余歡歡 呂茂超 桑雷 / 淮安市計(jì)量測試中心

0 引言

雷電電流流過接地裝置呈現(xiàn)的阻抗為沖擊阻抗，且接地裝置對沖擊電流所呈現(xiàn)的阻抗與工頻接地阻抗是不同的，所以準(zhǔn)確測量接地系統(tǒng)在大沖擊電流下的瞬時(shí)沖擊阻抗是非常必要的。沖擊阻抗測試儀[1]就是采用沖擊電流的方法對接地裝置的接地阻抗進(jìn)行測試，同時(shí)采用錄波儀閃速真實(shí)記錄沖擊瞬時(shí)波形，精確測出沖擊電流作用下的沖擊阻抗的儀器。

國家《計(jì)量法》規(guī)定，凡用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測的計(jì)量器具必須進(jìn)行強(qiáng)制檢定。沖擊阻抗測試儀涉及安全防護(hù)，但目前，國家并沒有相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，只是依據(jù)GB/T 17949.1-2000《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地表電位測量導(dǎo)則》[2]、GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]、DL/T 266-2012《接地裝置沖擊特性參數(shù)測試導(dǎo)則》[4]進(jìn)行校準(zhǔn)。因此本文根據(jù)沖擊阻抗測試儀的實(shí)際情況及長期校準(zhǔn)積累經(jīng)驗(yàn)，提供一種用于校準(zhǔn)沖擊阻抗測試儀的方法。

1 沖擊雷電波

沖擊阻抗測試模擬的是沖擊雷電波，其波形為雙指數(shù)函數(shù),其函數(shù)關(guān)系：

式中：Im—— 雷電流幅值；

A—— 波形矯正系數(shù)；

a—— 波前衰減系數(shù)；

b—— 波尾衰減系數(shù)；

t—— 時(shí)間變量

其中波前時(shí)間是指對于指數(shù)波標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流，在前沿波形上取幅值為峰值的10%到90%的B和C兩點(diǎn)。此兩點(diǎn)的連線與零線的交點(diǎn)即確定為指數(shù)波標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流的視在零點(diǎn)O1，O1點(diǎn)與BC連線另一端和峰值水平線交點(diǎn)的時(shí)間間隔，即為指數(shù)波標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流的波前時(shí)間T1，見圖1。

半峰值時(shí)間是指對于指數(shù)波標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流，視在零點(diǎn)O1與波下降沿50%峰值點(diǎn)的時(shí)間間隔，即為半峰值時(shí)間T2，見圖1。

圖1 沖擊雷電波波形圖

2 沖擊阻抗測試儀校準(zhǔn)方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)器和主要配套設(shè)備及參數(shù)

1）標(biāo)準(zhǔn)阻抗準(zhǔn)確度：0.2%；

2）數(shù)字示波器，MPE：±2%，帶寬不小于100 MHz；

3）絕緣電阻表準(zhǔn)確度等級(jí)不低于10級(jí)，額定電壓 500 V；

4）工頻耐壓測試儀，準(zhǔn)確度等級(jí)不低于5級(jí)。

2.2 校準(zhǔn)項(xiàng)目

沖擊阻抗測試儀測試項(xiàng)目主要有：1）外觀及通電檢查；2）阻抗示值誤差；3）波前時(shí)間，半峰值時(shí)間；4）絕緣電阻；5）工頻耐壓試驗(yàn)等，其中外觀及通電檢查、絕緣電阻、工頻耐壓試驗(yàn)為常規(guī)項(xiàng)目，在此不做重點(diǎn)研究，主要對阻抗示值誤差、波前時(shí)間、半峰值時(shí)間項(xiàng)目進(jìn)行分析。

2.2.1 阻抗示值誤差

沖擊阻抗測試儀阻抗示值誤差的校準(zhǔn)，采用標(biāo)準(zhǔn)阻抗法，在阻抗量程2%～100%之間均勻選取，校準(zhǔn)點(diǎn)不少于5點(diǎn)，其校準(zhǔn)原理線路圖如圖2所示。

圖2 校準(zhǔn)原理線路圖

沖擊阻抗測試儀阻抗示值誤差按照式（1）計(jì)算

式中：Δ —— 測試儀絕對誤差；

R—— 測試儀阻抗示值；

R0—— 標(biāo)準(zhǔn)阻抗實(shí)際值

2.2.2 波前時(shí)間

波前時(shí)間和半峰值時(shí)間的校準(zhǔn)接線如圖3所示。

圖3 波前時(shí)間和半峰值時(shí)間的校準(zhǔn)接線

選擇一沖擊電流點(diǎn)，使采樣得到的沖擊電流峰值波形占滿數(shù)字示波器幅值對稱的5行顯示格，用數(shù)字示波器光標(biāo)的時(shí)間測量功能進(jìn)行波前時(shí)間和半峰值時(shí)間的校準(zhǔn)。數(shù)字示波器時(shí)間光標(biāo)的顯示值，即為沖擊電流波前時(shí)間和半峰值時(shí)間的實(shí)際值。按式（2）（3）分別計(jì)算沖擊電流波前時(shí)間和半峰值時(shí)間的相對誤差。

式中：γ2—— 試驗(yàn)儀的波前時(shí)間相對誤差；

TN1—— 波前時(shí)間指示值；

T1—— 波前時(shí)間實(shí)際值

式中：γ3—— 試驗(yàn)儀的半峰值時(shí)間相對誤差；

TN2—— 半峰值時(shí)間指示值；

T2—— 半峰值時(shí)間實(shí)際值

3 結(jié)語

本文根據(jù)沖擊阻抗測試儀長期校準(zhǔn)積累經(jīng)驗(yàn)，提供一種用于沖擊阻抗測試儀的校準(zhǔn)方法，在方法中闡述了校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)器技術(shù)參數(shù)及校準(zhǔn)項(xiàng)目，通過本文的研究，有利于沖擊阻抗測試儀的量值溯源。