地网接地电阻测试技术

地网接地电阻测试技术（精选4篇）

地网接地电阻测试技术 第1篇

1 接地电阻测量的原理

接地电阻的测量就是指当接地系统当中的短路电流经地网向电网当中传输时, 此时的地网设备当中的点位为V0, 短路电流则为I, 二者之间的比值就是接地电阻。而接地电阻的测量工作就是实时对地网的接地系统电阻值进行测量, 进而保证接地电阻值保持在规定范围内, 保证地网运行的稳定性。这种测量技术的原理就是假设电流能够被放到无限远的位置, 从而获得电阻值, 但是在实际操作过程中电流无法达到无限远的距离, 因为电网的传输线路距离是有限的。因此当前国内在对地网接地电阻进行测量时均采用的是电位降法, 其中电流通过接地系统流入, 并从电极处向电网中传输, 此时测量的接地电阻值为, 公式当中的I就是电流量, U0则指的是接地点与无穷远点之间的电位差。此时如果将电压极位置放在0点, 则所得到的电阻值并不是真实的接地电阻值, 这一情况出现的原因在于受到了辅助电流的影响, 此时的电阻值U0会下降, 因此测量的数值也具有一定的偏差[1]。由此可见, 不论接地网络当中电极的形态如何, 由于受到了辅助电流的影响, 其数值均存在一定的差异, 因此应该减小测量的距离, 从而使这种误差能够得到降低。

2 地网接地电阻短距测量方法

地网当中接地系统电阻的测量是保证地网运行状态的重要方式, 当前国内应用较为广泛的接地电阻测量方式为摇表法、等腰三角形法以及四极法等, 为了能够有效降低辅助电流的误差, 通常将电流极之间的距离控制在4D到5D之间, 其中的单位“D”指的是地网对角线的长度。如果此时采用了长距测量方式, 则不仅会导致测量工作量增加, 同时也容易受到外部和线路内电磁波的干扰, 应采用短距测量方法。

2.1 测量时引线起点的选择

根据现代研究显示, 可以将地网的结构归纳为一个圆形的接地系统, 因此在确定地网接地电阻进行短距测量位置实际就是对圆形电极进行短距测量。在这一体系当中将电流的注入点视为该圆形接地系统的中心, 也指的是测量引线的起始点位于接地系统的中心部位。但是在实际测量过程中这一中心点很难测定, 即便测量后得出该中心点, 但该位置也有可能无法使用电器设备进行测量, 由此可见测量时引线的起始点不够明确。从圆形测量理论出发, 当测量的引线长度较大时, 测量中心所在的测量曲线弧度较小, 而此时所产生的偏差能够被接受。而如果当测量的引线较短时, 则测量中心所在的曲线弧度也会增加, 就会直接导致测量结果出现较大的误差[2]。因此在利用短距测量地网接地电阻时不能以中心法选择引线的起点。而在实际测量过程中, 通常情况下将引线的起点选择在地网接地系统中导体的边缘部位, 这样就可以有效降低误差的产生。加之地网本身就是由若干个金属到底所构成, 因此可以将其看作等势体结构, 在电流注入方向上, 不论是在中心注入, 还是在边缘注入, 其所产生的电位分布情况基本相同, 因此可以对短距电阻测量法的引线起点进行合理选择。

2.2 短距测量位置的选择

从理论角度来看, 不论电极的引线长度如何选择, 总有一个测量位置的数据能够与真实电阻值相同。但是引线长度越短, 测量点的精确度要求也就越高。但是在实际情况下, 地网接地电阻的布置环境复杂程度较高, 大多会受到山地、电网设备本身等因素的制约, 过于强调测量点准确性会增加测量人员的工作量。为了有效降低测量人员的工作量, 应选择以ID法进行测量[4]。

2.3 长方形电网测量的纠正

与圆形电极测量方法类似, 长方形电网测量也是地网接地电阻测量的重要计算模式, 但这种模式所带来的误差问题较为明显, 因此需要对其进行适当的修正。设地网的形状为长方形, 其长边长度保持不变, 设以引线起点的地网长边长度为S, 其短边长度与长边长度的比值作为横轴坐标;接地电阻的误差率则作为纵轴坐标, 则可以获得一个曲线坐标图。当测量方向相同时, 在同一个横坐标下不同长边长度的电阻值误差率较小, 也就是说不论长方形长边长度具体数值是什么, 其地网接地电阻测量值误差率均趋向于0[5]。利用这种测量方法所获得的测量值误差率低于2%~10%, 对于电力工程来说这种误差值在能够接受的范围内。

3 地网接地电阻降阻新技术

在地网电阻率较高的地区, 规模较小的变电站的接地电阻无法达到地区地网的需求, 因此需要利用各类降阻技术来满足需求。例如自然接地法、填充剂降阻法、外引接地设备法等, 但这种技术均存在明显的问题, 不能对各种工程均满足, 因此应该选择空腹式接地设备技术。

