摘要：接地装置是确保电气设备在正常及事故情况下，都能可靠和安全运行的主要保护措施之一。它主要由接地体和接地线组成，按其作用可分为安全接地、工作接地和过电压保护接地。接地装置的主要参数是接地电阻。由于大型接地装置受诸多干扰因素的影响，准确测量其接地电阻较为困难。下面就工程实践中常用的接地电阻测量方法（电流注入法）进行分析和探讨。
关键词：接地电阻测量；大电流注入法；四极法；
一、工频大电流注入法
采用大电流注入法测量接地电阻时，注入地网的电流应大于10A， 通常为20～100A，另外d13的长度要尽量选择长一些。注入大电流是为了减弱工频干扰电流的影响（工频干扰电流一般小于10A）保证测量精度，d13尽量选择长一些是为了使地中扩散的电流均不发生严重畸变，d13的长度越短电流场的分布就畸变的越厉害，对测量精度就影响越大。d13的长度一般应选择地网对角线长度的5倍左右；另外由于大地土壤是不可能均匀的，当d13不大时，随着d13布线方位及长度的不同，测得的地网接地电阻值也差异很大，设法增大d13的长度，可以减小土壤不均匀所引起的测量误差。
采用工频大电流注入法测量接地电阻值所用的测量设备的容量，取决于测量电流回路的阻抗（其中包括接地电阻值、电流极接地电阻、电流线阻抗等）和要求注入电流的大小，当然电源的容量也与上述参数有关，在一定的测量设备条件下，为了获得较大的输出电流，应设法增大电流线的截面，甚至可以考虑串联电容补偿来除低电流导线的阻抗，为了试验人身安全，不能无限制的抬高电流的输出电压，测量设备的最大输出电压应控制在400V以下。在电源侧增加隔离变压器，是为了不使入地电流在电源侧分流，影响测量精度。
地网中的干扰电压，往往是引起大电流注入法测量接地电阻误差的重要原因，必须设法剔除其影响，通常采用的方法有倒相法和补偿法。
倒相的步骤为：
在注入测量电流之前，测量地网电压U0
接通电源，注入地网电流I，并认定一端为正方向，如设上图中电源a端为正方向，测得地网电压U2。
将电源输出端反接，即X端接电流极，称反方向，注入相同幅值的电流I，测得地网电压UF，然后进行综合计算，干扰电压U0是干扰电流I0在地网接地电阻Rj上的压降，设矢量Î0与测量正方向电流Î的夹角为φ，则矢量Ú0 、Úz、ÚF间的关系见下图：
通过数学运算，可测得电流I在地网Rj上的电压降Új值为：
Új=
于是：RJ=
这样就基本消除了干扰电流I0 对测量电流的影响，使测量结果更加可靠。
采用倒相法和补偿法都能有效的消除地网中已存在的工频干扰，但是都无法消除测量两电位线之间的互感引起的感应电压的影响。尤其是测量大型地网时，利用架空线路导线作测量回路时，距离长电流大，地网RJ都很小，互感的影响更显严重，据有关资料提供的测量结果和理论推算，利用低压架空线路的一相导线作电流线，另一相导线作电位线，电流线通过电流时，在电位线上的感应电压约在0.2～0.4V/KMA范围内。例如利用10KV线路测量时，当测量电流为30A时，电位极距d121000m,可估算在电压回路上的感应电压达12V，如果地网电阻RJ〈0.5Ω时，IRj〈15V，显然
仅感应电压而引起的测量误差就有
X100%=62.5%，这是绝对不
允许的，因此在现场要克服人工布线困难，利用架空线路作测量线，则必须克服两电位线之间的互感影响，则可以采用增加一个电极的“四极法”测量大型地网的接地电阻。
二、四极法
其原理结线图如下：
图中电极4为特加的辅助电极，也因此而称为“四极法”，假设大地的电阻率为ρ，被测接地装置为半球体，半径为rg，由公式推导可知，在上图中电压表V测得1、4两端的电压U14为：
U14=
（
- 
+ 
- 
）
令 
=Rj1其物理意义是接地极至电极4所处电位面之间的接地电阻，则：
Rj1=
（
- 
+ 
- 
）
同理，令接地极在辅助电位极所处电位面与电位极2所处电位面（可认为是零位面）之间的接地电阻为Rj2，则
