吴仕军+张建军+刘波+罗仕庆

摘 要：接地电阻的测量在防雷工作中一直占据着重要地位，其测量的数据也直接关系到检测报告是否具有真实性、准确性和权威性，是否会影响到防雷设施发挥应有的作用。本文通过大电流、小电流法测试接地电阻原理、方法及设备要求，进行测试接地电阻对比研究，分析了大型接地装置不同电流测试的误差及主要误差原因，提出大型接地装置接地电阻测试的科学测试方法，以便在实际测试工作中起到指导作用。

关键词：接地装置；电流；测试；接地电阻

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.265

1 前言

接地电阻的测试是接地装置测试中的关键内容，接地电阻是接地装置的主要参数。测试工作中，大部分为民用建 （构）筑物或一般工业小型接地装置，按检测设备要求部署20m、10m的电流、电压辅助接地极，在土壤电阻率均匀的环境下测试，5%误差允许范围内就能实际反映接地电阻。由于功能、利用本质、范围大型接地装置通常见于建（构）筑物或防雷要求比较高的场所。

大型接地装置则需用大电流检测仪器。当运用大电流检测仪器测试大型接地装置工频特性参数时，试验频率宜在45Hz-55Hz、试验电流宜在3A-30A区间。用大电流测试法测试的接地电阻比现使用M4102型接地电阻测试仪测试的接地电阻相比，要精确得多。

1.1 接地电阻的重要性

接地电阻的大小是接地装置效果好坏的主要参数，通常来说，接地电阻越小，雷电发生时，其流散的速度越快，一旦物体被雷击中，其产生的高电位持续时间也就越短，防雷装置上产生的雷击高电位也就相应的越低，减少对设备及人身安全的影响。依据原理，发生雷击时，产生的雷电流在通过防雷装置时，接地电阻上电压的高低与接地电阻的关系呈正比，也就是接地电阻的值越小，电压对设备及人身安全的影响就越小。在防雷相关规范中，在用途不同时对接地电阻的要求较明确。分别对一、二、三类的防雷建筑物的接地电阻进行了具体要求，一、二类的接地电阻≤10Ω，三类的接地电阻≤3OΩ，而风电机组接地电阻≤4Ω，变电站的接地电阻≤0.5Ω。因此，接地电阻在防雷工作中具有相当重要的地位。

1.2 测试接地电阻的现实意义

随着大型房开企业的增多，开发的新建项目也越来越大，城市现代化进程的加快，开发和利用城市地下空间，渐渐成全球性的发展趋势；城市地下空间开发和利用，对提高土地利用率，道路畅通，扩大城区绿地，降低环境污染，缓和城区密度，提升基础设施容量等起到不可忽视的效果；国内城市地下空间开发和利用得到快速发展，地下空间建造规模越来越大，基坑工程设计和施工面积面临越来越大的发展趋势。在90年代：地下室大多为1～2层，2000年以后，出现了四层地下室，最近几年，出现了五层地下室，特别就城市综合体建设，甚至出现了上万平米的地下室。大型接地装置的出现，对接地电阻提出了更高的要求。接地电阻是指电流经过接地体进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻。大地具有一定的电阻率，如果有电流流过时，则大地各处就具有不同的电位。电流经接地体注入大地后，它以电流场的形式向四处扩散，离接地点愈远，半球形的散流面积愈大，地中的电流密度就愈小，因此可认为在较远处，单位扩散距离的电阻及地中电流密度已接近零，接地点处的电位Um与接地电流I的比值定义为该点的接地电阻R，R=Um/I。当接地电流为定值时，接地电阻愈小，则电位Um愈低，反之则愈高。接地电阻主要取决于接地装置的结构、尺寸、埋入地下的深度及当地的土壤电阻率。良好的接地电阻能有效地降低引下线上的过电压，避免发生反击。减少对人身及财产的损失。

本文通过小、大电流测试，对选取12个大型防雷接地装置接地电阻进行测试，对比接地电阻值，找出大小及影响测试结果的主要因素，为今后大型接地装置接地电阻的测试具有指导作用。