这种接地设备的主体是由2个直径在80cm的空腹半球做组成, 在空腹铁球内需要填充如体积约为铁球内体积1/3的粘土, 然后将这一半空腹球体装入到直径约为200cm、长度为200cm的圆柱体当中。将圆柱体埋于地网之下, 并利用粘土对坑洞进行回填, 用水浇筑后夯实粘土。然后通过圆柱体顶部的引水管向圆柱体内注入大量的水, 直至圆柱体完全充满。需要注意的是, 在粘土回填以前需要在圆柱体上做多个渗水的小孔, 这样圆柱体内的水会不断向粘土当中渗透。最后将圆柱体与地网的接地引线焊接即完成安装[6]。这种空腹降阻设备可以随时向内部注水, 对干燥、山地、岩石等地形的地网作用更加明显, 并且还能够起到极好的防雷击作用。根据电阻基础知识可以了解到, 当电阻接触水后其电阻值会明显下降, 而空腹式接地装置就是利用缓慢渗水的方式, 降低周围土壤的电阻值, 同时对周围的地网接地体也产生影响, 进而降低地网整体的电阻值, 从而满足当地变电站的需求。

4 结语

地网的接地电阻在测量时可以利用短距测量法, 这种测量方式不仅能够降低测量人员的工作量, 同时还可以有效降低测量时产生的误差。

摘要：接地系统是保证变电站和发电站电力输出稳定的重要设施, 其不仅保障了电力供应的稳定, 同时也能够保障周围工作人员的个人安全。接地电阻是接地系统中主要的数据指标, 日常工作当中当电站的运行达到一定时间后就需要对其接地的电阻进行测量, 当前国内接地电阻的测量方式存在一定的问题, 测量引线长度过大容易受到外界电磁波的干扰, 导致电阻值检测物产。因此应该采取短距测量方法, 降低误差率, 保证测量结果的准确性。文章对地网接地电阻短距测量方法进行研究, 首先对短距测量技术进行了阐述, 并介绍了利用空腹式接地降阻技术, 以期能为相关工作提供参考。

关键词：地网接地系统,电阻短距测量法,降阻技术

参考文献

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斜接地极降低矩形地网接地电阻研究 第2篇

目前,工程中常用的降阻方法主要有利用自然接地体、深井接地、采用降阻剂、扩大接地网面积、局部换土、采用集中接地装置、引外接地等[1,2,3,4,5,6,7],这些方法各有优劣,应根据实际情况灵活运用。但对于高土壤电阻率地区变电站,由于地形、地质条件等限制,常规的降阻措施实施困难,且降阻效果不理想,因而给变电站接地网的建设造成了许多困难。近年来,斜接地因其不仅可以起到垂直接地极向纵深散流的作用,而且能够等效过大地网面积,越来越广泛地应用于高土壤电阻率地区接地网降阻工程中[8]。但在实际工程应用中,都是凭经验选择接地极的布置方式,缺乏科学的理论指导。

基于CDEGS接地工程计算软件,建立矩形地网三维仿真计算模型,计算地网接地电阻,分析不同地网面积下斜接地极敷设角度、根数、长度及其布置方式等对矩形地网接地电阻的影响,进而提出了斜接地极最优布置方式,为高土壤电阻率地区变电站接地网降阻提供参考。

1 斜接地极降低矩形地网接地电阻效果分析

建立仿真计算模型计算的矩形地网面积分别为5070m2、50100m2、50140m2,土壤电阻率取1000Ωm,未敷设斜接地极时3种不同面积矩形地网的接地电阻分别为7.87Ω、6.41Ω、5.23Ω。

1.1 不同土壤电阻率的影响

假定土壤均匀,土壤电阻率分别取为50Ωm、100Ωm、200Ωm、300Ωm、400Ωm、500Ωm、600Ωm、700Ωm、800Ωm、900Ωm、1000Ωm,地网面积为5070m2,敷设单根斜接地极如图1所示。水平导体和斜接地极的等值半径均取0.01m,均压导体10m等间距布置,地网埋深0.8m,接地极长为50m,与竖直方向夹角θ为45°,在xy平面的投影与两坐标轴夹角φ为135°,不同土壤电阻率下接地电阻如表1所示。

由表1可知,敷设斜接地极能够降低矩形地网接地电阻,在土壤电阻率相同时敷设单根接地极矩形地网接地电阻降低为7.03Ω,降低了10.67%。地网接地电阻随土壤电阻率的变化呈线性变化,土壤电阻率越大,接地电阻随之增大。

