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大型接地網內部接地電阻測量方法

0 引言

  在防雷檢測和竣工驗收過程中經常會遇到大型接地網,其對角線長度超過100m。由于測量規范要求的布線距離很長,例如電流極距離為接地網對角線長度的4~5倍,接地網越大,則需要布線的距離越長。許多測試對象周邊的布線條件復雜,放線困難,工作量大,不少檢測公司人員采取縮短布線距離,或者直接在大型接地網內部采用短線測量,那么這種測試方法是否正確呢?

1 接地電阻測試的概念

  接地電阻的概念:接地裝置工頻接地電阻的數值,等于接地裝置的對地電壓與通過接地裝置流入地中工頻電流的比值。接地裝置的對地電壓是指接地裝置與地中電位場的實際零位之間的電位差。

  測試接地電阻常用的方法有電位降法、三極直線法和三極夾角法,根據其測試原理可知,電位降法和三極直線法都是在電壓極P處于對地電壓零電位的位置時所測得的數值進行接地電阻計算的,而三極夾角法通過數據的修正來計算,但其電壓極P也應處于零電位位置。

  因此,準確尋找零電位的位置是各種測量方法確定電壓極引線長短的基礎。

2 接地體周圍的電壓降和電位分布

  雷電流或故障電流迅速通過接地極導入大地時,在其周圍土壤上產生電位。以單根管樁接地體為例,在土壤電阻率均勻的場地,當電流從接地體中流出時向土壤的各個方向擴散。在土壤電阻率均勻、接地體與大地緊密接觸的情況下,流入地中的電流通過接地極向大地呈半球狀散流,單根接地裝置周圍電位分布圖如圖1所示。因此,將電流通過接地極向大地流散時產生明顯電位梯度的土壤范圍稱為流散區。

  由圖1可見,離接地體愈近,電流密度愈大,電壓降也愈大;當電流流經距接地體很遠的地方時,由于電流密度非常小,實際電壓降接近于0。

  試驗證明:在距單根接地極20m以外的地方,電圖1單根接地裝置周圍電位分布圖位已趨近于0,該處就屬于接地裝置對地電壓的零電位。

  多根接地裝置周圍散流電阻分布如圖2所示。由圖2可知,多根接地裝置由于屏蔽作用,其散流區更大,零電位的位置更遠。

  由此可以得出,零電位存在于散流區之外,接地體越多,散流區越大,零電位的位置也越遠。散流區的大小取決于地網的形狀、大小和尺寸。

3 采用縮短布線距離的方法測量接地電阻以單根接地裝置采用電位降法測量接地電阻為例。

  3.1 電壓極P在散流區內部,電流極C在散流區外正常布置電壓極P在散流區內部時如圖3所示。

  可知,根據U-X變化曲線,曲線平坦處為電位零點,即P點位置,與曲線起點間的電位差即為接地裝置E的電位降Um,接地裝置E的接地電阻R=Um/I,此值即為接地電阻的真實值。當縮短電壓極引線長度時,電壓極有可能布置在散流區內,電壓極位于P1位置時,其位于接地裝置散流區之內,測量值U1

  當電壓極位于接地裝置散流區內時,所測接地電阻值小于真實值。因此,電壓極P應位于接地裝置散流區之外。

  3.2 電壓極P、電流極C都在散流區內部電壓極P、電流極C在散流區內部如圖4所示。

  當縮短電壓極和電流極引線長度時,由于接地裝置與電流極之間的距離縮小,U-X曲線變得非常陡,使得要準確尋找到曲線平坦處變得異常困難。雖然理論上接地裝置與電流極之間也存在一個電位等于0的零點位置(P點位置),但是電流極與接地裝置間距太小,由于電流的屏蔽作用,電位零點的位置會發生偏移,偏移受土壤電阻率和地中管道、地中雜散電流等諸多因素影響,實際情況中很難準確尋找到,通常測量到的數值會出現P1、P2位置的情況,即U1Um的情況,所測得數值都偏離于真實值,無法反映接地裝置的真實電阻值。

4 大型地網內部采用短線測量

  大型地網接地由多根接地極、接地線等裝置組合而成,其散流區的分布更加復雜,在大型接地網內部幾乎找不到電位零點區域,而輔助極位置又無法和接地裝置保持足夠的距離,故測量數據與真實值偏差較大。

  以網格狀布置的多根接地極為例,當在地網內部采用短線測量,即電壓極P和電流極C都在地網內部。大地網內部短線測量布置如圖5所示。

  在網格狀布置的多根接地極內部進行布線,由于電壓極和電流極無法和水平接地體保持足夠遠的距離,故測量回路如等效圖所示,測量回路近似于接地裝置電氣完整性測試,相當于測試接地裝置各部分之間的電氣導通性,其測量結果為接地裝置E和電壓極附近接地體之間的電阻值,而非接地裝置E的接地電阻,與測量的初衷不符。

5 結語

  為了方便而縮短布線距離的方法,其接地電阻測量結果與實際值存在一定偏差;在大型接地網內部采用短線測量的方法,其測量結果完全違背測量的初衷。所以,這兩種接地電阻測量方法都是不可取的。

  接地電阻測試應遵循規范要求布線,嚴格按照GB/T21431-2015《建筑物防雷裝置檢測技術規范》要求,遵循其布線距離的要求。

  布線時應明確這些概念:接地裝置最大對角線長度,接地裝置邊緣與電流極的距離,接地裝置邊緣與電壓極的距離,輔助極應布置在地網散流區之外。

  測試接地電阻布線還應考慮其他因素對測量結果的影響,測試回路應盡量避開河流、湖泊;盡量遠離地下金屬管路和運行中的輸電線路,避免與之長段并行,與之交叉時垂直跨越;減小電流線與電位線之間的互感影響等,在今后的檢測工作中應盡量避免干擾因素對測量數據的影響,確保檢測數據的正確性和科學性。

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