2 测量接地电阻的基本原理

根据接地电阻的定义，接地电阻是电流I经接地体流入大地时接地电位U和I的比值。因此，为了测量接地电阻，首先在接地体上注入一定的电流。如图1所示。

为简化计算，设接地体为半球形，在距球心X处的球面上的电流密度为

当接地体为半球形，球形中心位已知，土壤的电阻率一致，镜像的影响忽略不计的情况下，电压极放在电流与被测接地体两者之间，距接地体0.618d13处，即可测得接地体的真实接地电阻值。

3 测试设备技术参数

采用在检测站常用的M4102型接地电阻测试仪（小电流）和异频测试设备DF9001（大电流）进行测试，其测试设备技术参数见表1和表2。

4 小电流法测试接地电阻测试报告

4.1 测试原理

接地装置工频接地电阻的数值，等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中的工頻电流的比值。因此，测量接地电阻必须测量接地装置的对地电压和流入地中的工频电流，接地装置的对地电压是指接地装置与地中电流场的实际的零电位区之间的电位差。因此，必须在接地体中通过流入地中的工频电流，电源的一端接接地装置上，另一端接在能与被测接地极构成回路的辅助电流接地极上。电压表的一端接在接地装置上，另一端接在处于实际的零电位区的电压接地极上。

由于，单根接地极的零电位区在距单根接地极10M以外的地方，同时，电流接地极与电压接地极避免相互干扰，电压接地极必须设在距被测接地极和电流接地极10M以外的地方。因此，被测单根接地极，电流接地极，电压接地极三者应成10M—20M的直线布极方法。

4.2 测试方法

用接地电阻测量仪测量接地电阻时，要求采用10—20m的布极方法。接地电阻测量仪都配有10m，20m的专用线。为了消除互电阻的影响，电压接地极P的电流接地极C距离不小于10m。如电流接地极C距电压接地极P的以外是建筑物，电流接地极C无法布置。电流接地极C和电压接地极P可以布置在被测接地网G的两侧；或电流接地极C和电压接地极P，被测接地网G三者成三角形，每边长为20m。

4.3 用小电流法对12个接地装置测试接地电阻，测试数据见表3

5 大电流法测试接地电阻测试报告

5.1 测试原理

电流线和电位线同方向（同路径）放设称为三极法中的直线法。dCG通常选5～6D，dPG通常为（0.5～0.6） dCG。电位极P应在被测接地装置G与电流极C连线方向移动三次，每次移动的距离为dCG的5%左右，当三次测试的结果误差在5%以内即可。在具体测试中应注意以下两个方面的干扰：辅助电流极和辅助电压极的布线应拉开1m以上的距离，以减小等效电容；辅助电压极的敷设应尽量避免与输电线路平行，以防感应过高的工频电压。

5.2 用小电流法对12个接地装置测试接地电阻，测试数据见表4

6 小、大电流测试接地电阻数据对比分析

通过12个接地装置分别进行大、小电流接地电阻测试对比测试，得到接地电阻对比数据，见图2。

7 数据误差分析

通过研究试验，分析数据，大小电流法所测试数据相差较大，主要原因分析如下：M4102型接地电阻测试仪去干扰能力差，受对地电压变化影响大。地中泄漏电流、无线电干扰电流等杂散电流、电网中的三相不平衡电流通过工作接地注入大地、接地网邻近的电路管线、电站引出的架空线零序分量、测量回路中的电压、电流引线之间的互感干扰电势，土壤电阻率不均匀等都会对其构成影响。而异频测试设备DF9001通过选频，能去掉其它所有干扰。

8 结论

（1）接地装置的接地阻抗大电流测试方法由于其测试电流大，测试环境的影响可以忽略，因此，该方法的测试结果能够体现接地装置特性的真实性。

（2）接地装置的接地阻抗小电流测试方法由于其测试电流小，受测试环境因素的影响较大，因此，该方法的测试结果偏离接地装置特性参数误差较大，不能用于要求较高的测试。

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作者简介：吴仕军（1980-），男，苗族，工程师，主要从事雷灾调查及防雷技术推广工作。