中性點接地電阻柜電阻值測試影響因素

2023/5/19 21:36:17

接地裝置有兩個重要參數：1、中性點接地電阻柜接地電阻值；2、接地網結構，陳波[1]研究表明，雖然接地網的結構和系統等電位很重要，但是低阻值的接地裝置，是設備正常、安全運行的基礎。特別是防雷接地，要在瞬間將幾十KA的雷電流泄流入大地，接地電阻越小，雷電對地散流越快，雷擊后被防雷裝置高電位保持的時間就短，由此引發的雷電反擊、跨步電壓和接觸電壓機率就會減少，人身及設備的危險性程度減輕。總之接地電阻越小，越好，被保護的對象就越安全。文獻[5]對各類防雷建（構）筑物的中性點接地電阻柜接地電阻值的具體數值作出了規定。奚世貴[2]等也指出接地電阻是判定防雷裝置性能優劣的重要技術指標之一，是我們防雷檢測和防雷工程中判定整個防雷設施是否合格的重要依據。在實際的檢測工作中，經常遇到許多影響接地電阻數值的場合，陳波[1]，龔家軍等[4]研究歸納總結了造成防雷裝置接地電阻測量值偏離真值的幾大常見原因，本文作者在其研究成果基礎上進一步歸納合并一些影響因素，并結合檢測工作實際，總結出其四大原因，本文就此進行一些探討。

    2 影響接地電阻測量的因素

    2．1 測量方法及儀器本身因素

   （1）測量方法因素

    測量接地裝置的接地電阻的方法很多，通常有利用接地電阻測試儀測量法、電流-電壓表法，電流電力表法、電橋法和三點法等，目前我國常用的是接地電阻測試儀（以下簡稱地阻儀）測量法。對于地阻儀來說，其工作穩定性是主要因素。從電極布置上又分為三極法和四極法。一般情況下，地阻儀屬于三極法，三極法測試接地電阻又分為直線法和夾角法兩種布線方式。

    一般情況下，三極法測試接地電阻中被測接地極、儀表的電壓極和電流極三者間的相互位置和距離，對于接地電阻測量結果有很大的影響。如果電壓極與被測接地極的距離小，則測量的接地電阻值就比實際值小。在施工現場測量建筑物接地電阻，由于相鄰建筑物、道路的妨礙，電壓、電流極的位置難以按規定的要求布置，往往是哪里能打下電壓、電流極就往哪里插，這樣做就不能保證測量數據的準確性。

    （2） 儀器自身的因素

在檢測大型地網（如電力系統）接地電阻時，電壓表與電壓輔助地極是串聯的[5]，其原理公式如下：

                 I＝ ΔU／（RV + RP）                                 （1）

    式中：ΔU——E、 P兩點間的實際電壓，單位V；

          I  ——流過電壓表的電流，單位A；

          RV——電壓表的內電阻，單位Ω；

          RP——E、P兩點之間的散流電阻，單位Ω。

    從式（1）可看出，它的內阻大小對測量的準確度有很大影響。理論和實踐證明：電壓表內阻大于或等于電壓極散流電阻的50倍時，誤差則會小于2%，測量所用的電壓表、電流表、電流互感器等的準確級，不應低于0．5級。使用精度低的儀器當然會使檢測數據偏離真值。

    有些檢測機構使用了超檢的檢測儀器，測試出來的數據既不具有法律效力，也會使檢測數據偏離真值，偏大偏小要看儀器本身。

    2．2土壤電阻率（ρ）的影響

   （1）土壤含水量

    土壤電阻率很大程度上取決于土壤中的含水量，以及這種水的電阻率，休邁爾經驗公式給出以下關系[3]：

ρ=（1．5/P – 0．5）ρ1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （２）

式中：ρ  ——土壤電阻率，單位Ω．m；

ρ1  ——土壤中水份的電阻率，單位Ω．.m；

P   ——土壤中水份占的相對體積。

    一般情況下，ρ1  近似為1。含水量為15%時，電阻率顯著低，含水量增加時，電阻率急劇下降。當土壤含水量增加到20％～25％時，土壤電阻率將保持穩定。土壤電阻率這些特性在實際檢測工作中有重要的實用意義。所以在舊建筑物的年度檢測和新建建筑物的跟蹤檢測時，經常碰到與上一次測試的電阻值有很大變化，變化率有時可達到40%，這其中就有土壤含水量不同導致土壤電阻率不同的原因。

