接地电阻测试误差与被测地网大小关系的探讨_黄克俭.pdf

接地电阻测试误差与被测地网大小关系的探讨黄克俭，鞠英芹，胡双伟，刘克稳，黄丁诚（中国气象局气象干部培训学院湖北分院，湖北 武汉 ；湖北省防雷中心，湖北 武汉 ）摘要：针对采用普通接地电阻测试仪测试一定规模的地网接地电阻时存在的不符合技术标准测量规程要求的问题，对测试电极距离、被测地网大小与接地电阻测试误差的关系进行了研究，研究结果表明普通接地电阻测试仪测试中小型地网接地电阻的误差与地网的大小有关。对于半球体地网，在测试电流极与地网边缘距离分别设置在、，测试电压极设置在测试电流极与地网边缘的中点位置，被测试地网的半径分别不大于、时，地网接地电阻测试误差可在 范围以内。测试电压极设置在测试电流极与地网边缘的中点位置及附近时测试误差较小，在相同的误差允许范围内，测试电压极的位置在测试电流极与地网边缘的中点位置的测试方法比补偿法可测地网规模更大。关键词：接地电阻；地网半径；测试误差；电极距离中图分类号：，（，；，）：，：；收稿日期：作者简介：黄克俭（），正高级工程师，研究方向为雷电防护技术；鞠英芹（），高级工程师，研究方向为雷电物理；胡双伟（），高级工程师，研究方向为雷电防护技术；刘克稳（），高 级 工 程 师，研 究 方 向 为 电 工 电 子 技 术；黄 丁 诚（），研究方向为雷电防护技术。引言接地电阻测试是建筑物防雷装置检测中的一个非常重要的环节，测试的准确性在建筑物防雷装置检测中占据着极其重要的地位。建筑物地网一般为中小型地网，采用的测试仪为普通接地电阻测试仪（较大地网接地电阻测试仪而言），仪器厂商提供的测试线路最长为，现行常用的主要有、。对于一般规模的建筑物地网，其最长对角线可达 左右，按测试电流极离地网边缘的距离（电流极测试线路长度）需达到倍最长对角线的技术标准要求进行测试时，至少需要 多米，因此普通接地电阻测试仪对最长对角线大于 的建筑物地网进行测试是不符合技术标准的测量规程要求的。为了把握地网接地电阻测试的准确性，需要考虑用普通接地电阻测试仪测试一般规模的建筑物地网接地电阻的准确性以及测试多大的地网才能满足测试误差的要求。一些学者从测试电工技术系统解决方案方法、测试环境、干扰因素、测试电极距离等方面对接地电阻测试准确度影响开展了研究。然而，在诸多对接地电阻测试准确度的研究中，并未见接地电阻测试误差与被测地网大小关系这方面的研究。本文根据电流在土壤中散流的特征，充分考虑测试电流极、测试电压极与被测地网之间的互相影响，找出接地电阻测试误差与被测地网大小的关系，以期能为普通接地电阻测试仪准确测试中小型地网带来帮助。普通接地电阻测试仪测试原理电位降法是目前广泛使用的一种测量方法，地阻测量仪法和各类仪表法均按压降法的基本原理设计而成。其测量布线原理如图所示。其中，为被测接地极，其半径为；为测试电压极棒，其与 的距离为；为测试电流极棒，其与的距离为，且、三者在一条直线上；为通过、和地下的测量电流；为测量电流在和间的土壤中产生的电位差。根据仪表测试值可得接地电阻值。图电位降法测量布线原理普通接地电阻测试仪测试值的理论计算一个接地装置的电阻由引线电阻、接地导体与周围土壤的接触电阻、入地电流在土壤中的扩散电阻组成。引线电阻对于直流或低频电流其量值很小。接触电阻在电极和土壤紧密接触的情况下，占整个接地电阻的比例较小。扩散电阻由电极周围土壤的电阻率决定，是整个电极接地电阻的主要部分。因此，只考虑入地电流在土壤中的扩散电阻。电流经接地体流入大地后的流散与接地体的埋设有关。为了便于分析，设入地电流从半径的半球形接地体向大地流散，如图所示。若雷击附近土壤电阻率为，根据接地体周围的电位分布，离球心处，土壤厚度的单元土层上的电压降 。图半球形接地体向大地流散图于是，电流在电极附近任意两点、间产生的电位差为：（）式中，、分别为、至半球形接地体球心的距离。