茅圣仁，吴坤平，许文进，陈文理，彭宗贵

(1.福建省仙游县气象局,福建　仙游　351200；2.福建省莆田市防雷监测技术中心,福建　莆田　351100)



探索沿地网对角布线的接地电阻测量

茅圣仁，吴坤平，许文进，陈文理，彭宗贵

(1.福建省仙游县气象局,福建仙游351200；2.福建省莆田市防雷监测技术中心,福建莆田351100)

按照相关规范，常规的接地电阻测量的布线是测量线垂直地网边中点，电流测量线长度常是地网对角长度的2～3倍，但在实际的工作中，常遇不达测量要求的环境。针对这一问题，探索测量线沿地网对角线布置的方法，选择二小测量电流的接地电阻测量仪，测量一小地网的接地电阻并统计分析。结果：沿地网对角线布置且电流测量线长度是地网对角长度的2(3～4)倍和常规测量且电流测量线长度是地网对角长度的2(2～3)倍“总体均值无显著差异”。测量线沿地网对角线布置的可替代测量线垂直地网边中点的接地电阻测量。

接地电阻测量；沿地网对角布线；方差分析

1　引言

接地电阻测量是防雷检测工作的重要组成部分，测量值是防雷工程质量验收的重要参考依据。接地电阻的常用测量方法是电位降法，检测依据是《GB/T 17949.1-2000,接地系统的土壤电阻率、接阻抗和地面电位测量导则 第一部分：常规测量》[1]、《GB/T 21431-2008 建筑物防雷检测技术规范》[2]等规范，推荐的是沿地网边中点布线的常规测量方法。

茅圣仁等[3]用回归分析讨论不同测量仪器的建筑物接地电阻最适宜的测量距离，讨论的测量方向是常规的。廖文春[4]介绍运用三维有限差分方法研究采用直线三极法，40 m短回路引线测量U型建筑基础工频接地电阻时电位分布特点和测量结果。根据模拟计算有：选择外凸拐角作为测量点，从外凸拐角沿与基础两边延长线成45°角方法向外布线，其可测量范围较宽。该讨论的缺点是布线的延长线可能未通过地网原点；茅圣仁等[5]从实测的角度去讨论4105A的建筑物接地电阻测量距离与方向的误差，讨论的测量方向是沿地网对角线布置的，但仅是定性的。

在实际的接地电阻测量工作中，城镇化的环境下或不存在规范的环境，常是建筑物前后左右地网边的空间未能满足测量要求，而地网对角的建筑物间的空间能满足测量要求，由此引发探索沿地网对角布线的接地电阻测量。

探索沿地网对角布线的接地电阻测量，是因地制宜的，为接地电阻测量提供一种有效选择。选择二小测量电流的接地电阻测量仪，试验测量一小地网的接地电阻，参照文献[2]的数据处理方向，利用方差分析，探索沿地网对角布线的接地电阻测量。

2　试验准备

2.1试验仪表

①4105A接地电阻测试仪的测量范围：0～199.9 Ω,精确度：±2%rdg±1 Ω,测量频率：800 Hz，测量电流：1 Ω/AC 3 mA，10 Ω/AC 2 mA，100 Ω/AC 1 mA。

②F1628接地电阻测试仪的测量范围：0.02 Ω～300 kΩ,精确度：±5%rdg±10 Ω，测量频率：94 Hz,测量电流：≤260 mA。

2.2试验布线

假设：完全同质的土壤、电极可采取半圆的形式、测量的参考原点在建筑物的几何中心。

试验采用直线电位降法，地网0中心、电压极P、电流极C三极处在一条直线上，布线示意图1。

图1　试验测量布线示意图Fig.1　Schematic diagram of test measurement wiring

2.3试验地网

地网的长(宽)11.0 m，对角线的长度d=15.6 m，用材：水平接地体40 mm×4 mm扁钢60 m、垂直接地体40 mm×4 mm角钢6 m，埋深0.6 m，土壤电阻率ρ=70.6 Ω·m。试验的现场情况：晴，空气温度34.3 ℃、空气湿度43%。场地为砂质熟土、平整、疏松。

2.4参考理论

解广润[6]的图10-19由模拟实验所测的地表电位分布，见图2，比较方向一、方向二电位分布曲线，地网角的电位较地网边中点低，方向二电位分布曲线地网外的电位降大(陡)，方向一电位分布曲线地网外的电位降则较平稳。那么，地网外一定远的距离，相同的电压极距离，沿地网对角线的“地电位”应更低或更接近“零”。这为我们提示一个研究的方向。

图2　模拟实验所测得的地表电位分布Fig.2　The earth's surface potential distribution measured through simulation test

3　试验测量

选定电流极C、电压极P的测量线垂直地网边中点，见图1方向一，方向一2(3)为测量线垂直地网边中点且EC=2(3)d，是规范推荐的测量方法。选定电流极C、电压极P的测量线沿地网对角线布置，见图1方向二，是本试验探索的测量方法，方向二2(3或4)为测量线沿地网对角线布置且EC=2(3或4)d。电压极P设置在EC中间的不同位置，EP/EC从0.5～0.77，以0.2或0.3为步长，测量不同EP/EC的电阻。测量的均值如图3。

图3　测量均值的分布图Fig.3　Distribution of measured mean value

把文献[2]“电压极沿电流极与地网之间连接线方向移动三次，每次移动5%EC，三次指示值的相对误差不超5%”称为“可测量范围”。方向一1无“可测量范围”，方向二1“可测量范围”仅二个不连续的点，下面不讨论方向一1、方向二1的测量值，其它“可测量范围”的视在接地电阻分布图见图4、图5。