    （2）季節因素

    我們在進行接地電阻的測試時，同一裝置在土壤含水量不變的情況下，會發現在夏季時檢測數據和在冬天檢測數據不一樣。這其中有土壤含水量和土壤溫度的原因。當土壤溫度升高時，其電阻率下降。一年之中，在同一地方，由于氣溫和天氣的變化，土壤中含水量和溫度都不相同，土壤電阻率也不斷地在變化，其中以地表層為顯著。檢測時，我們應在土壤電阻率大時期進行，即在夏季土壤干燥時期和冬季土壤冰凍甚期間進行，所以春夏季的檢測數據是比真值偏小的。

    2．3 環境因素的影響

    本文所說的“環境”主要是指接地裝置附近的電磁場環境及其他金屬物的布置情況。主要分為以下幾種情況：

    （1）電力線路的布置

    我們在檢測用電部門的電力系統時，發現早期的建筑物結構比較混亂，電力線路接線零亂，有時零地電位差甚至在100V電壓以上，導致被測試接地裝置有漏電流和雜散電流。由于地阻儀測量時回路一般為小電流，當測量回路中有干擾電流時，就會在測試線路上疊加交流信號，直接影響到接地電阻的測量準確性。漏電流的存在常導致地阻儀讀數為零甚至是負值。

   （2）金屬管道的布置

    檢測中性點接地電阻柜接地電阻時的輔助接地極的放置方向和距離對測量值影響很大，通常表現為隨著方向和距離不同，數值也不一樣。在檢測加油站及液化氣站以及高層建筑物接地電阻及靜電接地電阻時，埋入地下的金屬（油、氣）管道和接地裝置以及金屬器件的布置不是很正確地在建筑圖紙上標出。地下金屬道貌岸然的存在，實際上改變了測量儀各極的電流方向，如果同一場地存在不同的土壤電阻率，甚至會出現測量值為負值的現象。

   （3）電磁場環境

    檢測區域附近有大功率的移動通信、微波、天線等基站時，或檢測區域在高壓變電所及高壓線路，大功率設備頻繁起動場所的附近時，會出現較強的電磁場干擾。在檢測過程中使用功率較大的對講機，也會對測試結果有一定的影響。另外在這種電磁環境下，土壤中還會電離出電流，如在沙質土壤地方測試時，會出現測試次數越多，時間越久，測試的中性點接地電阻柜接地電阻越大的現象。

    2．4人為操作因素的影響

    在檢測高層建（構）筑物的天面接閃器、電氣設備或金屬物體等的中性點接地電阻器接地電阻時，測試引線（接地線）從大樓頂接到地面的地阻儀上，測試引線會很長。此時除了要考慮增長的測試線所增加阻抗、感抗和線阻外，還應該考慮在很長的導線所包圍的面積里由于干擾信號電流引起的磁通量變化所產生的干擾電動勢。有時這個干擾電動勢很大，使得測出的接地電阻會產生很大的誤差，有時高達幾個歐姆。有時，長的測試引線卷成一卷也會增加引線的感抗，使得測量值較真值偏大。

接地導線接觸不良也會影響接地電阻測量值。中性點接地電阻柜接地電阻測試儀接地導線與夾子連接處，由于頻繁使用，每次都要彎曲，很容易折斷，且由于保護套的存在，又很難發現，造成電流時斷時通的現象；另外，由于檢測棒、鱷魚夾及探針使用時間長或者檢測化工廠等有腐蝕性環境時，有氧化銹蝕現象，會造成接觸不良，影響測量值。

    3 消除影響因素的初步探討

    （1）雷電流活動遵守歐姆定律[7]，所以有些防雷專家認為：無論是用直線法或夾角法檢測，把地阻儀的電壓輔助極、電流極放置在土質均勻（土壤電阻率均勻）、土壤電阻率小的地方，測試所得數據才符合真實、科學原則，能夠代表雷電流在通過防雷裝置進入地中的實際方同，即測試誤差小。測量布線時要特別注意，不要把電壓、電流接地極打在地網范圍內，否則測試值將小于實際接地電阻值。

