一般接地网接地电阻的测量

2016-04-01 09:23:33来源: eefocus
接地电阻Rg是一个抽象的物理量,是指接地装置被注入接地电流I时,装置上的电位相对于远方零电位点的升高值U对I的比值,即Rg=U/I=U/∮sjnds,而jn=En/ρ,Dn=εEn,Q=∮sDnds

则Rg=ερU/Q=ερ/C(Ω)

其中jn---电流密度(A/m2)

En---电场强度,V/m

ρ---土壤电阻率,Ω·m

Dn---电位移,Dn=εEn

Q---电量,Q=∮sDnds

C---接地极对无穷远处的电容,F

可以认为接地电阻Rg虽具有直流电阻相同的量纲,但实际是土壤电阻率ρ与电容C的比率乘以介电常数ε,因此确切地说应该为接地阻抗。同时由于接地电阻Rg含有电容C这一分量,因此在测量时不能使用直流电源,也不宜以功率表法来测量Rg,功率表的指示值反映电阻分量,而且一般功率表的指示误差与功率因数cosφ有关。若cosφ=0.7~1.0其误差范围符合表计本身准确级标示的要求,但随着cosφ值的降低,误差就不能保证。这也是专门设计低功率因数功率表的理由。接地电阻的阻抗角φ一般都在0.5~0.7之间,其误差是难以估计的,由于这种方法之后反映电阻分量Rg=P/I2;测量值要比实际值偏小,易于得到错误的结论。由此可见接地电阻与一般导体电阻R=ρL/s的物理概念是不一样的,其值与土壤电阻率ρ和介电常数ε的乘积成正比,与电容C成反比,而与接地装置内部的引线长度无直接的关系。

1、接地电阻测试仪使用前的临场检验

在用接地电阻测试仪测量接地电阻时,要求电压探棒和接地极相距20m,电流探棒与电压探棒相距也是20m,并且三点位于同一直线上,如图(a)所示。

 

接地电阻测试应一般都有探棒2~3根和长度20m和40m的专用线。这种接地电阻测试仪适用于小型接地装置,如配电变压器的接地装置、独立建筑物的防雷接地、住宅小区变电站的接地等,并不适用于110kV以上输电线路杆塔的防雷接地,35kV及以上变电所的接地网和装有昂贵电子设备的高层建筑接地系统。但在实际测量中,经常会碰到以下两种情况:

一、距离接地极20m以外是建筑物,电流探棒无法打入距被测接地电极40m的地下;

二、接地极周围都是混凝土,探棒无法打入。

当出现上述情况时,如何测量接地电阻呢?为此做一个实验:

首先保持接地极和电流探棒相距40m,改变电压探棒与接地极的距离d,如图(b)所示,然后用接地电阻测试仪测量不同距离下的接地电阻值,得到如下表所示数据:

d(mm)

5

10

15

18

20

22

测量值(Ω)

1.8

1.9

2.0

2.1

2.1

2.1

可见由于注入接地极的电流保持不变,电压探棒距接地极越近,接地极与电压探棒之间的电压就越小,测量值也随之变小,当距被测接地极18~22m时,测量值相等,表示此值最接近被测接地极的电阻值。此实验说明,向单根接地极注入电流后,在距单根接地极20m附近,电位已近于零,因此要测出接地极的对地电位,必须把电压探棒打到距接地极20m左右的地方。又为了消除互电阻的影响,电流探棒距电压探棒的距离也保持在20m为宜。

如果距离接地极20m以外是建筑物,则可采用图(c)和(d)所示的方法。图(c)将电压探棒和电流探棒分置在被测接地极的两侧;图(d)则使三者呈现三角形布置,被测接地极与探棒之间皆相距20m。用同一台接地电阻测试仪测量同一接地极,用图(c)和(d)方法测量结果与图(a)的布置,在d=20m时一样,也是2.1Ω。

当接地极周围是混凝土路面时,可采用以下方法:将两块平整的钢板(250x250mm)放在混凝土路面上,在钢板和混凝土路面上之间浇上水,测试线夹在钢板上,其测量结果都与探棒打入地下测量的结果相同。

在工程中经常碰到这样的情况:当利用建筑物基础桩作为接地网时,在测出基础桩的接地电阻后,近地末端做测量点,直接利用柱头内的主钢筋作为防雷引下线通至屋顶,当工程结束后,如何检查防雷装置的接地电阻?此时,可用一根导线,一端连在屋顶女儿墙的防雷带上,另一端连接到位于地面的接地电阻测试仪的E端上,电压探棒距离接地网20m,电流探棒距接地网40m,且和电压探棒在一直线上,此时测得的电阻,减去从女儿墙上引下的导线电阻,加上接地电阻测试仪制造商提供的5m测试线的电阻,即为接地电阻实际值。

2、三极法测量接地电阻

通常将接地装置等值于一掩埋地表的半径为rc的半球体,如下图所示:

