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1、第 21 卷? 第 3 期 1999 年 9 月武汉水利电力大学( 宜昌) 学报 J. of Univ. of Hydr. ? 贝仑特补偿法; ? 电压/ 电流法; ? 电磁耦合; ? 环线阻抗分类号 ?TM930. 1? TU8521 ? 传统的接地电阻测量法1?1? 贝仑特补偿法一般来说, 在工业与民用建筑中, 按施工验收规范需测出的是与接地体相连接的全部机壳的接地电阻( RA)? 接地电阻的测量在我国几乎均采用接地电阻测量仪(又称接地摇表) , 这种仪器的测量原理基本上是采用图 1 所示的贝仑特补偿法? 图中探针与接地体之间的距离应符合表 1的规定 ? 表 1? 测量接地电阻时接地体与探
2、针之间的最短距离结? 构? 型? 式接地体与电压探针之最短距离接地体与电流探针之最短距离单个接地体长度至 10m20m40m接地设备超过 10m2 倍接地体长度4 倍接地体长度接地网2?5 倍接地网的平均直径5 倍接地网的平均直径图 1? 贝仑特补偿法测量接地电阻原理图? ? 由图 1 可知, 当滑动可调电阻R 时, 接地电阻上出现电压降?被测接地体 A 与电流探针 B(也称辅助接地体) 都是接在供馈电流 IT1的交流电流回路中 ? 通过变比为 1?1 的电流互感器而在带滑动触头的电阻 R 中产生相同大小的电流 IT2? 两个回路相互 连接在 P 点, 电阻的滑动触头通过电压表 V 与电压探针
3、 C 相连接?在测量过程中, 滑动触头直至使仪表指在零位, 此时, 接地体 A 与探针 C 之间存在的电压等于在电阻上量取的电压 U2, 因此IT1? RA= IT2? r因 IT1= IT2, ? 故 RA= r也就是说, 在电阻 R 上量取的电阻值 r 等于需测的接地电阻RA?探针 B 的电阻不出现于计算中, 它只是在影响到流过测量线路的电流值并由此而影响到测量线路灵敏度时才予以考虑 ? 同样, 探针 C 的电阻对计算也是无关紧要的, 因为在补偿平衡后探针 C 就不再 流过电流 ?1?2? 贝仑特补偿法的局限性从表 1 看出, 电流探针距被测接地体的最小距离为 40m, 这在实践当中有很多
4、工程因受场地的限制?收稿日期:1999- 04- 30? 文国良, 工程师, 主要从事建筑电气设计与研究? 武汉水利电力大学( 宜昌) 建筑设计研究院( 443002)制而无法达到此要求 ? 如果缩短探针与接地体之间的距离, 则因电流探针与电压探针之间及电压探针与接地体之间会产生电磁耦合而使测量结果失真 ?在实际测量当中, 电压、 电流探针为直线布置, 如果电压、 电流探针的测量线靠近且平行敷设时, 两 线之间会产生电磁感应引起很大的误差 ? 仪表电流源的频率越高, 电磁感应作用就越显著 ? 且测量线越长, 则其电阻也不可忽视?另外, 在测量线的下方不得有平行接近的金属导体? 文献 2 指出:
5、? 在用直线法测量接地电阻时,若引线布置方向有接近的平行的地下金属管道或地下电缆时, 可以造成几倍的误差, 该大尺度金属物若 为不与被测接地网连接的情况将造成负误差, 可能使不合格的接地网误为合格; 若该大尺度金属物为与被测接地网连接时, 由于其中流过电流, 感应作用能使测量结果产生很大的正误差?还有, 在接地电阻测量当中, 有的操作者误将测量线从接地网上任意一点引出, 见图 2(a)? 按照文 献 2 的理论, 实际上会产生很大的正误差, 因为接地网将与测量线产生电磁耦合 ? 正确的引线方法见图2(b)? 从图 2 可知, 产生误操作的原因一方面是操作者从理论上不甚了解而盲目按图 2( a)
6、引线, 另一方面是操作者在实际上根本就不了解地下接地体的形状及大小? 综上所述, 贝仑特补偿法因受场地电磁耦合及地下金属体( 或电缆)的分布情况而在应用上受到一定的限制, 且用途单一? 为此, 笔者提出 用电压/ 电流法来解决上述限制及用途的单一性?(a) 错误测量法? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (b)正确测量法图 2? 接地网的接地电阻测量图2 ? 电压/ 电流测量法2?1? 测量电路的构成图 3? 电压/ 电流法电路构成图电压/ 电流法测量电路仅需简易的电压表与电流表即可, 见图 3: Rp ? 可调实验电阻, 范围 23k? 20?; A ? 电流表, 范围 0
7、 10A; V ? 可转换电压表, 范围0 300V,内阻 Ri?300?/ V; T ? 实验按钮。 2?2? 不用探针的电压/ 电流法测量接地电阻图4 给示了 TT - 系统的测量线路: RB? 工作接地电阻; RA? 机壳接地电阻;RP? 可调实验电阻, 范围 23k? 20?; A ? 电流表, 范围 0 10A; V ? 可转换电压表,范围 0 300V, 内阻 Ri?300?/ V; T ? 实验按钮。 测量开始时, 与 RP相关联的电压表 V 是调在最高范围且将 RP调至最大值 ?合上按钮 T 后, 显示的电压( U) 不允许低于 220- UL(持续允许的接触电压 50V)(V
8、)? 如不是这样, 就表明出现故障( 如保护导线断裂时电压表显示为 0), 则此时不允许继续测量? 取 UL= 50V, 则必需电压表显示值 U 170V, 此时, 可降低试验电阻, 直至取得最大实验电流 10A 为止, 读出电流 I 与电压 U 后即可算出接地电阻RARA=U/ I(1)? ? 试验电阻 RP值可由以下两方面来考虑:接地导线可能发生断裂和通过人接触被测的电气设备(图 4 中此时对地电压为 220V), 允许流经人243第 21 卷? 第 3 期? ? ? ? ? ? ? ? 文国良等? 接地电阻的电压/电流测量法及其应用? ? ? ? ? ? ? ?体的最大电流为 10mA?