1.2 斜接地极布置位置的影响

对图1所示地网,土壤电阻率取为1000Ωm,均匀土壤,地网面积为5070m2,考虑到矩形地网长边与短边之比大小的差异性,分别沿接地网边缘和对角线方向布置斜接地极,斜接地极等值半径为0.01m,长为50m,斜接地极与竖直方向夹角为45°,建模时使得斜接地极在xy平面的投影与两坐标轴夹角相同,计算分析斜接地极布置位置不同时对降阻效果的影响,结果如表2、表3所示。

由表2、表3可知,斜接地极布置位置距离地网的中心越近接地电阻越大。这是因为地网中心导体根数较多,屏蔽作用越来越强烈。因而为减小水平接地网对斜接地极的屏蔽效应,以提高斜接地极的利用系数,斜接地极应沿接地网的外围布置。当布置在地网的四角时降阻效果最好。

1.3 斜接地极敷设角度的影响

斜接地极长度为50m,等值半径0.01m,布置在矩形地网的一角,φ为135°,斜接地极与z轴夹角θ从10°～80°变化时,计算不同面积地网斜接地极敷设角度θ不同时的接地电阻如表4所示。

由表4可知,接地电阻随接地极与竖直方向夹角θ的增大先减小后增大。当θ在45°～70°时地网接地电阻较小。θ为60°时地网接地电阻最小,单根斜接地极用于不同面积的地网使得矩形地网的接地电阻分别降低了10.71%、8.32%、6.45%。可见,在矩形水平地网布置斜接地极时,应使斜接地极与竖直方向夹角接近60°,以获得最好的降阻效果。

保持斜接地极与z轴夹角θ为60°不变,布置单根斜接地极,等值半径0.01m,长50m,在xy平面的投影L′与长方形地网长边的夹角为φ,当φ变化时地网的接地电阻如表5所示。

从表5中可以看出,当斜接地极在xy平面的投影与矩形地网长边夹角φ在10°～260°变化时,接地电阻先降低后增大,当φ在90°～180°变化时接地电阻相对较小,φ为150°时的接地电阻最小。

1.4 斜接地极长度、根数的影响

斜接地极长度d分别取为0.3req、0.5req、0.8req、1.0req、1.3req、1.5req、1.8req、2.0req、2.3req,共9种长度,其中req为水平地网等值半径:

式中,S为水平地网的面积,m2。

斜接地极根数分别为4根、8根、12根、16根以及20根,敷设在地网边缘与垂直方向夹角θ为60°,建立仿真计算模型,分别计算不同面积地网降阻率如表6所示。

定义斜接地极对接地网的降阻率ξ为:

式中,R为加入斜接地极降阻后的接地电阻;R′为原水平地网的接地电阻。

从表6可以看出,斜接地极长度一定时,接地网面积越大,斜接地极的降阻率越小。当斜接地极根数为8根,地网面积分别为5070m2、80120m2、120180m2,接地极长度从0.3req增大到2.3req时,降阻率分别增大了46.06%、44.58%、43.97%,但增大幅度逐渐减小。斜接地极长度越长,降阻效果越好,但随着接地极长度增大,降阻效果逐渐趋于平缓。接地极根数越多,降阻率越大。如对于面积为5070m2的地网,接地极长度为1.8req,接地极根数分别为4、8、12、16、20根时,降阻率分别为35.72%、46.82%、52.53%、55.71%、57.88%。但由于斜接地极之间以及斜接地极与矩形地网之间屏蔽作用的增大,使得降阻率的增大幅度逐渐减小,当斜接地极根数为16根时仅比12根时的降阻率增大了3.18%,20根时也仅仅比12根时增大了5.35%。可见,斜接地极对中小型地网降阻效果较为显著,斜接地极根数越多、长度越长降阻率越大,但随着接地极长度、根数的增加降阻率增大幅度逐渐变缓,而增加斜接地极根数、长度必然增加成本,因此应根据实际情况综合考虑斜接地极的敷设根数及长度。本例中斜接地极长度取为地网等效半径的1.8倍,根数为12根为宜。

2 斜接地极对矩形地网均压的影响

随着电力系统的发展,发变电站接地系统的面积越来越大,流经接地网的短路电流也在增加,即使接地电阻满足要求,发变电站的地电位升有时仍然高达5000V以上。另外,处于电阻率很高的土壤中的接地网,即使耗费大量的接地导体材料、采用各种方法也难以达到接地电阻的要求。因此为确保人身安全,必须对接触电压、跨步电压的变化做进一步的研究。

2.1 斜接地极对矩形地网接触电压的影响

定义ε1为接触电压降低的百分数,公式如下:

式中,ut为接触电压。

土壤电阻率取为1000Ωm,地网埋深0.8m,入地短路电流为1000A,建立仿真计算模型分别计算未敷设斜接地极及敷设不同根数、不同长度斜接地极时,面积分别为5070m2、80120m2、120180m2的矩形地网接触电压降压率ε1如表7所示。

