影響接地電阻測量因素的分析及改善措施

周曉娟+范凱彬+劉東東+張一博

摘 要：接地電阻測量在建筑工程驗收和防雷檢測中必不可少，由于測量方法及環境因素的影響，對測量結果產生了一定的影響。文章分析了導致接地電阻測量誤差的主要原因并提出了減小或者抑制測量誤差發生的措施。對于工程技術人員正確測量接地電阻及獲得準確的數值提供了技術參考。

關鍵詞：接地電阻；測量；誤差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.239

0 引言

雷電能量巨大，直接擊在建筑物或大地上時，因電效應、熱效應和機械力效應會造成嚴重的建筑物損壞和人員傷亡，避雷接地是使雷擊時所產生的雷電流通過埋在地下的導體向大地釋放，以避免雷擊損害的接地[1]。近年來，工程技術人員使用的接地電阻的測量方法有很多，最常用的有兩點法、三點法、三極法、四極法、大電流法及變頻法。在實際操作中，有很多干擾因素的存在會對工程技術人員的測量結果產生影響，例如：電壓極和電流極引線間的互感、地下附近的金屬物、電壓表內部參數、大地的趨膚效應、干擾信號、季節因素、儀器使用誤差等因素，以致于不能得到準確而有效的測量數據。在防雷安全接地檢測中測量接地電阻，必須做到準確而有效[2-3]。因此，研究分析影響防雷接地的各個因素，進而采取相應的預防和改進措施，對于工程技術人員準確測量接地電阻有著重要意義。

1 電流極引線和電壓極引線之間的互感對測量結果的影響

采用直線補償法測量接地電阻時，在對角線的長度達到幾百米的大接地網中，需采用四到五倍對角線電流極引線長度測量，則電流極引線、電壓極引線則需要達到幾千米的長度。電流極和電壓極引線在很長的范圍內平行敷設，而且間距較小時，會產生比較大的互感電勢，其互感電勢會對接地電阻的測量值產生影響，此外，測量值與線纜的長度、線纜敷設的距離、所用測試電流的幅值、頻率及線纜距地面的高度等也有關系[4-6]。

電流極引線中電流的流動，會耦合到電壓極引線而產生電壓，其耦合產生的電壓將直接疊加到所欲測量的電壓上，使得電壓極電位升高，最終導致所測接地電阻值較真實接地電阻值偏大。通常情況，互感電勢作用在電壓極引線上時，兩條平行試驗引線間的電感耦合所造成的誤差可高達0.1Ω/100m，其影響是可觀的，尤其對于接地阻抗小的地網。通常低接地阻抗總是出現在大面積接地網上，測量這種接地網就得用長的試驗引線，以便引到遠方零電位點[7]。此時，為了消除引線互感的影響，可以采用三角形法布置電極的方法，使電壓線和電流線相距的較遠，以消除引線互感的影響。

我國一般采用下式估算兩條平行線間的互感[8]（適用于均勻土壤，不適用于非均勻性土壤）：

2 地下附近金屬物體對測量結果的影響

在測量某一接地裝置時，其附近很可能存在其他建筑物基礎或金屬管道等建構筑物，這些建構筑物都會對接地電阻值的測量產生一定的影響。為了盡可能地減小建筑物基礎和金屬管道的影響，在條件允許的基礎上，首先應全面了解建筑物附近的布局圖。

圖中P點為電壓極位置，C點為電流極位置，大接地網為待測接地裝置，小接地網為測量線路經過的另一接地裝置。

當測量某一接地裝置時，若附近有其他小地網，當測量線路經過小接地網時，可以近似的認為小地網上電位處處相等，所以在該接地電阻的測量曲線上會出現一段平坦部分，這時可能會對電壓極補償點位置選擇的判斷產生影響。由于小地網范圍內電位幾乎沒有差別，小范圍的移動電壓極（小地網范圍內）對接地電阻的測量結果基本上沒有影響。以上情況出現時，工程測量人員找到的“補償點”不是真實的，會使測量結果有很大的誤差，導致最后測量數據的不真實。此種情況下，工程技術人員實際進行接地電阻的測量時，應先測量接地裝置附近的土壤電阻率，一是了解土壤結構，二是查探被測地網附近是否存在其它小地網或金屬管道區域，可以通過分析測得的土壤電阻率來計算補償點的正確位置，以獲得真實有效的測量數據。此外還可以通過增加電流極引線的長度，讓補償點的位置遠離小地網，然后再通過左右移動5%的方法確定補償點的位置[9]。

當測量某一接地裝置時，若附近有其他金屬管道，測量線路經過金屬管線區域時，相當于縮短了測試極與被測地網之間的有效距離，也會對測量結果造成巨大的誤差，導致最后測量數據的錯誤和無效。在此種情況下，工程技術人員需使電極布置的方向與地下金屬物走向垂直，減少地下金屬物對測量結果的影響，以獲得準確的測量結果。

3 干擾信號對測量結果的影響

干擾信號對避雷接地的測量結果有著很大的影響，在被測試的接地系統中經常存在高電平干擾信號、雜散電流及工頻干擾信號等。在涉及到工業中的接地系統和電源變壓器時，其中的強大放電電流會流向大地。在靠近高壓配電線、鐵路等處的接地電極周圍區域常常存在較高的漏電電流。要注意測量干擾地電壓，觀察是否超過了儀器規定值[10]。一般干擾信號的存在會對接地電阻的測量產生影響，降低測量結果的準確性，因此，消除干擾因素的影響是十分必要的。可以根據不同干擾信號，采取適當的措施，例如，對于有雜散電流干擾的接地裝置進行測量時，可以采用大電流接地電阻測試儀，加大測量信號的強度；對于有高頻干擾存在的情況下，應盡量做到遠離高頻干擾源，并采取檢測引線屏蔽措施。現代建筑多為鋼筋混凝土結構，其建筑物框架的鋼筋相互連接，構成了一個個法拉第籠，在進行接地電阻測量時，如果將測量極的線路從建筑物內部引至待測量設備，就可以對戶外的干擾電磁波起到一定的屏蔽作用，從而減少干擾信號對測量結果的影響。

