防雷檢測(cè)和竣工驗(yàn)收過(guò)程中接地電阻的測(cè)量方法

在防雷檢測(cè)和竣工驗(yàn)收過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到大型接地網(wǎng)，其對(duì)角線長(zhǎng)度超過(guò)100m。由于測(cè)量規(guī)范要求的布線距離很長(zhǎng)，例如電流極距離為接地網(wǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度的4～5倍，接地網(wǎng)越大，則需要布線的距離越長(zhǎng)。許多測(cè)試對(duì)象周邊的布線條件復(fù)雜，放線困難，工作量大，不少檢測(cè)公司人員采取縮短布線距離，或者直接在大型接地網(wǎng)內(nèi)部采用短線測(cè)量，那么這種測(cè)試方法是否正確呢?

1、接地電阻測(cè)試的概念

接地電阻的概念:接地裝置工頻接地電阻的數(shù)值，等于接地裝置的對(duì)地電壓與通過(guò)接地裝置流入地中工頻電流的比值。接地裝置的對(duì)地電壓是指接地裝置與地中電位場(chǎng)的實(shí)際零位之間的電位差。

測(cè)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(jù)其測(cè)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(duì)地電壓零電位的位置時(shí)所測(cè)得的數(shù)值進(jìn)行接地電阻計(jì)算的，而三極夾角法通過(guò)數(shù)據(jù)的修正來(lái)計(jì)算，但其電壓極P也應(yīng)處于零電位位置。

因此，準(zhǔn)確尋找零電位的位置是各種測(cè)量方法確定電壓極引線長(zhǎng)短的基礎(chǔ)。

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(guò)接地極導(dǎo)入大地時(shí)，在其周圍土壤上產(chǎn)生電位。以單根管樁接地體為例，在土壤電阻率均勻的場(chǎng)地，當(dāng)電流從接地體中流出時(shí)向土壤的各個(gè)方向擴(kuò)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(guò)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(guò)接地極向大地流散時(shí)產(chǎn)生明顯電位梯度的土壤范圍稱為流散區(qū)。

由圖1可見(jiàn)，離接地體愈近，電流密度愈大，電壓降也愈大;當(dāng)電流流經(jīng)距接地體很遠(yuǎn)的地方時(shí)，由于電流密度非常小，實(shí)際電壓降接近于0。

試驗(yàn)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(duì)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(qū)更大，零電位的位置更遠(yuǎn)。

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

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

3.1電壓極P在散流區(qū)內(nèi)部，電流極C在散流區(qū)外正常布置電壓極P在散流區(qū)內(nèi)部時(shí)如圖3所示。

可知，根據(jù)U-X變化曲線，曲線平坦處為電位零點(diǎn)，即P點(diǎn)位置，與曲線起點(diǎn)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(shí)值。當(dāng)縮短電壓極引線長(zhǎng)度時(shí)，電壓極有可能布置在散流區(qū)內(nèi)，電壓極位于P1位置時(shí)，其位于接地裝置散流區(qū)之內(nèi)，測(cè)量值U1

當(dāng)電壓極位于接地裝置散流區(qū)內(nèi)時(shí)，所測(cè)接地電阻值小于真實(shí)值。因此，電壓極P應(yīng)位于接地裝置散流區(qū)之外。

3.2電壓極P、電流極C都在散流區(qū)內(nèi)部電壓極P、電流極C在散流區(qū)內(nèi)部如圖4所示

當(dāng)縮短電壓極和電流極引線長(zhǎng)度時(shí)，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(zhǔn)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(gè)電位等于0的零點(diǎn)位置(P點(diǎn)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(diǎn)的位置會(huì)發(fā)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(shí)際情況中很難準(zhǔn)確尋找到，通常測(cè)量到的數(shù)值會(huì)出現(xiàn)P1、P2位置的情況，即U1Um的情況，所測(cè)得數(shù)值都偏離于真實(shí)值，無(wú)法反映接地裝置的真實(shí)電阻值。

4、大型地網(wǎng)內(nèi)部采用短線測(cè)量

大型地網(wǎng)接地由多根接地極、接地線等裝置組合而成，其散流區(qū)的分布更加復(fù)雜，在大型接地網(wǎng)內(nèi)部幾乎找不到電位零點(diǎn)區(qū)域，而輔助極位置又無(wú)法和接地裝置保持足夠的距離，故測(cè)量數(shù)據(jù)與真實(shí)值偏差較大。

以網(wǎng)格狀布置的多根接地極為例，當(dāng)在地網(wǎng)內(nèi)部采用短線測(cè)量，即電壓極P和電流極C都在地網(wǎng)內(nèi)部。大地網(wǎng)內(nèi)部短線測(cè)量布置如圖5所示。

在網(wǎng)格狀布置的多根接地極內(nèi)部進(jìn)行布線，由于電壓極和電流極無(wú)法和水平接地體保持足夠遠(yuǎn)的距離，故測(cè)量回路如等效圖所示，測(cè)量回路近似于接地裝置電氣完整性測(cè)試，相當(dāng)于測(cè)試接地裝置各部分之間的電氣導(dǎo)通性，其測(cè)量結(jié)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(cè)量的初衷不符。