从表7可以看出,增加斜接地极长度及根数能够降低水平地网的接触电压,且效果较好,即使只敷设4根长度仅为0.5req的斜接地极在不同面积地网中对接触电压的降低均已在50%以上。但随着斜接地极长度和根数的增加,对降低地网接触电压的效果也趋于饱和。如对于面积为5070m2地网分别敷设4根、8根、12根、16根、20根斜接地极时,长度d为0.8req时比0.5req时分别高出6.37%、8.79%、9.87%、10.01%、9.9%;而d为1.3req时仅比为req时高出4.6%、5.41%、5.21%、4.76%、4.3%。可见,斜接地极的利用率在0.8req时出现转折而趋于平缓,且斜接地极在120180m2的地网中的降低接触电压效果不如5070m2和80120m2的地网。综合考虑得出,在地网敷设斜接地极用于降低接触电压时的长度取0.8req左右为宜,并且斜接地极较适合于5070m2和80120m2的小面积地网。

2.2 斜接地极对矩形地网跨步电压的影响

定义ε2为跨步电压降低的百分数,公式如下:

式中,us为跨步电压。

建立仿真计算模型分别计算未敷设斜接地极及敷设不同根数、不同长度斜接地极时,不同面积矩形地网跨步电压降压率ε2,如表8所示。

从表8可以看出,增加斜接地极的根数和长度在不同面积的地网中都能够降低地网的跨步电压,但逐渐趋于饱和,且地网面积为5070m2和120180m2时比80120m2时的效果更佳。地网面积为5070m2,分别敷设12根、16根和20根斜接地极,长度d为0.8req时比为0.5req时降低跨步电压效果增加了15.13%、15.52%和16.13%;而当斜接地极长度增加至1.3req时,只比d为req时的降压效果增加不到10%,当长度增至2req和2.3req时降低跨步电压百分数只比前一长度的斜接地极增加了3%左右。可见,敷设斜接地极以降低跨步电压长度取0.8req左右为宜。

2.3 不同短路电流注入点下斜接地极对跨步电压的影响

地网面积取为5070m2的矩形地网,在地网四角敷设4根0.8req长的斜接地极,土壤电阻率1000Ωm,地网埋深0.8m,假设短路电流1000A。短路电流入地点分别在(-35,-25)、(-25,-15)、(-15,-5)、(-5,5)时的跨步电压仿真结果如图2、表9所示。

由表9看出,短路电流入地点在接地网边角地带时跨步电压的值最大,短路电流入地点(-35,-25)较点(-25,-15)处的跨步电压高出169V。

3 结语

(1)敷设斜接地极能够有效降低矩形地网接地电阻。

(2)斜接地极布置位置θ为60°,φ为90°～180°布置于地网四角时降阻效果最好。

(3)接地网面积越大,斜接地极的降阻率越小;斜接地极长度越长、根数越多,降阻效果越好,但逐渐趋于饱和。因此应根据实际情况综合考虑斜接地极的敷设根数及长度。

(4)斜接地极对于中小型地网均压效果较好,在长度达到0.8req时,降低接触电压和跨步电压的百分数逐渐饱和,因此为了避免技术经济的浪费,在接地均压设计时,斜接地极长度取0.8req左右为宜。

