接地電阻課件完整版

高壓電氣試驗(yàn)

Dianqishiyan

中電投寧夏能源鋁業(yè)：張世宏alcanxuanyi9@126.com接地電阻

----如何準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻14四月2023接地電阻測(cè)量

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1.前言接地電阻并不是一個(gè)電阻，而是一個(gè)阻值，接地電阻的大小，是對(duì)一個(gè)接地體或者設(shè)備外殼或建筑物接地極對(duì)大地之間的電阻值。接地電阻越小，當(dāng)有設(shè)備漏電或者有雷電信號(hào)時(shí)，可以將其導(dǎo)入大地，不至于傷害人身和設(shè)備。接地電阻包括：（1）電氣設(shè)備和接地線的接觸電阻；（2）接地線本身的電阻；（3）接地體本身的電阻；（4）接地體和大地的接觸電阻；（5）大地的電阻。14四月202322.1定義接地電阻就是通過(guò)接地裝置泄放電流時(shí)表現(xiàn)出的電阻，它在數(shù)值上等于流過(guò)接地裝置入地的電流與這個(gè)電流產(chǎn)生的電壓降之比（1）式中，U——接地裝置的對(duì)地電壓，即接地體與大地零電位參考點(diǎn)之間的電位差。I——通過(guò)接地裝置泄放入大地的電流。決定式

（2）

2.接地電阻的定義和表達(dá)式接地電阻測(cè)量

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14四月202333.接地電阻的測(cè)量原理3.1基本方法接地電阻的測(cè)量是按照公式（1）來(lái)進(jìn)行的：給接地裝置（接地極或接地網(wǎng)）施加一個(gè)電流I，測(cè)量出接地極（網(wǎng)）上的電壓U，電壓與電流相除，就得到了接地電阻?？此坪?jiǎn)單，但是，這個(gè)電流如何正確的施加，這個(gè)電壓如何測(cè)量準(zhǔn)確，卻并不是每個(gè)測(cè)量者都知道。本文向讀者介紹的就是這方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。接地電阻測(cè)量

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14四月202343.接地電阻的測(cè)量原理3.2測(cè)量電流的施加與電流輔助極在公式中，測(cè)量電流是指“流過(guò)接地裝置入地的電流”，這個(gè)電流與導(dǎo)線中流過(guò)的電流是不一樣的。在導(dǎo)線中，電流沿導(dǎo)線流動(dòng)，形成連續(xù)的閉合回路，其路徑是確定的和可預(yù)見(jiàn)的。而“流過(guò)接地裝置入地的電流”卻擴(kuò)散到大地里，流到很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的地方。它是怎么形成閉合回路，以滿足電流的連續(xù)性和閉合性規(guī)律呢？如果這個(gè)電流是雷擊形成的雷電流，這個(gè)電流是從雷云經(jīng)過(guò)雷電放電通道進(jìn)入接閃器和引下線，再經(jīng)過(guò)接地裝置向四周大地?cái)U(kuò)散傳播，最后經(jīng)過(guò)云——地之間的廣大空間以位移電流的形式，回到雷云，滿足電流的連續(xù)性與閉合性的規(guī)律，如圖1A所示。接地電阻測(cè)量

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14四月202353.接地電阻的測(cè)量原理

A雷電流的分布

B測(cè)量接地電阻時(shí)的電流分布

圖1地中電流分布圖接地電阻測(cè)量

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14四月202363.接地電阻的測(cè)量原理可是，我們?cè)谶M(jìn)行接地電阻測(cè)試時(shí)，為了能夠向接地裝置注入（施加）測(cè)試電流，我們首先必須解決電流的歸路或收集問(wèn)題。這就是必須找到或人為制作一個(gè)電流回路。在三極直線法和三角形法測(cè)量接地電阻時(shí)需要在遠(yuǎn)方臨時(shí)打一個(gè)輔助電流極，其目的就是為了給電流提供一個(gè)回路，如圖1B所示。而在鉗表法中，不需要打臨時(shí)的輔助電流極，并不是電流不需要回路，而是要找尋現(xiàn)成的可以用作為回路的電路。圖1描述了通過(guò)接地裝置流入地中電流的場(chǎng)的分布，圖1A是雷電流的場(chǎng)，這是一個(gè)向四周擴(kuò)散的電流場(chǎng)，而圖1B是測(cè)試電流的場(chǎng)，是一個(gè)向一邊擴(kuò)散的畸變的電流場(chǎng)。接地電阻測(cè)量