9、 如果将人体电阻忽略不计, 它在最不利的情况下可以十分小, 获得的最大试验电阻 RP= 220V/ 10mA= 22k?由于测量是用 10A 进行, 所以最小试验电阻 RP= (220- 50)/ 10= 17, 取 20?即? 20? RP 23k?另外, 在选择试验电阻时, 即使整定值较小也应考虑 10A 的负载能力 ?图 4? 电压/电流法在 TT- 系统中测量接地电阻图? ? 图 5? 电压/电流法在 TT- 系统中用探针测接地电阻图由图 5 可知, 用电压/ 电流法测量时, 因要利用网络电压, 故其前提条件是要具有接地的网点, 因此电压/ 电流法特别适用于 TT - 系统? 但这种测
10、量法基本上受着外界电压( RA与RB之间的电位差)影响的危险 ? 图 5 中: RB? 工作接地电阻; RA? 机壳接地电阻; RP? 可调实验电阻, 范围 22k? 20?;A ? 电流表, 范围 0 10A; V ? 可转换电压表, 范围 0 300V, 内阻 Ri?300?/ V; T ? 实验按钮。2?3? 用探针的电压/ 电流法测量接地电阻图 6给示了 TT - 系统的测量线路: RB? 工作接地电阻; RP? 可调实验电阻, 范围 23k? 20?; A?电流表, 范围 0 10A; V ? 可转换电压表, 范围 0 300V, 内阻 Ri?300?/ V; T ? 实验按钮; Z
11、S? 导线环线阻抗; Uo? 对地电压(按钮 T 断开时); UM? 试验电阻上的电压( 按钮 T 闭合时); r ? Rp的调节电阻(在测量终端读出 UM时); I ? 电流( 在测量终端读出 UM时)。图 6? 电压/ 电流法在 TN- S? 系统中环线阻抗测量图此测量方法受外界电压影响的危险性很小, 但前提是电压探针与接地体之间距要符合表 1 的规定.测量线路基本上是相当于不用探针进行测量的线路?同样, 在测量开始时也是将试验电阻调至最大值并将电压表整定在最大范围中, 在合上按钮 T 后显示的电压不允许大于 UL( 50V), 如不是这样, 就表明发生故障( 如保护导线断裂时显示的电压约
12、244? ? ? ? ? ?武 汉 水 利 电 力 大 学 (宜 昌) 学 报? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1999 年 9 月220V), 并不允许继续测量? 如显示的电压小于 UL, 则试验电阻应降低, 直至取得最大的试验电流 10A为止, 这样就能使可能存在的外界电压或干扰电压对测量结果的影响降到最低程度读出电流 I 与电压 U 后即可算出接地电阻 RA RA=U/ I(2)2?4? 环线阻抗的测量 我们知道, 环线阻抗的测量也是间接接触保护检查范围之一, 因此必须测出相线与保护线(PE)或相线与 PEN- 导线之间的环线阻抗 ? 一般来说, 环线阻抗只是在回路的最远端位置上才
13、需要测量, 且只需验证保护导线的畅通连接即可 ? 图 6 所示出 T N- S- 系统中环线阻抗测量电路? 当测量结束时如能确定试验电阻值( 从刻度上读出), 则电流表也可省略? 断开 T 时, 电压表读数需大致等于 220V, 否则表明有故障, 测量不允许继续进行 ? 按钮 T 闭合前, 试验电阻须调到最大值 ? 合上 T 后电阻降低到最小值, 此时 UM不允许低于 UO- UL(220V- 50V= 170V), 否则机壳上就会出现过高的接触电压 ? 回线阻抗 ZS由下式求得 如已知电流 I, 则 ZS= ( UO- UM)/ I? ? 如已知电阻 r , 则 ZS= r ( UO- UM
14、) / I?3 ? 结语电压/ 电流测量法可广泛应用于间接接触保护措施的检查, 如上述接地电阻 ? 环线阻抗的测量, 还 可用于漏电开关的漏电试验及泄漏电流的测试, 限于篇幅本文不作一一举例? 电压/ 电流测量法比贝仑特补偿法的优越性是显见的? 至少不受场地限制 ? 电磁耦合及地下金属体形状大小的影响? 其测量结果比较准确 ? 但由于需利用网络电压, 且要具有接地的网络点, 故在测量接地电阻方面不适用于 IT-系统 ?参考文献1? 解广润? 电力系统接地技术? 北京: 水利电力出版社, 19912? 刘? 继? 接地优化设计? 雷电与静电, 1992( 1) : 36 393? 马宏达? 正确
15、地理解和执行建筑物防雷规范? 雷电与静电, 1994(2): 15 16Voltage/ Current Method of Meansuring on Earth Resistance and Its ApplicationWen Guoliang( Institute of Architectural Design)?Peng Gang( Dept. of Architectural Engineering)Abstract? From the traditional balant compensation method of measuring earth resistance,its
16、working principle and restrictiveness are explained? A voltage/ current method of measuring earth resistance is pro -posed and its application is also discussed?Keywords? earth resistance; ? balant compensation method; ? voltage/ current method; ? electromegneticcoupling; ? loop resistance245第 21 卷? 第 3 期? ? ? ? ? ? ? ? 文国良等? 接地电阻的电压/电流测量法及其应用? ? ? ? ? ? ? ?
