现代防雷技术PPT课件第十二章防雷装置的试验

第十二章防雷装置的试验,第一节避雷器试验避雷器在制造过程中可能存在缺陷而未被检查出来，如在空气潮湿的时候或季节装配出厂，预先带进潮气；在运输过程中受损，内部瓷碗破裂，并联电阻震断，外部瓷套碰伤或者在运输中受潮，瓷套端部不平，滚压不严，密封橡胶垫圈老化变硬，瓷套裂纹以及并联电阻和阀片在运行中老化等。这些劣化都可以通过预防性试验来发现，从而防止避雷器在运行中的误动作和爆炸等事故。避雷器按结构分为保护间隙和管式避雷器、阀式避雷器(配电型FS、变电所型FZ)磁吹阀式避雷器和金属氧化物避雷器。其中保护间隙和管式避雷器、磁吹阀式避雷器等均被慢慢淘汰，阀式避雷器稍有使用。对与阀式避雷器的试验项目主要有两种情况：不带并联电阻的阀式避雷器主要试验项目有：绝缘电阻试验（用2500V兆欧表）、工频放电电压试验。,带并联电阻的阀式避雷器（包括FZ型，FCZ型和FCD型磁吹避雷器）试验主要试验项目有：绝缘电阻试验、工频放电电压试验和电导电流试验，其中电导电流试验可停电试验，也可带电进行测量。相对来说，金属氧化物避雷器目前得到越来越广泛的应用，下面就主要介绍一下金属氧化物的有关情况。12.1.1、金属氧化物避雷器简介金属氧化物避雷器(MOA)又称氧化锌避雷器，是一种与传统避雷器概念有很大不同的新型避雷器，从80年代中期开始，它已在电力系统推广应用并已批量生产。它主要由氧化锌压敏电阻构成，每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻的被击穿状态是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。,MOA与其他传统避雷器的区别在于：其他类型避雷器，从羊角间隙到FCZ磁吹式避雷器，其内部空气间隙起着十分重要的作用，在正常运行时靠间隙将阀片与电源隔开，出现过电压间隙才被击穿，阀片放电泄流。而氧化锌避雷器是用氧化锌阀片叠装而成的，可完全取消间隙，这就解决了因间隙放电时限及放电稳定性所引起的各种问题。由于氧化锌阀片具有非线性特性好的特点，从而使避雷器的特性和结构发生了重大改变。在额定电压下，流过氧化锌避雷器阀片的电流仅为5-10A，相当于绝缘体。因此，它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。当作用在金属氧化锌避雷器上的电压超过定值（起动电压）时，阀片“导通”将大电流通过阀片泄入地中，此时其残压不会超过被保护设备的耐压，达到了保护目地。此后，当作用电压降到动作电压以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态，因此，整个过程不存在电弧燃烧与熄灭的问题。12.1.2、金属氧化物避雷器试验,由于MOA是一种新型的避雷器，所以前几年其试验方法和试验设备都不很完善，但随着MOA在电力系统中的推广和应用。对MOA的研究也越来越深入，运行经验也在逐渐积累，随之也发现了一些重要的问题。例如：MOA阀片性能不佳，参数设计不合理；内部绝缘部件爬电距离不够和材质不良，内部结构不合理；在装配中受潮或密封不良造成运行中受潮；额定电压选择不合理等。随着运行时间的增加，MOA阀片在长期运行电压下的老化问题也变得突出，所以加强投运前的交接验收试验和运行中的监测，及时总结运行经验是一项重要的工作。目前国内预试规程对MOA的试验有三项规定：(1)绝缘电阻试验；(2)直流1mA下电压及75该电压下泄漏电流的测量；(3)运行电压下交流泄漏电流及阻性分量的测量(有功分量和无功分量)对金属氧化物避雷器的试验项目及要求如表9-1所示：,表9-1金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求,根据现场条件及厂家规定，可选择性地进行以下3个试验：1、绝缘电阻试验测量前应检查瓷套有无外伤，测量时用兆欧表，把试验连线与避雷器可靠连接，摇表放水平位置，摇的速度不要太快或太慢，一般120r/s。