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14四月202373.接地電阻的測(cè)量原理

輔助電流極的出現(xiàn)使電流場(chǎng)的分布變得不均勻了，畸變了。輔助電流極離被測(cè)接地極（網(wǎng)）越近，電流場(chǎng)的畸變?cè)酱?；輔助電流極越遠(yuǎn)，電流場(chǎng)的畸變?cè)叫。珳y(cè)試工作量越大。因此，這里有一個(gè)合適的最佳的距離，在滿足測(cè)試準(zhǔn)確度的要求的情情況下，使的輔助電流極比較近。接地電阻測(cè)量

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14四月202383.接地電阻的測(cè)量原理3.2測(cè)量電壓與輔助電壓極公式（1）中的電壓是指接地裝置（網(wǎng)）與大地零

電位參考點(diǎn)之間的電壓。大地零電位參考點(diǎn)在哪里，如何取得，是接地電阻測(cè)試中的另一個(gè)重要問(wèn)題。顯然我們不可能到無(wú)窮遠(yuǎn)的地方去找零電位參考點(diǎn)，而是在一個(gè)較近的可以接受的地方尋找零電位參考點(diǎn)在接地電阻測(cè)量中，需要在選做零電位參考點(diǎn)的地方打一個(gè)輔助電壓極，用一根導(dǎo)線將參考電位取回來(lái)，它與接地裝置（網(wǎng)）的電位之差，就是我們需要的電壓U。接地電阻測(cè)量

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14四月202393.接地電阻的測(cè)量原理接地電阻測(cè)量

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要找一個(gè)真正的零電位參考點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)測(cè)量工作中可能很不容易，但我們能夠找到一個(gè)盡可能接近零電位的地方，或者其誤差是可以接受的地方。如果這個(gè)點(diǎn)的電位不是真正的零電位，而是比零電位大一點(diǎn)，或小一點(diǎn)，那最后、得到的電壓和測(cè)得的接地電阻就會(huì)有或大或小的誤差。多大的誤差能夠?yàn)槲覀兯邮?，這就需要通過(guò)測(cè)量結(jié)果來(lái)判斷。在這里，不僅要了解測(cè)量原理，還要具備相應(yīng)的實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。14四月2023103.接地電阻的測(cè)量原理接地電阻測(cè)量

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總之，為保證接地電阻測(cè)量的準(zhǔn)確，關(guān)鍵就在于零電位參考點(diǎn)選取的正確與否以及對(duì)測(cè)量結(jié)果的判斷。14四月2023113.接地電阻的測(cè)量原理接地電阻測(cè)量

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大地零電位參考點(diǎn)在哪里呢？

三極直線法是接地電阻測(cè)試中使用最多和最普遍的方法，測(cè)試時(shí)被測(cè)接地網(wǎng)1、電壓輔助極2與電流輔助極3三點(diǎn)（極）按一直線布置，如圖2所示。14四月2023124.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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三級(jí)直線法的接線

