大型接地装置接地电阻测量方法探讨 摘要：接地装置是确保电气设备在正常及事故情况下，都能可靠和安全运行的主要保护措施之一它主要由接地体和接地线组成，按其作用可分为安全接地、工作接地和过电压保护接地接地装置的主要参数是接地电阻由于大型接地装置受诸多干扰因素的影响，准确测量其接地电阻较为困难下面就工程实践中常用的接地电阻测量方法（电流注入法）进行分析和探讨关键词：接地电阻测量；大电流注入法；四极法；一、工频大电流注入法采用大电流注入法测量接地电阻时，注入地网的电流应大于10A，通常为20～100A，另外d13的长度要尽量选择长一些注入大电流是为了减弱工频干扰电流的影响（工频干扰电流一般小于10A）保证测量精度，d13尽量选择长一些是为了使地中扩散的电流均不发生严重畸变，d13的长度越短电流场的分布就畸变的越厉害，对测量精度就影响越大d13的长度一般应选择地网对角线长度的5倍左右；另外由于大地土壤是不可能均匀的，当d13不大时，随着d13布线方位及长度的不同，测得的地网接地电阻值也差异很大，设法增大d13的长度，可以减小土壤不均匀所引起的测量误差采用工频大电流注入法测量接地电阻值所用的测量设备的容量，取决于测量电流回路的阻抗（其中包括接地电阻值、电流极接地电阻、电流线阻抗等）和要求注入电流的大小，当然电源的容量也与上述参数有关，在一定的测量设备条件下，为了获得较大的输出电流，应设法增大电流线的截面，甚至可以考虑串联电容补偿来除低电流导线的阻抗，为了试验人身安全，不能无限制的抬高电流的输出电压，测量设备的最大输出电压应控制在400V以下。
在电源侧增加隔离变压器，是为了不使入地电流在电源侧分流，影响测量精度地网中的干扰电压，往往是引起大电流注入法测量接地电阻误差的重要原因，必须设法剔除其影响，通常采用的方法有倒相法和补偿法倒相的步骤为：在注入测量电流之前，测量地网电压U0接通电源，注入地网电流I，并认定一端为正方向，如设上图中电源a端为正方向，测得地网电压U2将电源输出端反接，即X端接电流极，称反方向，注入相同幅值的电流I，测得地网电压UF，然后进行综合计算，干扰电压U0是干扰电流I0在地网接地电阻Rj上的压降，设矢量Î0与测量正方向电流Î的夹角为φ，则矢量Ú0、Úz、ÚF间的关系见下图：通过数学运算，可测得电流I在地网Rj上的电压降Új值为：Új=于是：RJ=这样就基本消除了干扰电流I0对测量电流的影响，使测量结果更加可靠采用倒相法和补偿法都能有效的消除地网中已存在的工频干扰，但是都无法消除测量两电位线之间的互感引起的感应电压的影响尤其是测量大型地网时，利用架空线路导线作测量回路时，距离长电流大，地网RJ都很小，互感的影响更显严重，据有关资料提供的测量结果和理论推算，利用低压架空线路的一相导线作电流线，另一相导线作电位线，电流线通过电流时，在电位线上的感应电压约在0.2～0.4V/KMA范围内。
例如利用10KV线路测量时，当测量电流为30A时，电位极距d121000m,可估算在电压回路上的感应电压达12V，如果地网电阻RJ〈0.5Ω时，IRj〈15V，显然仅感应电压而引起的测量误差就有X100%=62.5%，这是绝对不允许的，因此在现场要克服人工布线困难，利用架空线路作测量线，则必须克服两电位线之间的互感影响，则可以采用增加一个电极的“四极法”测量大型地网的接地电阻二、四极法其原理结线图如下：图中电极4为特加的辅助电极，也因此而称为“四极法”，假设大地的电阻率为ρ，被测接地装置为半球体，半径为rg，由公式推导可知，在上图中电压表V测得1、4两端的电压U14为：U14=（-+-）令=Rj1其物