 

其面积等效于接地装置的有效流散面积,标以1,另将准备好的接地极两根,距离接地装置较远的标以3,较近的标以2,然后在1、3之间接入以交流电源注入接地电流I,并以一电压表测量1、2之间的电压U,即可求得电阻值:Rg=U12/I

为了防止土壤发生极化现象,测量时必须采用交流电源。同时,为了减少外来杂散电流对测量结果发生的影响,测量电流的数值不能过小,但也没有必要大到接近于线路系统的实际接地短路电流值。一般可采用五分之一左右的接地短路电流值。测量时,电源应为独立电源,其容量约5~10kVA,电源输出端除了通过被测接地极和电流探棒与大地构成通路外,其余部分应对地绝缘,电源电压为65~220V,可采用交流电焊机作为电源。

为了保证测量的准确度,电流表的准确度等级不要低于1~1.5级,电压表应采用高内阻的电压表。由于被测接地极与探棒之间存在互电阻,会给测量带来误差,在考虑互电阻时:

R= U12/I=Rg+R23-R12-R13

式中:U12---接地极与电压探棒间的电位差

         I---通过接地极的电流

         Rg---接地极的接地电阻,即自电阻

         R23---电压探棒和电流探棒间的互电阻

         R12---接地极和电流探棒间的互电阻

         R13---接地极和电压探棒间的互电阻

为了使接地电阻的测量误差等于零,必须使Rg+R23-R12-R13=0。互电阻的大小与两接地极之间的距离有关,距离越近,接地极之间的互电阻越大,当两接地极之间的距离接近20m时,互电阻很小;互电阻又与土壤电阻率有关,电阻率越大,互电阻越大。

根据互电阻大小与接地极之间的距离成反比的关系,其中R13的值最小,当两者距离大到40m时,互电阻R13接近于零,因此要使Rg+R23-R12-R13=0成立,则应R12= R23,即把电压探棒放在电流探棒和被测接地极连线的中点。

由于互电阻R13虽小,但总算存在,为了消除由于R13存在而引起的误差,可采用直线法,即补偿法。

因实验如在无穷大处测量时,零电位点应在0.5处,但实际是在有限距离内进行的,可将电位极移至0.618处,以补偿由于在有限距离内测量引起的误差。

●对于电力线路杆塔接地电阻的测量采用三极法,如图:

 

在没有交流电源的地方,常采用接地电阻测试仪测量,电流探棒d13一般取接地装置最长射线长度l的4倍,电压探棒d12取l的2.5倍。

测量注意装置事项:

(1)测量时接地装置宜与避雷线断开;

(2)电流探棒、电压探棒应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上;

(3)应避免将测量用的电压极和电流极布置在接地装置的射线上;

(4)应避免在雨后立即测量接地电阻。

(5)测量用的电流极和电压极应与土壤有良好的接触。

●对于一般发电厂和变电所接触地网的接地电阻的测量也采用三极法,如图:

 

D为发电厂或变电所接地网的对角线长度,电压探棒和电流探棒的位置应为:

d13=(4~5)D

d12=(50~60)%d13

测量时,电压探棒沿接地网和电流探棒的连线移动3次,每次移动距离为d13的5%左右,如3次测得的电阻值接近即可。如果d13取(4~5)D有困难时,在土壤电阻率较均匀的地区,可取2D,d12取D;在土壤电阻率不均匀的地区,d13可取3D,d12取1.7D。

3、等腰三角形法测量

当测试时临时增设的电极2和3与被测接地装置的位置如图:

 

被测接地装置为1,仍按前述,在1、3之间注入电流I,测量1、2之间的电压U,同样也可测得接地电阻Rg。此时d12=a、d13=b、d23=c,循前述要获得补偿条件则按式写出:

-+=-+ -=0

由平面三角形中按余弦定理可知c= ,带入上式,若使a=b,即布置成等腰三角形时,可求得θ≈28.955°≈29°。

因规定布置成等腰三角形时,其间的夹角应为29°,这是作为有限距离内测量时的基本要求。此外被测接地装置1与电流极3之间的距离:

d≧(4~5)D=(8~10)rc

式中D---接地网对角线的长度等于2倍的接地网等值半径rc,如图:

 

当采用三极法测量发电厂和变电所的接地电阻,在取d13=(4~5)D有困难时,也可改变电压探棒和电流探棒的位置,采用等腰三角形布置一般取d12=d13≧2D。

这时电压探棒与电流探棒与接地极成等腰三角形布置。由于1、2两点距离d13相等,则互电阻d12=d13。为了使接地电阻的测量误差等于零,则2、3的互电R23和1、3的互电阻R13应满足:R23=2R13。在土壤电阻率均匀的情况下,只要2、3之间距离d23和1、3之间距离d13满足:

d23=1/2d13

    上述测量方法适用于一般接地网的测试。

关键字:接地网  接地电阻

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016040114984.html
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