有的人有一種誤解，認(rèn)為大地總是處于零電位的。他們認(rèn)為，地電位就是零電位，這是不正確的。其實(shí)，只要地中有電流流過(guò)，就有電壓降，這兒的地就不是零電位。沒(méi)有電流流過(guò)的地，才是電氣上的零電位地。因此，嚴(yán)格地說(shuō)，零電位在離被測(cè)接地裝置（網(wǎng)）很遠(yuǎn)的地方。對(duì)于單根金屬管接地極來(lái)說(shuō)，離接地極的距離在20m以上才可以認(rèn)為是零電位。輔助電壓極的任務(wù)就是取回零電位，因此怎樣獲得準(zhǔn)確的零電位點(diǎn)，是測(cè)準(zhǔn)接地電阻的關(guān)鍵。14四月2023134.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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圖2三極直線法測(cè)量接地電阻的接線E測(cè)試電源A電流表V電壓表1被測(cè)接地裝置，2電壓極，3電流極D接地網(wǎng)最大對(duì)角尺寸，d13接地網(wǎng)到電流極的距離，d12接地網(wǎng)到電壓極的距離，d23電壓極與電流極的距離14四月2023144.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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在三極直線法測(cè)量中，這三個(gè)極如何布置呢，具體說(shuō)，輔助電壓極與輔助電流極與被測(cè)接地裝置（網(wǎng)）的距離如何布置和掌握，這是測(cè)準(zhǔn)接地電阻的關(guān)鍵之一。一般接地電阻測(cè)試儀器儀表都提供有兩根輔助接地極，并配套有兩根測(cè)試導(dǎo)線，一根40m，另一根20m。有些儀器，如日立Kyoritsu4150A表，的配套導(dǎo)線還更短。用這樣的配套導(dǎo)線能否獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果呢？這是每一個(gè)測(cè)量者都十分關(guān)心的問(wèn)題。14四月2023154.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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三級(jí)直線法的測(cè)量原理按圖2的接線，可以列出三個(gè)極的電壓方程：U1=R1I1+R12I2+R13I3

（4a）

U2=R21I1+R2I2+R23I3（4b）U3=R31I1+R32I2+R3I3

（4c）

式中，I1——流入接地裝置的電流；

I2——流入電壓極的電流；

I3——流入電流極的電流。14四月2023164.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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三級(jí)直線法的測(cè)量原理

R23和R32——電壓極和電流極之間的互電阻，它們相等。

R12和R21——接地裝置與電壓極之間的互電阻，它們相等。

R13和R31——接地裝置與電流極之間的互電阻，它們相等。

測(cè)試時(shí)電流是從接地裝置流入大地，而從電流極流出，回到電源。取流入大地的電流方向?yàn)檎?，則I1=－I3。因?yàn)榱鬟^(guò)電壓極的電流極小，故可以認(rèn)為I2=0。又因三對(duì)互電阻相等：即R23=R32，R12=R21，R13=R31，則方程組可改寫(xiě)為：14四月2023174.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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由式（5a）－式（5b），得U

由此可得接地電阻的測(cè)量值為：（Ω）

（5a）

（5b）

（5c）

（6）

（7）

14四月2023184.接地電阻測(cè)量的三級(jí)直線法接地電阻測(cè)量

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在式（7）的等式右邊，第一項(xiàng)R1為接地裝置接地電阻的真值，于是，后三項(xiàng)互電阻（R23－R12－R13）就為測(cè)量誤差：

從式（7）和（8）可知，測(cè)量誤差由三個(gè)互電阻構(gòu)成，而互電阻又是由各電極的相對(duì)位置引起，取決于各電極位置的布置。正確的電極位置的布置應(yīng)使：R23-R12-R13=0

（9）

則測(cè)量誤差就可等于或接近于零。（8）14四月202319接地電阻測(cè)量

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（10）

（12）

（11）

如果電極周?chē)寥离娮杪适蔷鶆虻?，兩個(gè)極的互電阻與土壤電阻率成正比，而與兩電極間的距離成反比：14四月202320接地電阻測(cè)量

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將式（10）、（11）、（12）代入（9）得：a2+a-1=0此方程有兩個(gè)解，舍去無(wú)意義的負(fù)數(shù)解，最后得：α=0.618。即是說(shuō)，為了使測(cè)量誤差等于零，應(yīng)將輔助電壓極打在距接地裝置邊緣的距離為0.618d13的地方。此法稱(chēng)0.618布極測(cè)量法，或補(bǔ)償法。實(shí)際上，由于現(xiàn)場(chǎng)各種原因的影響，很難保證電壓極打在這個(gè)準(zhǔn)確的位置。再考慮d13受現(xiàn)場(chǎng)選擇的條件，可計(jì)算出在不同測(cè)量允許誤差和d13的情況下，α的具體范圍如表1所示。14四月202321接地電阻測(cè)量

