影響接地電阻測量因素的分析及改善措施

周曉娟+范凱彬+劉東東+張一博

摘 要：接地電阻測量在建筑工程驗收和防雷檢測中必不可少，由于測量方法及環(huán)境因素的影響，對測量結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。文章分析了導(dǎo)致接地電阻測量誤差的主要原因并提出了減小或者抑制測量誤差發(fā)生的措施。對于工程技術(shù)人員正確測量接地電阻及獲得準(zhǔn)確的數(shù)值提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：接地電阻；測量；誤差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.239

0 引言

雷電能量巨大，直接擊在建筑物或大地上時，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力效應(yīng)會造成嚴(yán)重的建筑物損壞和人員傷亡，避雷接地是使雷擊時所產(chǎn)生的雷電流通過埋在地下的導(dǎo)體向大地釋放，以避免雷擊損害的接地[1]。近年來，工程技術(shù)人員使用的接地電阻的測量方法有很多，最常用的有兩點法、三點法、三極法、四極法、大電流法及變頻法。在實際操作中，有很多干擾因素的存在會對工程技術(shù)人員的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，例如：電壓極和電流極引線間的互感、地下附近的金屬物、電壓表內(nèi)部參數(shù)、大地的趨膚效應(yīng)、干擾信號、季節(jié)因素、儀器使用誤差等因素，以致于不能得到準(zhǔn)確而有效的測量數(shù)據(jù)。在防雷安全接地檢測中測量接地電阻，必須做到準(zhǔn)確而有效[2-3]。因此，研究分析影響防雷接地的各個因素，進(jìn)而采取相應(yīng)的預(yù)防和改進(jìn)措施，對于工程技術(shù)人員準(zhǔn)確測量接地電阻有著重要意義。

1 電流極引線和電壓極引線之間的互感對測量結(jié)果的影響

采用直線補償法測量接地電阻時，在對角線的長度達(dá)到幾百米的大接地網(wǎng)中，需采用四到五倍對角線電流極引線長度測量，則電流極引線、電壓極引線則需要達(dá)到幾千米的長度。電流極和電壓極引線在很長的范圍內(nèi)平行敷設(shè)，而且間距較小時，會產(chǎn)生比較大的互感電勢，其互感電勢會對接地電阻的測量值產(chǎn)生影響，此外，測量值與線纜的長度、線纜敷設(shè)的距離、所用測試電流的幅值、頻率及線纜距地面的高度等也有關(guān)系[4-6]。

電流極引線中電流的流動，會耦合到電壓極引線而產(chǎn)生電壓，其耦合產(chǎn)生的電壓將直接疊加到所欲測量的電壓上，使得電壓極電位升高，最終導(dǎo)致所測接地電阻值較真實接地電阻值偏大。通常情況，互感電勢作用在電壓極引線上時，兩條平行試驗引線間的電感耦合所造成的誤差可高達(dá)0.1Ω/100m，其影響是可觀的，尤其對于接地阻抗小的地網(wǎng)。通常低接地阻抗總是出現(xiàn)在大面積接地網(wǎng)上，測量這種接地網(wǎng)就得用長的試驗引線，以便引到遠(yuǎn)方零電位點[7]。此時，為了消除引線互感的影響，可以采用三角形法布置電極的方法，使電壓線和電流線相距的較遠(yuǎn)，以消除引線互感的影響。

我國一般采用下式估算兩條平行線間的互感[8]（適用于均勻土壤，不適用于非均勻性土壤）：

2 地下附近金屬物體對測量結(jié)果的影響

在測量某一接地裝置時，其附近很可能存在其他建筑物基礎(chǔ)或金屬管道等建構(gòu)筑物，這些建構(gòu)筑物都會對接地電阻值的測量產(chǎn)生一定的影響。為了盡可能地減小建筑物基礎(chǔ)和金屬管道的影響，在條件允許的基礎(chǔ)上，首先應(yīng)全面了解建筑物附近的布局圖。

