接地阻抗测量

接地阻抗测量（精选六篇）

接地阻抗测量 篇1

接地网接地阻抗的测量, 评估接地网的综合运行状况, 对电力系统的安全、稳定运行非常重要。从经济和生产管理角度考虑, 地网的现场测量往往是带电进行, 由于容易受零序电流以及测试引线之间的干扰, 测试结果的准确性存在一定问题, 从而导致对地网的综合评估不准确, 使得地网安全存在一定的隐患。因此, 正确测量接地阻抗在地网的评估中比较重要。

2 测试方法及其误差

2.1 工频法

工频法是接地网测量中的传统测量方法, 由于受到现场零序电流干扰等, 最容易产生测量误差。变电站的高压出线由于负载不平衡, 经接地体会有零序电流流过, 零序电流经过接地网时就会在接地网上产生电压降, 从而给测量结果带来误差。

假设接地阻抗为0.5Ω, 按照早期的接地装置特性参数工频测量导则给地网注入30A的电流, 这时得到的电位升为15V。而根据大量的现场测试数据表明, 变电站内由零序电流产生的干扰电压, 和注入电流产生的电压在同一个数量级, 往往从几V到几十V不等, 一般220kV以上的变电站, 干扰电压超过10V的比比皆是。此时干扰电压和测试电压几乎相等, 对测量结果的影响很大。

2.2 异频法

异频法是采用非50Hz或60Hz (国外) 工频的测试信号注入地网进行测试。而该异频信号是固定的一个或两个频率。例如选择128Hz的单一频率或者选择以50Hz为中心上下两个固定频率如48Hz和52Hz等。选择单一频率的, 接地阻抗即为该频率下的测试值;选择两个固定对称频率的, 接地阻抗为这两个频率下的测量结果的平均值。

根据大量现场实测的经验累积表明, 干扰信号在50Hz的时候最大, 在55到100Hz之间趋近于0, 在100Hz左右又开始增加。因此, 现有单一的128Hz的测量频率, 容易受干扰, 并不合适。同时, 由于接地阻抗的线性非常明显, 128Hz下测量到的结果会远大于实际的工频阻抗值, 产生明显误差。

而固定的两点异频法, 存在局限性, 很难得到接地系统的频率特性, 也就不能准确反映真实的工频接地阻抗。其抗干扰效果、测量精度和数据可重复性有待验证, 并可能受特定频率干扰信号的影响。两点异频测量不是地网抗干扰测量的理想方法。

2.3 变频法

变频法和两点异频法很像, 但测试的频率点要远多于两点异频法。通过给被测地网注入一个非工频信号, 一般是取在工频信号附近的几个赫兹的信号做为测量的输入信号。实验电流一般在3～20A, 相比传统工频法测量, 需要的电流非常小。由于集肤效应等因素的影响, 该变频信号不能太高也不能过低, 一般理想的测量频率范围在40～60Hz。接地阻抗测试值在工频附近较小频率变化范围内的变化可以认为是线性的, 在该范围内, 每隔1Hz或0.1Hz测量其接地阻抗值, 通过线性逼近或曲线拟合等方法得到工频50Hz下的接地阻抗值。变频法要求电压和电流测量设备的通频带不仅可变, 而且很窄, 对测试设备技术要求很高, 但却能有效消除现场工频干扰的影响。

变频法测量接地阻抗时, 往往接线方法和传统的工频法一样, 采用传统的电压-电流直线法。由于接地阻抗一般都比较小, 而试验时测试的电压电流线又比较长, 其电流线和电压线的互感影响会造成较大的测量误差, 特别是采用架空线路的两相做为测试线时更为明显。因此消除测试引线之间的互感, 是确保接地阻抗测量结果正确的基本要求。

3 解决方法

3.1 工频抗干扰

使用工频法测试时, 为了有效排除地网零序电流的干扰, 提高测量的信噪比, 必须采用很大的电流注入地网。DL/T 475-2006导则规定采用工频电流测试大型接地装置的工频特性参数, 应尽可能加大试验电流, 试验电流不宜小于50A。

但大电流的输出需要大容量的升流器或变压器, 使得设备庞大、测试电缆粗且测试线路长, 现场布线困难、需要耗费大量人力, 导致测试成本高, 同时也给现场测量安全带来一定压力。

倒相法是消除零序电流干扰的一个有效手段, 但具有较强的限制性。要求测试时的干扰信号必须为理想的工频正弦波, 且倒相前后的干扰信号不变。现场带电测试的干扰多种多样, 不但工频成分本身是变化的, 而且还存在谐波、高次杂波等干扰, 很难处于理想状态。因此倒相法虽然可以减少一定的影响, 但不能完全消除。

综合来看, 工频法并不是理想的准确测量接地阻抗的方法。

3.2 变频抗干扰

相对于固定单点或对称双点频率的异频法, 多点频率线性对称的变频法更适合于现场的接地阻抗测量。

多点变频法有效避免了地中零序电流的干扰、高频干扰和带电运行线路的干扰, 使测试结果更为精确;而且, 使用小电流进行测试, 设备的容量和体积、测试电缆可以做到很小, 便于现场设备搬运、布线和测试;测试电流小, 安全性好;可以长时间的输出电流而不损坏设备和测试电缆;测试成本低。因此很适合用于当前的接地阻抗测试。

对于测试引线之间的干扰, 过往采用四极补偿法, 理论上虽然能消除电流线和电压线之间互感的影响, 但实际测量时仍存在补偿极的位置问题。补偿电极位置的改变会影响测试结果的变化, 并不能准确消除测量引线间的干扰。

现在消除测试引线之间互感的方法是在测试时加大电压线和电流线之间的距离, 例如布置测试回路时分别沿路的两边分别布置电压和电流线, 如果路够宽, 间隔够远, 确实能有效消除引线互感, 但实际上受变电站周边地形条件限制, 现场布线时也很难保证能让电压线和电流线之间间隔5m以上。

