GBT 17949.1-2000 接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 第1部分：常规测量.pdf 35页

'目次前言前言目的范围测试内容定义接地网测试时的安全措施有关测量的一般性规定土壤电阻率测量接地阻抗地面电位冲击接地阻抗模型试验测量仪器有关测量的其他事项附录提示的附录非同质土壤的地电参数附录提示的附录两层土壤模型参数的确定附录提示的附录电位降法的原理 前言本导则是根据美国标准接地系统的土壤电阻率接地阻抗和地面电位测量导则第部分常规测量制定的在技术内容上与该标准等同编写格式也与该标准一致美国电气和电子工程师学会制定了大批有关电工和电子方面的标准这些标准均以这些领域的研究成果为依据具有先进性和实用性的特点在国际电工界和电子界享有盛誉的内容涉及接地系统各种参数的测量被纳入美国国家标准编号我国的国家标准对接地系统的设计和施工涉及较多而对接地系统参数的测量涉及较少引入可充实这方面的内容迄今该标准尚未修订本标准的附录附录附录均为提示的附录本标准由国家机械工业局提出本标准由全国建筑物电气装置标准化技术委员会归口本标准由电力工业部信息研究所东北电管局北京供电局等单位起草本标准由电力工业部信息研究所负责解释本标准主要起草人戴耀基孟庆波陈淑芳 前言为提高本导则的实用性本导则分为两部分第部分常规测量其内容包括不需要特殊高精设备测量技术和没有特殊困难在大型接地系统或存在异常高的交直流杂散电流等情况时会有这种困难的大多数现场测量第部分曾作重大修改第部分特殊测量将在以后制定该部分意在提供一些测量方法以便当存在一些特殊困难按常规测量方法难于测量或测量不准时使用特大的电站接地网和架空线路接地极就属于这种难于测量的接地系统本导则由电力系统仪器和测量委员会分会土壤电阻率接地阻抗和地面电位测量工作组编制 中华人民共和国国家标准接地系统的土壤电阻率接地阻抗和地面电位测量导则第部分常规测量目的制定本标准的目的在于介绍接地电阻接地阻抗土壤电阻率地电流形成的地面电位梯度等的测量技术现状和用比例模型试验预测接地电阻和地面电位梯度的方法本标准还介绍影响仪器选择和各种测量技术的因素这些因素是测量的目的所要求的准确度现有的仪器类型误差产生的原因所测的地或接地系统的特性等本标准可帮助技术人员取得准确可靠的数据并正确分析这些数据本导则所提供的测试步骤有利于人身和财产安全并可防止对相邻运行设备的干扰范围本标准的测试方法包括测量从小型接地棒接地板到电站大型接地系统等各种接地极的接地电阻和接地阻抗测量地面电位包括测量跨步电压接触电压和等电位线为完善工程设计按比例模型试验法在试验室内预测接地电阻和地面电位梯度测定土壤电阻率本标准所列测试方法仅限于使用直流电流周期性换向直流电流正弦交流电流和冲击电流用于测量冲击接地阻抗本导则没有包括所有可能的测试手段和测试方法由于测试中的可变因素很多测试难以做到高度准确因此要用现有的最合适的测试方法仔细地做试验还要彻底了解误差产生的原因测试内容测量接地电阻或接地阻抗和测量由于地电流形成的地面电位梯度的目的为验证新装接地系统的合适性检查现有接地系统的变化情况测定危险的跨步电压和接触电压测定地面电位升以便为电力线路和通信线路设计保护措施比例模型试验法有助于研究新式的接地系统由于复杂的接地方式和复杂的土壤构造用分析法难以充分研究这种新式的接地系统国家质量技术监督局批准实施 测量土壤电阻率有助于估算拟建变电站或输电线路铁塔的接地电阻估算地面电位梯度跨步电压和接触电压计算相邻近的电力线路和通信线路间的电感耦合设计阴极保护系统进行地质勘察定义本章列出有关本导则的术语定义由其他组织制定或批准的术语定义与本导则有关者也尽可能采用此处列出的定义仅适用于本导则术语的其他解释见电工和电子术语标准辞典接地一种有意或非有意的导电连接由于这种连接可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体注使用地的目的是使连接到地的导体具有等于或近似于大地或代替大地的导电体的电位引导地电流流入和流出大地或代替大地的导电体接地的指将有关的系统电路或设备与地连接地回电路利用大地形成回路的电路接地电流在大地或在接地极中流过的电流接地导体指构成地的导体该导体将设备电气器件布线系统或其他导体通常指中性线与接地极连接接地极构成地的一种导体接地连接用来构成地的连接系由接地导体接地极和围绕接地极的大地土壤或代替大地的导电体组成接地网由埋在地中的互相连接的裸导体构成的一组接地极用以为电气设备和金属结构提供共同的地注为降低接地网电阻接地网可连以辅助接地极接地均压网位于地面或地下连接到地或接地网的一组裸导体用以防范危险的接触电压注接地均压网的通常形状是适当面积的接地板和接地格栅接地系统在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统接地极地电阻接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻注所谓远方是指一段距离在此距离下两个接地极的互阻基本为零接地极互阻指以欧姆为单位表示的一个接地极直流电流变量在另一接地极产生的电压变量电位 指某点与被认为具有零电位的某等电位面通常是远方地表面间的电位差注比零电位面高的点称为正电位比零电位面低的点称为负电位等电位线在给定时间内具有等电位诸点的轨迹电位曲线指沿规定路径上电位与距离的函数关系曲线表面电位梯度电位线的斜率其轨迹与等电位线正交接触电压接地的金属结构和地面上相隔一定距离处一点间的电位差此距离通常等于最大的水平伸臂距离约为跨步电压地面一步距离的两点间的电位差此距离取最大电位梯度方向上的长度注当工作人员站立在大地或某物之上而有电流流过该大地或该物时此电位差可能是危险的在故障状态时尤其如此材料电阻率有效电阻率指一种系数其值等于材料内的电场强度除以传导电流密度耦合在两个或两个以上电路或系统间可进行一电路系统到另一电路系统功率或信号转换的效应注耦合分为紧耦合和松耦合两种在紧耦合时各元件的诸变量间相位移较小紧耦合各系统间有大的相互效应这种效应可用系统矩阵的矢积表示电容耦合在两个或两个以上电路间借助电路间电容的耦合电阻耦合在两个或两个以上电路间借助电路间电阻的耦合直接耦合在两个或两个以上电路间借助电路共同的自感电容电阻或三者集合而形成的耦合电感耦合对于通信电路本术语指两个或两个以上电路间借助电路间互感而形成的耦合注电感耦合这一术语通常指互感所形成的耦合而直接电感耦合这一术语指诸电路共同的自感所形成的耦合对于电力和通信电路指相邻的电力电路和通信电路间因电感应磁感应或电磁感应而形成的相互关系架空线防雷保护用接地极指一个导体或一组导体装设在输电线路下方位于地面或地面上方但绝大多数在地下并与铁塔或电杆基础相连接地网测试时的安全措施变电站接地网测试在进行接地网测试时如果电力系统发生涉及该接地网的故障则在该接地网与远方零电位点间会有致命的电位差存在由于接地网测试内容之一是为电流极和电位极选定远方零电位点的位置因此在选择电极引线时应考虑该引线能承受引线和接地网任何一点间可能出现的电位差此电位差的大小可如此考虑即在比 