(5)短路电流入地点在接地网边角地带时最大跨步电压的值较大,短路电流入地点位于接地网中心时较小。

摘要：基于CDEGS软件建立仿真计算模型,分析斜接地极敷设位置、角度、长度、根数等不同时,降低不同面积接地网的接地电阻的效果和特征,进而优化斜接地极的布置方式。

关键词：接地网,接地电阻,斜接地极,跨步电压,接触电压

参考文献

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地网接地电阻测试技术 第3篇

某220kV变电所工程全所室外防雷接地设计采用以水平接地体为主, 兼有垂直接地体的接地网系统, 水平接地体用-506的镀锌扁钢焊接而成, 埋设深度0.70米, 垂直接地体采用∠50505 (2500mm长/根) 的镀锌角钢, 接地电阻设计在任何季节都小于0.5欧 (接地电阻值测量检测安排在土建与变电安装交接施工时进行) 。根据该变电所所处地区土壤特性, 设计使用南京汤山III型干粉降阻剂, 水平接地体用量为25kg/m, 垂直接地体50kg/根。接地网的边缘设计为闭合状态且外缘各角遇四周围墙均做成圆弧形, 圆弧半径设计大于均压间距的一半 (工程中设计取值4米) , 变电所内主变压器、电热器、电抗器等各外露电气设备的金属底座、支架、外壳、网门及电缆外壳等均用-505的镀锌扁钢与邻近主接地网可靠焊接;其中电气设备的每个接地部分以单独的接地线与接地干线连接, 严禁在一根接地线中串接几个需接地的设备, 电缆沟及电缆竖井内用于固定角钢支架的扁钢沿其全长将所有断开处焊成整体并与主接地网相连接, 当水平接地体横穿电缆沟时, 将接地体从电缆沟基础下穿过, 不得打断;引向室内的接地线至少要有两个入口处, 并和室内的接地网可靠焊接, 变电所大门出口走道处敷设帽檐式均压带。接地体、屋顶避雷带及引下线的连接必须焊接牢固, 屋顶避雷带采用Ф16镀锌圆钢沿女儿墙、屋檐及各突出部位水平敷设, 高出墙面300mm, 并在多处做接地引下线, 引下线在距地面2.2m处做断接卡子, 避雷引下线应与主接地网进行良好连接并在附近作集中接地装置, 屋面板内钢筋焊接成网, 并通过各角部设计指定框架柱内的两根主钢筋与主接地网连接;所有防雷接地装置的各种金属件必须镀锌, 锌层要均匀, 室外焊接处涂沥青防腐;扁钢接地线搭接长度为扁钢宽度的两倍, 双面焊接;圆钢搭接长度为圆钢直径的六倍, 双面焊接;扁钢与角钢的搭接长度为扁钢宽度, 双面焊接。化学干粉降阻剂在土壤中地下水作用下有一定的渗透能力和扩散能力, 能显著降低土壤电阻率, 从而降低变电所整体地网的接地电阻;但由于一些化学降阻剂含有毒性重金属, 对接地线/极腐蚀也较为严重, 会显著地降低接地线/极的使用寿命;更重要的是, 化学降阻剂埋于地下, 会污染地下水, 对周围造成安全威胁, 特别是附近有饮水井或村镇时, 会对人畜健康造成危害。

2 DKAG电解地极

近年来, 国内引进并开始使用一种新的降阻技术, 国外叫做“电解离子接地列阵” (Ionic Earthing Array) , 简称IEA技术, 其中推广最为广泛的便是DKAG电解地极。该项技术是将某种陶瓷合金化合物 (固体) 装入有孔的铜管或铜合金管中, 由于管内含有电解离子化合物, 每根铜管就变成一个电解离子接地极。铜管的作用:①保证地极有较高的导电性能。②保护管内电解离子化合物有较长的使用寿命 (减缓管内电解离子化合物随雨水流失的速度) 。当铜管埋入地下时, 通过铜管不断释放活性电解离子, 不但能降低周围土壤的电解率, 还可以较长时间的保持土壤的电阻率, 起到长效的作用。由于电解离子铜管在使用时总是多根、直线排列或交叉垂直排列, 形成了一个电解地极列阵, 因此, “电解离子接地列阵”技术由此得名。该新技术已先后在国内多个省市电力建设工程中推广应用, 起到了较好的降低接地电阻的效果。

3 该变电所引用DKAG电解地极降低地网接地电阻的成功改造

该220kV变电所工程竣工投产前, 实测变电所地网面积为9900m2, 接地网接地电阻为1.7Ω, 没有达到设计0.5Ω的要求。

3.1地网第一次改造

针对实测接地网接地电阻值未达到设计电阻要求的情况, 供电公司召集设计、监理、施工单位召开工程现场协调会, 经与会商讨设计院与施工单位共同决定在变电所西边二期工程预留区域扩大地网面积4000m2, 以降低地网的接地电阻。施工完成后, 实测地网的接地电阻为0.94Ω, 与设计要求值0.5Ω仍相差较大。

3.2地网第二次改造

为进一步降低变电所地网的接地电阻, 设计单位提出了第二次改造方案在变电所南侧围墙外征地线内再扩大地网面积4000m2, 再打16～20根30m长的垂直接地棒。该方案预算投资35万元, 工期1个半月。但由于该变电所定点供电单位急于扩大生产急需早日供电, 不同意再延长工期, 从而否定第二次改造地网的方案。为使该220kV变电所工程地网的接地电阻早日满足设计要求的0.5Ω, 尽快早日供电, 最终同意采用施工单位提出的采用DKAG电解地极降低变电所地网接地电阻的方案。