为了更好地消除测试引线之间的互感, 只要条件允许, 大型接地网的接地阻抗测试鼓励采用电流-电压线夹角布置法。该方法如图1所示, 以地网中选定的信号注入引下线做为夹角的顶点, 取距离地网边缘4到5倍地网对角线长度的两点做为电压极和电流极的注入点, 也是夹角的两个端点。采用和传统直线法相同的方式注入信号进行接地阻抗测试。

测试结果代入公式 (1) 中进行修正并得到最终结果。

(1)

式中:

θ - 电流线和电位线的夹角。

Z’ - 接地阻抗的测试值。

反向布置法是一种特殊的夹角法, 其夹角为180°, 电压线和电流线沿相反方向布置, 就不存在测试线之间互感的影响了。

4 比对测试

为了对比不同测量方法测试接地阻抗的效果和准确性, 针对广东省某110kV变电站#2主变扩建工程, 做主地网接地阻抗的比对测试。

该变电站接地阻抗设计要求为≤0.5Ω, 变电站主接地网最大对角线为D≈100米, 根据变电站地形, 为了消除引线互感, 如图2所示采用夹角法布置测试回路。电流线与电压线夹角为178°, 又称为反向法。A点为#2主变测试点, B点为电流极, 放线400m, C点为电压极, 放线400m, 电流线选用6mm2塑料绝缘导线, 电压线选用4mm2塑料绝缘导线。

根据DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》的要求, 测试分别采用工频信号源、美国产128Hz单点异频测试仪和澳大利亚产多点变频测量系统进行。

比对测试先接入工频法测试用大功率信号源测试工频下的接地阻抗值, 记录并计算测试结果;保留测试回路, 将信号源更换为128Hz单点异频测试仪, 注入信号并记录和计算测试结果;最后采用多点变频的接地装置特性参数测量系统选择几个频率测试接地阻抗值并换算最终结果。

对比异频法设备和工频法设备测试数据;最后, 查询该地网的设计值并与三种测试方法的测试数据进行比对来最终验证接地阻抗测试的准确性, 并确认三种方法的优劣性。

参考夹角法的修正公式 (1) 和测试点的距离, 测试结果根据导则要求进行相应修正, 实际测量结果为Z=Z’/0.838。采用多点对称变频法的反向测量结果见表1。

运行中的该110 kV 变电站工频干扰电压值为0.84V, 相对于220kV及以上电压等级变电站动辄几V的干扰值, 算是比较小的。因此采用30A的工频电流测量, 就能取得较好的效果。

1) 采用工频法的反向测量结果可知, 测试电流为30A和50A时所得的工频接地电阻测量结果基本一致。主要还是因为测试电压比干扰电压要大不少, 所获得的信噪比较好。用工频大电流法测试得到的工频接地电阻测量结果为0.315Ω, 满足小于0.5Ω的设计值要求。

2) 采用128Hz单点异频法测量原理的测试设备, 干扰电压3.6mV, 比工频干扰电压要小的多。但由于测试电压也仅为16.9mV, 所以对测试结果有一定的影响。另外128Hz的频率是工频的一倍多, 由于接地阻抗的线性, 测试结果0.405Ω比实际的工频接地阻抗值要偏大, 并不准确。

3) 通过对两组对称变频下的信号进行测试, 得到两组不同的测试结果, 再取平均值来计算接地阻抗。测试的对称点数越多, 对工频接地阻抗的线性就反映的越好。从表3中的测试结果可以很直观地反映出接地阻抗在不同频率下的线性度, 体现出了多点变频测试很好的重复性。测试结果0.305Ω和工频法测试的结果非常接近 (相对误差3.3%) , 也体现了该方法的准确性。

综合以上分析, 根据DL/T 475-2006导则的相关要求, 采用178°夹角反向布置测量的该110kV变电站接地电阻值为0.305Ω。用多点变频法测试得到结果完全正确有效, 远优于128Hz单点异频法, 相比于传统工频的抗干扰能力又更强, 测试更简便, 更安全, 测量的可重复性也更高。

5 结束语

1) 和传统工频法相比, 多点对称变频法更适合应用于接地阻抗的测量。

2) 接地阻抗测量时频率是否选择正确对测量结果的准确性有较大影响。

3) 采用直线法测量接地阻抗需要考虑测试线间的互感, 应保证测试线之间有足够的距离。

4) 夹角法特别是反向布置的夹角法能有效消除接地阻抗测量时引线互感的影响。

5) 零序电流对接地阻抗测量结果影响很大, 现场测试时应根据干扰大小选择测量方法。

参考文献

[1]DL/T475-2006[S].接地装置特性参数测量导则.

[2]GB/T17949.1-2000.接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则[S].

[3]IEEE“Guide for Measuring Earth Resistiv-ity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentialsof a Ground System” (IEEE Std 81-1983)

[4]王东烨、董刚.大型变电所地网评估若干问题的探讨[J].高电压技术, 2001, 27 (2) , 64.

[5]郭华俊等.大型接地装置接地电阻测量及影响因素[J].高电压技术, 2002, 28 (12) , 47.

[6]张培刚等.大型接地网接地电阻测量误差分析和对策[J].浙江电力, 2009, (2) , 81.