较大的变电站里其接地网的接地阻抗应为的数量级假定通过该接地网的接地故障电流在的数量级则对远方零电位点的电位地电位升可达的数量极如接地阻抗及故障电流更高则接地网电压的升高可超过上述情况表明在手触试验引线时应倍加小心决不允许通过人的两手或人体其他部分使可能具有高电位差的两点构成回路虽然在人触及试验引线的同时发生接地故障的可能性极少但不应忽视这种可能性的存在因此在测量运行中的变电站接地网时应使用绝缘鞋绝缘手套绝缘垫及采用其他防护手段在所有的情况下应遵守有关专业组织所制定的安全程序和安全方法避雷器接地极测试由于避雷器接地极通过的是时间很短的高幅值雷电流这种接地极属于特殊的类型雷电流幅值可能超过对于一个有缺陷的避雷器还要考虑其故障电流由于避雷器断开接地极后其底座电位可能升到线电位因此不应断开避雷器接地极进行测量只有在采取措施使避雷器放电电流减至最小时才可测试其接地极小型独立接地极这一措施涉及电流极周围可能出现的高电位梯度如果像电位降法那样使测量电流流入安放在远处的电流极则在测试过程中应不使好奇的人停留在电流极附近在乡村不应使放牧的牲畜走近电流极有关测量的一般性规定复杂性测量土壤电阻率接地阻抗和地面电位梯度要比测量其他种类的电阻阻抗和电位更为复杂可能需要进行多次测量并绘制曲线杂散电流及其他因素通常会干扰测量工作由于电站附近地区的开发和工业的发展为测量接地电阻而选择测棒的合适安放位置就越来越困难此外架空地线地下水管电缆外皮等都可能使接地网畸变或扩大注架空地线可因有意处置或因接触腐蚀而对地绝缘因此低电压的测试结果与真实故障时的测试结果可能不同接地阻抗的测量应在接地网安装完毕后立即进行以确定应接入接地网的接地部件无漏接要考虑到以后安装的装置如水管铁轨等将会改变所测的数据还要考虑到在接地网安装一年以后由于土壤变得均匀坚实接地阻抗通常会降低试验电极在接地阻抗测量中要用到电流极和电位极如果所采用的接地阻抗测量方法是两点法或三点法则对两点法来说试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗值相比较应可予以忽略而对三点法来说试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗值应属于同一数量级否则测试结果就可能不正确显然以上的限制使上述的测量方法仅适用于像住宅游泳池和小型低压配电变电站那样相对来说较小的接地网在采用电位降法测量接地阻抗时对试验电极的要求不是如此严格理论上试验电极的接地电阻不会影响测试结果因为此因素已在测试方法中加以考虑但实际上试验电极的接地电阻值不应超过一定限度否则流过测量仪器的电流不足这意味着该电流低于仪器灵敏度的要求值该电流和地中杂散电流属于同一数量级上述二者均存在对于第一种情况在测量现场可采取的唯一正确方法是提高测试电流为此可提高电源电压或降低试验电极的接地电阻提高电源电压并不总是能办得到的特别是在测量仪器配上手摇发电机时更是 如此如提高电源电压可行则应采取措施避免在试验电极和试验引线上出现危险电位在采取特殊安全措施如戴绝缘手套或穿着绝缘鞋后可将试验电极和试验引线上的最高安全电压提高到通常提高测试电流的最有效方法是降低电流极的接地电阻这可通过将电流极更深地打入土壤在电流极周围泼水或打辅助电极并和电流极并联方式实现但在所泼的水中添加盐是无甚效果的增加湿度才是最有效的通常电流极和电位极的电阻值应符合所用仪器的要求对普通的市场出售的仪器电位极的接地电阻值可取有些制造商则声言他们的仪器允许采用的电位极电流极的电阻通常应小于电流极的电阻值是电源电压和所要求的测试电流的函数电源电压与电流极电阻的比值决定了流过所用仪器电流表的测试电流按照经验电流极电阻与待测接地极电阻的比值不应超过比最好是比或更小对于第二种情况在进行直流电流测试时测试电流应增加以克服地中直流杂散电流的干扰效应在用交流或周期性换向直流电流测试时应选用不含杂散电流频率的测试电流直流杂散电流土壤的导电是电解性导电直流电流导致化学反应和使电位差具有极性在各种类型的土壤间和在土壤与金属间的电池效应都产生直流电位直流电位极化以及直流杂散电流都可能严重干扰直流电流测量因此在测量时常使用周期性换向直流电流或使用规则的脉冲电流然而用周期性换向直流电流作电阻测量时其多次所测值虽十分接近却可能与按交流运行时的电阻值相差较多因而不够准确在有太阳感生光电电流准直流的地区还应采取特别措施交流杂散电流地中交流杂散电流待测接地系统的杂散电流以及试验电极中的杂散电流使测量更为复杂化为减少交流杂散电流对接地电阻测量的效应可在测量时使用非杂散电流的频率大多数测量仪器使用到的频率为克服交流杂散电流的效应常需要使用滤波器或窄频带测量仪器或二者皆用大型接地系统阻抗的电抗分量大型接地系统的接地阻抗可能非常低可达但其正交分量可能较大在测量大型接地系统的工频接地阻抗时应采取一些措施对于这种测量测试装置应在接近工频下工作但测试频率应稍高或稍低于工频为取得较高准确值测试电流最低值不得小于并应避开工频接地电流本标准的第二部分特殊测量将规定大型接地系统的阻抗测量方法试验引线间的耦合在测量低值接地阻抗时试验引线间的耦合就变得重要起来由于电流引线中电流的流动耦合到电位引线而产生的任何电压将直接叠加到所欲测量的电压上因而产生测量误差两条平行试验引线间工频的电感耦合所造成的误差可高达其影响将是可观的通常低接地阻抗总是出现在大面积接地网上测量这种接地网就用得着长的试验引线以便引到远方零电位点相反小面积接地网通常有十分高的接地阻抗可用较短的试验引线接到远方零电位点因此可以认为在测量大面积低阻抗接地网时试验引线间的耦合是比较严重的根据经验对于接地阻抗为或以上的接地网其试验引线间的耦合通常可忽略对于接地阻抗为或以下的接地网其试验引线间的耦合应予重视而对于接地阻抗在的接地网其试验引线间的耦合应予考虑试验引线间的耦合可通过适当地安排电位引线和电流引线的走向而减小在估计到试验引线间会有耦合时应将电位引线和电流引线间的角度尽可能放大地下金属物部分或完全埋地的金属物如铁轨水管或其他工业金属管道对测量结果会有很大的影响在土壤电阻率测试中靠近测试场地的地下金属物常引起所测值的急剧下降所测值降低的数值和程度表明地下金属物的大小和深度位于地下金属物附近的接地极的所测电阻与无该地下金属物时 