基于大型地網的防雷接地測試方法

高云鵬 曹偉 崔浩 趙成磊

摘 要：文章分析了大型地網與普通接地裝置在接地性能方面的不同點；介紹了常規防雷接地測試方法的局限性；依據相關技術規范，從測試儀器及測試原理兩方面出發，提出了針對于擁有大型地網場所的合理的防雷接地測試方法。

關鍵詞：大型地網 防雷接地 測試方法 接地阻抗 電氣完整性 等電位連接

中圖分類號：TM934 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-0-02

A Method of Measuring Grounding for Lightning Based on Large Earthing Grid

Gao Yunpeng Cao Wei Cui Hao Zhao Chenglei

（Wuxi Meteorological Bureau Wuxi 214101）

Abstract：The different grounds on performance of large earthing grid and common grounding device are analyzed. Then the limitation of conventional method of measuring grounding for lightning is introduced. In the end， a reasonable method of measuring grounding for lightning according to the place including large earthing grid in terms of testing instrument and principle is proposed by applying the relevant technical specifications.

Keywords：large earthing grid grounding for lightning；measuring method ground impedance electric integrity equipotential bonding

大型地網是指由垂直和水平接地極組成的，供發電廠、變電站等場所使用的兼有泄流和均壓作用的水平網狀接地裝置，其等效面積一般在5000 m2以上[1]。常見的擁有大型地網的場所主要有裝機容量在200 MW以上的火力發電廠，110 kV及以上電壓等級的變電站等等。這些場所的建筑物一般相對集中的處于大型地網區域內，地網作為各建筑物的共用接地裝置，因其面積較大且呈網狀布置，接地特性較之普通的獨立建筑物接地裝置已然發生了很大的改變，地網的接地性能不能用常規的接地電阻值來衡量；其所屬范圍內各建筑物的防雷接地測試也不適合采用常規的測試儀器和方法。鑒于此種情況，該文依據相關技術規范，結合實際工作經驗，提出了合理的針對于擁有大型地網場所的防雷接地測試方法。

1 大型地網的接地特性參數

由于大型地網面積較大，其相應的接地特性參數與普通接地裝置也會有所不同，與防雷接地測試直接相關的兩個重要參數就是地網的接地阻抗和電氣完整性。

1.1 大型地網的接地阻抗

大型地網的接地阻抗是指地網對遠方無窮遠處零電位點的阻抗，數值上為地網與遠方零電位點之間的電位差與通過地網流入地中電流的比值；用工頻電流測得的接地阻抗稱之為工頻接地阻抗。接地阻抗由接地電阻和接地電抗兩部分組成，對于普通的人工接地裝置或者建筑物基礎接地等中小型接地裝置而言，由于其規模相對較小，其電抗分量所占總阻抗的比重亦較小，且電抗隨測試電流頻率的變化不大，所以可近似認為其接地阻抗數值上基本等同于接地電阻；但是對于大型地網來說，由于其尺寸量級很大，電抗分量在總阻抗中所占的比例遠遠大于電阻分量，且其電抗會隨著測試電流頻率的升高而增大，使得地網接地阻抗與測試電流頻率之間呈一定的線性關系。所以，大型地網的接地性能測試要用接地阻抗代替接地電阻[2]。

1.2 大型地網的電氣完整性

大型地網的電氣完整性是指地網所屬范圍內應該接地的各種電氣設備與地網之間、地網各部分之間的電氣導通性，即直流電阻值。電氣完整性是反映地網接地性能的另一個重要指標，對于地網所屬范圍內各建筑物的防雷接地而言，地網電氣完整性就是指建筑物所在區域內應該接地的各防雷裝置與地網之間的電氣導通性；地網的電氣完整性測試實際上就是各建筑物防雷裝置與地網之間的等電位連接情況測試。

2 常規測試方法的局限性

2.1 常規測試方法原理

目前，我國大多數檢測機構的防雷接地測試主要選擇的儀器為普通接地電阻測試儀，采用三極直線法逐一測試各測試點的接地電阻[3]。原理圖如圖1所示。

測試回路的布置方法：測試電流極C與被測接地裝置邊緣的距離dCG應為其對角線尺寸D的4～5倍；當遠距離放線有困難時，在土壤電阻率均勻地區dCG可取2D；電流線和電位線同向布置，保持測試參考點G與P、C三點在同一直線上；dPG通常取0.6dCG，電位極P在被測接地裝置G與電流極C連線方向移動三次，每次移動的距離為dCG的5%左右，當三次測試的結果誤差在5%以內，則認為測試數據有效。