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上式中，ρ——電極周?chē)寥离娮杪剩?/p>

α＝d12／d13

ρ——電極周?chē)寥离娮杪剩?/p>

α＝d12／d13其中：d12、d13和d23分別為接地裝置與電壓極、接地裝置與電流極、電壓極與電流極之間的距離，如圖2所示（14頁(yè)圖）。14四月202322接地電阻測(cè)量

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從表1可見(jiàn)，d13的距離越短，即電流輔助極的位置越近，保證測(cè)量準(zhǔn)確度所要求的α的區(qū)間越小，電壓輔助極的準(zhǔn)確位置越難掌握。表1在不同的d13距離下滿足測(cè)量允許誤差的α值范圍：允許測(cè)量誤差δ%下列d13距離下的α值范圍

5D

3D2D50.56～0.670.59～0.650.59～0.63

10 0.50～0.710.55～0.680.58～0.66注：D為接地裝置最大對(duì)角長(zhǎng)度

表114四月202323接地電阻測(cè)量

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三級(jí)直線法電壓極位置的調(diào)整

上面介紹了準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻要求的三電極的布置，表1所列α的范圍就是測(cè)量時(shí)布置電壓極的位置?？墒窃趯?shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件下測(cè)量地區(qū)的土壤電阻率不一定都是均勻的，由于各種溝道、巖石以及在地下還可能有各種金屬管道，它們都將影響電流場(chǎng)的分布，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。14四月202324接地電阻測(cè)量

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三級(jí)直線法電壓極位置的調(diào)整

在具體測(cè)量中電壓極位置的調(diào)整就是零電位準(zhǔn)確位置的尋找。

通常是采用試探法找尋大地零電位點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。其方法就是在三極連成的直線上，在比表1所列α的范圍稍大的區(qū)域內(nèi)，例如(0.5～0.7)d13范圍內(nèi)，以d13的3%為間距，連續(xù)打打5～7個(gè)電壓輔助極，進(jìn)行5～7個(gè)點(diǎn)的測(cè)量。在具體操作上，可以打一點(diǎn)測(cè)一點(diǎn)，拔起電壓極再打下一點(diǎn)位，測(cè)下一個(gè)數(shù)據(jù)。對(duì)于電壓極的每一個(gè)點(diǎn)位，可以測(cè)得一個(gè)接地電阻值。14四月202325接地電阻測(cè)量

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接地電阻測(cè)試結(jié)果的判斷

以接地電阻為縱坐標(biāo)，以距離為橫坐標(biāo)，將測(cè)得的幾個(gè)接地電阻值描繪在一張坐標(biāo)圖上，形成一條接地電阻的曲線。如果其中有至少三個(gè)電阻值的連線趨勢(shì)走平，那這個(gè)位置對(duì)應(yīng)的接地電阻值就是其準(zhǔn)確值。不繪圖也可直接判斷，在所有測(cè)得值中，如果有三個(gè)以上電阻值之間相對(duì)誤差小于3%時(shí)，就取這幾個(gè)值的平均值為最后的測(cè)量結(jié)果。

接地電阻測(cè)量之三極三角形法在某些情況下，測(cè)量大型接地網(wǎng)的接地電阻時(shí)，由于地形的限制，很難將電流極打到（3～5）D遠(yuǎn)的地方。為縮短電流極的距離，可采用三角形法測(cè)量接地電阻。14四月202326接地電阻測(cè)量