相比较其值将下降较多总之在为防止通信干扰而测定有效地面电位升时不应忽视地下金属物的效应在地下金属物上测量地面电位和电位梯度时地面电位等位线会畸变电位梯度会上升在需要测量土壤电阻率的地方如怀疑有地下金属物且能确定这些地下金属物的位置时可通过将试验电极排列得与该地下金属物的走向垂直来减少金属物对土壤电阻率测量结果的影响此外试验电极应尽可能远离地下金属物土壤电阻率测量总则不管测量土壤电阻率的目的如何其测量技术实际上是一样的但是对测试数据的分析却可能是多样的在遇到有多种土壤电阻率的土壤时情况更是如此多种土壤电阻率引起额外的复杂性是通常现象而在深度增加时土壤电阻率不变化也是很少有的现象土壤电阻率不仅随土壤的类型变化且随温度湿度含盐量和土壤的紧密程度而变化图加盐湿度温度图土壤电阻率曲线海水地区的土壤电阻率为砂岩地区的土壤电阻率能高到温度自向下降时土壤电阻率随之缓慢上升在以下则迅速上升而冻土如冬天的表层土壤的土壤电阻率可能非常地高表列出各种土壤和各种岩石的电阻率该表具有简明的优点通常土壤有若干层层与层的土壤电阻率是不同的土壤电阻率的横向变化也存在但通常是渐变的在测量地段附近可不考虑土壤电阻率的横向变化在大多数情况下测量数据表明土壤电阻率主要是深度的函数为便于表达此函数可写成如下式式中土壤电阻率深度函数的特性一般说来不是简单的因而为分析测试数据最好先建立一个能给出最优近似值的简单的等值函数对于电力线路和通信线路取两个水平层的土壤构造和指数函数的土壤构造可 得到较好的近似值在进行接地系统设计时该值是有用的接地极或临近接地极的地面电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数可是接地极的接地电阻却主要是深层土壤电阻率的函数在接地极非常大时更是如此注在接地极埋在土壤电阻率特别高的上层土壤的极端情况下上述结论不适用输电线路的工频接地参数受不同电阻率的各层土壤的影响而载波频率无线电频率或冲击波的地回路阻抗实际上仅仅受上层几米土壤层的影响上述情况说明需要对表层和深层土壤同时进行土壤电阻率的测量用这种方法可取得许多数据而对应每个数据测试电流都和周围土壤电阻率的增量有关表地质期和地质构造与土壤电阻率白垩纪石炭纪寒武纪寒武纪前土壤电阻率第四纪第三纪奥陶纪第四纪三叠纪泥盆纪和寒武纪海水砂质粘土粘土特低白垩白垩甚低暗色岩低辉绿岩中页岩高石灰石页岩甚高砂岩石灰石砂岩砂岩大理石石英岩表层为砂砾和特高板石岩石子的土壤花岗岩片麻岩测量土壤电阻率的方法地质资料和土壤试样通常在要安装接地网的地方总要进行大规模的土建工程为此要进行地质勘探以获取有关土壤特性和构造的大量资料这对试图取得这些资料的电气工程师会大有帮助用已知尺寸的土壤试样相对两面间所测得的电阻值来确定土壤电阻率是不妥的因为该值包含了土壤试样和电极的接触电阻而这是未知的如果对土壤试样进行四端电阻测量则可得到较准确的测定结果电位端子的尺寸与试样的截面相比应较小且应与电流端子相距较远以保持试样的电流分布近于均匀如果此距离与试样截面大边的尺寸相同即足以满足测量要求然而对试样进行电阻率测量以得到土壤电阻率的有用近似值是困难的且在某种情况下是不可能的这是由于难于得到有代表性的均匀的土壤试样和难于在试验槽中复制原有土壤的紧密性和水分含量深度变化法三点法此法又名三点法用此法需多次测量接地电阻每次测量时被试电极的埋地深度需加深一给定量其目的是迫使更多的测试电流流过深层土壤所测的电阻值将反映深度增加时土壤电阻率的变化通常被试电极是一根细长的棒用细长的棒而不用其他型式的电极作被试电极是因为细长的棒有两个重要优点准确计算接地棒的理论接地电阻值比较简单因而分析测试结果较容易 将接地棒打入土壤的操作较容易用条所述的任一方法就可进行上述测量然而所测得的接地电阻值应尽可能准确以便能与理论接地电阻值比较因此优先用电位降法测量较好深度变化法能测量到被试电极邻近地区相当于该被试电极地下部分长度的倍的土壤特性如要测量大体积的土壤则应用四点法测量因为将长的被试电极打入土壤是不现实的两点法可用西坡土壤电阻率测定仪和相似的两点法在现场粗略地测量来经翻动过的土壤的电阻率这种装置包括一个小的铁电极和一个更小的铁电极二者都附在绝缘杆上电池的正极通过一只毫安表连接到较小的电极上而电池的负极则连接到另一电极该仪器可在电池标称电压上校准直接显示值这种仪器易于携带通过将电极打入地中或挖掘坑土壤的侧壁或底部可在短时间内对小块土壤进行大量测量四点法要对大体积未翻动过的土壤进行土壤电阻率的测量最准确的方法是四点法将小电极埋入被测土壤呈一字排列的四个小洞中埋入深度均为直线间隔均为测试电流流入外侧两电极而内侧两电极间的电位差可用电位差计或高阻电压表测量即为用表示的电阻通常采用四点法的两种型式等距法或温纳法采用此种方法时电极按图等距布置设为两邻近电极间距则以的单位表示的电阻率为式中视在土壤电阻率所测电阻电极间距电极深度注视在土壤电阻率指与土壤电阻率真实值有区别的一种近似值详见图与附录必须说明上式不适用于打入深度为的接地棒该式仅适用于埋在深度的带绝缘连接线的小电极然而实际上四个电极通常置于间距为的直线上入地深度不超过因而可假定则公式简化为从而得出深度直到的视在土壤电阻率图典型视在土壤电阻率曲线在各种电极间距时得出的一组数据即为各种视在土壤电阻率以该数据与间距的关系绘成曲线即可判断该地区是否存在多种土壤层或是否有岩石层还可判断其各自的电阻率和深度图非等距法或施伦贝格巴莫法 温纳法的一个缺点是当电极间距增到相当大时内侧两个电极的电位差迅速下降通常用仪器测不出如此低的电位差为了能测量大间距电流极时的土壤电阻率可用图的布置方式此时电位极布置在相应的电流极附近如此可升高所测的电位差值此种布置的计算公式很易于确定如果电极的埋地深度与其距离和相较甚小时则所测得电阻率可按下式计算式中视在土壤电阻率所测电阻电流极与电位极间距电位极间距电极均布电极非均布图四点法测试数据的分析对现场测试数据的分析或许是测量过程中最困难的部分正如条所述由于土壤构造的不均匀性土壤电阻率的变化是大而且复杂的除少数情况外有必要对土壤构造建立一个简单的等值模型此模型取决于测量的准确性和范围所用的测量方法所用数学的复杂性测量的目的对于电力工程在不使用过多数学的条件下两层等值模型是足够准确的地质资料和土壤试样为分析由地质勘探所提供的资料不必用专门的工具或数学方程式深度变化法三点法附录在下列分析中假定被试电极是一个打入深度为的接地棒与相比较接地棒的半径是小的对于其他型式的被试电极其计算方法与以下所列者相似埋在同质土壤内的接地棒的接地电阻为或者为式中接地电阻视在土壤电阻率接地棒埋深接地棒半径此二式选用那一个取决于近似的程度从接地棒埋深的每一值所测得的电阻值可得出视在土壤电阻率将与对应的值绘成曲线可看出土壤电阻率随深度变化的情况为更清楚起见现假设从现场测试数据得出如图所示的曲线 