防雷装置检测—防雷检测和竣工验收过程中接地电阻的测量方法

防雷装置检测—防雷检测和竣工验收过程中接地电阻的测量方
法
在防雷检测和竣工验收过程中经常会遇到大型接地网，其对角线长度超过100m。

由于测量规范要求的布线距离很长，例如电流极距离为接地网对角线长度的4～5倍，接地网越大，则需要布线的距离越长。

许多测试对象周边的布线条件复杂，放线困难，工作量大，不少检测公司人员采取缩短布线距离，或者直接在大型接地网内部采用短线测量，那么这种测试方法是否正确呢?
1、接地电阻测试的概念
接地电阻的概念：接地装置工频接地电阻的数值，等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中工频电流的比值。

接地装置的对地电压是指接地装置与地中电位场的实际零位之间的电位差。

用于接地装置电阻测量的设备称为接地电阻测量仪它又称为或接地电阻表、接地摇表或接地兆欧表，主要用于电气设各以及避雷装置等的接地电阻的测量。

它的组成形式很多，如电位计式、电桥式、电动系流比计式等。

不同类型的接地电阻测量仪的基本原理是一样的。

测试接地电阻常用的方法有电位降法、三极直线法和三极夹角法，根据其测试原理可知，电位降法和三极直线法都是在电压极P处于对地电压零电位的位置时所测得的数值进行接地电阻计算的，而三极夹角法通过数据的修正来计算，但其电压极P也应处于零电位位置。

因此，准确寻找零电位的位置是各种测量方法确定电压极引线长短的基础。

接地电阻是指接地装置流过工频电流时所呈现的电阻，包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与大地之间的接触电阻和大地流散电阻。

其中，接地线与接地体的电阻很小，而大地流散电阻较大。

当电流经接地体而流入大地时，电流呈半球状从接地体向四周扩散，如图所示。

越靠近接地体，扩散电流密度越高；距接地体越远，扩散电流密度越低。

在距接地体20m处，扩散电流密度近似为0。

所以把接地体周围20m范围内接地体与大地接触的接触电阻和大地流散电阻称为接地电阻。

只有接地装置的接地电阻符合安全规程中规定的数值时，才能可靠地保证电气设各的安全运行和工作人员的人身安全。

例如：安全规程中规定一般工作接地的接地电阻值不大于4Ω；重复接地的接地电阻值不大于10Ω；在1kV以下中性点直接接地或不接地的供电系统中，其保护接地电阻值不大于4Ω；当配电变压器或电机额定容量在100kV·A以下时，保护接地电阻值不大于10Ω；在高压大接地短路电流系统中的保护接地电阻值不大于0.5Ω。

参考资料：几种主要的接地类型
一、安全保护接地
安全保护接地是把与电器设备带电部分相绝缘的金属外壳或机架同地之间做良好的接地称为安全保护地。

若机壳不接地则机壳带有较高电位，人体接触后就有触电的危险，当绝缘被击穿时，接地短路电流将沿着接地线和人体两条通路同时流入大地。

通常计算机机房使用的交流设备的机壳（如：空调机、稳频稳压装置、变压器、UPS备份电源等设备的外壳）也应按有关电器规范进行接地处理。

二、防雷接地
防雷接地是组成防雷措施的重要部分。

其作用是把雷电流引入大地。

建筑物和电气设备的防雷主要是采用避雷器(包括避雷针、避雷带、避雷网和消雷装置等)。

避雷器的一端与被保护设备相接，另一端连接接地装置。

当发生直击雷时，避雷器将雷电引向自身，雷电流经过其引下线和接地装置进入大地。

此外，由于雷电引起静电感应副效应，为了防止造成间接损害，如房屋起火或触电等，通常也要将建筑物内的金属设备、金属管道和钢筋结构等接地；雷电波会沿着低压架空线、电视天线侵入房屋，引起屋内电器设备的绝缘击穿，从而造成火灾或人身触电伤亡事故，所以还要将线路上和进屋前的绝缘瓷瓶铁脚接地。

三、工作接地
工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设置的接地。

它分为机器逻辑接地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地等等。

四、联合接地
联合接地方式也称单点接地方式，即所有接地系统共用一个共同的“地”。

联合接地有以下一些特点：
（1）整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体，对于直击雷，楼
内同一层各点位比较均匀；对于感应雷，笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供10－40dB的屏蔽效果；
（2）一般联合接地方式接地电阻非常小，不存在各种接地体之间的耦合影响，有利于减少干扰；
（3）可以节省金属材料，占地少。