浅议接地电阻的测量原理和方法 篇2

关键词接地电阻；测量；原理；方法；探讨

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0094-02

接地电阻是接地系统的主要技术参数，是衡量防雷装置工程质量的重要指标，理论上是接地电阻越小，泄流越快，落雷物体高电位保持时间就短，以至于对电气安全的干扰时间越短、幅值越小，跨步电压和接触电压也越小，相对来说防雷接地系统效果越好。接地电阻的测量是检验接地系统接地效果的重要措施，为正确地掌握测量方法，客观地测量接地电阻值，本文对接地电阻的测量原理和测量方法以及测量中应注意的事项进行了探讨，供广大防雷技术服务人员和施工人员参考。

1接地电阻测量的原理

1）接地电阻的组成。接地电阻实质上是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括四部分组成：①接地线的电阻；②接地极的自身电阻；③接地极的表面与其所接触土壤之间的接触电阻；④当电流由接地体流入土壤后，土壤所呈现的电阻值为散流电阻。其中③、④占接地电阻的绝大部分。

2）冲击接地电阻与工频接地电阻值的换算。接地电阻分为冲击接地电阻和工频接地电阻。冲击接地电阻是指通过接地极流入地中冲击电流求得的接地电阻；工频接地电阻是指通过接地极流入地中工频交流电流求得的接地电阻。在日常防雷接地检测中所测得的接地电阻数值一般是工频接地电阻数值。为了便于衡量其接地电阻是否符合规范的要求，冲击接地电阻与工频接地电阻值的换算计算公式为：RG=ARi

式中RG是工频接地电阻（Ω）；Ri是所要求的接地装置冲击接地电阻（Ω）；A是换算系数，其数值按GB50057-1994（2000年版）附录三确定。

3）测量电流的选择。在接地体流过的电流一般有两种：交流故障电流和雷电流。只有当接地体流过故障电流或雷电流（冲击电流）时，才能完全真实反映出接地电阻的大小，但是从工程观点来看，那是不现实的。因此实际上不得不采用较小的电流来测量。经研究证明，如果按照一定条件，即使采用较小的电流，也可以比较正确地测量出接地电阻值。现将有关电流选择应考虑的问题分述如下：

①实验结果证明，使用的交流电源频率高低对测量的结果影响不大，因为接地体的功率因数接近于1；②在一定范围内测量时使用电流的大小对结果影响不大。用5000A和100A分别测试，结果相差不超过5%。但是当使用电流太小时，由于土壤中的杂散电流会使测量的结果产生较大的误差。对于用电流表—电压表法测量接地电阻时采用的电流最好不要小于50A；③当使用小电流仪器测量接地电阻时，消除外界的干扰是十分重要的，因为土壤中的杂散电流形成的电场会使测量产生很大的误差，必须注意消除。

2接地电阻的测量方法

2.1三极法

三极法的三极是指图1上的被测接地装置G，测量用的电压极P和电流极C。图中测量用的电流极C和电压极P离被测接地装置G边缘的距离为dGC=（4～5）D和dGP=（0.5～0.6）dGC，D为被测接地装置的最大对角线长度，点P可以认为是处在实际的零电位区内。为了较准确地找到实际零电位区时，可把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向移动三次，每次移动的距离约为dGC的5%，测量电压极P与接地装置G之间的电压。如果电压表的三次指示值之间的相对误差不超过5%，则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。

把电压表和电流表的指示值UG和I代入式RG=UG/I中去，得到被测接地装置的工频接地电阻RG。

当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时，为了得到较可信的測试结果，宜将电流极离被测接地装置的距离增大，同时电压极离被测接地装置的距离也相应增大。

在测量工频接地电阻时，如dGC取（4～5）D值有困难，当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，dGC可以取2D值，而dGP取D值；当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时，dGC可以取3D值，dGP值取1.7D值。使用接地电阻表（仪）进行接地电阻值测量时，宜按选用仪器的要求进行操作。

2.2接地电阻表（仪）法

2.2.1日本MODEL4102型接地电阻测量仪使用

1）仪器连接：图2为三端表接法。①接地体E、电压极P、电流极C顺序布置，三点成直线，彼此相距5～10米；②附件绿色5米导线一端接仪器E柱，另一端接接闪器引下线或断接卡；③附件黄色10米导线一端接P端，另一端接电压极接地棒并打入地P点；④附件红色15米导线一端接C端，另一端接电流极地棒并打入地C点；⑤地棒插入潮湿地中，如果干燥石沙地质可在地棒周围浇上些水以保证良好导电。（如遇混凝土硬地面地棒插不入，将地棒平放地面上，用湿水性强的多层布料盖在棒上浇上水让布湿透）。

图2三线接法

图3四线接法

2）接地电阻测量。①按上款各方式连线接好后，把仪表放在水平位置，观察捡流针的指针是否指在零，应利用零位调整器将指针调到零位；②测量时接下MEAS键，捡流指针在电表上指示出所测量的接地电阻值（测量时根据被测接地电阻值按动×1Ω、×10Ω、×100Ω开关）；③重复上述步骤测量两次，取平均值。

2.2.2武汉DER2571型接地电阻测量仪使用

1）仪器连接：仪器连接线如图3，在测试中参照连接。①接地体E、电压极P、电流极C顺序布置，三点成直线，彼此相距20米；②附件5米导线一端接仪器E（C2P2）端，另一端接接闪器引下线或断接卡；③附件20米导线一端接P（P1）端，另一端接电压极接地棒并打入地P点；④附件40米导线一端接C（C1）端，另一端接电流极地棒并打入地C点；⑤地棒插入潮湿地中，如果干燥石沙地质可在地棒周围浇上些水以保证良好导电。（如遇混凝土硬地面地棒插不入，将地棒平放地面上，用湿水性强的多层布料盖在棒上浇上水让布湿透。）

2）接地电阻测量。①按上款各方式连线接好后，把仪表放在水平位置；②测量时按下“电源开关”键，再按一下“电流启停”键，绿灯亮，显示屏显示的数字即为测量的接地电阻值（测量时根据被测接地电阻值按动仪表左侧的“量程选择”×2Ω、×20Ω、×200Ω、×2000Ω开关）；③重复上述步骤测量两次，取平均值。