图土壤电阻率随深度的变化从曲线可知土壤构造至少可分为三层在浅层土壤深土壤电阻率为在中层土壤土壤电阻率为浅层土壤的倍仅看曲线不易确定中层土壤的厚度第三层土壤导电良好其电阻率肯定低于然而仅凭查看曲线还不可能得到真实值可有两种办法取得真实值将接地棒更深地打入土壤继续测量从所测的测据用分析技术计算等值土壤构造继续增加测量次数肯定会有助于取得第三层的土壤电阻率然而上两层的厚度仍不易于确定而且将接地棒打得很深可能是困难的和费用太大其他的办法可以是假定土壤是同质的土壤是两层或以上的构造土壤由电阻率随深度按简单的数学规律线性指数函数变化的土质构成等在这种土壤模型中接地棒的接地电阻是已知的或者可以较容易地计算出来附录用简单的计算机程序或用试探法就可得到与测试结果吻合得很好的土壤模型数据附录前面已提到用深度变化法无法测得距被试电极较远地区距离大于被试电极地下部分长度的倍的土壤电阻率两点法由于本法仅适用于测量小块土壤的电阻率因此不用对测试数据进行分析四点法四点法的分析法与条三点法的分析法相似在温纳布置中所测的视在土壤电阻率与电极间距的关系用曲线表示此曲线即表示该土壤的构造由于从曲线不易确定各层土壤的厚度就有许多确定土壤层厚的经验方法如吉什龙尼法该法通过土壤电阻率曲线形状的变化判断在曲线曲率转折或变化时与电极间距相等的深度处开始出现另一层土壤兰开斯特琼斯法该法认为在出现曲率转折点时即是下一层土壤其深度为所对应电极间距的处然而较好的办法还是采取如下的土壤模型土壤的土壤电阻率不变化即土壤是同质的土壤有几个水平土壤层每层土壤电阻率不变化附录土壤有按指数函数变化的土壤电阻率附录对于以上每一种模型其视在土壤电阻率与各种土壤参数间的数学关系应是已知的或是易于计算的某些经常使用的分析方法在附录中有叙述现给出指数函数型及两层土壤模型的解法使用合适的分析方法可得到与测试数据一致的曲线从中得出所需的土壤参数图示出用土壤模型和土壤模型得出的曲线 要根据测量目的选取最佳模型通常用两层土壤模型能得到较好的结果测试数据两层土壤附录电阻率按指数函数变化土壤附录图视在土壤电阻率与电极间距的关系实例仪器两点法用西坡土壤电阻率测定仪或类似的仪器条四点法和深度变化法三点法可使用下列任一种仪器章带电流表和高阻电压表的电源比率欧姆表双平衡电桥单平衡变压器感应极化发送器和接收器用不同的接线方式和端子这些仪器既可测量接地电阻也可测量土壤电阻率在感应极化测量中间距通常要达到由于间距长其电阻往往小到几百分之一欧姆的数量级这就要用带有高达电池电源的灵敏直流电位差计测量对于较短的间距使用比率欧姆表双平衡电桥单平衡变压器就可以了对于某些仪器需对电位极的电阻进行校正通常可从仪器制造厂得到校正系数感应极化发送器的额定功率通常为几百瓦然而对于大的间距或极高的上层土壤电阻率可能需要用超过的发送器接地阻抗总则一般说来接地电路的阻抗是复数阻抗包含电阻分量电容分量和电感分量所有这些分量都影响接地电路的载流能力对于工频接地电路接地电阻特别起作用该电阻受接地电路范围内土壤电阻率的影响电容分量和电感分量则对诸如与无线电通信和雷击有关的较高频率接地电路起作用测量接地阻抗的目的为测定接地电路的真实阻抗 对计算值进行校核确定由于电力系统接地故障电流引起的地面电位升高及在整个地段内的电位变化防雷保护接地极的适用性无线电发射机发射电路接地极的适用性取得建筑物防雷保护建筑物内设备防雷保护及有关人身安全所必须的设计数据为保证人身安全绝缘足够和连续运行应研究电力系统和通信系统的接地网以确定接地故障时地面电位的变化情况特性接地网的特性随土壤的成分和物理状态以及随接地极的延伸范围和形状而变化任何地方的土壤都是由电阻率大不相同的干土湿土石子石板砂石或其他自然材料等各种成分所分别组成在某一大片地区土壤可能是相对均匀的而在另一些地区土壤可能是由花岗石沙子或高电阻率的其他物质所组成从而实际上与周围地区绝缘接地网的特性欧姆律电阻还随季节而变化季节影响土壤的温度含水量和粘结性计算和经验表明在给定土壤条件下接地网的效果很大程度取决于接地网的总体尺寸在接地网中增加埋地导体或接地棒多少有助于降低接地阻抗随着埋地导体或接地棒的不断增加其降低接地阻抗的效果相应减少减少输电线路铁塔或杆柱的接地电阻的一个有效方法是安装辐向杆塔接地极在变电站或其他接地结构安装以后随着每年周期性气候的变化土壤会不断沉陷从而在头一两年使接地阻抗趋于下降由于接地网的接地电抗相对于接地电阻来说通常可忽略不计因此其接地阻抗通常用接地电阻表示对于接地阻抗低于的大型接地网及用于冲击或脉冲电流的接地极此条不适用在接地网埋设一年或两年后接地电阻值通常每年变化不会太大虽然接地网可能埋设在地面下仅半米处大型电站接地网的接地电阻似乎与埋设处土壤电阻率的变化无关对于配备长接地棒的接地网由于接地棒所接触的深层土壤一般不受气候条件指温度和湿度的变化这导致上层土壤电阻率变化影响这一条特别正确然而对于埋设在高土壤电阻率土层的接地网或小型接地网面积小于这一条就不适用大面积接地网为期年的记录表明其所测接地电阻值无甚变化而在同一面积内的土壤电阻率测量表明土壤电阻率变化很大在浅层达应该注意到只有少量接地棒的接地网的接地电阻可能紧随土壤电阻率测定所示的电阻而变化这表明大面积接地网的接地电阻是正比于深层土壤电阻率测定值的在该深层土壤土壤电阻率变化较小某些从输电线路故障点到变电站接地网的接地故障电流趋向于沿输电线路流过平均电流路径的深度正比于土壤电阻率的平方根而反比于频率的平方根因而接地电阻趋向于加大电流路径的横截面而接地电抗趋向于减少其横截面使其更靠近输电线路这种趋向确定了远离接地极电流路径的模式接地电阻的理论值从接地网到远方大地的接地电阻的计算值或理论值与所测值可能相差较大其原因为计算接地电阻所用的分析方法不合适测量时的土壤条件不同即测量时的土壤电阻率与计算时所采用的土壤电阻率不同土壤电阻率测量不准或测量范围过小如测试的次数不够数据分散电极间距和所用仪器不合适土壤中有邻近的埋入金属物和接地线这些可能转移一定量的测试电流为了减少土壤电阻率和接地电阻之间不对应的误差因素建议在相似气候和湿度条件下进行土壤电阻率和接地电阻的测量 如果所测的数值系作为设计接地网的依据则应在各种气候条件下测量这将有助于设计人员建立最严格或极限的条件特别对于受季节条件影响大的小型接地网更有必要测量接地阻抗的方法通则本条仅涉及通常的测量方法所用测量仪器参见第章在本条中把欧姆值称为电阻此时应注意在待测接地网的欧姆值小于且相对而言该接地网覆盖较大范围时应将电抗分量考虑进去对于接地阻抗高于的接地网电抗分量无甚作用为避免直流电流引起的极化效应通常用交流电流或周期性换向直流电流测定接地网的接地电阻交流电流的频率应接近工频两点法电流表电压表法用本法测量时测得的电阻值是待测接地极和辅助接地极电阻值之和与待测接地极的接地电阻相比较辅助接地极的接地电阻被认为是可忽略的因此用欧姆表示的所测电阻值即称为待测接地极的接地电阻值两点法通常应用于有金属自来水管道系统且管道接头无绝缘的建筑物的单根接地棒接地电阻的测定该水管即辅助接地极其接地电阻假定为数量级与接地棒的最大允许接地电阻通常为数量级相比应较低显然对于接地电阻值低的接地棒此法的误差较大但对于仅需进行粗测的场所两点法是有用和合适的三点法此法使用两