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1、第六章 接地的测量与检验,接地的测量是各级防雷检验机构最主要的测试任务，工作量最大，情况最复杂。要求熟练掌握测试理论并能熟练操作仪器,6.1土壤电阻率的测量,在接地技术中土壤电阻率是一主要技术参数。任何接地装置的设计都需依此为依据。接地工程竣工后的检验、投运后安全性的评估也都需要这一原始数据。因此在设计初始阶段，当接地装置的所在位置确定后，即需进行土壤电阻率的物探工作，施工过程或投运后作为设计的校核亦需测量土壤电阻率。,什么是电阻率？,电阻率是形状如1 1 1 m立方体的接地材料的电阻，其中，测量电极可以放在该立方体的对面，参见下图。图 41.电阻率的说明,一些典型的接地材料的电阻率规定值,文
2、纳四电极法,作为大地电阻率的测量方法，最最广泛被采用的是被称作文纳四电极法的方法,接线如图14，10所示。由外侧电极C1、C2、通入电流I，若电极的埋深为L，电极间的距离为a(aL)则c1、c2电极使P1、P2上出现的电压分别为,而两极间的电位差为,用四极法测量土壤电阻率时，电极可用四根直径2cm左右，长m的圆钢或钢管作电极，考虑到接地装置的实际散流效果，埋深应小于极间距离的1/20。应取34次以上不同方向的测量平均值作为测量值。用以上方法测量的土壤电阻率，不一定是一年中的最大值，所以应按下式进行校正。,考虑到土壤干燥的季节系数其值如表145所示 干 燥，则取表中的较小位，比较潮湿时，则取较大
3、值实测土壤电阻率，m。,用四极法测量时有以下注意事项：,(1)对于己远行的变电所测土壤电阻率时，因电流要受地中水平按地体的影响，因而测量时要找土质相同的远离接地网的地方进行(2)为了全面了解地电阻率的水平方向的分布情况，要在被测试的区域内找不向的46点进行测量。(3)为了了解土壤的分层情况应改变几种不同的a值进行测量，比如a=10、20、30、50m等（5）测量土壤电阻率时应尽量避开地下的管道等，以免影响测试结果；（6）不要在雨后土壤较湿时测土壤电阻率：,电流渗透深度,在大地电阻率的测量中，测量用的电流在地中渗透的大致深度是多少?这是个重要的问题。一般来说，大地成层状结构，各层的电阻率是不同的
4、。由文纳四电极法测量大地电阻率的场合，得出的是测量用电流渗透到达深度的电阻率的平均值。电流未到达的层的电阻率是不知道的。在图169，设从电极系统的中央的点。向深度方向为Z轴。从电极1流入电流I，到达电极4。考虑Z轴上的电流密度的变化，当然O点的电流密度是最大的，随深度变大电流密度变小。如取O的电流密度为i0，z轴的电流密度为i，i和i。之比服从下式的关系：,D是电极1和O点的距离。基于上式，绘出zD和ii。的关系成图1。如z/D=2即如z=2D的深度，可看出电流密度己相当低。,现场表土土壤电阻率的测量,对于既定的接地装置现场，可选择一设计高度相同的较为平整、土壤色泽和（颗）粒度都较均匀的场地上
5、，取表土若干，在实验室内进行测试。测试方法如下：将取回的土壤倒入一已知尺寸和具有标准电极的绝缘容器内，电极的位置应在容器的中央，即距容器各器壁距离都是相等的，一般以圆柱形较宜，以量规调整好电极间的距离，土壤应掩没电极，并将多余的土壤自容器顶面刮去。再将该容器的电极接入如图1的回路中，按通电源就可测试。按电流表和电压表的读数U和I就可计算电极间的土壤电阻：,R=UI()因为R=（L/S），由此可求得：=(RS)L(m)（1）式中：S标准电极的表面积，m2L电极之间的距离，m这一方法较为简单，也可用来检测降阻剂电阻率。,三极法测量土壤电阻率,当现场土壤电阻较均匀时，可在土地平整开挖之前采用单极法测
