超長等位梯度變量接地電阻測量法

陳宇豪，武建潔

（1.水利部松遼水利委員會，吉林 長春 130021；2.察爾森水庫管理局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

接地電阻一般指接地體上的工頻交流或直流電壓與通過接地體而流入地下的電流之比。散泄雷電沖擊電流時的接地電阻，指電壓峰值與電流峰值之比，稱為沖擊接地電阻。接地電阻主要是電流在地下流散途徑中土壤的電阻。接地體與土壤接觸的電阻以及接地體本身的電阻小得可以忽略。電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時，短路電流ID通過接地體向大地近似作半球形流散（接地體附近并非半球形，流散電流分布依接地體形狀而異）。參見圖1。

圖1 流散電流分布圖

圖1中畫出了與電流垂直的等位線，越接近接地體的等位線其電位越高。因為球面積與半徑平方成正比，所以流散電流所通過的截面隨著遠離接地體而迅速增大。因電阻與電流通道的截面積成反比，故同半球形面積對應的土壤電阻隨著遠離接地體而迅速減小。一般情況下，接地裝置散泄電流時，離單個接地體20 m處的電位實際上已接近零電位。

常用的接地種類有工作接地、保護接地、防雷接地和屏蔽接地等。

1）工作接地。發(fā)電機或變壓器中性點的接地，又稱中性點接地。其功能是保證電力系統(tǒng)在正常及故障情況下具有適當?shù)倪\行條件，保證電力設備絕緣所需的工作條件和保證繼電保護及自動裝置的正常工作。

2）保護接地。把正常工作時不帶電而在絕緣損壞或意外情況下可能帶電的電器設備的金屬外殼接地，以保證工作人員觸及時的人身安全。

3）防雷接地。組成防雷措施的一部分。其作用是把雷電流引入大地。建筑物和電氣設備的防雷主要是用避雷器(包括避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和消雷裝置等)。避雷器的一端與被保護設備相接，另一端連接地裝置。

4）屏蔽接地。是消除電磁場對人體危害的有效措施，也是防止電磁干擾的有效措施。對產(chǎn)生磁場的設備外殼設屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場強度，達到減輕或消除電磁場對人體危害的目的，也可以保護屏蔽接地體內(nèi)的設備免受外界電磁場的干擾影響。

圖2 測試方法示意圖

在水利工程建設中，接地電阻的測量是非常重要的，它的指標能否滿足設計要求，是保證水利工程設施及工程設備防止雷擊和靜電破壞、安全可靠運行的重要條件之一。一般情況下，利用“接地電阻測試儀”就可完成接地電阻測試，其原理是利用電橋等位平衡法，需要在距接地點20 m、40 m分別插入電位接地極和電流接地極就可以測試。

但是，在有些特殊情況下，接地點附近沒有可插入接地電極的條件，比如被水泥、石塊覆蓋，壩體嚴禁破壞，土壤十分干燥等，此時接地電阻無法測量，如果接地電阻不滿足設計要求，將留有重大隱患，直接關系到水利工程設施及工程設備的安全可靠運行，這種情況在實際工作中經(jīng)常遇到。

為解決特殊情況下接地電阻測試問題，根據(jù)多年實際工作經(jīng)驗，總結出《超長等位梯度變量接地電阻測量法》。

在需測試點最近的有測試條件的地方，將輔測電極插入地下，電極上端打相應圓孔，周圍處理干凈。按照要求插入電位接地極和電流接地極，準備一條略大于需測試點到輔測電極距離長度的低阻塑封線纜，其電阻值為Rs，最好是多心軟銅塑封線纜，兩端焊接銅線鼻，處理干凈待用。

將塑封線纜一端與輔測電極連接好，另一端放到輔測電極附近，注意段子絕緣，嚴禁接地或與其他到電體接觸，按照要求將輔測電極、電位接地極和電流接地極與“接地電阻測試儀”連接好，測試出輔測電極的接地電阻Rf，然后斷開接地端鈕接到塑封線纜另一端，測出接地電阻，稱為一次串聯(lián)電阻Rc。

此時塑封線纜電阻Rs可知。

將塑封線纜兩端與需測試點和輔測電極連接好，接地端鈕仍連接輔測電極，測出接地電阻，稱為預測電阻R。此時可根據(jù)電阻串并聯(lián)公式，計算出需測試點的接地電阻數(shù)值，見圖2測試方法示意圖。

設：需測試點的接地電阻為Rx，塑封線纜電阻為Rs，輔測電極接地電阻為Rf；

預測電阻為R

則有：

推導后得出：

這種測試方法通過實際應用并得到驗證，測試結果是正確可靠的，解決了特殊情況接地電阻測試問題。