圖中P點為電壓極位置，C點為電流極位置，大接地網(wǎng)為待測接地裝置，小接地網(wǎng)為測量線路經(jīng)過的另一接地裝置。

當(dāng)測量某一接地裝置時，若附近有其他小地網(wǎng)，當(dāng)測量線路經(jīng)過小接地網(wǎng)時，可以近似的認(rèn)為小地網(wǎng)上電位處處相等，所以在該接地電阻的測量曲線上會出現(xiàn)一段平坦部分，這時可能會對電壓極補償點位置選擇的判斷產(chǎn)生影響。由于小地網(wǎng)范圍內(nèi)電位幾乎沒有差別，小范圍的移動電壓極（小地網(wǎng)范圍內(nèi)）對接地電阻的測量結(jié)果基本上沒有影響。以上情況出現(xiàn)時，工程測量人員找到的“補償點”不是真實的，會使測量結(jié)果有很大的誤差，導(dǎo)致最后測量數(shù)據(jù)的不真實。此種情況下，工程技術(shù)人員實際進(jìn)行接地電阻的測量時，應(yīng)先測量接地裝置附近的土壤電阻率，一是了解土壤結(jié)構(gòu)，二是查探被測地網(wǎng)附近是否存在其它小地網(wǎng)或金屬管道區(qū)域，可以通過分析測得的土壤電阻率來計算補償點的正確位置，以獲得真實有效的測量數(shù)據(jù)。此外還可以通過增加電流極引線的長度，讓補償點的位置遠(yuǎn)離小地網(wǎng)，然后再通過左右移動5%的方法確定補償點的位置[9]。

當(dāng)測量某一接地裝置時，若附近有其他金屬管道，測量線路經(jīng)過金屬管線區(qū)域時，相當(dāng)于縮短了測試極與被測地網(wǎng)之間的有效距離，也會對測量結(jié)果造成巨大的誤差，導(dǎo)致最后測量數(shù)據(jù)的錯誤和無效。在此種情況下，工程技術(shù)人員需使電極布置的方向與地下金屬物走向垂直，減少地下金屬物對測量結(jié)果的影響，以獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

3 干擾信號對測量結(jié)果的影響

干擾信號對避雷接地的測量結(jié)果有著很大的影響，在被測試的接地系統(tǒng)中經(jīng)常存在高電平干擾信號、雜散電流及工頻干擾信號等。在涉及到工業(yè)中的接地系統(tǒng)和電源變壓器時，其中的強大放電電流會流向大地。在靠近高壓配電線、鐵路等處的接地電極周圍區(qū)域常常存在較高的漏電電流。要注意測量干擾地電壓，觀察是否超過了儀器規(guī)定值[10]。一般干擾信號的存在會對接地電阻的測量產(chǎn)生影響，降低測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，消除干擾因素的影響是十分必要的?？梢愿鶕?jù)不同干擾信號，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如，對于有雜散電流干擾的接地裝置進(jìn)行測量時，可以采用大電流接地電阻測試儀，加大測量信號的強度；對于有高頻干擾存在的情況下，應(yīng)盡量做到遠(yuǎn)離高頻干擾源，并采取檢測引線屏蔽措施?，F(xiàn)代建筑多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其建筑物框架的鋼筋相互連接，構(gòu)成了一個個法拉第籠，在進(jìn)行接地電阻測量時，如果將測量極的線路從建筑物內(nèi)部引至待測量設(shè)備，就可以對戶外的干擾電磁波起到一定的屏蔽作用，從而減少干擾信號對測量結(jié)果的影響。

4 測量電極對測量結(jié)果的影響

測量電極對測量結(jié)果的影響有以下三方面：測試電極與土壤之間的接觸電阻、測量電源的注入電流以及電極的極化效應(yīng)。

工程技術(shù)人員在對接地裝置進(jìn)行測量時，得到的接地電阻中包含了插入土壤中的測試電極與土壤之間產(chǎn)生的接觸電阻。為減小測量誤差，要盡量減少測量電極與土壤之間的接觸電阻，在實際操作中應(yīng)使電極與土壤緊密接觸。因此在測量電極的選用上要格外注意，宜選用圓鋼而不宜使用螺紋鋼。

在接地電阻的測量中，測量電源的注入電流也是影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的一個重要因素，電流極接地電阻與測量電源的內(nèi)阻是串聯(lián)起來的，可見電流極會直接影響到注入電流。在測量電源電壓不變的情況下，接地電阻越大，注入電流越??；相反地，接地電阻越小，注入電流則越大。在實際測量中，可以通過降低電流極接地電阻的方法獲得較大的注入電流，提高測量精度和準(zhǔn)確度，例如，將電流極全部打入土壤或在電流極周圍澆水。

在外電場作用下，金屬電極與土壤之間會產(chǎn)生電化學(xué)作用，產(chǎn)生電極極化效應(yīng)。電極表面會產(chǎn)生極化電位，對于測量電極間就存在極化電位差，從而干擾測量的準(zhǔn)確性。