个试验电极其接地电阻分别为待测接地极的接地电阻为每两对电极间的电阻为此处解联立方程得因此借助测量每对电极的串联电阻值并代入方程可求出的值如果两个试验电极的接地电阻较待测接地极的接地电阻大许多则每项测量的误差将在最后的结果中放大许多测量时电极间必须相距一定距离否则计算结果可能变得荒谬如出现零电阻或负电阻等在测量单根接地极接地电阻时三个电极相互间的距离应至少为最好为或以上对于具有较低接地电阻的较大面积的接地网来说其间距应至少与接地网尺寸属同一数量级对于大型变电站此要求很难满足因而如果需要高的准确度宁愿采取电位降法比较法采用本法时通常使用和电位降法相同的电极形状使待测接地极的接地电阻与一已知电阻比较由于本法为比较法在测试电流高到能保证足够灵敏度时其欧姆读数与测试电流的大小无关多级大电流法和故障电流法当需要在某个接地装置上取得特定数据时可采用多级大电流试验在发生实际接地故障时可通过使用示波器或电站自动示波器得到作为辅助资料的接地阻抗值多级大电流法和故障电流法所用的仪器是相同的其目的是在一个或多个示波器上录取所选测点之间的电压所要录取的电压值可能很高为此需要配备电压互感器可能出现的最大电压值以及由此所需的电压互感器变比应在测试前用实际测试电流下的电位降法测定另一个要注意的事项是示波器电路的校准该电路由高电阻一次回路的电压互感器构成该高电阻包括远方电位极及其串联长引线的电阻可以在一次回路中加入一个所测电压使该电压与测试时所使用的远方电位极及其引线串联来校准示波器元件的偏差待测实际接地点的位置取决于所需的数据但是在所有的情况下对于条所指出的试验回路间 的耦合均应给出合适的允许误差电位降法电位降法有若干变量此法适用于所有各种接地阻抗测量如第条所述大型接地网的接地阻抗小于时其电抗分量可能较大因此所测得值是阻抗虽然术语上常称电阻仍应视为阻抗此法包括将电流输入待测接地极及记录该电流与该接地极和电位极间电压的关系要设置一个电流极以便向待测接地极输入电流如图所示图电位降法流过待测接地极和电流极的电流使地面电位变化沿电极方向的电位曲线如图所示以待测接地极为参考点测量地面电位为方便计假定该点电位为零电位图各种间距时的视在接地电阻电位降法的内容是画出比值随电位极间距变化的曲线电位极从待测接地极处开始逐点向外移动每一点测出一个视在接地阻抗值画出视在接地阻抗随间距变化的曲线该曲线转入水平阶段的欧姆值即当作待测接地极的真实接地阻抗值图由于这种经验方法仅仅在水平段非常分明时其结果才比较正确因此在应用时要特别仔细附录对电位降法的原理作了说明为了取得曲线的水平部分应将电流极置于待测接地极作用范围以外该作用范围有时被称为变电站接地范围在该范围以外地电流所引起的地电位升高可忽略不计理论上待测接地极的作用范围可延伸到无穷远实际上由于该作用范围与待测接地极距离的多次幂成反比其作用范围是有限的在测试接地电阻在及以下的接地网或多根深埋接地棒时方考虑并测定其作用范围对于像单根接地棒杆塔基础未与架空地线或地线相连这样的小面积接地可按数量级的间距设置电流极这在现场容易办到此时待测接地极的作用可忽略对于大型接地网所要求的间距不切合实际或者无法实现因此曲线的水平部分难以得到就要采用其他的分析方法对电位降法的理论分析表明将电位极置于电流极的另一侧处时常常导致所测的视在接地电阻值小于真实接地电阻值说明这一点是重要的 图高阻抗接地系统实例而当电位极置于电流极同一侧但远离该电流极处时则在某一具体位置处可测得真实的接地电阻值然而应当强调将电位极置于位置可以将试验引线间的耦合大大减少如果将和间的距离放得相当大相对于待测接地极则有可能用此法得到待测接地极真实接地电阻的下限值大型接地网的典型曲线如图所示该图的数据取自对一个约有接地网的变电站的测试图中的距离从变电站的围墙处开始计量因此在曲线的距离处其接地阻抗不为零曲线是在电位极位于和间处时测得而曲线是在电位极位于电流极另一侧处时测得图低阻抗接地系统实例测试表明在电流极和变电站接地极间存在互阻这就是曲线未能变平的原因曲线倒似乎变平了可从中求得待测接地极真实接地阻抗的下限值测试结果的分析附录表明存在一个可得出待测接地极真实接地阻抗的电位极间距然而要确定电位极的正确间距是困难的如果接地网具有复杂的结构更是如此电位极的正确间距也是土壤构造的函数适用于小型接地网的这种函数关系如图所示 图两层土壤时电位极的所需位置图表明电位极的所需间距应满足比值当电位极位于之间且土壤为同质时对于半圆小电极这一结论最先被柯茨所证明以上表明为了应用规则应满足以下条件有完全同质的土壤有足够大的间距以便电极可采取半圆的形式还要确定测量间距的参考原点对于半圆形的接地极原点是接地极的中心对于大型接地网有些专家提出了电气中心的概念泰格根据电气中心的概念还提出了同质土壤大型接地网接地阻抗的测定方法然而要说明的是还没有证据表明该电气中心是一个像重心那样不受电流极位置和特性影响的物理常数通常取得满意测量结果的最好保证是得到可使互阻足够小并使电位降曲线变平的间距电位降法的主要优点是电位极和电流极的电阻可比待测接地极电阻大而实质上又不影响测量准确度接地网完整性测试本测试的目的在于确定接地网的各个部分是否由低阻铜导体相互联接该铜导体与周围的低阻抗大地并联进行接地网完整性测试的最佳方法是通以大直流电流并测定该电流所引起的电压降如果欧姆表的灵敏度足够也可用直读式欧姆表测量使用交流电流的电流表电压表法不适用于这种测试此时铜导体的电抗将被周围大地所形成的略低于铜导体的电抗所并联如果通上交流电流对埋地铜导体持续试验所得结果将是不确定的按照上述情况推理可以认为对各具有工频时数量级接地阻抗相距任何距离的两个接地网要明显降低二者之间的阻抗实际上是不可能的在两接地网间无论加接多大截面的铜导体也不会降低二者之间的电抗加接铜导体可降低电阻分量利用该电阻分量可测定接地网的完整性实用的完整性测试方法是将约的电流通入接地网待校验的两点间用毫伏计或手提式电位差计测量该两点间的电位差从电流和电压读数计算出有效电阻值从这些读数和算得的铜导体电阻可以判定连接是否合格对于两点间有直流电压的那些接地网测试电流引起的电压变化可用于计算电阻对于运行中的大多数大型接地网在所测的两点间与要测的直流毫伏相较尚有一相对较大的交流电压存在对这种交流分量可通过将一个或以上电容器并联入毫伏表的动圈或电位差计的检 