本儀器適用于測(cè)試各類(lèi)接地裝置的工頻接地阻抗

1、一、用途本儀器適用于測(cè)試各類(lèi)接地裝置的工頻接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓、轉(zhuǎn)移電位、場(chǎng)區(qū)地表電位梯度等工頻特性參數(shù)以及土壤電阻率。本儀器采用異頻抗干擾技術(shù)，能在強(qiáng)干擾環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)得工頻50Hz下的數(shù)據(jù)。測(cè)試電流較?。?3.0A），不會(huì)引起測(cè)試時(shí)接地裝置的電位過(guò)高，同時(shí)它還具有極強(qiáng)的抗干擾能力，故可以在不停電的情況下進(jìn)行測(cè)量。二、概述目前國(guó)內(nèi)接地裝置的測(cè)試工作比較薄弱，一些關(guān)鍵的技術(shù)觀念比較模糊，技術(shù)手段落后。針對(duì)上述現(xiàn)狀，我國(guó)制訂了最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T475-2006和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17949.1-2000。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)舊標(biāo)準(zhǔn)做了很多重要改變。為了方便廣大現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和研究人員，我們根據(jù)這些最新標(biāo)準(zhǔn)，

2、結(jié)合我們多年研究大型地網(wǎng)測(cè)試的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，研制成功本儀器。工頻接地阻抗，是指接地裝置對(duì)遠(yuǎn)方電位零點(diǎn)間的電位差與通過(guò)接地裝置流入地中的工頻電流的比值。工頻接地阻抗以往被習(xí)慣地稱(chēng)為“工頻接地電阻”。此名稱(chēng)的糾正，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17949.1-2000“接地系統(tǒng)的土壤電阻率，接地阻抗和地面電位測(cè)量導(dǎo)則第一部分：常規(guī)測(cè)量”以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則修訂稿”（取代DL475-92）中作了闡述。本測(cè)量?jī)x采用交流電流進(jìn)行測(cè)試，故所測(cè)數(shù)值稱(chēng)為接地阻抗，而不再沿用以往的稱(chēng)呼“接地電阻”。在對(duì)接地裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于受不平衡零序電流以及射頻等各種干擾，使得測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。特別是大型接地網(wǎng)

3、的接地阻抗一般很?。ㄒ话阍?.5以下），干擾帶來(lái)的相對(duì)誤差更大。為了降低現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響，目前采用的方法主要有兩種，一種是增大測(cè)試電流，一種是使用異頻法。第一種方法是通過(guò)加大測(cè)試電流來(lái)加大信號(hào)電壓和信號(hào)電流，從而提高信噪比，減小測(cè)量誤差。這種方法由于采用了很大的測(cè)試電流（DL/T475-2006標(biāo)準(zhǔn)推薦不宜小于50A），使得設(shè)備非常笨重，且布線(xiàn)勞動(dòng)強(qiáng)度很大，耗時(shí)耗力。而且，由于主要干擾與信號(hào)同頻，無(wú)法從根本上消除干擾的影響，為解決該問(wèn)題，湖南省電力工業(yè)局文件（湘電科1997111號(hào)）“關(guān)于下達(dá)1997年科技攻關(guān)、開(kāi)發(fā)及科技成果推廣計(jì)劃的通知”第38項(xiàng)下達(dá)了“運(yùn)行中大型變電站接地網(wǎng)接地電阻測(cè)試與研

4、究”攻關(guān)計(jì)劃，與華中理工大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)，解決了工頻流入地網(wǎng)電流干擾及測(cè)試引線(xiàn)線(xiàn)間的干擾問(wèn)題。該研究成果獲得了華中電網(wǎng)集團(tuán)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，湖南省電力公司科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。異頻法則是通過(guò)改變測(cè)試電流的頻率來(lái)避開(kāi)工頻干擾，由于信號(hào)頻率與干擾頻率不同，就可以通過(guò)濾波器來(lái)濾除干擾的影響，從而提高測(cè)量精度。異頻法由于采用的測(cè)試電流較小，因此設(shè)備小巧，布線(xiàn)勞動(dòng)強(qiáng)度也大大減輕。由于具有測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠和省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)，異頻法測(cè)試已被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家廣泛接受和采用。但是根據(jù)定義，工頻接地阻抗是指接地裝置在工頻電流下呈現(xiàn)出的阻抗，而異頻法采用的測(cè)試電流頻率不為工頻,因此測(cè)得的數(shù)值就會(huì)與工頻電流下測(cè)得的值有偏差。理論和實(shí)踐表