Rj2=
（
- 
+ 
- 
）
于是，接地极至零电位面间的全部接地电阻为：
Rj= Rj1 + Rj2=
（
- 
+ 
- 
）
从上式可以看出采用“四极法”测得的接地电阻与三极法测得的结果完全相同，也就是Rj可用（Rj1 + Rj2）来表达，于是电场的问题可用电路的形式来等值，其下图为等值电路：
图中M为电流回路和电压回路的互感，RI为接地电阻，RV为电压极接地电阻：R'V为辅助电极接地电阻：考虑到RV和R'V与高内阻电压表的内阻相比其值很小，用电压表测量电压时，电压回路的电流可以忽略不计。即RV≈0.R'V≈0,根据等值电路可列出下列方程式：
12=
(Rj1+Rj2)+jWM
14=
Rj1
24=
Rj2+jWM
由方程式得：
Kj=Rj1+Rj2=
式中U12.U14.U24是测量电流I通过接地装置时,接地装置对电压极,接地装置对辅助电极,辅助电极对电压极之间和电压,它们均可以在测量时直接获得,代入上式即可求得接地装置的接地电阻Rj。
四极法测量接地装置的接地电阻与三极法相比多用了一个辅助电极4，多测量两个电压值U14和U24，却能巧妙的消除互感对测量结果的严重影响，为现场测试提供了很大的方便。这是四极法十分突出的优点。四极法的辅助电极可设在地网边沿的任意方向，离地网边沿距离d14的大小对测量结果无影响,一般情况下, d14为离地网边沿4～5m即可,这样即减小工作量,也免除在辅助电极引线上存在明显的感应电压,但是辅助电极不能紧帖地网,使U14趋近于零,否则将会造成很大的测量误差。
若是以运行的变电站，不能停电测量地网的接地电阻时，且地网的工频干扰电压较大，可应用四极倒相法测量，即在四极法的基础上，再引入倒相法。
由等值电路可列下式：
当对地网不注入电流时，则有：
120 =
0(Rj1+ Rj2)
140 =
0Rj1
240 =
0Rj2
式中
120、
140、
240为干扰电流
0通过地网在地网与电压极，地网与辅助极，辅助极与电压极之间的电压。
当对地网注入正方向电流I时，并认定方向，则有：
12z =(
+
0)( Rj1+ Rj2)+jWM
=
120+
12
式中
12z、
14z、
24z为测量电流正方向和I0同时通过地网时，地网与电压极，地网与辅助极，辅助极与电压极之间的电压。
当对地网注入反方向电流I时，则有：
式中
12F、
14F、
24F是测量电流反方向时，相应的电压值。
解上述三组方程式，可得消除干扰和互感影响后，仅是测量电流注入地网时，地网对电压极，地网对辅助极，辅助极对电压极的电压U12、U14、U24的计算公式：
U12=
U14=
U24=
由此可以计算出接地装置的接地阻值Rj
测量接地装置接地电阻时还应注意以下问题：
消除气候原因对测量结果的影响。
我们知道土壤的湿度对土壤的电阻率影响很大，越潮湿其电阻率一般越小，因此不宜在刚下过雨后的时间里测量接地装置的接地电阻。
消除测量用接地极对测量结果的影响。
测量用的电流极和电压极的电阻一般不会很大，但在测量大地网接地装置的接地电阻时其自身阻值，有时也不可忽视，所以电压极和电流极宜采用直径为25～50mm。长0.7～3米的钢管或圆钢，垂直打入地中，电流极和电压极的阻值一般要控制在100Ω以内。正确选择仪器仪表，测量时应尽量选用准确度等级较高的仪器仪表。一般不应低于0.5级。采用大电流注入法测量接地电阻时，在电流极接地体周围会产生较大的压降，因此在其周围，不应有人或动物到达，以免发生事故和影响测量结果。
测量接地装置的接地电阻时，应重复测量三至四次，偏差特别大的应舍去，取其算术平均值为实测的接地电阻值。
.
论文作者:贺彪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：电流论文; 测量论文; 电压论文; 电阻论文; 地网论文; 电极论文; 电位论文; 《基层建设》2019年第6期论文;