为此，可由式（）计算出图的 点与 点间的电位差。为计算接地极、测试电压极 两点间的电位差，先分别计算被测接地极与测试电流极单独存在时的、间的电位差，再按叠加原理计算出其电位差。为此，设 为被测接地极 单独存在时、间的电位差；为测试电流极单独存在时、间的电位差。则按式（）可得 、。（）（）当、同时存在时，按叠加原理，则 表达式为：（）因此，实测得的接地电阻值为：（）这里的和分别为测试电流极和测试电压极离地网中心的距离，而实测时测试电流极和测试电压极打桩距离为测试电流极和测试电压极离地网边沿的距离，设测试电流极和测试电压极离地网边沿的距离分别为和，则，。将，代入式（），则有：（）被测地网大小对准确度影响分析实际接地电阻值表达式为：（）则误差的表达式为：（）将式（）、式（）代入式（），则误差的表达式为：（）（）由式（）可知，误差与、的大小及其之间的搭配有关。根据日常测试中常用的测试电极距离，将测试电流极分别设在、，测试电压极分别设在、，即分别等于、，分别等于、，测试地网半径逐步变化时的误差情况。因，故式（）可以表示为：系统解决方案电工技术（）（）测试电流极 分别在、时，测试误差随地网半径变化的关系如图所示。图 时不同测试误差随地网半径变化关系图（）若误差在 以内为允许承受范围，则为、时，地网半径分别不大于、才能满足测试误差要求。（）为、时，地网半径分别为、，误差为零；地网半径分别小于、，为正误差，即测试值小于实际值。其主要原因是地网半径小，地网作为电极其散流对测试电压极的影响大于对测试电流极的影响，使得测试电压极点的电位大于零，因此测试电位差变小，测试值变小。而为、时，地网半径分别大于、时，为负误差。其主要原因是随着地网半径的增大，大部分电流都流入测试电压极的远端和地下深处，对测试电压极的影响比对测试电流极的影响随着地网半径的增大而越来越小，测试电压极的电位负偏离零电位就越来越大，从而导致测试值越来越大于实际值。（）在为 时，误差曲线的陡度最大；随测试电流极距离的增加，曲线的陡度逐渐趋缓。这说明误差变化率在为 时最大，在为、时逐步变小。下面采用补偿法测试，即讨论测试电流极分别在、，测试电压极在测试电流极离地网距离的 处 时，地 网 半 径逐 步 变 化 的 误 差 情 况。因.，则式（）可以表示为：（.）（）由图可以看出以下几点。图 时不同测试误差随地网半径变化关系图（）若误差在 以内为允许承受范围，则为、时，地网半径分别不大于、时才能满足测试误差要求。（）误差均为负误差，其原因为测试电压极 在 比在时更靠近测试电流极，使得测试电流极散流对测试电压极的影响始终大于接地极散流对测试电压极的影响。（）与的负误差时相同，在为 时，曲线的陡度最大，随测试电流极距离的增加，曲线的陡度逐渐趋缓。这说明误差变化率在为 时最大，在为、时逐步变小。为了进一步了解测试电压极的位置在不同地网半径时对测试误差的影响，以为 为例，讨论地网半径分别为、时的测试误差。因为，则式（）可以表示为：（）（）地网半径分别为、时，测试误差随变化关系如图所示。图 不同地网半径时测试误差随变化关系图由图可以看出，测试电压极的位置在地网边缘与测试电流极的中点位置及附近时测试误差较小，地网越小，误差曲线相对越平缓，测试误差在 以内的区间也越大。测试误差在 以内的点位置区间，为 时在 ，且为 时测试误差为零；为 时在 ，且为 时测试误差为零；为 时在 ，且为 时测试误差为零。通过以上分析，可以得出以下结论。（）普通接地电阻测试仪测试中小型地网接地电阻的误差与地网的大小有关。如地网为半球体，测试地网接地电阻值误差允许在 范围内，则测试电流极距离地网边缘分别在、，测试电压极设置在测试电流极与地网边缘的中点位置时，被测试地网的半径分别不能大于、。