3注意事项

1）测量所得的接地电阻值为工频接地电阻值，当需要冲击接地电阻值时，应按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-1994）附录三的规定进行换算。

2）需要根据接地装置的不同特点、仪器的适应范围选择合适的接地电阻测试仪及测试方法。

3）由于接地电阻不很稳定，故测试时应尽量排除影响准确度的各种因素，一般应该注意下列要求：①要有三个可靠的接地点（接地体）其距离各在20米以上（或按仪器规定）；②要注意仪表本身的精度，电流稳定度等要求，注意排除杂散电流的影响；③接线要接触良好，绝缘可靠；④要保证测量地层有一定深度；⑤测量应进行若干次；⑥对环型地网，任一方向测试的接地电阻合格即可认为该地网的接地电阻合格。

4结束语

防雷是一个系统工程，防雷装置特别强调可靠性，合格的地网是有效防雷装置的保证，而接地电阻是接地系统的主要技术参数，是衡量防雷装置质量的重要指标，故接地电阻的准确测量显得尤为重要。我们在工作当中应该根据实际检测对象的接地方式选定检测仪器和检测方法及一些其他注意事项，以提高接地电阻测试的可信度。

参考文献

[1]GB/T17949.1-2000接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第1部分:常规测量 [S].北京:中国出版社出版,2000.

[2]GB50057-1994建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,2000.

[3]吴生灿,温桂芳,陈庆琼,等.关于接地电阻测量误差及解决方法的介绍[J].福建气象,2010,3:52-54.

[4]周国军,黄玲霞,周维才,等.浅议接地电阻的测量方法 [J].贵州气象.2010(34):190-193.

作者简介

蔡木民（1964—），男，汉族，电子专业，本科，广西钦州市气象局，工程师。

直线三极法接地阻抗的测量 篇3

测量接地阻抗一般采用伏安法或接地电阻表法, 其原理接线图如图1所示。在接地电极A与辅助电极B之间, 加上交流电压U后, 通过大地构成电流回路。当电流从A向大地扩散时, 在接地体A周围土壤中形成电压降, 其电位分布如图所未。由电位分布图可知, 距离接地极E越近, 土壤中电流密度越大, 单位长度的压降也越大;而距A、B越远的地方, 电流密度小, 沿电流扩散方向单位长度土壤中的压降越小。如果A、B两极间的距离足够大, 则就会在中间出现压降近于零的区域C, 即电位零点。

2 接地极工频接地阻抗值

E-接地体;C-电位探针;B-电流探针;PA-测量通过接地体电流的电流表;PV-测量接地体电位的电压表;

接地极E的工频接地阻抗为undefined

式中UAC—接地极E对大地零电位C处的电压, V。

I—流入接地装置的工频电流, A。

Z—接地极E的接地阻抗, Ω。

在变电所现场测量时为保证数据的真实性必须找准C点位置, 也就是电位零点的位置。找准C点的办法有:①A、B两点之间的距离足够大, 尤其是大型变电所的接地网, A、B之间距离应该是接地网的对角线长的4～5倍;②间接判断, 即将电位探针C在A、B两点某区域移动, 当电压UAC基本不变或变化很小时, 则C点是近似零电位点。有时为了测准, 则采用变电所的出线, 达到A、B两点足够大。

直线三极法在变电站现场布线如图2所示:

电流极C 距离测量点G 的长度DGC 约为地网对角线长度D 的4～5倍, 电压极P 距离测量点G 的长度DGP 为DGC 的0.5～0.6 倍。当直线三极法布置的电流极距离DGC 取 (4～5) D 有困难时, 若接地装置周围的土壤电阻率较均匀, 则电流极距离可以取2D, 电压极距离为D;若不均匀, 则电流极距离可以取3D, 电压极距离为1.7D。采用直线三极法第一次测量新建、扩建或降阻改造后接地装置的接地阻抗时, 应移动电压极找到实际零电位区。把电压极从距接地装置0.6DGC 位置沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向上前后移动三次, 每次移动的距离约为DGC 的5%, 测量电压极与接地装置之间的电压, 如果三次电压值之间相对差值不超过5%, 则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。当在电流极与接地网之间施加工频电压时, 工频电流I通过接地网的接地电阻, 仪器在电压桩P、电流桩C两点间测量电流I在接地电阻上的压降U, 则接地阻抗为Z=R+jX (Ω) 。在现场实际作业时, 可以通过行走的步数来近似地代替长度, 例如, 某变电所走完接地网对角线需要75步 (每步约在0.7m) 左右, 那么测量点G离电流极C的距离约为300～375步, 而测量点G离电压极P的步数约为180～225步左右。

3 影响测量准确性的因素及对策

1) 在现场测量时发现同一接地网向不同的方向放测量线, 其测量结果有很大差别, 在山区和地形、地势复杂的地区这种现象尤为突出。这主要是由于不同的测量方向土壤电阻率的均匀度不同, 特别是由于地质发生断层, 土壤电阻率不均匀影响了“零电位点”的位置。距接地体 0.618d13 处就不再是“零电位点”, 从而产生测量误差。所以, 每次测量应时放线的方向保持一致。

2) 试验引线电流极与电压极位置比例关系对测量结果产生的影响。接地网对角线长度、电压桩P与电流桩C的位置关系。如图3

正常测量时, 电流极C 距离测量点G 的长度DGC 约为地网对角线长度D 的4～5倍, 电压极P 距离测量点G 的长度DGP 为DGC 的0.5～0.6 倍。但是当电压极大于0.6DGC时, 即靠近电流C时, P点将产生一个负电位-Uy, 其实际效果等于试验电流在接地电阻上的压降增加一个电位Uy, U=Uo+Uy, 使测量阻抗值Z偏大;当电压极小于0.5DGC时, 即靠近接地网时, P点将产生一个正电位+Uy, 其实际效果等于试验电流在接地电阻上的压降减小一个电位Uy, U=Uo-Uy, 使测量阻抗值Z偏小。所以在实测中应注意电流极和电压极的位置关系。