由上不难看出，采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。

防静电接地的接地线应串联一个1MΩ的限流电阻，即通过限流电阻与接地装置相连。

接地电阻不是越小越好吗？为何还要串联电阻？
计算机接地是以接地电流易于流动为目标，要求接地电阻越小越好。

计算机中心的接地应尽量减少噪音引起的电位变动，同时应注意信号电路与电源电路、高电平电路与低电平电路不能使用同一共地回路。

对传输带宽要求较高的网络布线，应采用隔离式屏蔽接地，以防止静电感应产生干扰。

在设计上力求简单、经济和实效；接地如能和屏蔽有效地结合起来，将能更好地解决干扰，抑制噪音。

2、接地体周围的电压降和电位分布
雷电流或故障电流迅速通过接地极导入大地时，在其周围土壤上产生电位。

以单根管桩接地体为例，在土壤电阻率均匀的场地，当电流从接地体中流出时向土壤的各个方向扩散。

在土壤电阻率均匀、接地体与大地紧密接触的情况下，流入地中的电流通过接地极向大地呈半球状散流，单根接地装置周围电位分布图如图1所示。

因此，将电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围称为流散区。

由图1可见，离接地体愈近，电流密度愈大，电压降也愈大;当电流流经距接地体很远的地方时，由于电流密度非常小，实际电压降接近于0。

图1 单根接地装置周围电位分布图
试验证明：在距单根接地极20m以外的地方，图1单根接地装置周围电位分布图位已趋近于0，该处就属于接地装置对地电压的零电位。

多根接地装置周围散流电阻分布如图2所示。

由图2可知，多根接地装置由于屏蔽作用，其散流区更大，零电位的位置更远。

图2 多根接地装置周围散流电阻分布
由此可以得出，零电位存在于散流区之外，接地体越多，散流区越大，零电位的位置也越远。

散流区的大小取决于地网的形状、大小和尺寸。

3、采用缩短布线距离的方法测量接地电阻以单根接地装置采用电位降法测量接地电阻为例。

3.1 电压极P在散流区内部，电流极C在散流区外正常布置电压极P在散流区内部时如图3所示。

图3 电压极P在散流区内部
可知，根据U-X变化曲线，曲线平坦处为电位零点，即P点位置，与曲线起点间的电位差即为接地装置E的电位降Um，接地装置E的接地电阻R=Um/I，此值即为接地电阻的真实值。

当缩短电压极引线长
度时，电压极有可能布置在散流区内，电压极位于P1位置时，其位于接地装置散流区之内，测量值U1
当电压极位于接地装置散流区内时，所测接地电阻值小于真实值。

因此，电压极P应位于接地装置散流区之外。

3.2 电压极P、电流极C都在散流区内部电压极P、电流极C在散流区内部如图4所示
图4 电压极P、电流极C在散流区内部
当缩短电压极和电流极引线长度时，由于接地装置与电流极之间的距离缩小，U-X曲线变得非常陡，使得要准确寻找到曲线平坦处变得异常困难。

虽然理论上接地装置与电流极之间也存在一个电位等于0的零点位置(P点位置)，但是电流极与接地装置间距太小，由于电流的屏蔽作用，电位零点的位置会发生偏移，偏移受土壤电阻率和地中管道、地中杂散电流等诸多因素影响，实际情况中很难准确寻找到，通常测量到的数值会出现P1、P2位置的情况，即U1Um的情况，所测得数值都偏离于真实值，无法反映接地装置的真实电阻值。

4、大型地网内部采用短线测量
大型地网接地由多根接地极、接地线等装置组合而成，其散流区的分布更加复杂，在大型接地网内部几乎找不到电位零点区域，而辅助极位置又无法和接地装置保持足够的距离，故测量数据与真实值偏差较大。

以网格状布置的多根接地极为例，当在地网内部采用短线测量，
即电压极P和电流极C都在地网内部。

大地网内部短线测量布置如图5所示。

图5 大地网内部短线测量布置
在网格状布置的多根接地极内部进行布线，由于电压极和电流极无法和水平接地体保持足够远的距离，故测量回路如等效图所示，测量回路近似于接地装置电气完整性测试，相当于测试接地装置各部分之间的电气导通性，其测量结果为接地装置E和电压极附近接地体之间的电阻值，而非接地装置E的接地电阻，与测量的初衷不符。

5、总结
为了方便而缩短布线距离的方法，其接地电阻测量结果与实际值存在一定偏差;在大型接地网内部采用短线测量的方法，其测量结果完全违背测量的初衷。

所以，这两种接地电阻测量方法都是不可取的。

接地电阻测试应遵循规范要求布线，严格按照GB/T21431-2015《建筑物防雷装置检测技术规范》要求，遵循其布线距离的要求。

布线时应明确这些概念：
•接地装置最大对角线长度；
•接地装置边缘与电流极的距离；
•接地装置边缘与电压极的距离；
•辅助极应布置在地网散流区之外。

测试接地电阻布线还应考虑其他因素对测量结果的影响，测试回路应尽量避开河流、湖泊;尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路，避免与之长段并行，与之交叉时垂直跨越;减小电流线与电位线之间的
互感影响等，在今后的检测工作中应尽量避免干扰因素对测量数据的影响，确保检测数据的正确性和科学性。