6、量土壤电阻率。事先加工一垂直接地极，一般可用直径不小于15mm、长度不小于1m的焊接钢管或自来水管，将其一端加工成尖锥形或斜口形，便于在现场击入地面。然后用接地电阻测量仪进行测量。按图2接线，电流极C离开接地极的测量距离 S 20m；电压极P的位置应置于(0.50.7)S 处。测量时在电流极C的位置不变，移动电压极P的位置，在上述区间取35点，其读数平均值作为测量值。,按静电场原理已知该接地极的接地电阻：Rg=(2l)ln(4ld)（2）式中；l接地极击入土中的深度，md接地极的管径，m由式（2）即可求得：=(Rg2l)ln(4ld)(m)（3）,6.1.4-a曲线,把电阻率沿深度方向的变化由
7、地上推定的方法，那就是由-a曲线推定法。,-a曲线的纵轴不是地中各深度的电阻率。它是对应于电极间隔为a至一定深度(约3a)的电阻率的平均值。,因而，要从-a曲线知道地中各深度的电阻牢，必须变换-a曲线。-a曲线变换，最广泛采用的方法是把实测求出的-a曲线与理论求出的基准曲线作比较，推定地中的分布的方法。,双层结构场合的基准曲线,如图所示:定义反射率k,取k为十1和一1间的值。在第2层的电阻率非常高的极限的场合，即的场合，A十1，第2层的电阻串在最低的的场合，k一1,如把k式变换为如下的式子：,对双层结构，可以把对应于各种k值的-a曲线在理论上描出，把它示于图173和图174。,在图173中a是
8、按文纳四电极法从地表面测量得出的综合的电阻率，l是上层的电阻率。,把实测得到的-a曲线与这些基准曲线比较，就可推定地中电阻率的分布。,接地电阻的测量,测量接地电阻的基本原理设接地体为半球形在距球心X处的球面上的电流密度为,设无穷远处的电位为零，所以距接地体球心为x处所具有的电位为,要使测量的接地电阻Rg，等于接地体的实际接地电阻R，就必须使上两式相等，即：,这表明如果电流极不置于无穷远处，则电压极必须放在电流极与被测接地体两者中间，距接地体o618d13处即可测得接地体的真实接地电阻值，此方法称为0.618法或补偿法。,测量结果的误差随极间距离d13的变化,上述结论的应用是有范围的，与假设的前
9、提有关即仅在接地体为半球形，球形中心位置已知，土壤的电阻率一致，镜像的影响忽略不计下适用实际情况与此有出入如接地体几乎没有半球形的，大多数为管状、带状以及由管带形成的接地网测量结果的差别程度随极间距离d13的减小而增大但不论接地体的形状如何，其等位面距其中心越远，其形状就越接近半球形，并在论证一个电极作用时，忽略了另一个电极的存在，也只在极距d13足够大的情况下才真实。,如果在测量工频接地电阻时，d13取(45)D值有困难，那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，d13可以取2D值，d12取D值；当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时，d13可以取3D值d12取17D值。D为圆盘直径或地网最大尺寸
10、,测量方法及接线,测量接地电阻的方法最常用的有电压、电流法，比率计法和电桥法。对大型接地装置如110kV及以上变电所接地网，或地网对角线D60m的地网不能采用比率计法和电桥法，而应采用电压、电流表法，且施加的电流要达到一定值测量导则要求不宜小于30A；,(一)电压、电流法,采用电压、电流法测量接地网接地电阻的试验接线如图142所示。这是一种常用的方法。,施加电源后，同时读取电流表和电压在位，并按下式计算接地电阻，即,图14-2中隔离变压器T1可使用发电厂或变电所的厂用变电所用变5020kV，把二次侧的中性点和接地解开，专作提供试验电源用；调压器T2可使用50-200kVA的移圈式或其他型式的调
11、压器；电压表PV要求准确度等级不低于1.0级，电压表的输入阻抗不小于100k，最好用分辨率不大于1的数字电压表(满量程约50V)；电流表PA准确度等级不低于10级。,对测试电流的要求（专用测试仪）,1。这个测试电流必须采用交流信号，因为加用直流电流会产生电化学（土壤的极化）作用，使得测量结果与通过交流电时不一样。而作为电力系统的接地或作为防雷的接地，流过的是交流故障电流和频率成分极为丰富的浪涌电流。,2。对交流测试信号的频率，为了容易与电力系统的感应信号、杂散信号分离，应采用工频以外的频率。有的接地电阻测试仪能自动调整测试信号频率，躲开电力系统的感应信号和其它杂散信号的干扰。另外，如使用过高的
