接地装置试验方法

x
图18-1三极法测量接地电阻的试验接线
Edx
x
l dx 2x 2 2x
x
（18-2）
由式（18-2）知，电极1、2之间出现的电位差为
U' I 1 1 ( ) 2 rg d12
（18-3）
电极3使1、2、之间出现的电差为
I 1 1 U' ( ) 2 d 23 d13
表18-2 用不同电极距离（d13）测量圆环接地体接地电阻误差 （%）
D13 5D -0.0322 4D -0.0595 3D -0.138 2D -0.498
(%)
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。
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。
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。
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Biblioteka Baidu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。
（18-4）
1，2电极之间的总电位等于U’与U”之和，即
I 1 1 1 1 U U 'U ' ' ( ) 2 rg d12 d 23 d13
（18-5）
因此1、2极之间呈现一的电阻Rg为
U 1 1 1 1 Rg ( ) I 2 rg d12 d 23 d13
（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 d , 取 1 0.5 时，2 0.7 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
接地电阻Rg为
U R g 12 I 1 1 1 1 a 2 2 d13 d12 d d 2d12 d13 cos 12 13
（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 ℃。
（18-1）
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。
我们知道，电场强度E=Jl , l 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
U
13
d 12
R g 2.16R g1 1.9R g2 0.73Rg3
（18-11）
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。
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
J 1 2 X 2
d12 d13 2D, 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116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=30100m，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。
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
Rs U I
（18-10）
式中 Rs——接地电阻，Ω； U——实测电压，V； I——实测电流，A。
T1 U
T2
V PV A PA 1 2 3
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18-6 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
Rg 1 2 2 (U12 U14 U2 24 ) 2U14 I
(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。
（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。
1 1 1 0 1 a a
而
a2 a 1 0
解得a=0.618
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。
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
5D -0.057 4D -0.089 3D -0.216 2D -0.826 D -8.2
电极距离d13 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%）。
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。
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。
接地体1的接地电阻实际值为
（18-6）
R 2Rg
式中 R——接地体的实际电阻； rg——接地体的半径；
（18-7）
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
1 1 1 0 d 23 d12 d13
（18-8）
令d12=ad13,d23=(1-a)d13,代入式（18-8）得
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 1 30 c ( 或 d d12 ). d12=d13≥2D，夹角 23
2
图18-5 电极三角形布置图 1-接地体；2-电压极； 3-电流极
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。
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。
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。
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

2r

(
1 1 1 r sin 1 ) d 23 d13 r d12
（18-9）
将不同的d13代入式（9-9）可求得相应的测量误差，如表181所示，表中D为圆盘直径。