圖1 三極直線法測接地電阻接線示意圖

2.2 測試儀器及方法的局限性

首先，普通儀器測試電流頻率一般較高，例如國內常用的日本共立“4102A”型接地電阻測試儀，測試電流頻率為820 Hz左右，此類儀器測試普通接地裝置電阻值尚可，對于電抗分量較大的大型地網而言，測試結果會遠遠超出地網的工頻接地阻抗值；其次，由于儀器測試電流相對偏小，儀器本身抗干擾能力較差，加之大型地網中雜散電流等干擾因素影響，會導致測試結果不準確；最后，對于擁有大型地網的場所而言，此類測試方法由于電壓極、電流極、輔助測試延長線的布線距離均較長（至少要幾百米），更改電壓極和電流極位置以及逐一測試每個測試點接地電阻值等過程均比較繁瑣，工作效率不高。

3 基于大型地網的防雷接地測試方法

3.1 測試原理

基于大型地網的防雷接地測試方法應由大型地網的接地阻抗測試和電氣完整性測試兩部分組成，地網阻抗測試是方法的基礎，電氣完整性測試是方法的核心，因為地網的阻抗值及其所屬范圍內各建筑物防雷裝置與地網之間的直流電阻值是反映建筑物防雷裝置接地情況的直接依據；而判斷各建筑物防雷裝置接地性能好壞的關鍵就是測試各防雷裝置與地網之間等電位連接的電氣導通情況。

3.2 測試儀器要求

依據DL/T475-2006《接地裝置特性參數測量導則》及GB/T21431-2008《建筑物防雷裝置檢測技術規范》相關規定，為盡量避免地網中工頻雜散電流等因素的干擾，地網接地阻抗測試應選擇測試電流較大的儀器，測試電流宜在3～20 A之間，且儀器測試頻率宜在40～60 Hz范圍內，異于工頻又盡量接近工頻；地網電氣完整性測試應選擇直流等電位連接導通測試儀，儀器測試電流應不小于1.0 A，且儀器分辨率為1 mΩ，準確度不低于1.0級。

3.3 測試實例

以江蘇某熱電廠防雷接地測試為例，分別對其大型地網接地阻抗及電氣完整性進行了測試，廠區建筑物分布示意圖如圖2所示。

電廠大型地網接地阻抗測試原理同常規測試方法，不同的是測試選擇的儀器為DF9000系列的阻抗測試儀，該儀器最大測試電流可達10 A，擁有45 Hz、47 Hz、53 Hz、55 Hz 4種頻率；選取發電廠升壓站內一處門型架接地線為接地阻抗測試參考點，測試最終結果為四種頻率下測得阻抗值的算術平均值[4]。地網電氣完整性測試選擇儀器為K-3690B智能型等電位連接導通測試儀，儀器直流測試電流大于1.0 A，最大分辨率為0.0001 Ω；分別測試各建筑物防雷裝置與地網之間的等電位連接導通

電阻。

3.4 測試結果分析

地網接地阻抗測試結果詳見表1。

由上表可以看出，在四種測試頻率下地網阻抗值隨著頻率的升高略微有一些變化，四種頻率下接地阻抗值取算術平均后恰好是地網的工頻接地阻抗值；更改電位極位置情況下測試結果誤差均在5%范圍內，所以認定本次測試數據有效。

地網電氣完整性測試結果詳見表2。

依據DL/T 475-2006《接地裝置特性參數測量導則》，地網電氣完整性測試各參考點實測正常值應在50 mΩ以下，本次測試各參考點結果均在正常值范圍內，說明地網所屬范圍內各建筑物防雷裝置與地網之間等電位連接的電氣導通情況良好。

4 結語

該文提出的基于大型地網的防雷接地測試方法以地網接地阻抗測試為基礎，通過地網電氣完整性測試來綜合判斷其范圍內各建筑物防雷裝置的接地性能；方法依據相關技術規范，結合測試實例驗證了選擇儀器及測試原理的可行性。望文中觀點能為對擁有大型地網場所的防雷接地測試提供些許的幫助。

參考文獻

[1] DL/T475-2006接地裝置特性參數測量導則[S].

[2] 要煥年，曹梅月.關于大型地網接地阻抗的測量和安全判據[J].電力設備，2002，3（3）：42-44.

[3] GB/T21431-2008建筑物防雷裝置檢測技術規范[S].

[4] 陳鵬云，劉晉，吳伯華，等.大型地網接地電阻異頻測量方法[J].高電壓技術，2002，28（6）：46-47.