3) 由于大、中型接地网的工频接地电阻都比较小, 一般不到 1Ω, 而测量引线较长, 试验电压又是工频交流电压, 其电流线和电压线的互感会造成了较大的测量误差。测量时应使电流线和电压线距离不小于5m可以排除互感的影响。

4) 接地网建立后, 由于用电设备负荷的不平衡, 产生单相短路, 有可能引起三相电源不平衡, 在接地网中形成地网电位, 其电位分布极不均匀, 电源零线接地点及短路点的电位最高, 无穷远处逐渐下降为零, 在这种高电位差的作用下, 在地下产生频率、相位、峰值都在变化的零序电流, 干扰着测量的准确度。所以对有疑问的数据应多次测量。

5) 气候的影响。接地网接地电阻的测量应选择在天气晴朗的枯水季节, 连续无雨水天数在一周以上进行, 否则所测数据不能反映实际情况。温度也可能影响测量准确性, 有关单位跟踪测量证明, 水平接地网的温度影响较大, 在夏季温度升高, 土壤松弛地区的水分蒸发量增加, 抵消了由于温度增加可能发生的电阻降低。而在冬季, 由于地下水位下降及冰冻的发生使得接地电阻增加, 在带有水位的土壤内, 交替的冰冻和融化造成逐渐累积的变化, 在地表面下形成水平冰壳及很大的冰契和冰体构造, 土壤像岩石一样坚硬, 土壤电阻率很高, 不能准确测量出真实的接地电阻, 一般在严重冰冻时不宜进行接地电阻测量。

6) 接地网上与外界有电联系的地理及架空线路也会影响测量的精度, 在实际测量中, 往往无法地解除被测接地网上的所有与外界连接线路, 如架空避雷线、地埋销装电缆的接地点、三相四线制的零线等。适当的延长电流极和电压极的放线可在一定程度上消除这种误差。

7) 接线铺设辅助电极及接线的接触电阻也会影响测量精度, 所以一般要求接线截面大, 电极与土壤接触良好, 在疏松土壤中可在电极四周浇灌一些水, 使土壤湿润, 达到消除接触电阻的影响。

8) 实测表明, 工频干扰电流在不同变电所数值不同;在同一变电所, 不同运行方式的数值也不同, 甚至同一运行方式下, 而测试的时间不同, 数值也有不同。所以很难掌握干扰电流在某个变电所的具体变化规律。为提高测量的准确度, 往往采用增大测试电流的方法。增大测试电流后, 相应地提高电压极上测得的数值, 使其大于零电位约1～2个数量级, 从而可以忽略零电位的影响。

4 直线三极法与其它测量方法的比较

在现场测试时, 由于两相导线即电压线与电流线之间的距离较小, 电压线与电流线之间的互感会引起测量误差, 这时常常会采用四极法来消除这种影响。图4为四极法的原理接线图, 四极是指被测接地装置G、测量用的电流极C、电压极P 和补偿电极S。辅助电极S离被测接地装置边缘的距离DGS=30～100m。

测量点2与点3、点3与点4以及点4与点2之间的电压U23、U34和U42。由于电压U23、U34和U42以及通过接地装置流入地中的电流I, 得到被测接地网的工频接地电阻为:

undefined

电压U23、U34和U42数值各个电极位置有关, 每次测量时要求各电极位置保持不变才能使历次数据具有可比性, 在实际测量工作当中往往难以做到。直线三极法测量时由于没有补偿电极位置的局限, 所测数据只是于电流极和电压极的位置关联, 分散性较少, 有利于和历年数据进行比较。

直线三角法接测量时需要根据实际布置的电极距离和角度对测试结果进行修正, 尤其是变电站外布线, 常受到周围环境制约, 变电站周围环境在不断变化, 每次试验时布线位置往往不能达到一致, 测量值需要不断修正。相比之下, 直线三极法布线方式简单, 受到影响相对较少, 数据连续性较好。

5 结束语

发电厂、变电站的接地阻抗宜采用直线三极法进行测量方法简单, 测量数据相对试验方法更准确和具有连续性。测量时防止 “零电位点”偏移, 造成测量误差。另外, 适当加大测试电流, 使电压极上获得较高的数值来消除 “零电位点”偏移的影响。同时, 应尽可能的沿直线布置并注意各个电极的位置关系。每次测量时应记录各个电极的位置、布线距离、接地装置的型式、土壤状况以及湿度、温度等基本资料。

摘要：接地装置在输变电工程中是个隐蔽工程。对新安装的接地装置, 必须对其检验, 是否符合设计或《规程》的要求;对运行中的接地装置为保证其工作可靠, 也必须对接地装置进行定期检测。直线三极法接地阻抗测量方法简单, 数据可靠性较直线三角法和四极法要好, 而且数据稳定性高。在测量过程中应使用正确的方法, 排除各种干扰和影响才能得到真实的数据。

关键词：接地装置,接地阻抗测量,三极法

参考文献

[1]陈天翔, 王寅仲, 海世杰, 电气试验[M].北京:中国电力出版社2008.11 (2) 242—244.

[2]许颖、徐士珩, 交流电力系统过电压防护及绝缘配合[M].北京:中国电力出版社, 2006.9 (1) 38—39.

[3]陈化钢, 电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].中国科学技术出版社, 2001, 3 (2) :561—567.