12、交流频率，测试导线的电感和电容会对测试产生不利的影响。一般采用1kHz以下较好。,辅助电极的接地电阻,电位降法重要的特征是二个辅助电极的接地电阻不会影响测量值。这个特点极大地方便了测试工作。因辅助电极也是接地的，当然有接地电阻。测量用的辅助电极长度及直径都较小，而且因接地测试是临时的，辅助电极的接地电阻都较高。并且它的值因测量地点和时间而变动。电流辅助电极c的接地电阻加入主回路中，会影响流入大地中电流的大小。但是，电流值变化时，因与它成比例的EP间的电位差亦变化，使测量结果VI不变。电位辅助电极P的接地电阻加入电位差测量回路之中，因此作为电压测量装置，如能尽量不在此回路提取电流，就能除去P电极
13、的接地电阻的影响。所以，电压表的内阻应尽可能大。不过，辅助电极的接地电阻也不能太大，否则，测试电流太小，极易受地中杂散电流的影响，一般接地电阻测试仪会给出起码需要满足的辅助电极的接地电阻值。这个值很容易实现。,电位分布曲线,电位分布曲线的例子如图33。这些曲线是如下作出的：首先，在离主电极E一定距离的地点把电流电极c打入大地中。其次把接在E、C连接线上的电位电极P移动，测量EP间的电位差。然后，把横轴取作EP间的距离，纵轴为电位差的测量值绘制出电位分布曲线。图33是两极间的距离取作E至C1、C2两种场合描绘出的电位分布曲线P1、P2。分布曲线P1的中央无水平部分，电位分布曲线P2有水平部分。,
14、如把这倒过来说，当电位分布曲线的中央产生水平部分，可判定电流辅助电极离主接地电极己充分远，双方电极已几乎无关。因此，如把电位分布曲线水平部测定的电位差Ex，被除以那时的电流值，就可求出E的接地电阻。,为什么如果主接地电极和电流电极远离，电位分布曲线发生水平部分，就能判断双方电极无关系呢?要说明这个问题，引入称为电阻区域的概念是必要的。接地电阻是包含在接地电极周围的大地之中的。所含接地电阻的量在接地电极的附近最多，离接地电极远的地方较少。那是因为在地中电流经过路径的断面积急速扩大。如理论上严密地讲，接地电阻包含在至无限远方的大地中。但是。作为实际问题，可考虑接地电阻的大部分是在以接地电极为中心的
15、有限的范围内。这样，以接地电极为中心，把包含大部分接地电阻的范围称为电阻区域。对电位降法，在主接地电极有它的电阻区域，在电流电极也有它的电阻区域。为正确测量接地电阻，两者的电阻区域必须互不交叠。,一般的接地网测量时电极的布置1电极为直线布置（62%法）,被测接地系统（接地桩或接地带电极）之间所需距离的计算：计算的依据是接地桩电极的深度或接地带、接地网系统的对角线尺寸。从被测接地电极到电流测试探头的距离C2=深度（接地桩电极）或对角线（带式电极）5 与电压测试探头的距离P2（62%）=距离 C2 0.62 与电压测试探头的距离 P2（52%）=距离 C2 0.52 与电压测试探头的距离P2（72
16、%）=距离 C2 0.72 举例：接地带系统，对角线=4 m C2=4 m 5=20 m P2（62%）=20 m 0.62=12.4 m P2（52%）=20 m 0.52=10.4 mP2（72%）=20 m 0.72=14.4 m,电极三角形布置,电极三角形布置示意图如图145所示。此时，一般取d12=d13(4-5)D，夹角29,3)三角形法，电压极附近的电位变化较缓、从29到60 的电位变化相当于直线法从0.618d13到0.5d 13的电位变化。,(二)电桥法(也称电位法),在如图148(a)所示电桥型接地电阻测量仪的桥路中，有两个不变的电阻r1，和r2，一个具有两个滑动接点的电阻
17、，可形成ra、和rb两种电阻值。,常用的zc8、zc29和E1型等地阻仪，都属于这类接线。,6.3消除干扰的措施（大电流法测试）,1。消除接地体上零序电流的干扰发电厂、变电所的高压出线内于负载不平衡，经接地体总有一些零序电流流过，这些电流流过接地装置时会在接地装置上产生电压降，给测量结果带来误差，常用如下措施进行消除。(1)增加测量电流的数值，消除杂散电流对测量结果的影响。（为了减小工频接地电阻实测值的误差，通过接地装置的测试电流不应小于30A）(2)测出干扰电压U，估算干扰电流I,2消除引线互感对测量的干扰,当采用电流电压法测量接地电阻时，因电压线和电流线要一起放很长的距离互感就会对测量结果