图4　4105A“可测量范围”的视在接地电阻分布图Fig.4　visible ground resistance distribution map of 4105A "Measurable Scope"

图5　F1628“可测量范围”的视在接地电阻分布图Fig.5　visible ground resistance distribution map of F1628 "Measurable Scope"

4　“可测量范围”的单因素方差分析

方向一是规范推荐的测量方向，以方向一测量值为准，按照方差的3个基本假定，对各“可测量范围”做单因素方差分析。对每个方向“可测量范围”进行检验，检验的实质是判定方向二2(3或4)与方向一2(3)总体均值是否相等。用SPSS软件的单因素方差分析Scheffe检验[7]，见表1。Scheffe适用于探索性研究的多个均数的两两事后比较。它实质是对多组均数间的线性组合进行假设检验，多用于对比组样本含量不等的资料，可以检验任意的线性对比。

表1　“可测量范围” Scheffe(c)检验(a=0.05)

4105A、F1628齐性检验的显著性≥0.05，通过齐性检验；单因素方差分析ANOVA的显著性<0.05，因此拒绝零假设，认为测量方法对测量的准确性有显著性影响。

SSA是测量的组间系统误差，SSE是测量的组内随机误差，SST是总误差。4105A、F1628“可测量范围”的组间系统误差约占总误差的36.5%、40.0%，提示我们，测量方法(测量的方向和测量距离)极其重要；“可测量范围”的组内随机误差约占总误差的63.5%、60.0%，提示我们，测量中的质量(测量线是否缠绕、电压极和电流极接地电阻的大小、地中干扰电场等)控制、电压极的设置、数据处理方法等更要注意。

从Scheffe检验的多重比较的显著性得：方向二2与方向一2和方向二3(4)与方向一2(3) “总体均值无显著差异”，说明，方向二2能代替方向一2的测量，方向二3(4)能代替方向一2(3)的测量。测量可分为2个子集，子集1是方向二3(4)、方向一2(3)，子集2是方向一2、方向二2(3)。方向一2和方向二3是近、中兼备的测量距离。

结果：

①方向一1无“可测量范围”，方向二1“可测量范围”仅2个不连续的点，不宜采用；

②方向二比方向一有更宽广的“可测量范围”；

③方向二2能代替方向一2的测量，方向二3(4)能代替方向一2(3)的测量，说明方向二也是可供选择的方法之一。

5　结果和讨论

方向二比方向一有更宽广的可测量范围，方向二可替代方向一的测量。电流(压)极测量线，可沿地网对角线方向布置。

规范[2]推荐的测量方向是沿地网边中点的，而试验得到沿地网对角线方向布线的测量有更宽广的“可测量范围”，探索的 “电流(压)极测量线，沿地网对角线方向布置”的测量延长线通过地网原点，这是乎也符合规范[1]16的过“参考原点”精神。

[1] 国家机械工业局．GB/T 179491-2000 接地系统的土壤电阻率、接阻抗和地面电位测量导则 第一部分：常规测量[S]．北京：中国标准出版社，2000．

[2] 中国气象局．GB/T 21431-2008 建筑物防雷检测技术规范[S]．北京：中国标准出版社，2008：10-11．

[3] 茅圣仁，杨超，林永强，等．4105A的建筑物接地电阻测量方法研究二[C]//第31届中国气象学会年会．北京：中国气象学会，2014．

[4] 廖文春,陈加清,陈岩,等．测量U形建筑基础接地电阻的有限差分分析[C]//第28届中国气象学会年会．厦门：中国气象学会，2011．

[5] 茅圣仁，许慧钦，陈文理，等．4105A的建筑物接地电阻测量方法研究[C]//第30届中国气象学会年会．南京：中国气象学会，2013．

[6] 解广润．电力系统接地技术[M].北京：中国电力出版社，1991:224-226．

[7] 苏理云，陈彩霞，高红霞．SPSS19统计分析基础与案例应用教程[M].北京：北京希望电子出版社，2012: 89-109．

The Exploration about the Ground Resistance Measurement along the Diagnoal Line of Grounding Grid

MAO Shengren1,2,WU Kunping2,XU Wenjin1，CHEN Wenli2，PENG Zonggui2

(1.Xianyou Meteorological Bureau, Xianyou 351200, China；2. Putian Lightning Protection Monitoring Technology Center, Xianyou 351100, China)

It is recommend that the middle side of the grounding grid is vertical with measure line, the length of current measure line is 2～3 times than the length of the diagonal line of grounding grid, but required environment is not satisfied in the actual work. In view of the problem, it is explored about the ground resistance measurement along the diagonal line of grounding grid, Measurements and statistical analyses of a small grounding grid's ground resistance were done by choosing two kinds of small earth resistance meter. Conclusion: between the length of current measure line is 2(3～4) times than the length of the diagonal line of grounding grid and the length of current measure line is 2(2～3) times than the length of the diagonal line of grounding grid, there is no significant difference in overall Average. The two methods can replace each other.

ground resistance measurement; grounding grid along the diagonal line；variance analysis

1003-6598(2016)02-0085-04

2015-12-05

茅圣仁(1959—)，男，高工，主要从事防雷检测工作，E-mail:13860951738@139.com。

福建省气象局基层专项(2015J03)资助项目。

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