4 測量電極對測量結果的影響

測量電極對測量結果的影響有以下三方面：測試電極與土壤之間的接觸電阻、測量電源的注入電流以及電極的極化效應。

工程技術人員在對接地裝置進行測量時，得到的接地電阻中包含了插入土壤中的測試電極與土壤之間產生的接觸電阻。為減小測量誤差，要盡量減少測量電極與土壤之間的接觸電阻，在實際操作中應使電極與土壤緊密接觸。因此在測量電極的選用上要格外注意，宜選用圓鋼而不宜使用螺紋鋼。

在接地電阻的測量中，測量電源的注入電流也是影響測量結果準確性的一個重要因素，電流極接地電阻與測量電源的內阻是串聯起來的，可見電流極會直接影響到注入電流。在測量電源電壓不變的情況下，接地電阻越大，注入電流越小；相反地，接地電阻越小，注入電流則越大。在實際測量中，可以通過降低電流極接地電阻的方法獲得較大的注入電流，提高測量精度和準確度，例如，將電流極全部打入土壤或在電流極周圍澆水。

在外電場作用下，金屬電極與土壤之間會產生電化學作用，產生電極極化效應。電極表面會產生極化電位，對于測量電極間就存在極化電位差，從而干擾測量的準確性。

5 地電壓和周圍電磁場對測量結果的影響

通常地電壓影響最終測量結果有兩個途徑，一是建筑物采用了共用接地裝置時，由于設備絕緣不好或短路，會引起接地裝置對地產生地電壓，從而在檢測過程中出現指針搖擺不定的情況，產生誤差；二是由于附近的變壓器或其他裝置產生漏電，使周圍電場發生畸變，產生地電位分布不均，從而影響測量結果的準確性。此外，當檢測現場附近有大功率發射塔、天線等存在時，周圍就會存在強的電磁場，也會對測量儀器產生干擾，引起一定的測量誤差。

6 環境因素對測量結果的影響

在影響土壤電阻率變化的眾多環境因素中，應充分考慮到季節因素的影響。伴隨著季節的變化，土壤的含水量和溫度有明顯的變化。土壤越濕，含水量越高，導電性能就越好，土壤電阻率就越小；反之就越大。當溫度在0℃以上時，土壤電阻率是隨溫度的增加而減小的，且平穩變化；而溫度在0℃以下時，土壤電阻率隨溫度的降低顯著變大。由此可見，接地體的接地電阻隨土壤干濕和溫度是變化的，因此，在不同季節進行土壤電阻率測試時，應充分考慮到溫度和濕度的變化對接地電阻測量的影響，其中，降雨和冰凍對土壤電阻率的影響最大。其他環境因素的影響也是不容忽視的，例如，地中多處有獨立接地的存在時，如變壓器接地，由于多種原因，會引起接地電阻變大、變壓器本身絕緣變差，產生漏電現象，使接地極周圍產生電位差；被測接地極本身存有交變電流。

7 人為因素對測量結果的影響

人為因素引起的測量誤差，主要來源于工程技術人員對測量儀器的使用或儀器本身維護不當。例如，經常彎曲使用有可能造成接地電阻測試儀接線連接處連線的折斷，從而出現時斷時通的現象；檢測棒和檢測夾表面有氧化銹蝕現象出現時會造成接觸不良；檢測高層建筑時，需要使用加長的測試線，過長的檢測線感應出電壓，同時，長線本身也有線阻存在，都會造成測量誤差。為避免這些測量誤差，檢測人員需要規范自己的行為，以認真負責的態度做好檢測工作，并對測量儀器進行定期的檢定和保養。

8 結論

在實際的操作中，影響接地電阻測量的因素有很多，為了保證測量結果的真實性和有效性，檢測人員必須具備熟練的技能，需嚴格按照儀器的操作使用說明，嚴格執行檢測規范，端正態度，檢測前要對測試場所環境作充分的了解，盡量消除各種干擾因素的影響，檢測后需做好測量數據的資料累積。

參考文獻：

[1]潘忠林.現代防雷技術[M].四川：電子科技大學出版社，2005：86-87.

[2]張培剛，陳章偉，張國鳴.大型接地網接地電阻測量誤差分析和對策[J].浙江電力，2009（02）：81-83.

[3]曹曉華，孫昭昌，孫偉.接地電阻測量方法[J].變壓器，44（10）：40-42.

[4]李景祿，鄭瑞臣.關于接地工程中若干問題的分析和探討[J].高電壓技術，2006（06）.

[5]魯志偉，常樹生，蘭淑麗等.引線間互感對土壤電阻率測量結果的影響[J].高電壓技術，2004（05）.

[6]許穎，劉繼，馬宏達等.建（構）筑物雷電防護[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[7]中華人民共和國國家質量技術監督局，GB/T17949，卜2000.接地系統的土壤電阻率.接地阻抗和地面電位測量導則第一部分：常規測量[S]，北京：中國標準出版社，2000.

[8]解廣潤.電力系統接地技術[M].北京：水利水電出版社，1991.

[9]馮志偉，肖穩安，馬金福.影響接地電阻測量結果的因素分析[J].電氣應用，2010（15）.

[10]楊仲江.防雷裝置檢測審核與驗收[M].北京：氣象出版社，2009：181-186.

作者簡介：周曉娟，女，本科，研究方向：雷電防護技術。