18、造成影响，为了消除引线互感的影响，通常采用以下措施。(1)采用三角形法布置电极，因三角形布置时，电压线和电流线相距的较远(2)当采用停电的架空线路，直线布置电极时，可用一根架空线作电流线而电压线则要沿着地面布置，两者应相距5-10m。(3)采用四极法可消除引线互感的影响，另外还可采用电压、电流表和功率表法测量,专用测试仪（小电流）测量应注意事项,要意识到，在被测试的接地系统中经常存在高电平干扰信号。这一点尤其涉及到工业中的接地系统和电源变压器等，其中，强大的放电电流会流向大地。在特别靠近高压配电线、铁路等处的接地电极周围区域常常存在较高的漏电电流。应此，要注意测量干扰地电压，看是否超过了仪器规
19、定值。注意电压辅助电极和电流辅助电极与接地极的距离。注意电压辅助电极和电流辅助电极间分开一定距离，不要缠绕在一起，避免相互干扰。在建筑物高处测试时若需要加接测试线，应扣除这段加接线的阻抗值，此段加接线的阻抗值必须是用本仪器测试出来的值。有时，此段加接线的阻抗值比接地体的电阻还要大。（这种事情一般发生在测试信号频率较高以及加接测试线打圈未能全部放开的场合）在开始测试之前要识别接地系统的类型。应根据类型选择适当的测试方法。无论选择了何种方法，测试结果应在与容许值对比之前接受校正。,利用建筑物基础钢筋作为接地极时，接地电阻的测量(参考）,利用建筑物基础钢筋作为接地极时，由于基础面积相当大，故接地极的
20、流散电阻区延伸较远，为了正确测出接地电阻值，电流探棒离建筑物的基础边取45倍建筑物基础的对角线长。例市区内有一大厦，基础占地面积为10000m，临街一面建筑物的长度为100m，在500m处有一高耸建筑物，该建筑物设有避雷针，避雷针采用独立接地极，和该建筑的工作接地极是分开的。在避雷针接地极和被测基础钢筋间加上交流低压电源，此电源产生电流从避雷针接地极注入大地后又从被测基础钢筋引出回到电源。在被测基础钢筋和另一建筑物的避雷针之间约250m处打入电压探棒，用交流电压表测量电压探棒与被测基础钢筋之间的电压，再把电压探棒沿基础钢筋和避雷针的接地极的连线前后移动二次，每次移动25m，如三次测量得到的电压
21、值接近，则表明测量未受到外来干扰，然后根据每次测得的电压值除以交流电源的注入接地极的电流即为接地电阻值。,测量电阻的新方法非接触测量法,测量的原理如图3 所示。图3中，Ng 为绕在仪器钳口内的发生器线圈，Nr 为绕在钳口内的接收线圈。两线圈之间具有良好的电磁屏蔽。测量时钳口闭合，测量仪的发生器线圈在被测接地回路内发生一个已知的恒定的交流电压 E。E eNg（3）式中，e 为发生器发生的内部电压。为提高抗干扰能力，交流电压的频率为不同于工频的某一高频。E 在回路中产生电流 I IER（4）它被置于表内的接收线圈（CT 的二次线圈）转换为 I INr（5）测量部分测得电流i并计算下式即可求得回路电
22、阻。R EI K（ei）（6）,对于多点接地且被测装置只有一条引下线的线路，测试仪显示的电阻值即为被测接地电阻值。由图3 和上面介绍的工作原理知，这种测量仪使用起来十分方便，只须将钳口夹住被测接地电阻的引线就可立即测得被测电阻值，而且由于不必断开接地线即可测量，所以所测值准确反应了设备运行情况下的接地状况。,4测量注意事项,非接触测量法是一种先进的测量技术，具有诸多优点。不过，测试仪测得的电阻值是包括被测接地电阻在内的整个回路的电阻。使用中必须牢记这一点，以利对测量结果的分析。对图4 所示的多点接地系统（如：每根电线杆都局部接地；而且每个电线杆之间都以架空地线连接的输电线路），它的回路电阻由四