5、明，產(chǎn)生偏差的原因是，接地裝置的接地阻抗是復(fù)數(shù)阻抗，不僅包含電阻性分量，還含有與頻率有關(guān)的電感性和電容性分量。采用的測(cè)試頻率與工頻相差愈遠(yuǎn)則等效性愈差，即測(cè)量誤差越大。為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，測(cè)試頻率與工頻不能相差太遠(yuǎn)，且測(cè)試電流的波形應(yīng)為正弦波（其他波形如方波含有豐富的諧波頻率）。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17949.1-2000要求測(cè)試電流頻率應(yīng)該盡量接近工頻，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T475-2006規(guī)定了測(cè)試電流頻率宜在4060Hz之間。本儀器采用多鐘頻率進(jìn)行測(cè)量，再計(jì)算出50Hz下的等效阻抗，因此測(cè)量的準(zhǔn)確性和等效性進(jìn)一步得到提高。三、性能特點(diǎn)1、測(cè)量的工頻等效性好。測(cè)試電流波形為正弦波，使用兩種頻率

6、進(jìn)行測(cè)量。2、抗地電壓干擾能力強(qiáng)。本儀器采用異頻法測(cè)量，配合現(xiàn)代軟硬件濾波技術(shù)，使得儀器具有很高的抗干擾性能，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。15V工頻（50Hz）干擾電壓帶來(lái)的誤差僅為0.001。3、精度高?？捎脕?lái)測(cè)量接地阻抗很小的大型地網(wǎng)。4、功能強(qiáng)大?？蓽y(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接地裝置的全部特性參數(shù)。不僅可測(cè)量接地阻抗，還可測(cè)量出電阻分量和電抗分量。5、具備斷線(xiàn)報(bào)警功能，避免了錯(cuò)誤測(cè)量。6、操作簡(jiǎn)單。全中文菜單式操作，直接顯示出測(cè)量結(jié)果,且自帶微型打印機(jī)可現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)量結(jié)果。7、布線(xiàn)勞動(dòng)量小，無(wú)需大電流線(xiàn)。8、本儀器體積小、重量輕，方便攜帶。四、技術(shù)指標(biāo)1、阻抗測(cè)量范圍：0152、分辨率：0.0013、測(cè)量誤

7、差：（讀數(shù)1+0.001）4、抗地電壓干擾能力：15V工頻干擾電壓帶來(lái)的誤差僅為0.0015、測(cè)試電流波形：正弦波6、輸出電流：03.0A7、輸出電壓：0100V8、測(cè)量線(xiàn)要求： 電流線(xiàn)銅芯截面積1.0mm2電壓線(xiàn)銅芯截面積0.2mm29、供電電源：AC220V10，50Hz10、使用環(huán)境：溫度：-1050；相對(duì)濕度：90%11、外形尺寸：44035031012、儀器重量：6.0kg五、儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測(cè)試原理本儀器主要由提供測(cè)試電流的異頻電源、電流和電壓測(cè)量電路以及微電腦測(cè)控系統(tǒng)組成。儀器通過(guò)測(cè)量接地裝置的電位升高與流入接地裝置的電流之比來(lái)測(cè)量接地阻抗。儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。異頻恒流電源可輸

8、出頻率為45Hz或55Hz的正弦波測(cè)試電流，輸出頻率受微電腦系統(tǒng)控制。其輸出經(jīng)過(guò)隔離后通過(guò)儀器面板上的E、C兩個(gè)端子輸出。電壓放大器為一個(gè)高輸入阻抗放大器，它將P1、P2兩端的電壓放大后送給濾波器。電流放大器將從電流互感器取得的電流信號(hào)進(jìn)行放大后送給濾波器。濾波器用于濾除干擾信號(hào)，只允許45Hz和55Hz信號(hào)通過(guò)。A/D轉(zhuǎn)換器用于將電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便微電腦系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。圖1 儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖用戶(hù)啟動(dòng)接地阻抗測(cè)量后，儀器首先開(kāi)啟異頻電源使之輸出頻率為45Hz的電流，待電流穩(wěn)定之后，微電腦系統(tǒng)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器取得電壓和電流波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波后計(jì)算出電壓V45和電流I45及其相位

9、差,再進(jìn)一步計(jì)算出阻抗Z45、電阻分量R45和電抗分量X45。然后，切換異頻電源的輸出頻率為55Hz，經(jīng)過(guò)同樣的步驟后可計(jì)算出阻抗Z55、電阻分量R55和電抗分量X55。取Z45 和Z55的平均值作為工頻接地阻抗Z50。最后，關(guān)閉異頻電源，通過(guò)液晶屏顯示測(cè)量結(jié)果。因此阻抗測(cè)量時(shí)，儀器測(cè)量的是兩電壓輸入端P1、P2之間的電壓與電源輸出電流之比。六、儀器面板說(shuō)明 儀器面板布置圖 注：1、E接被測(cè)量地網(wǎng)；2、P1接被測(cè)量地網(wǎng)；3、P2接測(cè)量電壓線(xiàn)（其長(zhǎng)度取電流線(xiàn)長(zhǎng)度的0.618倍）；4、C接測(cè)量電流線(xiàn)（其長(zhǎng)度取地網(wǎng)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的45倍）；5、電源插座，輸入電壓為AC 220V6、電源開(kāi)關(guān)。7、復(fù)位鍵，