流计的方法以减少其效应最好选用液浸纸介质电容器但一些新式的电解电容器其泄漏很少也可使用仪器测量接地电阻的仪器与测量土壤电阻率的仪器相同在第章中将详述地面电位等电位线由于电流从接地极入地并沿地中路径流过与电流路径正交的等电位面形状将与电流路径有关等电位面间有相同的电位差沿着规定的路径的等电位面密度确定了可能出现的跨步电压在接地极附近其梯度跨步电压将最高从接地极处开始沿地面辐向所测得的等电位面间的距离将随若干因数变化这些因数包括土壤电阻率大小有无埋地管道线管铁路路轨钢栅栏电缆铠装以及有无通过地电流的架空地线等第条指出某些接地故障电流可能会沿载流的输电线路地中返回电源因而载有故障电流的输电线路下的地面电位梯度较邻近土壤地面电位梯度更陡当故障发生在进入变电站的不同输电线路时上述现象会导致等电位线的变化因此仅仅通过测量接地极与其周围各个地点间的电阻还不可能画出等电位线当等电位线画出以后可以设想在给定故障条件下等电位线间的电位差是正比于接地故障电流的大小其前提是接地系统周围的土地在流过故障电流时土壤电阻率没有变化等电位线测定进行等电位线测定是为了查明在事故状况下接地电气装置附近的危险电位梯度从一已知参考点测量接地电气装置周围各点的电压降并画在位置图上将等电位的各点连成线就可画出等电位图如果等电位线之间的电位差相同则等电位线愈密危险就愈大为求出因接地故障电流所形成的实际电位梯度可将接地故障电流与测试电流的比值乘以测试电流时的电位梯度最准确的电位梯度测量法是电流表电压表法测试时将的恒定电流通过接地网流向远方电流极并经绝缘导线流回为了防止因接地网与电流极间距不当产生的互阻抗所引起的梯度畸变应设置远方电流极远方电流极的距离对于小型接地网为对于较大接地网可为或以上应用高阻抗电压表在地面沿着从接地网辐向放射的各个电位线测量电位梯度除非采用了合适的措施将杂散地电流屏蔽掉否则测试电流应足够大以消除杂散地电流的影响为了避免在多次测量中电位梯度的变化应注意防止靠近接地网和电流极处的土壤被加热和烘干测量的次数取决于经济性和所要求数据的详细程度当变电站接有一条以上的架空线路或地下电缆时不同的架空线路或电缆的故障在变电站内及其周围所形成的电位梯度可能十分不同同样大型变电站不同地点的故障在变电站内及其周围所形成的电位梯度也不同因此按两种或两种以上的故障条件确定大型变电站内及其周围的电位梯度将是合适的埋地金属物如中性导线电缆铠装金属水管和气管等地面金属结构如变电站附近的铁路路轨栅栏架空地线等无论是否接入接地网通常都对电位梯度产生较大的影响在测量电位梯度时均应予以考虑当电位梯度的测定不经济时可按接地电阻或土壤电阻率测量结果计算电位梯度这种计算的准确度取决于测量的准确程度和接地网周围及其下土壤的变异程度这种计算可通过较少次数的电位梯度测量以检验其正确性跨步电压和接触电压跨步电压和接触电压的大小可按现场测出的电位图量出或用电流表电压表法实地测量图跨步电压和接触电压值正比于地电流和表层土壤电阻率假设深层土壤电阻率为常数 注表层土壤电阻率的变化有时会增加地电阻从而引起地电流的变化因此在确定跨步电压和接触电压的变化时要同时考虑表层土壤电阻率和地电流的变化图跨步电压和接触电压冲击接地阻抗接地系统的冲击接地阻抗通则许多接地系统是按暂态工况设计的最常见的是按通过雷电冲击电流设计的简单接地极的冲击接地阻抗与冲击电流的幅值有关并按冲击波波形随时间变化冲击接地阻抗的非线性是由于在电场强度超过时土壤的局部放电所引起由于在接地极处电场强度达到最高值而放电就将邻近接地极处的土壤层局部短路因此大冲击电流时接地系统的冲击接地阻抗比常规稳态方法所测得的阻抗要小也比低幅值冲击电流时所测得的阻抗要小在较低幅值冲击电流时土壤不会发生放电现象当用高陡度波头的冲击波对长达以上延伸的各个接地极接地线或接地条试验时还观察到一种相反的效应即在接地阻抗两端的电压降中有一个大的电感分量瞬时阻抗通常是同一瞬间测得的所加瞬时电压和瞬时电流之商在高陡度冲击波波头或冲击电流突然增加时出现在接地电抗两端的附加电压分量被认为是接地阻抗的增加接地系统冲击接地阻抗的测量由于冲击接地阻抗的非线性特性不能用模拟法或比例法测量就得用实际幅值的电压和电流冲击波测定为了进行这种测量就需要采用由能量足够的高压冲击电流发生器精密分压器分流器和双线脉冲示波器组成的试验回路雷电流取之间典型的接地阻抗为数量级按照上述要求电力部门在高压变电站用于测量绝缘配合的移动式冲击电流发生器可用于测量冲击接地阻抗另一个可供选用的方法是在高压试验室附近土壤中装置一个模拟接地系统并将试验室冲击电流发生器及测量仪器接到该待测接地系统用于记录接地阻抗两端电压降和所加冲击电流的双线示波器需有一个参考接地极如果冲击电流发生器的基础与待测接地系统间有足够大的距离则可以冲击电流发生器的基础作为该参考接地极按电压和电流示波图的连续时间间隔逐点计算该二暂态量的商即可得出冲击接地阻抗由于冲击接地阻抗的值取决于冲击电流的幅值和波形以及接地极的形状和土壤类型为了对测试数据进行更全面的分析并取得明确的结论就得多进行几次测量还要注意可能出现的共态干扰在分压器和分流器的接地点电位偏离参考接地极电位时在测量回路会出现共态干扰测量电路所用测量设备的接线如图所示 高压冲击电流发生器待测接地极高压分压器分流器双线脉冲示波器高压冲击电流发生器接地极图接地系统冲击接地阻抗的测量电路测量接地棒或均布式接地系统的冲击接地阻抗需要用专门的设备这种设备通常用于高压试验室可通过将大电容器向冲击波成形网络放电以产生高压和大电流冲击波虽然可在测试现场临时凑成这种电路但在大多数实际运用中还是使用移动式冲击电流发生器在测量冲击接地阻抗时采用或的冲击电流波波形除待测接地极以外试验电路还得配有通过冲击电流发生器返回电流的辅助接地极辅助接地极优先选用如变电站接地网和试验室接地网之类的均布式接地极且其阻抗应比待测接地极阻抗小得多冲击电流发生器通过大电流分流器与辅助接地极连接分流器的灵敏度应达到高压试验技术标准的要求待测接地极两端的电压降优先选用按预期电压量程设计的电阻型分压器测量应用短的和低阻抗引线直接将分流器和分压器的接地端连接到辅助接地极处分压器的测量性能应达到的要求分压器接到待测接地极的导线应尽可能地短通常用双线示波器进行电压和电流冲击波的同时记录从分压器和分流器连接到示波器的两条同轴电缆应为等长以免所记录的两个暂态量间出现时滞由于冲击接地阻抗的曲线是按所记录的电压和电流的瞬时值之商而绘制二者的时间坐标即使有很小的错位就会引起很大的误差因此避免时滞尤为重要考虑到冲击接地阻抗的非线性特性应以不同的波形和幅值的电流冲击波测量每一组示波图可绘成一组冲击接地阻抗曲线以表征在高和低冲击电流时的接地性能模型试验用途模型试验的主要用途是预测真实土壤中有复杂接地极的近似接地电阻值或预测复杂接地系统的近似地面电位梯度对于这些用别的方法是不可能准确计算的模拟的标准和要求模型试验的第一步是制作所模拟的土壤构造经缩小的模型应遵守以下规定土壤模型和待测接地极的所有几何尺寸均应按统一的系数比例缩小当该模型由多层土壤组成时其每层土壤电阻率对参考层土壤电阻率之比值应该等于其各自的实际土壤层所对应的比值实际土壤层土壤电阻率与模型参考层土壤电阻率的比值为土壤电阻率比例系数采用说明可参照执行 