接地阻抗测量 篇4

变电站、水电站等接地网接地阻抗是否满足运行要求与电力设备稳定运行息息相关,准确地测量变电站接地网的接地阻抗是判定新建变电站可否投入运行以及运行中的变电站接地网是否需要改造的重要依据。目前接地阻抗测量主要有电位降法、直线法、夹角法、30°夹角法,由于直线法和30º 夹角法都是基于土壤电阻率均匀的假设条件下的,实际测量中很难满足,所以很少采用。本文的后续分析中主要针对夹角法和电位降法进行接地阻抗测量误差进行分析。

1电位降法与夹角法测量原理

1.1电位降法测量原理与计算

式中: I为接地网注入电流;Um为电流注入点相对于电位零点的电位升高即地电位升。

1.2夹角法测量原理与计算公式

夹角法测量原理见图2,电压线、电流线以一定角度进行布置。规程DL/T 475给出的计算公式为:

规程中只给出了夹角法的计算公式,但未说明夹角应取值的具体范围,经过现场多次测量认为,采用夹角法测量接地阻抗时,电压线、 电流线间的夹角应尽量大,至少为60º,最好为90º 以上。夹角变大后,一方面可以减少电流线对电压线互感的影响,另一方面可以避免因修正系数选取不当引入计算误差。

2地电位升准确测量影响因素

2.1工频干扰的影响

变电站里设备正常运行时存在工作入地电流,该工频电流在接地网上形成地电位升。为解决对测试结果带来的影响,目前测量时采用异频小电流法,测试电流异于工频又接近工频, 如48 Hz、52 Hz等,两个频率点与50 Hz对称。 再配合高精度选频电压电流表,达到消除工频干扰的目的。

2.2测量引线间互感影响

现场接地阻抗测量中,电流线不可避免的在电压引线上因互感产生压降,给电位升的测量带来误差。电压线、电流线平行布置时,根据解广润编著的1991版《电力系统接地技术》 中的公式,二者之间单位长度的互阻抗为:

式中:De为导体在地中镜像距离;ρ 为地面电阻率;f为测试频率;D为电压线与电流线之间的距离。

如果按照上式的计算公式进行计算,取地面土壤电阻率为 ρ=100 Ω·m,互阻抗随电压线、 电流线间的距离不同的变化值见图3、图4。

通过上图可以看出公式法与现场实测的互阻抗异比较大,原因可能为:公式法是基于裸导线均匀介质的假设条件下推导出来的,而现场沿途的介质不可能是均匀的,同时电流线引线与大地之间的距离不可能固定的,悬空时引线与地面间还存在其它介质。另一方面,电压电流引线均为小电缆线,与裸导线的感应原理还是有区别的。

从图4还可以得出,当电压线、电流线间距离大于10 m时,两引线间的互阻抗已降低到0.013 Ω/km;对大部分接地网而言,此互感带来的误差基本上可以忽略。所以,当不得不采用电压线、电流线同方向布置时,应尽量将两引线间的距离放大到10 m或更远,以减小互感带来的测量误差。互感引起的误差主要对电位降法中两引线同方向布置时有影响,而对夹角法测量是没有影响的。

2.3电压极布置影响

电压极对地电位升起电位参考的作用,其选择和位置对地电位升的准确测量起着决定性的作用。电压回路的要求为保证对地绝缘足够。 电压线布置时应对两段线的搭头处及线缆破损处认真包裹,沿途不应泡在水中,故不宜在雨后表面土壤湿润的情况下进行测量,否则沿途的高阻接地点会对地电位升的测量带来误差。

通常情况下,如果出现连续移动三次的电压极距离后,发现地电位升基本没有变化,就应该怀疑电压线中途可能出现了破损接地情况。 还有可能改变电压极的距离,地电位升很小(只有几毫伏到几十毫伏)且基本不会变化,此时可能为电压线中途出现了断线情况,失去电位参考点,只有一个悬浮电位。因此,虽然夹角法测量时,理论上只要测量一个点的数据即可, 但为了测量数据的准确性,应该将电压极在5%d CG的距离间隔下前后测量三个点,以判断数据的变化趋势是否正确。

除此之外,电压极位置处的土壤状况及打入深度也会对地电位升的大小也有影响。现场实测表明,电压极位置处土壤电阻率较小时测的地电位升会稍小。另一方面,将电压极打入土壤深些,测得的地电位升也会稍小些。但二者影响不会超过2%。

需要特别说明的是,虽然应将电压极布置在土壤状况相对较好的位置,但不得将电压极布置在水里。在进行某水电站接地阻抗测试时, 电流极布置在江边,采用电位降法进行测试时, 发现一个点测量的地电位升较前后两个点的数据均低,检查后发现是因为将该电压极布置在了江边的一条水沟中,测量的电位差相当于只是从接地网到该电压极处的江水形成的压降, 故测量得到的值比较低,后将电压极移开离水沟50米后测试数据正常。其示意图和实测数据分布见图6、图7。

2.4接地网附近金属管道影响

在接地阻抗测量中,接地网附近的金属管道会直接影响测量结果,主要是由于金属管道的存在,改变了接地网附近的地电位分布,金属管道与电压线布置方向垂直或平行产生的影响也不一样。

如在进行某水电站接地阻抗测试时,电流极和电压极分别布置在左右两岸的公路旁,其中电压线一侧有一条引水金属管道,在采用电位降法不断移动电压极进行测试时,其中一段电压极位置与金属管道相距比较近,直接造成了测量数据的偏小。后将电压极布置方向远离金属管道后测试数据正常。所以在测量布线时, 应尽量避开地下管道。若实在无法避开,不应使测量布线与金属管道平行布置,而应垂直布置。电压极和电流极的位置也应远离地下金属管道,至少相隔50米以上。