也就是说，普通接地电阻测试仪测试建筑物地网接地电阻时，要把误差控制在 范围内，那么被测地网的大小就会有一定限制。提供 测试电流极测试线的普通接地电阻测试仪，被测试地网的半径不能大于。提供 测试电流极测试线的普通接地电阻测试仪，被测试地网的半径不能大于 。提供 电工技术系统解决方案测试电流极测试线的普通接地电阻测试仪，被测试地网的半径不能大于 。（）在相同的误差允许范围内，测试电压极的位置在测试电流极与地网边缘的中点位置的测试方法比补偿法的可测地网规模更大。以误差在 以内为允许承受范围时，采用测试电压极的位置在测试电流极与地网边缘的中点位置的测试方法，为、时，可测地网规模分别为半径为、的地网，而采用补偿法时，可测地网规模分别只为半径等于、的地网。（）测试电压极的位置在测试电压极与地网边缘的中点位置及附近时测试误差较小，且地网越小，测试误差在 以内的区间范围越大。对于测试零误差点，随地网规模增大，测试电压极位置需向地网方向偏移。结语普通接地电阻测试仪测试中小型地网接地电阻的误差与地网的大小有关。对于半球体地网，在测试电流极与地网边缘的距离分别设置在、，测试电压极设置在测试电流极与地网边缘的中点位置，被测试地网的半径分别不大于、时，测试地网接地电阻值误差可在 范围以内。测试电压极的位置在测试电流极与地网边缘的中点位置及附近时测试误差较小，在相同的误差允许范围内，测试电压极的位置在测试电流极与地网边缘的中点位置的测试方法比补偿法的可测地网规模更大，因此普通接地电阻测试仪采用测试电压极设置在测试电流极与地网边缘的中点位置的测试方法是适宜的。以上讨论的地网为半球体的地网，而建筑物基础地网一般为方形体结构，如何将半球体地网与方形体地网进行等效，有待进一步研究。参考文献 覃彬全，郭在华，陈佳祺，等 埋地金属导体对接地系统电阻测试影响试验分析气象科技，（）：侯苏洋，郝婷婷，于洋，等 引线间互感对接地阻抗测量结果的影响分析 电瓷避雷器，（）：陈瑞，兰柏，王勇，等杆塔接地电阻新型测量技术研究电工技术，（）：李小威异频法测量接地电阻在工程中的应用电气技术，（）：史锋旗 发变电站防雷接地阻抗测量分析 气象科技，（）：李家启，陈宏 接地电阻测量环境影响机理及其对策 气象科技，（）：黄立盛不同的接地电阻测试操作方法对测试结果的影响分析 福建气象，（）：褚文超，董德成接地网接地电阻测试值超标原因分析及方法改进 内蒙古电力技术，（）：孙金华，惠良，陈晓东建筑物接地电阻测试干扰因素分析及消除方法山西建筑，（）：冯志伟，马金福电位降法测量接地电阻时电压极补偿点位置分析冶金电气，（）：李婷，杜娟，刘靳防雷接地电阻测试仪的电极布置分析气象水文海洋仪器，（）：郝仕涛，李润生多种接地电阻测量方法的探讨辽宁科技学院学报，（）：翟玉泰，于东海，王立民接地电阻测试影响因素分析气象研究与应用，（）：陈家斌接地技术与接地装置北京：中国电力出版社，（上接第 页）（）万元。其中，为引送风机电量变化值；为当前上网电价 元（）。（）试验供电标煤耗变化计算（万元），标煤单价按 元计算。万元（）试验直接经济效益（不含税）万元。即机组按调整后运行，每小时因煤耗增加而少收益 万元。结语由于试验期间白天负荷较高，夜间机组参与深度调峰，因此本文试验只选择了机组工况 进行。仅从产生的直接经济效益看，试验工况会导致锅炉效率下降，煤耗上升，但应综合考虑过喷氨导致下游设备的破坏，及由此产生的后期机组负荷受限、风机电耗上升、停炉后清灰等一系列因素。运行人员必须加强机组运行中测量数据的分析，综合、等热工数据，发现异常时必须联系热工人员处理，避免对燃烧调整产生误导。参考文献 电站锅炉性能试验规程 机组锅炉运行规程 周志军，钟莹，钱彬，等煤粉无焰燃烧技术及其低排放研究进展 热力发电，（）：系统解决方案电工技术