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三角形法測(cè)量接地電阻

三角形法是將輔助電壓極與輔助電流極以?shī)A角向兩個(gè)方向布置，接地裝置、電壓極與電流極三點(diǎn)呈等腰三角形，如圖3所示。由于d12=d13，所以R12=R13，將此關(guān)系代入式（9），得：

R23=2R13

因此，由此計(jì)算出等腰三角形的頂角θ=29°。經(jīng)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)表明，當(dāng)d12=d13≥2D，θ=30°時(shí)，測(cè)量誤差δ≈±10%。14四月202327三角形法測(cè)量接地電阻接地電阻測(cè)量

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圖3三極三角形法測(cè)量接地電阻的接線14四月202328接地電阻測(cè)量

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5.現(xiàn)場(chǎng)接地電阻測(cè)量經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)滴

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接地電阻常出現(xiàn)的不正確操作：

5.1電流極和電壓極打在接地網(wǎng)以內(nèi)這種測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，可重復(fù)性好，但所測(cè)的只能是避雷針與接地網(wǎng)之間的連接電阻。

5.2缺乏尋找零電位的操作

不少測(cè)量者只采用電壓極的一個(gè)位置，測(cè)量一個(gè)接地電阻的數(shù)值，就完事大吉。沒(méi)有通過(guò)電壓極的移動(dòng)來(lái)尋找零電位，所得結(jié)果是否正確，有多大誤差，自己也不知道。

14四月202329接地電阻測(cè)量

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5.現(xiàn)場(chǎng)接地電阻測(cè)量經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)滴

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接地電阻常出現(xiàn)的不正確操作：

5.3不管接地網(wǎng)大小，都按40m和20m測(cè)量在測(cè)量接地電阻時(shí)不問(wèn)接地網(wǎng)的大小，都按接地儀器儀表的說(shuō)明書(shū)操作。儀表所帶電流極和電壓極的導(dǎo)線分別只有40m和20m，所打電流極和電壓極也只有40m和20m遠(yuǎn)。對(duì)于接地裝置對(duì)角尺寸不大于10m的小接地網(wǎng)，電流極和電壓極采用40m和20m是可以的。但對(duì)于大型接地網(wǎng)，測(cè)量誤差就大了。

14四月202330接地電阻測(cè)量

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6.如何降低輔助電流極本身的接地電阻

如果輔助電流極本身的接地電阻太大，在一定的測(cè)量電壓下，測(cè)量電流就很小，不僅影響測(cè)量靈敏度，而且測(cè)量誤差也大。有時(shí)甚至測(cè)量?jī)x器或儀表都沒(méi)有反映，測(cè)不出結(jié)果來(lái)。減小電流極接地電阻的方法有：加大接地極直徑，增加長(zhǎng)度，用多根電流極并聯(lián)，給電流極周?chē)⑺Ⅺ}水，降低它的接地電阻。如果電流極周?chē)袠?shù)，可巧妙地利用樹(shù)當(dāng)做電流極：將多根樹(shù)的樹(shù)皮輕輕削開(kāi)一點(diǎn)，用裸銅線纏繞，并聯(lián)起來(lái)，再與電流極并聯(lián)，就組成了一個(gè)輔助電流極系統(tǒng)。在某些特殊場(chǎng)合，這種方法即省事又管用。14四月202331接地電阻測(cè)量

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7.多種土壤電阻率地區(qū)的方法

當(dāng)測(cè)量地區(qū)的土壤電阻率不均勻時(shí)，會(huì)影響零電位參考點(diǎn)的位置的尋找。如果主要土壤的電阻率為ρ1，當(dāng)接地網(wǎng)與電壓極之間存在一條高土壤電阻率ρ2的地層，ρ2>ρ1，例如凹陷的干涸溝道河床，零電位點(diǎn)距接地網(wǎng)的距離要小