3注入地网电流测量影响因素

3.1试验电流源的选择

为抑制现场工频干扰电压对地电位升测量的影响,目前基本上都是采用异频小电流法来测试。异频法使用变频试验电源,在偏离工频又接近工频的频率下进行测量,接地网的工频干扰及其它干扰通过选频表的滤波进行消除。 一般认为,在频率变化很小的情况下,接地阻抗中的电阻分量几乎没有变化,电抗分量有变化但变化也不大。

从图7可以看出, 接地阻抗随频率的变化趋势基本上是线性的,于是可用50+ △ f和50- △ f两个对称频率下接地阻抗的平均值近似作为接地网工频接地阻抗的测量值。

在进行频率对的选择时,一般可根据现场工频干扰电压的情况来进行。比较常用的频率对为48 Hz和52 Hz,当测得现场的干扰电压大5 V以上时,可选用47 Hz和53 Hz,如可出现10 V以上工频干扰电压时,建议选用46Hz和54 Hz。根据现场的工频干扰电压来选择频率对,减少工频干扰信号对测量信号的影响。

3.2电流回路电阻大小影响

测量时,电流回路的电阻包括试验电源的内阻、接地网接地阻抗、电流引线直流电阻、 电流线间的接触电阻和电流极电阻几部分组成, 电流回路要求电流回路电阻越小越好,一般电流回路电阻最好在30 Ω 以下。本文提出了一种减小电流回路电阻的最优布线方法,即电流回路布线时,应选择土壤电阻率最小的方向走廊进行布线,这样散流效果最好。从短路电流入地的角度考虑,这种最优布线方法也更接近真实短路电流入地散流情况。理论上,当有真实短路电流入地时,短路电流也一定网土壤电阻率最小的方向散流更多,这种布线方法更贴近实际。

3.3电流极选择的影响

电流极位置的选择直接影响电流极的接地阻抗及整个电流回路电阻,电流极布置选择将角钢打入土壤中0.5 m以上,并经常采用多根角钢并联的方式以降低电流极的接地阻抗。有观点认为可以向电流极泼水的方式降低电流极的接地阻抗,这种方法是不可取的,因为泼水仅能减小角钢与土壤的接触面的接触电阻,对减小接地极整体的接地阻抗几乎没有效果,不建议采用。

电流极位置的优化选择方案主要有:

1)选择土壤电阻率尽量低的位置。在能找到小河、水塘等自然条件时,应尽量采用,但要注意以下两点:一是电压极不能打在与电流极有水体相连的水域中,这样可能会人为的使测量结果偏小。二是不能将铜绞线扔入流速较快的水中,这样容易使得测试电流出现波动, 影响测量结果值的读取。

2)现场可选用独立接地网或接地体作为电流极,如35 k V及以下无避雷线杆塔的接地引下线、人工接地极等。

3.4测试电流测量及影响因素

1)地线和地中金属管道由于与接地网相连将直接分走一部分的测试电流;因此测试时需对架空地线和电缆外护套的分流情况进行测试。 一种方法是采用柔性罗氏线圈配电流表进行测量,第二种方法是采用双通道示波器,分别测量测试电流与每个分流电流之间的相位差。第三种方法是采用一种新研发的基于无线分流同步测量的分流测量系统来测量。

2)地下金属导体对电流测量的影响主要分量两种情形:一是与接地网存在金属性相连的接地网延长线,他们将直接分走部分测试电流, 导致接地阻抗测量值偏小,解决办法是准确测量各分流支路的分流大小及相角,与测试电流进行向量计算。二是接地网周围有邻近的埋入金属物,可能间接转移走部分测试电流,这部分影响无法消除,解决办法是在布线时尽量避开可能存在的地线金属管道,与其保持尽量远的距离,至少10米以上,布线时不能与之平行布置,以减少测量误差,特别是电压极和电流极至少要距离管道50米以上。

4结束语

1)影响地电位升测量结果的因素主要有工频干扰、测量引线间互感、电压极的布置、接地网附近金属管道等。

2)影响测试电流测量结果的主要因素有电流回路电阻大小、电流极选择、地线和地中金属管道分流等。

3)本文基于大量的实测基础上,结合理论分析,提出了电压线方向土壤电阻率最均化、电流线方向土壤电阻率最小化的最优化布置方法。

参考文献

[1]接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则[S].GB/T17949.1-2000.

[2]接地装置特性参数测量导则[S].DL/T475-2006.

[3]交流电气装置的接地[S].DL/T621-1997.

医用电气设备保护接地阻抗测试探讨 篇5

1 测量要求

医用电气设备的接地要求直接或间接地涉及患者的安全, 因此, 很多国家标准和行业标准对医用电气设备的接地都有着严格的要求, GB 9706.1 18f) 就对保护接地阻抗就有着具体要求, 比如对不用电源软电线的医用电气设备和带有电源输入插口的医用电气设备以及带有不可拆卸电源软电线的医用电气设备都有着不同的要求 (见表1) 。

2 检测设备

医用保护接地电阻测试仪。

3 检测步骤

(1) 按保护接地阻抗测试仪器的使用说明书要求, 调整仪器处于保护接地阻抗待测状态。

(2) 将仪器测量线牢固接入仪器的测量端口。

(3) 将仪器的测试夹或测试头分别与被测设备的保护接地端子 (或插口中的保护接地点或网电源插头中的保护接地脚) 和被测设备的已保护接地的可触及金属部件。

(4) 设置仪器的相关设定, 如报警电阻值、恒定电流值 (取25A或1.5倍于设备额定值中较大的一个电流 (±10%) ) 等。

(5) 启动仪器测试程序, 开始检测。

(6) 记录测试结果, 建议格式为:部位-阻抗 (电流) , 如:设备底板螺钉-0.056Ω (24.66A) 。

(7) 重复4.1~4.6测试步骤, 测量被测设备的其他已保护接地的可触及金属部件的保护接地阻抗。

4 结果与判定

从不同部位的保护接地阻抗值中取最大值, 符合GB 9706.1-2007 18f) 中规定的要求则判为合格, 反之判为不合格。

5 注意事项

(1) 在试验过程中, 使用大电流测量的原因, 是需要足够的幅值引起电气设备中的保护装置 (熔断器、断路器、对地漏电流断路器等) 在短时间内动作, 并且考核保护接地线不会被熔断。试验时间至少为5s, 是为了显示出保护接地连接太细或接触不良而产生的过热。这样的“薄弱点”只用测量电阻值的方法是不能发现的。