5 地電壓和周圍電磁場對測量結(jié)果的影響

通常地電壓影響最終測量結(jié)果有兩個途徑，一是建筑物采用了共用接地裝置時，由于設(shè)備絕緣不好或短路，會引起接地裝置對地產(chǎn)生地電壓，從而在檢測過程中出現(xiàn)指針搖擺不定的情況，產(chǎn)生誤差；二是由于附近的變壓器或其他裝置產(chǎn)生漏電，使周圍電場發(fā)生畸變，產(chǎn)生地電位分布不均，從而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，當(dāng)檢測現(xiàn)場附近有大功率發(fā)射塔、天線等存在時，周圍就會存在強的電磁場，也會對測量儀器產(chǎn)生干擾，引起一定的測量誤差。

6 環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響

在影響土壤電阻率變化的眾多環(huán)境因素中，應(yīng)充分考慮到季節(jié)因素的影響。伴隨著季節(jié)的變化，土壤的含水量和溫度有明顯的變化。土壤越濕，含水量越高，導(dǎo)電性能就越好，土壤電阻率就越小；反之就越大。當(dāng)溫度在0℃以上時，土壤電阻率是隨溫度的增加而減小的，且平穩(wěn)變化；而溫度在0℃以下時，土壤電阻率隨溫度的降低顯著變大。由此可見，接地體的接地電阻隨土壤干濕和溫度是變化的，因此，在不同季節(jié)進(jìn)行土壤電阻率測試時，應(yīng)充分考慮到溫度和濕度的變化對接地電阻測量的影響，其中，降雨和冰凍對土壤電阻率的影響最大。其他環(huán)境因素的影響也是不容忽視的，例如，地中多處有獨立接地的存在時，如變壓器接地，由于多種原因，會引起接地電阻變大、變壓器本身絕緣變差，產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，使接地極周圍產(chǎn)生電位差；被測接地極本身存有交變電流。

7 人為因素對測量結(jié)果的影響

人為因素引起的測量誤差，主要來源于工程技術(shù)人員對測量儀器的使用或儀器本身維護(hù)不當(dāng)。例如，經(jīng)常彎曲使用有可能造成接地電阻測試儀接線連接處連線的折斷，從而出現(xiàn)時斷時通的現(xiàn)象；檢測棒和檢測夾表面有氧化銹蝕現(xiàn)象出現(xiàn)時會造成接觸不良；檢測高層建筑時，需要使用加長的測試線，過長的檢測線感應(yīng)出電壓，同時，長線本身也有線阻存在，都會造成測量誤差。為避免這些測量誤差，檢測人員需要規(guī)范自己的行為，以認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度做好檢測工作，并對測量儀器進(jìn)行定期的檢定和保養(yǎng)。

8 結(jié)論

在實際的操作中，影響接地電阻測量的因素有很多，為了保證測量結(jié)果的真實性和有效性，檢測人員必須具備熟練的技能，需嚴(yán)格按照儀器的操作使用說明，嚴(yán)格執(zhí)行檢測規(guī)范，端正態(tài)度，檢測前要對測試場所環(huán)境作充分的了解，盡量消除各種干擾因素的影響，檢測后需做好測量數(shù)據(jù)的資料累積。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘忠林.現(xiàn)代防雷技術(shù)[M].四川：電子科技大學(xué)出版社，2005：86-87.

[2]張培剛，陳章偉，張國鳴.大型接地網(wǎng)接地電阻測量誤差分析和對策[J].浙江電力，2009（02）：81-83.

[3]曹曉華，孫昭昌，孫偉.接地電阻測量方法[J].變壓器，44（10）：40-42.

[4]李景祿，鄭瑞臣.關(guān)于接地工程中若干問題的分析和探討[J].高電壓技術(shù)，2006（06）.

[5]魯志偉，常樹生，蘭淑麗等.引線間互感對土壤電阻率測量結(jié)果的影響[J].高電壓技術(shù)，2004（05）.

[6]許穎，劉繼，馬宏達(dá)等.建（構(gòu)）筑物雷電防護(hù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[7]中華人民共和國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB/T17949，卜2000.接地系統(tǒng)的土壤電阻率.接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則第一部分：常規(guī)測量[S]，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[8]解廣潤.電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，1991.

[9]馮志偉，肖穩(wěn)安，馬金福.影響接地電阻測量結(jié)果的因素分析[J].電氣應(yīng)用，2010（15）.

[10]楊仲江.防雷裝置檢測審核與驗收[M].北京：氣象出版社，2009：181-186.

作者簡介：周曉娟，女，本科，研究方向：雷電防護(hù)技術(shù)。