接地电阻的测量及影响因素分析

接地电阻的测量及影响因素分析

陈怡伶张俊乐张璐赵崇

（陕西省计量科学研究院陕西710065）

摘要：接地网对于电力电子系统的安全运行是必不可少的，而接地网的性能又与接地电阻有着密切的关系。由于受到测量方法及环境等多方面因素的影响，接地电阻的测量往往具有一定的难度。本文从接地系统的应用背景出发，详细阐述了接地电阻测量的基本原理，并对实际接地网进行了试验分析。论文最后对影响接地电阻测量的主要因素进行了深入的分析，并提出了相应的应对措施。本文的研究可以为相关领域的工程技术人员提供理论参考和实践指导。

关键词：接地网；接地电阻；测量

0引言

接地就是以大地作为参考电位，将电气设备和电气系统直接与大地保持连接。在电力系统和电子设备中，接地可以有效预防雷击、静电和漏电给设备和操作人员造成的损害，是一项重要的安全的技术措施。如果接地电阻阻值太大，或接电回路出现故障，故障电流将可能使设备地电位过高而损害设备，甚至造成人身事故。因此，接地技术的研究具有十分重要在现实意义。接电技术虽然原理十分简单，但实施起来往往较为复杂，接电系统的性能与接地电阻的测量准确性有着直接的关系，并且受到多方面因素的制约。本文将对接电电阻的测量方法及其影响因素进行相关的分析，以期对相关领域的技术人员提供有用的参考。

经过长期的实践，工程上已经形成了多种测量接地电阻的方法，例如三极法、四极法、变频法等等。但在实际测量过程中，往往会由于各种因素的干扰而难以测得精确的电阻值，从而给接地系统的设计和实施带来很大的不便。

1．接地电阻定义及物理概念

1.1接地的分类

电力电子设备中的接地按其目的来分主要有工作接地、保护接地、防雷接地和静电接地四种。工作接地又叫做系统接地，它是为了实现某种特定的电路功能而把大地作为电路的一部分接入系统中。例如变压器的中性点接地。保护接地就是为了保护操作人员或者设备本身的安全而设计的接地回路，它可以避免设备外壳突然带电而给人员和设备带来的危险。防雷接地是专门为了防止设备受雷电损害而设计的接地系统，它可以把雷击形成的大电流和过电压安全地引到大地，保障设备的正常工作。当设备外壳由于人为或环境因素而带有静电电荷时，一旦遇到火花就发发生燃烧或爆炸的危险，这就需要进行静电接地。静电接地一般用于加油站设备、油罐车和油气管道等场合。

图1电位降法原理图

1.2接地系统的组成

目前的接地系统一般由地上部分和地下部分组成，地上部分是指电气设备的接地金属及引线，地下部分则是埋入大地土壤中的金属导体，主要有接地极、接地体、接地网等形式。接地系统的性能通常可以通过对接地电阻的测量试验来检验。

2.接电电阻测量原理

2.1电位降法

电位降法早在几十年前就已经得到广泛应用，是测量接地电阻的最常用的方法之一。目前电位降法已成为ANSI/IEEE标准推荐使用的接地电阻测量基本方法，也是我国相关工程应用的标准方法之一，在业内受到了广泛的认可。电位降法测量接地电阻的基本原理如图１所示。

上图中，Ｇ代表接地装置，它通常可以被看成半球形的电极；Ｄ代表接地网的大小；Ｐ代表电压极；Ｃ代表电流极；dop代表接地网到电压极的距离。在测量时，首选向接地装置Ｇ中注入一定的电流，然后用电压表测出G点与P点之间的压降。接着可以反复调节电压极的位置并记录相应的压降值，即可得到接地网与P极之间的电位分布曲线。曲线中变化率为零处对应的电阻就是待测接地网的接地电阻值。

但是，测量过程中往往会受到电流场畸变的影响，因而需要引入辅助电极来改善测量效果。另外，由于实际的接地装置以半球形电极为主，且土壤电阻率并不是一个常数，这也会给测量结果带来较大的误差。工程上一般通过加长电流极引线来解决这一问题。