23、部分组成：（1）被测接地电阻Rx；（2）大地电阻 Rearth 通常规为 0；（3）架空地线电阻 Rgroud，通常运小于 1；（4）其馀各杆的并联接地电阻 Rparallet，Rparallet R1/R2/Rn。输电线路的电线杆越多，并联接地电阻越小。回路电阻为Rloop RxRearthR1/R2/Rn RxRz Rx（7）因为 RzRx，因此，被测接地电阻完全可以用测试仪的测得值表示。另一方面，对没有构成接地回路的接地体，钳形接地电阻测试仪无法直接测量它的接地电阻。接地体内通常总有泄漏电流存在，钳形接地电阻测试仪还具有测量接地体内泄漏电流的功能，其测量范围从 1mA 到 30A。如果泄
24、漏电流太大，所测接地电阻值不准确，此时须先将造成的故障排除后重新测量。,GEOX接地电阻仪特性,1仪表功能本仪表为多功能接地电阻测试仪，其主要功能如下：测量干扰电压（UST）接地线路在有泄漏电流有于扰源时会存在干扰电压 测量干扰频率（FST）：干扰电压1V可由周期导出频率 测量接地电阻（Re）：由3极法或4极法测量，测量电幅值4820V，频率94，105，111，128Hz方波电压频率可手动或自动选择（AFC）钳口法测量接地电阻：在多点接地系统中，可测量每一根接地线的接地电阻 2主要参数测量电压：2048V 测量频率：94，105，111，128Hz或自动选择（AFC）干扰电压测量：范围150
25、V，误差（5测量值5个字）干扰频率测量：范围16400Hz，误差（l测量值2个字）接地电阻测量：范围0.023k，误差（5测量值5个字,6.4测量接触电压、电位分布和跨步电压,当发生接地故障时，若出现过高的接触电压或跨步电压，可能发生危及人身安全的事故。所以对电压在1000V以上的电气设备应测量其接触电压和跨步电压。在发电厂和变电所附近地区还应测量地面的电位分布 在接地体周围的电流密度大，致使电压降也大。而电流密度的大小与距接地体距离的平方成反比，因此在一定范围之外，由于电流密度接近于零，该处即可作为大地的零电位 测量电位分布和跨步电压，应该选挥经常有人出入的地区进行。距接地体最近处，其测点间
26、距约为08m，测量点数可选57点，以后的间距可增大到510m，一般测到2550m远处即可。测量用的接地极，可用直径8-10mm，长约300mm的圆钢，埋人地中5080mm。若在混凝土或砖块地面测量时，可用26cmx 26cm的铜板或钢板作接地体；为使铜板或钢板与地面接触良好，钢板或钢板上可压重物板下的地面可用水浇湿。,用接地电阻测量仪测量,用接地电阻测量仪测量电位分布和跨步电压的接线地阻的方法，测得接地体的电阻Rg、然后将电压极2移至1、2、3等各点由此得r1、r2、r3。,Umax流经接地体的使际大电流为I时的对地电压，其值等于大电流与接地体电 阻Rg的乘积，,在大接地短路电流系统发生单相接
27、地或同点两相接地时发电厂、变电所，电气设备接地装置的接触电压和跨步电压不应超过下列数值,t接地短路(故障)电流的持续时间s,连通试验和开挖检查,一、设备接地与地网的连通试验就是在发电厂或变电所中先找出一设备的接地为基准，也可以是测接地网接地电阻的连接处。使用一块欧姆表，依次测量其他设备接地对该点的直流电阻，去掉引线电阻后两个设备接地引下线之间的电阻不应大于0.5。如果大于0.5，则说明连接有问题，应进一步查找原因，如焊接头，或螺丝连接处是否连接可靠等。,二、开挖检查,接地装置长期远行在地下，最容易发生腐蚀：内于腐蚀会使接地体，或设备的接地引下线截面逐渐受小，直到不能满足接地短路电流的热稳定，或造成电气广的开路，因此，每过一定的时期(一般35年)对接地装置要进行开挖检察、主要检查下列部位。(1)设备的接地引下线。因设备的接地引下线，有一部分在土中，有一部分在空气小，由于氧浓度不同，或者说是腐蚀电位不同，最容易发生吸氧腐蚀(屯化学腐蚀)。因此，每过一定的周期要进行开控检查，看是否受到了腐蚀，验算其截面是否还满足热稳定的要求，并定期进行防腐处理。(2)检查接地网的焊接头，接地体的焊接处也是腐蚀最严重的地力，对这些部位要定期的开挖检查其腐蚀情况，并采取相应的防腐措施。,