(2) 仪器的输出线连接必须牢固, 以减少接触电阻。必要时用仪器自校输出线的阻抗, 重新设定仪器的零位, 或在实测值中减去其阻抗。

(3) 仪器的测试夹或测试头与被测的有关金属部件接触应良好。

(4) 测试过程中, 如显示的电流值偏差较大, 可以对测试仪器进行调整。

(5) 漆层、珐琅层、氧化层和类似的防护层, 不能看作是能防止与带电部件接触的防护外壳。应作适当处理后再测试。

(6) 保护接地连接阻抗允许超过0.1Ω的条件:如可触及部件或与其连接的元器件的基本绝缘失效时, 流至可触及部件的连续故障电流值限制在某值之下, 以致在单一故障状态时外壳漏电流不超过容许值时, 除在GB 9706.1-2007的18f) 中所述之外的保护接地连接阻抗允许超过0.1Ω。

6 小结

简易复阻抗测量方法 篇6

1 原理

本文提出的复阻抗测量方法,分为两个步骤,分别是复阻抗实部、虚部的数值测量和虚部正负号的判断(测量)。下面分别介绍:

1.1 数值测量

图1是基本的电路,通常复阻抗Zx可以等效为一个电阻Rx(通常称为实部)和一个电抗jXx(通常称为虚部)的串联,Rx和jXx最为一个整体,在外部不能直接用万用表测量。为此,在电路中接入一个已知的电阻R(试验电阻),对于射频系统,R通常取50 Ω,对于音频系统应该根据负载的情况调整R的数值,通常如果负载在0.1～10R范围,都可准确的测量。

图1中标出的电压分别是:

(1)VA:应用信号源电压,通常是已知的。

(2)VI:测试电阻两端的电压,与电流有关。

(3)VZ:未知阻抗两端的电压。

图2是电路中电压间的向量关系,上述三个电压都是交流有效值,在低频范围可以用数字表测量(在射频范围则需要高频电压表测量),角θ可以由几何关系推导获得。负载内阻向量电压(VRx)和电抗的向量电压(jVXx)仅作示意参考,不能直接地测量。

由余弦定理可以计算角度θ:

undefined. (1)

实际测量时,方程(1)有两种情况需要人为的修正。通常cos(θ)的数值应该介于0～1之间,可能出现的误差如下:

(1)因为一个小的测量误差导致cosθ出现负值,此时用0代替它,意味着θ为90度,这是无效的数值,通常要增大R,重新测量。

(2) 如果VI是的很小值,例如接近0时,cos(θ)数据可能激增,如果复阻抗相对R很大,这种情况就会发生。此时应该用1代替该数值,但是随后的计算精度受影响。所以可以增大R数值,使得R两端的电压可以精确地测量。

总阻抗的大小计算如下:

Za=R*VA/VI . (2)

由图1可知,R与Rx的和有如下关系:

R+Rx=Za*cos(θ) . (3)

这样可以解出Rx

Rx=Za*cos(θ)-R . (4)

未知阻抗的幅值(或向量的模)可以如下计算:

Zx=R*VZ/VI . (5)

未知的电抗如下 计算:

undefined. (6)

实际中可能有测量误差,如果根号内出现负值,则用0代替。

以上求出了复阻抗的实部和虚部的数值,但是电抗部分的符号没有确定。

2.2 虚部正负号测量

在图1电路中,当负载是复阻抗时,必然对电压产生相移,如果负载呈感性,则电压超前,反之电压滞后。仿真电路见图5,电路中R1是已知电阻,R2和L1(或C1)组成复阻抗电路,用双踪示波器测量R1两端的电压信号,开关SW1分别接通L1和C1时,可以得到图3、图4的波形。图中标明了输入、输出信号波形,从波形比较看出,当负载呈容性和感性时,输出电压比输入电压有超前和滞后的特性。

由此设计了两个不同相位电压的比较电路,该电路能判断出输出电压是超前还是滞后信号电压,从而知道负载是容性还是感性。电路原理见图5,工作过程如下:

U2A,U2B是两个比较器,输入信号是正弦波,输出信号为正负5 V的方波,D3、D4、R5、R6将正负对称的方波变成0～5 V的方波,以便送到74ls74中判断。74ls74是双d触发器,原理图中标明了各管脚,表1是手册中各输入输出之间的逻辑关系。按照原理图中的连接方法,对于clk和D端输入信号的上升沿的先后可以判断。最后又D1、D2 led指示灯指示。如图中所示D2亮表示负载呈感性。

2 应用实例

图5是由proteus实现的仿真电路,用一个30 Ω的电阻和一个80 mh的电感(或31.6uf的电容)串联,组成一个“未知”阻抗。试验电阻为50 Ω,外加音频信号的电压VA是1 vrms,运行结果如图5所示,VI=0.53 Vrms,VZ=0.62 Vrms。

由(1)式得:cosθ=0.8457。

由(4)式得:Rx=29.8。

由(6)式得:Xx=80.05。

图中显示电感led指示灯亮。所以总的阻抗为Zx=29.8+j80.05。

实例表明,测量误差很小,测试方法有效。

3 结论

本文介绍了用常规工具和简单电路精确地测量复阻抗,并用proteus对实例进行仿真,测量结果与理论值有较好的吻合,说明该方法其实可行。

参考文献