综上所述，电位降法的应用是以大量假设为前提的，但工作现场往往是复杂多变的，这意味着采用电位降法对接电电阻进行测量并非完全准确。为了对电位降法进行优化，于是产生了补偿法。

2.2补偿法

补偿法实际上是对电位降法的一种改进和优化，经过长期的实践，已经成为一种较成熟的接地电阻测量方法。该方法的基本思路是通过引入电流极制造崎变电场来计算Ｇ与电Ｃ之间的零电位面。由于引入了电流极，零电位面将有可能出现在接地网与电流极之间，只需要测量零电位面的接地电阻即可直接得出待测接地电阻值。补偿法避免了长引线的使用，使可操作性大大增强。

3.接电电阻的测量

本文采用AI-6310自动抗干扰地网电阻测量仪对某电网系统的地网接地电阻进行了测量试验。测量原理如图2所示。

图2地网电阻测量原理

测量过程采用了直线法来进行。首先，需要保持接地电网Ｇ、电流极Ｃ和电压极Ｐ在同一直线上，然后将电压极Ｐ在该直线上反复移动，当连续Ｈ次测量结果的误差不超过５％时，就认为找到了地网的零电位点。另外，为了尽量减少测量误差，电流极安装在大于５Ｄ倍的距离之外。测量结果如表1所示。

表1直线测量法试验数据表

本文测试了10个点，各次测量值的误差都在５％以内，因此本次直线法测量接地电阻的结果是准确可靠的。

4.测量影响因素分析

4.1测量方法的影响

不同的测试方法有不同的原理，需要在不同的条件下进行测量，最终的测量精度自然也不一样。这意味着测量方法的选择对测量准确性的影响是一个大的因素。例如选择了电位降法，从原理上讲，接地极、仪表电压极与电流极三者之间应保持在一条直线上，但受到场地的限制，这个要求往往不能得到满足，这就会对测量结果产生较大的影响。另外，对于对大型地网来说，所使用的电压表、电流表及电流互感器的内阻、准确级等指标都有较严格的要求，只有较好地满足这些要求的情况下才能测得相对准确的结果。

4.3测量环境的影响

测量环境因素首先表现为土壤电阻率的不均匀性，土壤电阻率并不是均匀分布的，它在不同的地方会有一定程度的起伏，在一些特殊地形中甚至可能出现突变。即使土壤电阻分布比较均匀，在不同的天气条件下，不同的填埋深度中，土壤电阻率也不一样。例如当土壤含水量增加或温度升高时，其电阻率就会相应下降。其次是待测地点附近的地基或管道等金属物对测量结果的影响。例如，当待测地点附近存在其它地网时，接地电阻的测量曲线在该处会出现一小段平坦的部分，这很可能会被测量人员误认为是“补偿点”，从而造成数据失真。

4.4电磁干扰的影响

当现场附近有大功率发射塔、天线等强磁场设备存在时，接地系统中往往会受到高电平干扰信号、杂散电流及工频干扰信号等问题的影响。高压配电线、铁路等附近区域可能出现较大的漏电流，造成电场畸变，使地电位分布失衡。对于不同干扰源可以采取不同的措施来减轻干扰效应。例如，采用大电流接地电阻测试仪可以有效抑制杂散电流的干扰；采用有屏蔽层的引线并远离干扰源可以避免高频信号对测量过程的干扰。

5结论

本文仅对接地电阻的测量方法和影响因素进行了一些主要的分析，在实际的现实测量中，还会有各种各样的影响因素。为了提高测量结果准确性，测量人员不但要有熟练的技能，还需要有丰富的现场经验，检测前应充分了解测量现场的各种情况，尽量消除各种因素对测量结果的影响。随着电力电子技术的发展，电力电子设备和相应的系统正朝着数字化、智能化、自动化的方向发展，设备也越来越精密，这对接地系统的可靠性必然会提出更高的要求。因此，接地电阻的测量在未来十几年甚至更长的时间都将受到电力电子领域的高度关注。

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[4]冯志伟.影响接地电阻测量的因素分析[D].南京信息工程大学，2011.

作者简介：

陈怡伶，女，汉，工程硕士，工程师，研究方向：电气安全