理意义是接地极至电极4所处电位面之间的接地电阻，则：Rj1=（-+-）同理，令接地极在辅助电位极所处电位面与电位极2所处电位面（可认为是零位面）之间的接地电阻为Rj2，则Rj2=（-+-）于是，接地极至零电位面间的全部接地电阻为：Rj=Rj1+Rj2=（-+-）从上式可以看出采用“四极法”测得的接地电阻与三极法测得的结果完全相同，也就是Rj可用（Rj1+Rj2）来表达，于是电场的问题可用电路的形式来等值，其下图为等值电路：图中M为电流回路和电压回路的互感，RI为接地电阻，RV为电压极接地电阻：R'V为辅助电极接地电阻：考虑到RV和R'V与高内阻电压表的内阻相比其值很小，用电压表测量电压时，电压回路的电流可以忽略不计。
即RV≈0.R'V≈0,根据等值电路可列出下列方程式：12=(Rj1+Rj2)+jWM14=Rj124=Rj2+jWM由方程式得：Kj=Rj1+Rj2=式中U12.U14.U24是测量电流I通过接地装置时,接地装置对电压极,接地装置对辅助电极,辅助电极对电压极之间和电压,它们均可以在测量时直接获得,代入上式即可求得接地装置的接地电阻Rj四极法测量接地装置的接地电阻与三极法相比多用了一个辅助电极4，多测量两个电压值U14和U24，却能巧妙的消除互感对测量结果的严重影响，为现场测试提供了很大的方便这是四极法十分突出的优点四极法的辅助电极可设在地网边沿的任意方向，离地网边沿距离d14的大小对测量结果无影响,一般情况下,d14为离地网边沿4～5m即可,这样即减小工作量,也免除在辅助电极引线上存在明显的感应电压,但是辅助电极不能紧帖地网,使U14趋近于零,否则将会造成很大的测量误差若是以运行的变电站，不能停电测量地网的接地电阻时，且地网的工频干扰电压较大，可应用四极倒相法测量，即在四极法的基础上，再引入倒相法由等值电路可列下式：当对地网不注入电流时，则有：120=0(Rj1+Rj2)140=0Rj1240=0Rj2式中120、140、240为干扰电流0通过地网在地网与电压极，地网与辅助极，辅助极与电压极之间的电压。
当对地网注入正方向电流I时，并认定方向，则有：12z=(+0)(Rj1+Rj2)+jWM=120+12式中12z、14z、24z为测量电流正方向和I0同时通过地网时，地网与电压极，地网与辅助极，辅助极与电压极之间的电压当对地网注入反方向电流I时，则有：式中12F、14F、24F是测量电流反方向时，相应的电压值解上述三组方程式，可得消除干扰和互感影响后，仅是测量电流注入地网时，地网对电压极，地网对辅助极，辅助极对电压极的电压U12、U14、U24的计算公式：U12=U14=U24=由此可以计算出接地装置的接地阻值Rj测量接地装置接地电阻时还应注意以下问题：消除气候原因对测量结果的影响我们知道土壤的湿度对土壤的电阻率影响很大，越潮湿其电阻率一般越小，因此不宜在刚下过雨后的时间里测量接地装置的接地电阻消除测量用接地极对测量结果的影响测量用的电流极和电压极的电阻一般不会很大，但在测量大地网接地装置的接地电阻时其自身阻值，有时也不可忽视，所以电压极和电流极宜采用直径为25～50mm长0.7～3米的钢管或圆钢，垂直打入地中，电流极和电压极的阻值一般要控制在100Ω以内正确选择仪器仪表，测量时应尽量选用准确度等级较高的仪器仪表。
一般不应低于0.5级采用大电流注入法测量接地电阻时，在电流极接地体周围会产生较大的压降，因此在其周围，不应有人或动物到达，以免发生事故和影响测量结果测量接地装置的接地电阻时，应重复测量三至四次，偏差特别大的应舍去，取其算术平均值为实测的接地电阻值 -全文完-。