10、接下此鍵將中斷儀器的測(cè)量。8、設(shè)置鍵。9、確認(rèn)鍵，按下此鍵，儀器將起動(dòng)內(nèi)部電源并開(kāi)始測(cè)量。10、儀器接地柱。11、液晶顯示，顯示操作過(guò)程及測(cè)量結(jié)果。12、打印機(jī)。七、儀器操作說(shuō)明首先應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，按圖2布置好測(cè)試回路并接好線(xiàn)，檢查接線(xiàn)無(wú)誤后方可打開(kāi)儀器電源開(kāi)關(guān)。7.1注意1、在被測(cè)地網(wǎng)的接地電阻大于0.5歐姆時(shí)，E極在使用三極法測(cè)量時(shí)必須與P1短接起來(lái)(見(jiàn)圖2)，但當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)接地電阻很小，為了減小接觸電阻引起的誤差，需單獨(dú)引線(xiàn)與地網(wǎng)測(cè)試點(diǎn)相連(見(jiàn)圖3)。圖3 接地阻抗測(cè)試接線(xiàn)示意圖2、測(cè)試引線(xiàn)長(zhǎng)度及布線(xiàn)方式按有關(guān)規(guī)程執(zhí)行。下面兩種方式僅供參考：測(cè)試電流引線(xiàn)長(zhǎng)度取地網(wǎng)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的45倍（平行布線(xiàn)法

11、）或2倍以上（三角形布線(xiàn)法），電壓引線(xiàn)長(zhǎng)度為電流引線(xiàn)長(zhǎng)度0.618倍（平線(xiàn)布線(xiàn)法）或等于電流線(xiàn)（三角形布線(xiàn)法），確定了電流極和電位極位置后，將作為電流極和電位極的地樁分別打入地下，應(yīng)使其與土壤緊密接觸。為了確保安全，接線(xiàn)時(shí)請(qǐng)將電源開(kāi)關(guān)置于斷開(kāi)的位置。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)后，液晶屏首先顯示“歡迎使用”約3秒，按“確認(rèn)”鍵后進(jìn)入功能選擇菜單。屏幕如下圖所示：按一下“確認(rèn)”鍵即可開(kāi)始測(cè)量。7.2 接線(xiàn)按照?qǐng)D2進(jìn)行接線(xiàn)。關(guān)于導(dǎo)線(xiàn)的選擇。測(cè)量時(shí)，電流線(xiàn)中將流過(guò)最大3A的電流，因此電流線(xiàn)應(yīng)具有通3A電流的能力，選用銅芯截面積大于1.5mm2的導(dǎo)線(xiàn)即可。但是當(dāng)電流線(xiàn)布得很長(zhǎng)時(shí)，電流線(xiàn)的電阻會(huì)增加回路電阻，為了降低電

12、流線(xiàn)的電阻，應(yīng)該選用較粗的電流線(xiàn)。電壓線(xiàn)中只流過(guò)微安級(jí)電流，因此不用考慮其通流能力。導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)具有良好的絕緣外皮，加接導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，應(yīng)用絕緣膠布包好連接點(diǎn)。請(qǐng)選擇一個(gè)可接觸良好的待測(cè)接地裝置的接地引下線(xiàn)（如鍍鋅扁鋼），為電流注入點(diǎn)和電壓測(cè)量點(diǎn)。用一根導(dǎo)線(xiàn)（上面要求的電流線(xiàn)）將儀器面板的E端子與電流注入點(diǎn)可靠連接，再用一根導(dǎo)線(xiàn)（電壓線(xiàn)）將儀器面板的P1端子與電壓測(cè)量點(diǎn)可靠連接。用電流線(xiàn)將電流極與儀器的C端子可靠連接。用電位線(xiàn)將電位極與儀器的P2端子可靠連接。進(jìn)行電連接時(shí)，注意首先去除接觸處的銹蝕層。檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，可進(jìn)行下一步操作。7.3 啟動(dòng)測(cè)量按下“測(cè)量”鍵后，若液晶屏上顯示“測(cè)試電流偏小”或者“電位極接地電阻偏大或電壓線(xiàn)斷線(xiàn)”請(qǐng)參考第十章（異常處理）。八儀器自檢方法儀器在出廠時(shí)，配有地網(wǎng)模擬電阻Rx（0.25）及測(cè)量回路模擬電阻R0，每次試驗(yàn)前可按圖5接線(xiàn)方式，檢驗(yàn)儀器工作狀況（注：只能效驗(yàn)儀器能否正常工作，不能作為儀器精度校驗(yàn)）圖4 儀器自檢原理接線(xiàn)圖)圖4儀器自檢原理接線(xiàn)圖 如測(cè)量結(jié)果為0.25左右，儀器屬正常。 九、異常處理若液晶屏上顯示“回路電阻偏大”，說(shuō)明E、C間開(kāi)路或阻抗過(guò)大,超出了異頻電源的負(fù)載能力，致使異頻電源輸出電流過(guò)小。出現(xiàn)這種