接地装置试验方法

第十八章接地装置试验第一节接地电阻的测量一、测量接地电阻的基本原理根据接地电阻的意义，接地电阻是电流I经接地体流入大地时接地电位U和I的比值。因此，为了测量接地电阻，首先在接地体上注入一定的电流，如图18-1所示。为简化计算，设接地体为半球形，在距球心X处的球面上的电流密度为式中J——距球心为X处的球面上电流密度；I——接地体入地的电流；X——距球心的距离。21J2X（18-1）图18-1三极法测量接地电阻的试验接线我们知道，电场强度E=为土壤电阻率而电场中任意两点间的电位差，等于电场强度在两点之间的线积分。设无穷无远处的电位为零，所以距离接地体球心x(x,rg)处所具有的电压为（18-2）xxxxldxxEdxU222ll,J由式（18-2）知，电极1、2之间出现的电位差为（18-3）电极3使1、2、之间出现的电差为（18-4）1，2电极之间的总电位等于U’与U”之和，即（18-5）)11(2'12drIUg)11(2'1323ddIU)1111(2'''132312dddrIUUUg因此1、2极之间呈现一的电阻Rg为（18-6）接地体1的接地电阻实际值为（18-7）式中R——接地体的实际电阻；rg——接地体的半径；)1111(2132312dddrIURgggRR2要使测量的接地电阻Rg，等于接地体的实际接地电阻R，就必须使式（18-6）式（18-7）式相等，即（18-8）令d12=ad13,d23=(1-a)d13,代入式（18-8）得而解得a=0.6180111131223ddd01111aa2aa10系数a表明，如果电流极不置于无穷远处，则电压极必须放在电流与被测接地体两者之间，距接地体0.618d13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。这一结论的应用是有范围的，与假设的前提有关，即仅在接地体为半球形，球形中心位的已知没有半球形，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，其等位面距其中心表远，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。实际的地网基本上是网格状，它介于圆盘和圆环两者之间，用上述论证方法，可以证明当接地体的圆盘（圆盘半径为r），电极布置采用补偿法时，其测量误差为（18-9）将不同的d13代入式（9-9）可求得相应的测量误差，如表18-1所示，表中D为圆盘直径。表18-1采用不同电极距离测量圆盘接地体接地电阻的误差从18-1看出，用2D补偿法测量圆盘接地体的接地电阻时，其误差比较小（小于1%）。12313122111(sin)rrddrd电极距离d135D4D3D2DD误差（%）-0.057-0.089-0.216-0.826-8.2如果地网是环接地体，同理可证明，若采用补偿法，当接地导体的直径d=8mm，地网半径r=40m时，取不同的d13值，其相应的测量误差，按式（18-9）计算的结果如表18-2所示。表18-2用不同电极距离（d13）测量圆环接地体接地电阻误差（%）由表18-2看出，用2D（为圆环直径）补偿法测量圆环接地体的接地电阻时，其误差亦小于1%。所以对于实示的接地网，用2D补偿法测量接地电阻的误差均在1%以下。D135D4D3D2D(%)-0.0322-0.0595-0.138-0.498此时测量电极的布置是电流极距离地网中心d13=2D，电压极距地网中心是d12=0.618，d13=1.235，D.DL475—92《接地装置工频特性参数的测量导则》规定：当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时，为了得到较为可信的测试结果，建议把电流极离被测接地装置的距离增大，例如增大到10km，同时，电压极离被测接地装置的距离也相应增大。如果在测量工频接地电阻时，d13取（4-5）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不均匀时，d13可以取3D值，d12取1.7D值。二、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D≥60m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、电流法测量接地电阻的试验接线如图18-2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表值，并按下式计算接地电阻，即（18-10）式中Rs——接地电阻，Ω；U——实测电压，V；I——实测电流，A。IURs132T2T1UPAPVVA图18-2电压电流法测接地电阻的试验接线T1-隔离变压器；T2-变压器；1-接地网；2-电压极；3-电流极图18-2中，隔离变压器T1可使用发电厂或变电所的厂用变或所用变50-200KV，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的移圈式或其它形式的调压器；电压表PV要求准确级不低于1.0级，电压表的输入阻抗不小于100kΩ，最好用的分辨率不大于1%的数字电压表（满量程约为50V）；电流表PA准确级不低于1.0级。1.电极为直线布置发电厂和变电所接地网接地电阻采用直线布置三极时，其电极布置和电位分布如图18-3所示，其原理接线如图18-4所示。图18-3测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图直线三极法是指电流极和电压极沿直线布置，三极是指被测接地体1、测量用的电压极2和测量用的电流极3。一般，d13=（4～5）D，d12=（0.5～0.6）d13，D为被测接地装置最大对角线的长度，点2可以认为是处在实际的零电位区内。