3.3 DKAG电解地极改造方案

本方案的要点是在变电所主地网南边扩大地网, 该地网以环形为主体, 中间只需设2条分流水平地极。在环线外侧埋设13套 (共39根) 电解地极, 每组电解地极的连接点处敷设2根长2m的垂直接地极 (材料为∠50505镀锌角钢) ;预计共扩大地网面积1500m2。若施工后接地电阻达不到0.5Ω, 再在环形地网边缘向外敷设放射线接地扁钢, 并加电解地极。本方案的施工期预定为7天。改造地网工程费15.46万元。由于本电解地极改造地网方案有两大优点:①施工从原方案的1半个月减少为7天。②工程费用由35万元降至15.46万元, 节约投资55.82%。最后, 海螺水泥厂接受了电解地极改造接地网的方案。电解地极改造地网工程5天完成, 比计划提前了2天。工程验收时, 邀请了防雷安全技术检测检验中心和电力试验研究所共同测量检测接地地网电阻的达标情况。测试方法:标准电流电压表法。测试仪器:ZC-8型测量仪 (接地摇表) , 附件有:接地探测针两支, 导线三条 (5m长一条用于接地极, 20m长一条用于电位探测针, 40m长一条用于电流探测针) 。测试标准:DLA75-92《接地装置工频特性参数测量导则》和DL/T620-1997《交流电气装置的接地》。测量时采取了消除地中杂散电流干扰的措施:①倒相法:z ②加大注入电流至9A。电流极长度1800m, 电压极从900-1300m共测5个点。对防雷接地装置进行接地电阻测试时, 先将需要测试的接地连接线与引下线连接卡上的断接卡子紧固螺栓拧开, 然后进行连接测试。测试接地电阻线路时将电位探测针和电流探测针依直线彼此相距20m插入地下, 电位探测针应插于接地极和电流探测针之间, 用专用导线分别将三点联于仪表相应的端钮上。测量结果列入表1。

从表1可知, 当注入电流为9时, 地中杂散电流引起的杂散电压U230=1.62-1.74V。表1中, 每次测量时的接地电阻按下式求出:Rg=U23/Ig

其中U23={0.5[ (U+23) 2+ (U-23) 2]-U2230}1/2 (1)

式中U23测量的电压, 单位伏特 (V) , 带有+、-符号的为采用倒相法测量的正、反向电压;Ig测量时注入的电流, 单位安培 (A) ;Rg接地电阻, 单位欧姆 (Ω) 。

从表1可见, D为零电位点, 故取Rg=0.48Ω。

从而得出结论:该220kV变电所地网改造的接地电阻值为0.48Ω, 完全达到了设计值0.5Ω的要求。

4 几点体会

工程实践证明, 用电解地极降低变电所地网接地电阻, 具有以下优点: (1) 占地面积少, 可减少挖沟土方量, 降低成本, 节约投资。 (2) 施工简单、方便, 施工期短。 (3) 可减少钢材消耗, 无毒, 不污染环境。 (4) 电解地极降阻效果好, 性能稳定。本案中的220kV变电所工程地网接地电阻改造成功, 竣工验收时测得地网接地电阻为0.48Ω, 一年后复测接地电阻0.46Ω, 表明降阻稳定性好。

参考文献

[1]杨丹, 王洪泽.电解地极降低变电站地网接地电阻实例[J].电力建设, 2004, (10) :25-27.

地网接地电阻测试技术 第4篇

接地电阻是电流I经接地电极流入大地时在接地电极上产生的电位V和I的比值。

为了简化推导的过程, 我们经常使用半球电极做例子, 并假设: (1) 均匀土壤; (2) 半球电极的半球面与地面齐平。只有满足上述条件, 土壤中的电流密度才是均匀的, 这便可得出半球电极的接地电阻R为[1,2]:

其中a为半球电极半径, ρ为土壤接地电阻率。

2 接地电阻的测量

为了测量接地电阻, 可在接地电极注入一定的电流I, 测量在其上产生的电位V, 再根据公式 (1) , 计算出接地电阻R。这种测量接地电阻的方法称为电流电压法, 这需要设置一个可提供电流回路的电流极, 一个用于测量接地电极电位的电压极。

由于电流极的存在, 会使土壤中的电流场产生畸变并使接地极电位有所下降, 同时电压极不可能设在无穷远 (或真正零电位) 处, 这两点都会使测量产生误差。下面我们以半球形接地电极为例, 讨论在均匀土壤中用电流电压法测量接地电阻所产生的误差。

2.1 接地极、电流极和电压极在一条直线上的情况

如图1, E为半球形接地电极, 其半径为a;C为电流极, P为电压极。设电流I自E极流入, C极流出。

根据电磁学理论, 流入E极的电流在P点产生的电位为:

流出C极的电流在P点产生的电位为:

根据叠加原理, 可得出P点电位为:

同理, 可得出半球电极E上的电位为:

这样, 用电压表测出的EP间的电压值将为:

所测的接地电阻值为:

所测的接地电阻值R’与半球电极的真值电阻式 (2) 中R的绝对误差为:

相对误差为:

设DEP=αDEC, 则DPC= (1-α) DEC, 代入式 (10) , 有:

这个误差是由于各电极的相对位置所构成的互电阻引起的, 故可称为布极误差[3], 为了使γ为零或接近为零, 可采用以下两种办法:

(1) 远离法。

尽量增大DEP、DPC和DEC的值, 使γ趋向零, 也就是时各电极的相互影响减至最小。

此时电压极设在电流极和接地极的中央, 此处为零电位点, 由于电流极存在的影响, 使接地极的电位被拉低了, 测量结果比实际值偏小, 此误差随着电流极与接地极的距离变大而缩小。当电流极在无穷远, 对接地极影响趋于零, 此时测量误差也趋于零。若使EC的距离是半球半径a的10倍, 此时γ=-0.1, 这在工程上是可以接受的。

可见, 远离法主要是要找零电位点。对式 (11) 求导得:

就是说零电位点附近误差的变化率最小, 即测量值的变化率最小。可以通过移动电压极的方法找出零电位点, 每次移动EC总长度5%的距离, 找出测量值变化最小的范围。这方法存在的风险就是电压极落在低ρ值土壤的地带, 所以, 零电位点的确认最好通过改变电流极对接地极的方位和距离, 获取多组数据相互验证。

(2) 补偿法。

也就是说, 把电压极P打在CP距离为EC的0.618的位置上, 所测接地电阻值的误差为零。

为了更直观地反映接地极与电流极距离不同时测量误差γ与α的关系, 可绘出γ-α曲线 (如图2) 。该曲线可直观的得知以下几点:

(1) 当电压极P在α=0.618时, γ=0, 所测接地电阻值的误差为零。由于电流极的影响使P在α=0.5处零电位点时, VEP的电压变小, 所测电阻值小于实际值, 需使P往电流极方向移动至γ=0.618处, 补偿变小的VEP电压。

(2) 当P往接地极方向移动时, γ<0, 表示所测值比实际值小;P往电流极方向移动时γ>0, 表示所测值比实际值大。

(3) 当α为一定时, a与DEC的比值越小则γ越小, 表示电流极与接地极的距离越是远大于接地极的半径, 所得误差就越小。这就是我们要尽可能使用远离法的原因。

以上推导是半球电极在均匀土壤的情况, 圆盘电极和圆环电极在均匀土壤中有相似的结论[2]。由于土壤不均匀, 电位分布有所改变, 误差会就有所不同, 特别使用补偿法时, 土壤的不均匀对其测量结果影响更大。因此, 在地形条件允许的情况下, 需优先采用远离法。

2.2 接地极、电流极和电压极不在一条直线上的情况

接地极、电流极和电压极三点在x-y平面上 (如图3) , 为了运算便利, 把E极坐标点设定 (-0.5, 0) , 电流极C设定在 (0.5, 0) , 电压极P坐标设为 (x, y) , EC的长度为1个单位, 接地极半径a设为EC的长度的1/10, 即a=0.1。由于EP间的电压与前文的推导相同, 相对误差γ和公式 (10) 相同, 把DEP、DEC、DPC的坐标数值代入式 (10) , 可得:

使用Matlab软件, 可方便地在x-y平面上绘出式 (14) 中每一个γ值对应的曲线 (如图3) 。由于电流极位置确定后, 接地电阻的测量值取决于电压极所处位置的电位, 可见每条等γ值的曲线就是地表面的等电位线。由图可知:

(1) 如果电压极放置在γ=0的曲线上, 此时测量的相对误差为0。

(2) 可在γ=0的曲线上可找到一点P, 使DEP=DEC, 可计算出∠PEC≈30°, 这种测量方法就是等腰三角形法。

(3) 如果由于测量现场的实际原因电压极不能打在γ=0的曲线上, 可根据电压极的实际位置进行修正, 如可打在γ=0.9曲线的上部和下部, 此地带等γ值线较为稀疏, 地表电位变化较平缓。

(4) 若电压极落在等电位线上的不同两点上, 所得测量值应该相同, 这可作为检查测量值是否有效的依据。

(5) 若电压极、电流极附近有铁管、扁铁等金属体, 其周边的电位分布将发生改变, 因此, 为保证测量准确, 电压极、电流极要远离金属体。

值得注意的是, 图3是忽略接地极大小的近似图形, 实际情况下, 接地极半径远大于电流极, 在EC垂直平分线两头区域的等电位线会向电流极方向偏移。

3 民航导航台地网特点及其测量

以上我们讨论了接地电阻测量的原理和方法及其相应的测量误差, 下面我们通过介绍民航导航台接地网的结构特点, 讨论具体的测量方法。

民航导航台负责向飞机提供导航信息, 航路导航台一般建设在远离机场的相对高地, 终端导航台在机场跑道附近, 由于导航台建设在相对的高地或周边空旷的环境, 所以受雷电的威胁较大, 设置有防雷地网。同时许多导航设备是利用接地网与发射天线形成回路来工作的, 有些是利用地网作为天线的反射面, 所以导航台地网通常采用联合接地的形式, 把防雷接地、工作接地和保护接地接在一起。导航台的地网一般由垂直和水平接地体组成, 接地电阻一般要求不大于4Ω。

