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1、第六章 接地的测量与检验接地的测量是各级防雷检验机构最主要的测 试任务，工作量最大，情况最复杂。要求熟练掌握测试理论并能熟练操作仪器6.1土壤电阻率的测量 在接地技术中土壤电阻率是一主要技术参数。任 何接地装置的设计都需依此为依据。接地工程竣工 后的检验、投运后安全性的评估也都需要这一原始 数据。因此在设计初始阶段，当接地装置的所在位 置确定后，即需进行土壤电阻率的物探工作，施工 过程或投运后作为设计的校核亦需测量土壤电阻率 。什么是电阻率？ 电阻率是形状如1 1 1 m立方体的接 地材料的电阻，其中，测量电极可以放 在该立方体的对面，参见下图。 图 41. 电阻率的说明一些典型的接地材料的电
2、阻率规定值 6.1.1文纳四电极法作为大地电阻率的测量方法，最最广泛被采 用的是被称作文纳四电极法的方法接线如图14，10所示。由外侧电极C1、C2、 通入电流I，若电极的埋深为L，电极间的距离 为a(aL)则c1、c2电极使P1、P2上出现 的电压分别为 而两极间的电位差为 用四极法测量土壤电阻率时，电极可用四 根直径2cm左右，长0.5-1.0m的圆钢或钢管 作电极，考虑到接地装置的实际散流效果 ，埋深应小于极间距离的1/20。应取34 次以上不同方向的测量平均值作为测量值 。 用以上方法测量的土壤电阻率，不一定是一年中的最大 值，所以应按下式进行校正。考虑到土壤干燥的季节系数 其值如表1
3、45所示干 燥，则取表中的较小位，比较 潮湿时，则取较大值 实测土壤电阻率，m。用四极法测量时有以下注意事项：(1)对于己远行的变电所测土壤电阻率时，因电流要受地中水 平按地体的影响，因而测量时要找土质相同的远离接地网的 地方进行 (2)为了全面了解地电阻率的水平方向的分布情况，要在 被测试的区域内找不向的46点进行测量。 (3)为了了解土壤的分层情况应改变几种不同的a值进行测量，比如a=10、20、30、50m等（5）测量土壤电阻率时应尽量避开地下的管道等，以免影 响测试结果；（6）不要在雨后土壤较湿时测土壤电阻率：电流渗透深度在大地电阻率的测量中，测量用的电流在地中渗透 的大致深度是多少?
4、 这是个重要的问题。一般来说，大地成层状结构，各层的电阻率是不同 的。由文纳四电极法测量大地电阻率的场合，得出 的是测量用电流渗透到达深度的电阻率的平均值。 电流未到达的层的电阻率是不知道的。在图169 ，设从电极系统的中央的点。向深度方向为Z轴。 从电极1流入电流I，到达电极4。考虑Z轴上的电流 密度的变化，当然O点的电流密度是最大的，随深 度变大电流密度变小。如取O的电流密度为i0，z轴 的电流密度为i，i和i。之比服从下式的关系：D是电极1和O点的距离 。基于上式，绘出zD 和ii。的关系成图1。 如z/D=2即如z=2D的深 度，可看出电流密度己 相当低。6.1.2现场表土土壤电阻率的
5、测量对于既定的接地装置现场，可选择一设计高度相同的较为平整、土壤色 泽和（颗）粒度都较均匀的场地上，取表土若干，在实验室内进行测试 。测试方法如下：将取回的土壤倒入一已知尺寸和具有标准电极的绝缘容器内，电极 的位置应在容器的中央，即距容器各器壁距离都是相等的，一般以圆柱 形较宜，以量规调整好电极间的距离，土壤应掩没电极，并将多余的土 壤自容器顶面刮去。再将该容器的电极接入如图1的回路中，按通电源就可测试。按电 流表和电压表的读数U和I就可计算电极间的土壤电阻： R = UI () 因为R = （L/S），由此可求得： = (RS)L (m) （1） 式中：S标准电极的表面积，m2L电极之间的距