实验步骤如下：（1）按图18-2接好试验接线，并检查无误。（2）用调压器升压，并记录相对应的电压和电流值，直之升到预定值，比如60A，并记录对应的电压值。（3）将电压极2沿接地体和电流极方向前后移动三次，每次移动的距离为d13的5%左右，重复以上试验；三次测得的接地值的差值小于电阻值的差值小于5%时即可。然后三个数的算术平均值，作为接地体的接地电阻。如果令取时，时，分别测得接地体的接地电阻为Rg1、Rg2、Rg3,则接地体的接地电阻Rg为（18-11）gg1g2g3R2.16R1.9R0.73R,1312dd5.017.02图18-4三极法的原理接线图如果d13取4-5D有困难时，在土壤电阻率较为均匀的地区可取d13=2D,d12=1.2D;土壤电阻率不均匀的地区可取d13=3D,d12=1.7D。2．电极为三角形的布置电极三角形布置示意图如图18-5所示。此时，一般取d12=d13≥2D，夹角图18-5电极三角形布置图1-接地体；2-电压极；3-电流极).21(301223ddc或测量大型接地体的接地电阻时，宜用电压、电流表达、电极采用三角形布置。因为它与直线法比较有下列优点：1）可以减小引线间互感的影响；2）在不均匀土壤中，当d13=2D时，用三角形法的测量结果，相当于3D直线法的不测量结果；用三角形的测量结果，相当于3D直线法的测量结果；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0.5d13的电位变化。接地电阻Rg为（18-12）式中U12——电压极与被测接地装置之间的电压；I——通过接地装置流入地中的测试电流；a——被测接地装置的等效球半径；d12——电压极和被测接地装置的等效中心距离；d13——电流极和被测接地装置的等效中心距离；——电流极和接地装置等效中心的连线与电流极和接地装置等效中心的连接线之间的夹角，一般取12g22131212131213U111R1aIdddd2ddcos1213dd2D,30℃。3．测量工频接地电阻当被测接地装置的对角线较长，或在某些地区（山区或城区）按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。由于两相导即电压线与电泫线之间的距离较小，电压线与电流线之间的互感会引起测量误差。这时可用四极补偿法进行测量。图18-6是消除电压线和电流线之间的互感影响的四极法的原理接线图。图11-6的四极是指被测接地装置1、测量用的电压极；2、电流极3以及辅助电极；4。辅助电极4离被测接地装置边缘的距离d14=30-100m，用高输入阻抗电压表测量1、2，1、4和2、4之间的电压。电压U12、U14和U24以及通过接地装置流入地中的电流I，得到被测接地装置的工频接地电阻。图18-6四极法测量工频接地电阻的原理接线图1-被测接地装置；2-测量有电压极；3-测量有电流极；4-辅助电极222g121424141R(UUU)2UI(18-13)式中U12——被测接地装置1和电压极2之间的电压；U14——被测接地装置1和辅助极4之间的电压；U24——电压极2和辅助极4之间的电压；I——通近接地装置流入地中的试验电流。同时为了减少电压线和电流线这间互感的影响，可使用架空线的一相作电流线，另外再从地面放一根电压测试线，两根丝沿同一方向布线，但应间距一定的距离，最好能大于10m。在试验中如遇到升电流有困难时，应检查架空线路的导线接头是否接触好，接触电阻是否过大，电流极和电压极的接地是否可靠，如不可靠处理，如在测试电流极和电压极四周加盐水处理。如我们有一次在做一水电厂的接地电阻测试时，调压器调到满量程却升不起电流，最后检查是由于试验时所用的35kV架空线路导线弓子接头长期失修、氧化，使接头处电阻过大所致，经处理后电流才会升到预定值。4．测量注意事项（1）试验时用交流电源测量接地电阻时，应采用独立电源，通常单独的所用变压器，并把中性和接地点打开，以防分流引出误差，或升不起电流，也可使用1：1的隔离变压器，其中性点接至被测接地体，相线接至电流极。电压的高低根据电流回路阻抗和所需要的升的电流进行估算。在满足测量要求的前提下，应尽量采用较人低的电压。（2）在许多变电所中，输电线路的架空地线是与变电所接地装置连接在一起的，这会影响变电所接地装置接地电阻的测量结果，因此，在测量彰应把架空线路的避雷线与弯电所接地装置的电连接断开。（3）电流极处因要注入较大的电流，会对附近的人畜造成伤害，因此，在测量时要有专人临护。（4）在试难时电流引线要流过较大的电流，因此，电流回路要有较大的导线截面。（二）比率计法图18-7比率计法的试验接线1-接地体2-电压极；3-电流极；M-比率计采用比率计法测量接地电阻的试验接线如图18-7所示。比率计M指针的偏转与两个线圈流过的电流比成比例，事先将比率计的刻度由电阻值校准，测量时可以直接从刻度上读出接地电阻值。如MC—07、MC—08型和L—8型比率计即是这种接线。（三）电桥法（也称电位法）图18-8电桥型接地电阻测量仪的原理接线（a）接线方法一；（b）接线方法二1-接地体；2-电压极；3-电流极P检流计；S-开关；Sa、Sb-滑动电阻调节手柄；T-试验变压器如图18-8（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，可形成ra和rb两种电阻值。在测量时需进行两次平衡。电源电流通过两个并联支路，在一支路中有电阻r2，被测接地体1，大地和电压极。另一支路中有r1和ra第一次平衡时，将检流计接到a侧，调节滑动触点Sa，使电桥得到平衡，即检流计（P）中电流为零。此时，两支路中电流与电阻r1和r2成正反比即1221rrII（18-14）然后将检流计接到b侧，调节滑动接点Sb，使电桥检流中心电流为零，电桥第二次平衡，这时1与2之间的电压降，等rb上的电压降。即11b12g11b222gI(rr)I(rR)IrvrIrIR