导航台地网质量的好坏直接关系到导航设备正常的工作状态、防雷电的效果和设备维护工作环境的电气安全。在导航台建设时, 地网安装的隐蔽工程记录、接地电阻测量是重要的质量记录, 需符合国家规范和设计要求。在导航台运行维护中, 地网接地电阻测量作为季度、年度维护的一项重要工作。

不同的导航台有各自的地网形式。

3.1 全向信标 (DVOR) 和无方向信标 (NDB) 导航台地网

全向信标通常和测距仪合装成DVOR/DME导航台, 多谱勒全向信标天线阵安装在3~12 m高、直径约30 m的反射网平台上, 反射网分别通过平台的8根结构柱的主筋或结构钢柱往下引至室外地网, 室外地网在反射网平台投影外2 m用40×4的扁铜埋深0.8 m一周作为水平接地极, 采用Ø25×2500的铜棒或铜包钢作为垂直接地极, 间距不小于5 m, 与水平接地极连接, 地网直径约34 m。无方向信标 (NDB) 导航台室外地网是以无方向信标天线中心垂直投影的地下, 采用Ø3.0的铜线, 以10℃或12℃的间隔, 放射状向外铺设, 半径为20~30 m, 埋深为0.6 m, 铜线末端与作为垂直地极的50×50×500的角钢连接。

上述两类导航台的地网介乎圆盘电极和圆环电极之间, 地网中心明确, 在满足接地网周围地势平坦、土壤电阻率均匀的条件下, 可采用0.618补偿法和等腰三角形法, 电流极与地网测试引流点的距离为2倍地网直径, 此时测量误差可控制在10%范围内[4]。同时由于不少航路导航台建设在山头上, 地势不平, 坡度较大, 在这种情况下, 电流极与地网中心距离应取地网最大直径的4~5倍。

3.2 航向、下滑导航台地网

航向导航台室外地网一般采用40×4的扁铜沿设备机房外5 m一周, 铺设成约15 m×15 m的方形作为水平接地极, 埋深0.8 m, 采用25×2500的铜棒或铜包钢作为垂直接地极, 间距不小于5 m, 与水平接地极连接, 分别从对端的垂直接地极用扁铜引至室内地网, 同时分别用扁铜引至航向天线阵基础和监控天线基础旁供航向天线阵和监控天线杆接地。可见航向台地网是由航向天线阵、监控天线和设备机房三点围成的三角形。

下滑导航台室外地网的形式与航向台相似, 围绕设备机房和下滑天线铁塔外5米约15 m×20 m的长方形一周铺设水平接地极, 分别用扁铜引至机房和监控天线基础旁。由于下滑导航台旁通常有气象自动观测设备, 通常将导航台地网与气象自动观测设备的地网连接起来组合成扁长方型地网, 有利于减低地网的接地电阻。

航向地网、下滑导航台地网都是在机场终端区, 地势平坦开阔, 特别在新建机场, 测量场地没有受到较大的限制, 特别是新建机场导航台建议采用远离法测量。在机场运行后, 长距离测量会十分不便, 补偿法是个很好的选择。

由于航向台地网最大直径达100 m左右, 而且地网中心较难确定, 使用0.618补偿法测量时, 对电流、电压极的确定造成困难, 可使用泰格三点法[3]。

因为导航台季度、年度维护工作中要求测量地网接地电阻, 采用补偿法可减少许多工作量, 最好是建立可供长期使用的电流极和电压极测试桩, 每次测量后可与以往的测量结果作比对, 判定地网接地效果是否产生较大的变化。

4 结语

本文只论述了接地电阻测量的原理及其布极误差的原因, 没有涵盖电力线路干扰、高频电压干扰、仪器误差等因素, 测量人员要在导航台地网测量的实践中不断总结经验, 才能跟据现场地形、地质和接地网的结构特点, 合理地布置测量地极和正确分析测量的结果。

摘要：本文通过对接地电阻测量原理及其误差的数学推导和分析, 加深对接地电阻测量的理性认识, 结合民航导航台地网的特点, 讨论导航台地网接地电阻测量的方法, 以便更好地指导实际的测量工作。

关键词：接地电阻,测量,民航,导航台,地网

参考文献

[1]曾永林.接地技术[M].水利电力出版社, 1979.

[2]解广润.电力系统接地技术[M].水利电力出版社, 1991.

[3]王洪泽.电力系统接地技术手册[M].中国电力出版社, 2007.