当上述要求达到以后为尽量减少由于电解槽尺寸有限所引起的误差还应遵守以下事项为防止在直流小电流时由于电极极化现象所引起的误差应使用交流电流接地极模型的电流密度应小于电位极应为无棱角的圆线埋入深度不得超过接地极模型应按比例制作为简化制造和保证必要的准确度接地极模型应足够大为试验方便接地极模型也不应过大一般取比例较妥电解槽的尺寸不应小于接地极模型最大尺寸的倍此时其误差小于在实际土壤所测数据的测量仪器模型试验所需的物品为图用绝缘材料制作的槽体一个在槽体内装入构成所模拟的各层土壤的各种材料并配置妥当上层应浇以盐溶液或硫酸铜溶液以取得所要求的电阻率第二层可用适当尺寸的混凝上块模拟待测接地极的比例模型一台可调压的交流电源采用范围的频率以消除引起电位畸变的电解极化现象一只内阻抗为以上的电压表最好用带零位检测示波器的电位差计一个电流极和一个铜线电位极图电解槽电阻测量将接地极模型和电流极悬挂在和处应至少为接地极模型尺寸的倍在和间通入小电流在和间放置电位极使测量间电压接地极模型接地电阻为附录电位测量将接地极模型作为参考电位零电位在电解液面上移动电位极即可测得电解液面上任一点的电位当使用带零位检测示波器的电位差计时调节常数使零位检测器的电流最小所测得的电位对以表示对以伏表示测量数据的分析模型试验的数据应转换为实际的数据设下列系数为模型比例系数 式中长度比例系数土壤电阻率比例系数电流比例系数实际长度模型长度实际土壤电阻率模型参考层土壤电阻率实际试验电流模型试验电流则实际的接地电阻为式中实际接地电阻模型接地电阻实际的地面电位为式中实际地面电位模型地面电位测量仪器比率欧姆表接地摇表测量接地电阻常用的仪表为比率欧姆表其接线如图所示图比率欧姆表手摇直流发电机送出的电流被电流换向开关周期性反向在待测接地极和电流极之间的大地中流过在和电位极之间的电位降被电压换向开关换向电压换向开关与电流换向开关同轴因此二者同步动作表计的线圈在永久磁铁磁场中转动电流线圈产生的力矩使指针转向零位而电压线圈产生的力矩使指针转向高位欧姆读数通过这两个线圈的电流分别对应流过待测接地极的电流和电压 降因此该仪表的刻度可以欧姆为单位表示有一个量程开关分流电流对刻度值进行分档将端子和以及和连在一起该仪表即成为两端子欧姆表可用于各种电阻测量但如图那样将端子分别接于试验电极则是可取的对于接地电阻大于的情况可将端子和连在一起通过一条共同的引线接到待测接地极仪表中的同步换向开关电流和电压同时换向使电压回路对杂散电压变得不灵敏在大多数情况下以手摇转速能消除较大的杂散电压效应但在接地电阻小于而杂散电压大于的极端情况下以手摇转速取得正确读数会有困难双平衡电桥测量接地电阻的桥式电路如图所示图双平衡电桥在桥式电路中从交流电源输出的电流流过两条并联回路下层回路由固定电阻待测接地极和电流极组成上层回路由固定电阻和可调滑线变阻器组成在变阻器上有两个滑触头和与其接触当检流计开关向左闭合时调整滑触头使检流计指示为此时两条回路的电流反比于电阻和电阻然后将检流计开关向右闭合调整滑触头使检流计指示为此时和之间的电位降等于滑线变阻器部分的电位降待测接地极的电阻即为的滑动刻度可直接以表示在测试高阻土壤时交流电源可以是由干电池驱动的振子电源而检流计可以是电话听筒或固态检测器蜂鸣器的声音即使在交流杂散电流引起较大背景噪声时也能辨别出和平衡掉处电阻的作用仅仅是降低检流计的灵敏度处电阻过大可能限制所测电阻的量程电极和电极的位置应按条电位降法的原则确定单平衡变压器用单平衡法进行桥式测量的原理如图所示 图单平衡变压器本仪器内有一个由干电池驱动的振子该振子有两对接点第一对接点用于变换变压器一次电流的方向该变压器的输出电流流过电流极和待测接地极第二对接点使平衡检流计显示方向以指示滑线电阻刻度盘的值是大还是小调整滑线电阻的触头使触头与电位极等电位检流计指示为零此时滑线电阻的一段电阻与待测接地极电阻有一定的比例关系该滑线电阻可与扩程器配合以欧姆作刻度扩程器由比率变压器的抽头构成由量程开关选择抽头由于在平衡时电位极回路的电流可忽略不计电位极的电阻不会影响测量准确度但对检流计的灵敏度会有影响该仪表对杂散电流不灵敏仅在条所述的极端情况下会有测量困难注上述三种测量仪器常配备一种名叫防护端子的第五端子如果试验电极的接地电阻较高通过仪器的泄漏电流会使灵敏检流计产生微小的偏移从而引起错误的读数该防护端子可将这些泄漏电流旁路入地以消除这种误差带电流表和高阻电压表的电源任何一种测量接地电阻的方法对电流表都没有特殊要求当没有杂散电压时对电压表的要求仅仅是其阻抗应比电位极及试验引线的电阻要高当测量流入待测接地极的电流所引起的电压时必须考虑电位极的阻抗显然当使用高阻电压表时产生的误差较小而使用电子电压表时误差可忽略不计当测到待测接地极中有杂散电流且其所产生的电压与测试电流所引起的电压相较是大的时候则在通入测试电流前应在幅值和相位两方面将该杂散电压平衡掉因为所平衡的杂散电压频率只能有一个用于测量的电压表应为选频式电压表通常在测量阻抗低于的大型接地系统时才需要这种选频式电压表图为用选频式电压表电流表时的简化测量接线图图选频式电压表电流表测量电路 通过测取分流器的电压降以测量测试电流在用电压表测量电位极和待测接地极之间的电压时则用一电流表监测此电流这种方法是比率测量的一种方式如此可将误差限制为仪表的刻度误差和分流器扩程器的比率误差感应极化装置这种仪器广泛应用于地电测量这是一种很适合于土壤电阻率和地电阻测量的高灵敏度带特殊测量电路和电源的四端型仪器该仪器由发送器和接收器两部分组成如图所示发送器和接收器电压和电流是彻底去耦的这样对消除试验引线间的耦合有很大作用发送器接收器测量回路的通断由发送器发出的电流脉冲触发控制因而发送器和接收器间不需直接的电缆连接发送器通过两个电极将直流大电流通入土壤然后突然将该电流断开通常可调的脉冲宽度相当于电流通断周期为接收器新式的接收器是高灵敏度集成电路测量器件这可减少这种限时感应极化装置的重量和功率消耗接收器的主要设计特点为能自动自我电位补偿配有抑制交流噪声的远方大地触发特殊滤波器具有抑制随机噪声的曲线形状鉴别和自动积分求和功能图感应极化装置主要优点该装置便于现场人员沿测量路线操作接收器必要时可用一台发送器配多台接收器从而大大提高测量效率由于该装置的抑制固有噪声能力强可在紧靠诸如电力线路的寄生电噪声源处测量在不增加功率消耗情况下还可有效地测量更深土壤层该装置还可完全消除引线间的耦合最后该装置的重量轻功率消耗小便于大范围内移动和多种方式使用高频土壤电阻仪这种新式的仪器用于在带电情况下导线绝缘或不绝缘测量输电线路铁塔无专用接地极的接地电阻由于测量时不靠近带电导线可避免电击危险测量原理见图 