在測試大地網時，應使用電壓—電流表法[6]，使用高內阻的電壓表較為合適，以減小由于表自身原因而造成的誤差。接地電阻值檢測必須使用經過權威機構檢定合格的測試儀器，

    （2）每次檢查測試都要將情況逐點記錄在冊，以便與以前和后來檢測的數據做比較。不宜在雨天或雨后進行（土壤含水量增高）。在砂石墊層和土壤較為潮濕的地區檢測接地電阻時，應該取無雨水時土壤干燥狀態下的接地電阻作為標準，而且要進行季節訂正。通過訂正，使接地電阻在不同季節中，均能真實代表實際數值，在計算接地裝置接地電阻時，應取無雨水時大的接地電阻值。為了消除測量誤差。所以接地電阻值在一年四季不同季節時，要用公式進行季節修訂，

其公式為      R=Ψ×R′                                    （3）

      式中：R′——其實測值，單位Ω；

R  ——其訂正值，單位Ω；

Ψ ——季節系數，在沒有取得經驗數據的情況下，可參考接地電阻季節換算系數簡表 ：

測試月 2、3月 4、9月 5、6月 7、8月 10、11月 1、12月

系　數 1．0 1．6 1．95 2．4 1．55 1．2

    不能在雨天或土壤很潮濕時檢測中性點接地電阻柜接地電阻，在土壤電阻率較高的地區（如巖石、砂礫等地），尤其要注意這個問題。電壓、電流接地極應放在潮濕和與大地導電良好的地方，這樣測出的接地電阻相對正確一些。

我們在日常接地裝置測試工作中，應先對其周圍環境做深人了解。檢測前，要詳細了解被檢測地方的地下金屬管道的布置情況，不僅要查看接地裝置圖，還要查看其他地下金屬管道的布置圖。在土壤電阻率比較均勻的地區，取不同的點進行測量，取平均值，盡量減小誤差。

    檢測時，調整放線方向，盡量避開干擾大的方向，使儀表讀數減少跳動。選擇影響盡可能小的地方放置電壓、電流極。 當接地引下線有斷接卡的地方，應斷開進行檢測，避免漏電流和雜散電流對檢測的影響。在附近有較強磁場情況下測試時，表上讀數可能呈周期性擺動，在無法消除干擾情況下，數值取擺動幅度中間的那個值。

    （3）檢測人員須經考核合格，持證上崗，嚴格按照檢測規程檢測。檢測儀器要經常維護，按時檢定，不使用超檢、帶病儀器，檢測前要檢查儀器的性能是否良好。在檢測過程中應有復讀程序，不因讀數失誤而產生錯誤。電池電量不足，要及時更換電池。為了避免在高電磁場下引線受電磁干擾，應盡量縮短檢測引線，引線的材料要使用合格的多股金屬線。引線不要卷成卷，盡量散開。

    需要特別注意的是，在日常防雷裝置檢測工作中，要根據當地雷電的活動規律，作充分地分析研究。一次檢測的結果，往往存在著因各種因素形成的偏差。因此，在平時的防雷工作中，做好屬地內各處與防雷相關的資料積累，是非常重要的工作。通過對大量的實測數據和測試時的各方面因素分析研究，對某一次測試的結果，作出正確地修正。檢測數據應與歷年的數據相比較，在地網、地質、檢測季節、土壤含水量不變的情況下，每年的檢測數據不會相差太大。如果檢測的數據與歷年相比，波動較大，應查出原因，提高數據的準確度。

  4 結束語

    中性點接地電阻柜接地電阻測值一旦測試不準確，要不就要浪費人力物力財力（測值偏大），要不就會給被保護設備帶來安全隱患（測值偏小）。所以在我們工作中一定要正確使用測量儀器，科學制定測量方法，以便得出準確數據。本文提出的以上四個方面的影響因素是日常接地電阻檢測中經常碰到的情況，其相應的解決辦法可以消除或減小各種影響，具有一定的業務指導性。

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