流过，往往会在测量时发生干扰。在测量时一定要注意设法消除它，或对测量结果加以校正。

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2.4   辅助接地体与测量电极的安排方式

前面已经说过，若要测出接地体的电阻，就需要使电流由接地体流入大地。这样除了被试接地体以外就需要另外加设一个辅助接地体（以下简称电流极），才能成为一个回路。

图2    被试接地体、电流极、电压极的正常安排方式

但如果只利用这两个电极就只能测量出两个接地体电阻的和（参见图1），因此就有必要采用第三个作测量用的测量电极（以下即按一般习惯简称电压极）。

被试接地体（X）、电流极（B）及电压极（З）的正常安排方式见图2。从图中可以看出，正确的安排方式应符合以下两点要求：

首先，X与B之间距离应该足够大，使得两极间能出现零位区CD。

其次，电压极З应处于零位区CD之内。

如果三个电极的安排方式没有符合上述要求，则会使得测量结果不准确，甚至完全不反映实际情况。

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例如，如果将X及B放近一些，会产生什么后果呢？正如前面所说，接地体周围的电位分布情况主要是决定于接地体的大小及形状。因此，当接地装置装设好了以后，就呈现出一个固定的零区。在这零区中，由于电流密度甚小，因而土壤对电流的流过已不发生什么阻力，即实际上电阻为零。而在未达到零区处仍有电阻。当测量接地电阻时，如果X、B两电极间距离缩短到 ，则这时两个电极间的零区（呈半球形）将正好相切于一点。这时两电极间的电阻仍与 时的值相同。若两电极之间的距离再缩短，以致 ，则两电极间就没有电阻值实际上的零的区域。虽然，这时也同样会出现一个电位等于零的零位，但是这一点的意义与上述零位区（电阻值实际上等于零）有原则上的区别。这时，可以理解为两个接地装置的电阻均被短路了一部分，因而总的接地电阻减小了。这样就不能真实地反映出在运行中接地电阻的实际数值。这一点在实际测量工作中往往被忽视，因而使测量的结果产生错误。

当电压极放在零位区CD中时，测得的结果 ，方能正确地反映接地电阻值的真实大小。如电压极没有放在零位区，而在靠近被测电极X的З′处（见图2），则量得的电压为 。由此可见，测得的电阻值 。也就是说，测得的电阻值偏小。同理，如果将电压极放在靠电流极B的З″处（见图2），则量出的电阻值将偏大。

图3　管状接地体周围的电位分布 1－直径18毫米，埋深1米 2－直径18毫米，埋深1.5米 3－直径32毫米，埋深3米 4－直径64毫米，埋深6米

图4 接地网接地体周围的电位分布 D－接地体的最大直径

图3和图4中所示的是管状及接地网接地体周围电位的距离关系曲线。

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从图3中曲线4可以看出，在测量单个管状接地体的电阻时，如果保持 为40， 为20米，则可以使误差不大于3～5%°测量2～5个管子组成的接地体的电阻时，如保持 为80米、 为40米，也可以使误差不大于3～5%；在测量复杂接地体时，如保持 间距离为（5D＋40米），而 间保持40米时，则误差可不大于10%。当被测接地体与电缆或金属管道相联时，电流极、电压极与电缆或管道之间的距离不应小于50米及100米。当地中埋有电缆或管道而与被测接地体不相联时，上述距离可缩小到 或 。

由上述可知，为了测得比较准确的接地电阻值，电流极和电压极与接地体之间的距离，必须根据接地体的结构适当选择。

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3  DL475－92《测量导则》推荐的测量方法

3.1  发电厂、变电所接地网接地电阻测量

电极布置为任意夹角法，见图5。电流、电压极与地网边缘之间的距离d₁₃、d₁₂一般取为地网最大对角线D的4～5倍。对所测的接地电阻值可按下式进行修正。

                               (1)

图5   任意夹角法接线

式中，R₀为接地网的接地电阻值，Ω；R为接地电阻测量值，Ω；θ为电压极与电流极之间的夹角。

采用30°夹角法时，一般取 。对所测接地电阻值可不进行修正。

图6   摇表法接线

采用直线法测量时，电流极与地网边缘之间的距离 一般取为地网最大对角线D的4～5倍，以使其间的电位分布出现一平缓区段。在一般情况下，电压极到地网的距离 约为 。测量时，电压极沿电流极与地网的连线方向移动三次，每次移动距离为 的5%左右，直至三次测得的电阻值相近即可。如 取（4～5）D有困难，在土壤电阻率较均匀的地区， 可减小到2D，而 取为D；在土壤电阻率不均匀的地区或城区， 可取为3D， 取为1.7D。

对小面积接地网（S≤30×30m²）可采用摇表法进行测量。见图6。

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3.2  电力线路杆塔接地电阻测量

电极的布置见图7。 一般取为接地装置最长射线长度L的4倍。 取为L的2.5倍。测量时，接地装置应与避雷线断开。电流极、电压极应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上，对杆塔接地装置的范围不大于30m时，也可采用摇表法进行测量。

图7  杆塔接地电阻的测量接线

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3.3  接地电阻测量中对季节影响的考虑

表1　　接地装置的季节系数 埋深 （m） 季节系数 水平接地体 2～3m的垂直接地体 0.5 1.4～1.8 1.2～1.4 0.8～1.0 1.25～1.45 1.15～1.3 2.5～3.0 1.0～1.1 1.0～1.1

不同季节土壤的含水量不同，接地装置的接地电阻是随季节不同而变化的。一年中某一天测得的接地电阻不一定有代表性，例如雨后不久测得的电阻偏小，而久旱后测得的电阻偏大。因此，测量接地电阻应在无雨水时进行，并考虑到干旱的情况，对于防雷接地装置，是将测得值再乘以季节系数，其值见表1。在测量时，如土壤比较干燥，用表中的较小值；如土壤比较潮湿，则应采用表中较大值。

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3.4　消除工频干扰

通常地中有不平衡零序电流入地，将在地网上产生零序电压。为了消除地网上的零序电流和电压对测量的影响，可将电源正相和倒相进行测量，按下式计算接地电阻值。

                                                               (2)

式中： ， 为断开电源，接通电流线后测量干扰电压（V）和干扰电流（A）； ， 为接通电源后测量接地网的压降（V）和电流以（A）； ， 为倒相后测量的接地网压降（V）和电流（A）。

4　结束语

接地装置的工频接地电阻值大小关系着人身和设备安全问题，投入运行前一定要测准，以后不要年年测量，可隔5～6年再测。

接地装置的工频接地电阻值用于防雷保护需要换算成雷电冲击接地电阻值。例如，大接地网，其工频接地电阻值可能很小，但是具体到某避雷针引流入地网点冲击接地电阻值可很大，因为离避雷针引流入地网很远（如60m以上）接地体散流作用很小，一定要注意这点。

参考文献

[1]　中华人民共和国电力行业标准DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》，中华人民共和国电力工业部1996-09-25发布，1997-01-01实施

[2]　水利电力部技术改进局编《过电压保护装置安装及运行须知》

中国工业出版社，1962年11月北京第一版

[3]　中华人民共和国电力行业标准DL 475-92《接地装置工频特性参数的测量导则》。

中华人民共和国能源部1992-11-03发布，1993-04-01实施。

[4] 中国电力百科全书（第二版）《输电与配电卷》第325页至327条目《接地装置工频参数测量》。中国电力出版社，2001年2月第二版。

 

作者简介：

许颖，男，1930年生，汉族，江西省南昌市人，（正）高级工程师。长期从事电力系统过电压防护科研工作。