6、离，m这一方法较为简单，也可用来检测降阻 剂电阻率。6.1.3三极法测量土壤电阻率当现场土壤电阻较均匀时，可在土地平整开挖之前采用单极法测量土壤 电阻率。事先加工一垂直接地极，一般可用直径不小于15mm、长度不 小于1m的焊接钢管或自来水管，将其一端加工成尖锥形或斜口形，便于 在现场击入地面。然后用接地电阻测量仪进行测量。按图2接线，电流 极C离开接地极的测量距离 S 20m；电压极P的位置应置于(0.50.7)S 处。测量时在电流极C的位置不变，移动电压极P的位置，在上述区间取 35点，其读数平均值作为测量值。按静电场原理已知该接地极的接地电阻 ：Rg = (2l) ln(4ld ) （2）
7、 式中；l接地极击入土中的深度，md接地极的管径，m由式（2）即可求得： = (Rg2l ) ln(4ld ) (m) （3）6.1.4 -a曲线把电阻率沿深度方向的变化由地上推定的方 法，那就是由-a曲线推定法。-a曲线的纵轴不是地中各深度的电阻率。它是 对应于电极间隔为a至一定深度(约3a)的电阻率的 平均值。因而，要从-a曲线知道地中各深度的电阻 牢，必须变换-a曲线。 -a曲线变换，最广泛采用的方法是把实测 求出的-a曲线与理论求出的基准曲线作比 较，推定地中的分布的方法。双层结构场合的基准曲线如图所示:定义反射率k取k为十1和一1间的值。在第2层的电阻率 非常高的极限的场合，即的场合
8、， A十1，第2层的电阻串在最低的的 场合，k一1如把k式变换为如下的式子：对双层结构，可以把对应于各种k值的-a曲线在理 论上描出，把它示于图173和图174。在图173中a是按文纳四电极法从地表面测量得出的综合的电阻率，l是上层 的电阻率。把实测得到的-a曲线与这些基准曲线比较，就可推定地中电阻率的分布。接地电阻的测量6.2.1测量接地电阻的基本原理设接地体为半球形在距球心X处的球面上 的电流密度为设无穷远处的电位为零，所以距接地体球心为x处所具有的电位为要使测量的接地电阻Rg，等于接地体的实际接地电阻R， 就必须使上两式相等，即：这表明如果电流极不置于无穷 远处，则电压极必须放在电流 极
9、与被测接地体两者中间，距 接地体o618d13处即可测得 接地体的真实接地电阻值，此 方法称为0.618法或补偿法。测量结果的误差随极间距离d13的变化 上述结论的应用是有范围的，与假设的前提有关即仅在接 地体为半球形，球形中心位置已知，土壤的电阻率一致，镜 像的影响忽略不计下适用 实际情况与此有出入如接地体几乎没有半球形的，大多数 为管状、带状以及由管带形成的接地网测量结果的差别程 度随极间距离d13的减小而增大但不论接地体的形状如何， 其等位面距其中心越远，其形状就越接近半球形，并在论证 一个电极作用时，忽略了另一个电极的存在，也只在极距d13 足够大的情况下才真实。如果在测量工频接地电阻
10、时，d13取(45)D值有困难，那么当接地装置周围的土壤 电阻率较均匀时，d13可以取2D值，d12取D值；当接地装置周围的土壤电阻率不均 匀时，d13可以取3D值d12取17D值。D为圆盘直径或地网最大尺寸6.2.2测量方法及接线测量接地电阻的方法最常用的有电压、电流 法，比率计法和电桥法。对大型接地装置如110kV及以上变电所接地 网，或地网对角线D60m的地网不能采用比 率计法和电桥法，而应采用电压、电流表法 ，且施加的电流要达到一定值测量导则要 求不宜小于30A；(一)电压、电流法采用电压、电流法测量接地网接地电阻的试验接线 如图142所示。这是一种常用的方法。施加电源后，同时读 取电
11、流表和电压在位 ，并按下式计算接地 电阻，即 图14-2中隔离变压器T1可使用发电厂或变 电所的厂用变电所用变5020kV，把二次侧 的中性点和接地解开，专作提供试验电源用 ；调压器T2可使用50-200kVA的移圈式或其 他型式的调压器；电压表PV要求准确度等级 不低于1.0级，电压表的输入阻抗不小于100k，最好用分辨率不大于1的数字电压 表(满量程约50V)；电流表PA准确度等级不 低于10级。对测试电流的要求（专用测试仪）1。这个测试电流必须采用交流信号，因为加用直流电流会 产生电化学（土壤的极化）作用，使得测量结果与通过交流 电时不一样。而作为电力系统的接地或作为防雷的接地，流 过的