铁塔架空地线电位极铁塔接地电阻电流极电位极接地电阻高频发生器电流极接地电阻高频接收器图高频土壤电阻仪高频土壤电阻仪是全晶体管式电源用镍镉电池高频发生器是自激式功率振荡器回路电流流过电流极和铁塔接地极高频接收器将所测电压与一参考内电压比较应注意该仪器是运用电位降法原理带电导线的效应通过采用高频和补偿电路而消除因此为取得可靠的数据各电极间应保持足够间距有关测量的其他事项土壤电阻率和接地电阻的测量是耗费体力的工作在测量时如果测试设备不良更是如此为了取得可靠数据应选用高质量的测试仪器同时在许多情况下为了打入接地棒测量距离和卷绕试验引线还需要特制的辅助设备试验电极的选择最常用的电极是接地棒由于在用榔头将铝棒打入硬土时铝棒易子损坏因此应选用钢接地棒而不用轻质铝棒不应使用螺纹杆因为螺纹杆会卷起泥土在螺纹杆的螺纹面上形成空气层从而引起高接触电阻被打入的接地棒能挤实四周的土壤使接触电阻变小电流极的电阻与电源串联因此是影响测试电流的一个因素如果该电流过小则要打入另外的接地棒以降低电流极的电阻在多岩石的土壤宜将接地棒按与铅垂方向成一定角度斜行打入倾斜的接地棒可躲开石头的顶部测量电位差用仪器的内阻应大于电位极的电阻否则要打入另外的接地棒以降低电位极的电阻试验引线的选择由于在测量时必须多次卷绕试验引线因此应选用挠性引线在确定试验引线的长度时要考虑到现场的温度引线的绝缘应不因低温而冻硬或皲裂试验引线的阻抗应较低在测试低阻抗接地网时更应如此辅助设备的选择下列设备有利于测量和缩短测量时间手锤对于一般的土壤为将接地棒打入深可用重的手锤为避免接地棒过度抖动手锤应沿接地棒轴向施力一种用于防止抖动的手锤由可卸夹头和滑锤二部分组成如图所示这种手锤的优点是在不用辅助平台的条件下工作人员就可在便于作业的高度上工作同时打击接地棒的着力点距地面较近当遇上硬土或冻土不可能用人力打入接地棒时则要用机动锤机动锤可用电动气动或汽油机驱动 距离测量当距离不长时用卷尺或测链测距较方便当距离较长时用里程表测距较实用且省时间距离更长时可查阅该地区的标有比例尺的地图线轴和小车如果配上合适的小车则将测试设备从一地搬到另一地和卷绕试验引线均可变得容易为了易于操作小车应做得轻巧和紧凑图所示为一种配备四个线轴的轻便小车结构线轴有弹簧储能机构可自动卷挠试验引线测试仪器置于小车上部蓄电池手锤线夹以及其他手工工具置于小车下部测试注意事项测试中最常出现的问题均由土壤中的杂散电流和两试验引线间的耦合所引起土壤的导电实际上是电解导电因此在试验电极上会产生反电压消除电解效应的简易方法是采用交流测试电流如果该交流电流是工频则电解作用不会完全消失而交流工频杂散电流可能还会影响测试数据在更高的频率时电解作用可忽略不计但试验引线的自阻抗和互阻抗增加又会引出新的误差此外在进行接地阻抗测试时高频的电抗分量值将与工频的电抗分量值不同通常采用数量级频率的折中办法是可取的如果使用直流电流则电感和互阻抗的效应可消失但电解作用则很强这问题可通过周期性地反转直流电流的极性来解决此时电感和互阻抗的效应仅在暂态过程时比较明显如果各个回路的时间常数足够低这个效应可忽略不计在电流换向时使电路完全断开的周期性换向直流电流是进行接地电阻或土壤电阻率测量的最佳电源但对于接地阻抗测量则并非如此图可卸夹头和滑锤大型变电站的测量如果待测接地极和试验电极之间的间距足够大则用电位降法可得到满意的测试数据对于大型变电站用几盘试验引线可能不能达到足够的间距此时可将一条出线断电将测试电流通过该线路输入远方电流极如果知道电话电缆的屏蔽因数则在某些情况下可用电话电缆作为电位引线使用 图测试小车 附录提示的附录非同质土壤的地电参数两层土壤的视在土壤电阻率两层土壤模型可用下列参数表示图上层土壤高度上层土壤电阻率下层土壤电阻率为反射系数图两层土壤用温纳法测定土壤电阻率条可得出作为电极间距函数的视在土壤电阻率按照上述参数视在土壤电阻率如下式所示按指数函数变化的视在土壤电阻率按指数函数变化电阻率的土壤可用下列参数表示表层土壤电阻率深层土壤电阻率常数用温纳法测定土壤电阻率条可得出如下式所示的作为电极间距函数的视在土壤电阻率两层土壤中接地棒的接地电阻埋在两层土壤中上层土壤内的埋深为半径为的接地棒的接地电阻为其中为反射系数见式注由于因此仅仅无限级数的为首几项有效相当于同质土壤公式简化为 如果在某一现场测量接地棒各种埋地深度至少应有三种深度的接地电阻通过解联立方程可得出未知数和当进行三次以上的测量时可能会得到不合理或矛盾的数据这表明不是测量不够准确就是所假定的同质土壤或两层土壤与实际不符此时应采用四点法或温纳法取多个电极间距通过查对视在土壤电阻率曲线解释测试数据条附录提示的附录两层土壤模型参数的确定本附录旨在使测量人员从所测得的土壤电阻率数据得到符合该土壤电阻率数据的土壤模型本附录仅适用于两层土壤构造图设为四点法或温纳法所测得的视在土壤电阻率为两层土壤构造的计算土壤电阻率和均是电极间距的函数由式得出设为误差函数则式中以电极间距为参数所测土壤电阻率的总数为得到最佳的配合必须最小为确定使最小的值使用陡降法及为使函数的计算收敛以取得所需的解应为应为正值并足够小使所得的解具有所需的准确度一般情况如的值能得出下列的解即可满意 将式代入式可得下式用式计算并设起始值为然后用式计算如果为所需准确度则再继续重复计算当重复计算到次时得出如式当式中的为时式中为所需准确度停止计算按式计算为此要从式算出式中的需从式导出的下式算出式中为按式第次算出的值本附录所提出的计算方法是确定两层土壤构造计算机程序的基础这种方法所得结果能与现场测试数据很好吻合本导则正文图是用本程序所算得的结果附录提示的附录电位降法的原理基本定义和符号如一个接地极没有电流入地且与其他导电电极相距很远则该接地极的电位为零即远方地电位如果有电流通过该接地极入地该接地极电位升高到为接地极阻抗如则因此在本附录中表示当电流通过接地极入地后的电位升高在数值上等于以欧姆表示的接地极阻抗假定在距接地极一定距离处有电流极注入电流入地不传导任何电流由于地电位的升高原为零电位的接地极将升为电位这种现象称为电阻耦合如果则在数值上等于和之间的互阻如果在电流极通过的同时接地极也通过则接地极的电位升将为 计算或的理论公式较复杂除较简单的土壤构造和电极形状外本附录将不涉及基本公式的推导电位降法示于图图电位降法电位极通过的电流与电流相较可忽略不计在给定的时间内假定通过接地极入地的电流为正而通过电流极回流的电流为负按照上述定义和符号得出下列公式式中电位极的电位或相对于远方地电位接地极的电位或相对于远方地电位用电位降法测得的电压为为接地极通过电流所引起的电位升高其值等于接地极的阻抗因此式可改写为和是各电极间距电极形状和土壤特性的函数同质土壤现按图所示的等值系统确定下列函数及假设仅为距离的函数按照式所测阻抗在下述条件下将等于实际阻抗即或相同电极和大间距如果接地极和电流极所引起的电位极电位相等即且足够大致则式简化为从而 即电位极应置于接地极和电流极的中间位置半圆式电极如果接地极和电流极是半圆形且其半径与和相较甚小土壤又是同质的则电位函数反比于半圆中心间的距离如果坐标轴的原点位于半圆的中心则式简化为式的实根正好是电位极的位置这就是通常所说的规则如果电位极位于侧图则式中的应改为此时方程式仅有复数根如果位于侧图则式中的应改为式的实根为一般情况如果土壤是非同质的或接地极电流极为复杂形状则函数难于计算此时要用计算机计算'