12、是交流故障电流和频率成分极为丰富的浪涌电流。2。对交流测试信号的频率，为了容 易与电力系统的感应信号、杂散信 号分离，应采用工频以外的频率。 有的接地电阻测试仪能自动调整测 试信号频率，躲开电力系统的感应 信号和其它杂散信号的干扰。另外 ，如使用过高的交流频率，测试导 线的电感和电容会对测试产生不利 的影响。一般采用1kHz以下较好。辅助电极的接地电阻电位降法重要的特征是二个辅助电极的接地电阻不会影响测量 值。这个特点极大地方便了测试工作。因辅助电极也是接地 的，当然有接地电阻。测量用的辅助电极长度及直径都较小 ，而且因接地测试是临时的，辅助电极的接地电阻都较高。 并且它的值因测量地点和时间而
13、变动。电流辅助电极c的接 地电阻加入主回路中，会影响流入大地中电流的大小。但是 ，电流值变化时，因与它成比例的EP间的电位差亦变化， 使测量结果VI不变。电位辅助电极P的接地电阻加入电位 差测量回路之中，因此作为电压测量装置，如能尽量不在此 回路提取电流，就能除去P电极的接地电阻的影响。所以， 电压表的内阻应尽可能大。 不过，辅助电极的接地电阻也不能太大，否则，测试电流太 小，极易受地中杂散电流的影响，一般接地电阻测试仪会给 出起码需要满足的辅助电极的接地电阻值。这个值很容易实 现。电位分布曲线电位分布曲线的例子如图33。这些曲线是如下作出的： 首先，在离主电极E一定距离的地点把电流电极c打入
14、大地中。其次把接 在E、C连接线上的电位电极P移动，测量EP间的电位差。然后，把横轴 取作EP间的距离，纵轴为电位差的测量值绘制出电位分布曲线。 图33是两极间的距离取作E至C1、C2两种场合描绘出的电位分布曲线 P1、P2 。 分布曲线P1的中央无水平部分，电位分布曲线P2有水平部分。如把这倒过来说，当电位分布曲线的中央产 生水平部分，可判定电流辅助电极离主接地 电极己充分远，双方电极已几乎无关。因此 ，如把电位分布曲线水平部测定的电位差Ex ，被除以那时的电流值，就可求出E的接地电 阻。 为什么如果主接地电极和电流电极远离，电位分布曲线发生水平部分，就能判断双方电极无 关系呢?要说明这个问
15、题，引入称为电阻区域的概念是必要的。接地电阻是包含在接地电极周围的大地之中的。所含接地电阻的量在接地电极的附近最多，离 接地电极远的地方较少。那是因为在地中电流经过路径的断面积急速扩大。 如理论上严密地讲，接地电阻包含在至无限远方的大地中。但是。作为实际问题，可考虑接地 电阻的大部分是在以接地电极为中心的有限的范围内。这样，以接地电极为中心，把包含大部 分接地电阻的范围称为电阻区域。 对电位降法，在主接地电极有它的电阻区域，在电流电极也有它的电阻区域。为正确测量接地 电阻，两者的电阻区域必须互不交叠。一般的接地网测量时电极的布置1电极为直线布置（ 62%法） 被测接地系统（接地桩或接地带电极）之间所需 距离的计算： 计算的依据是接地桩电极的深度或接地带、接地 网系统的对角线尺寸。 从被测接地电极到电流测试探头的距离 C2 = 深度（接地桩电极）或对角线（带式电极 ） 5 与电压测试探头的距离P2（62%） = 距离 C2 0.62 与电压测试探头的距离 P2（52%） = 距离 C2 0.52 与电压测试探头的距离P2（72%） = 距离 C2 0.72 举例：接地带系统，对角线 = 4 m C2 = 4 m 5 = 20 mP2（62%） = 20 m 0.62 = 12.4 mP2（52%） = 20 m 0.52 = 10.4 m