当天气潮湿时，瓷套表面对泄漏电流的影响较大，应用干净的布把瓷套表面擦净。并用金属丝在下端瓷套的第一裙下部绕一圈再接到摇表的屏蔽接线柱，以消除其影响(其测量值应大于2500)。电压等级在35kV及以下用2500V兆欧表，35kV以上用5000V兆欧表。由于氧化锌阀片在小电流区域具有很高的阻值，故绝缘电阻主要取决于阀片内部绝缘部件和瓷套。进口避雷器一般按厂家的标准进行绝缘电阻试验。阀式避雷器的绝缘电阻试验与金属氧化物避雷器的绝缘电阻试验相同。,2、lmA直流下的电压及75该电压下泄漏电流测量该项试验有利于检查MOA直流参考电压及MOA在正常运行中的荷电率，对确定阀片片数，判断额定电压选择是否合理及老化状态都有十分重要的作用。其试验原理接线图如图12-1所示。,图12-1金属氧化物避雷器直流试验接线图T-调压器；B-升压变压器；D-高压硅堆；R-保护电阻；C-滤波电容；1-静电电压表；2-微安表；3-被试避雷器。,试验步骤：先以指针式微安表监测泄漏电流值，升至1mA。停止升压确定此时电压值，再降压至该电压的75时，测量其泄漏电流，因该电流值较小，应用数字式万用表来检测。试验中应注意的问题：试验必须与地绝缘，外表面应加屏蔽，屏蔽线要封口；直流电压发生器应单独接地；试品底部与匝绝缘应保持干燥；现场测量应注意场地屏蔽。试验分析：试验中如电压比工厂所提供的数据偏差较大，与铭牌不符时，应与厂家进行联系。通常在70下的电流值偏大或电压加不上去，则有可能严重受潮；电流50，则有可能有受潮情况。投运后，随着运行时间增加，电流有一定增大，但电流不能超过50。3、MOA在持续运行电压下的交流泄漏总电流、阻性电流及损耗功率测量金属氧化物避雷器（MOA）在保护电力系统安全运行上有十分重要的作用，但由于MOA没有放电间隙，ZnO电阻片长期承受工频电压，冲击电压和内部受潮等影响，引起内部ZnO阀片（MOA）老化，阻性电流增加，功耗增大，导致MOA内部阀片温度升高，直至发生热崩溃。如果MOA在动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至MOA被击穿而损坏。为了及时发现MOA的隐患，需要经常监测其运行状态，MOA老化后，内部电阻减小，泄漏电流阻性分量按指数规律极大地增加。因此，准确监测阻性分量电流的变化对于MOA的健康诊断非常重要。,目前，现在国内外测量仪器有：（1）瑞典NL型MOA泄漏电流分析仪，常配有雷电计数器(环形线匝接口)。（2）日本日立公司的避雷器泄漏电流检测仪，它可测总泄漏平均值，也可测3次谐波成分，3次谐波经函数变换为阻性电流的信号量。以上两种仪器的基本原理是在MOA阀片劣化后，其阻性电流中的谐波成分明显增加，通过谐波分析法，反映出全电流中阻性电流的变化，但都不明确表明阻性电流的峰值。因容易受系统谐波含量影响，无法反应MOA表面受污秽受潮等问题。（3）日本LCD-4型阻性电流测量仪。其基本原理是利用外加容性电流将流过阀片的的容性电流(无功分量)补偿掉，而只保留阻性电流分量。国内众多厂家生产的测量仪，其原理大致与LCD-4型相似。这种测量方式可在现场带电测量，测量较简便。现场测量应注意的问题是：,注意正确选取参考电压的相位；现场试验测量回路应可靠接地；220kV及以上电压等级避雷器在现场带电测量时应注意其相间干扰(目前国内有些测量设备也附带有移相消除相间干扰的功能)。,第二节发电厂变电所接地试验12.2.1接地电阻试验随着电力系统的发展，电网规模的扩大，各种微机监控设备的普遍应用，人们对接地的要求越来越高，而接地好坏的重要标准之一，就是接地装置的接地电阻大小。目前的各种接地电阻测量方法，主要是为了测量工频接地电阻而采用的，是为了提高测量和计算的精度，或消除和降低测量中的干扰而研究出的方法。一、测量接地电阻的基本原理根据接地电阻的意义，接地电阻是电流I经接地体流入大地时接地电位U和I的比值。因此，为了测量接地电阻，首先在接地体上注入一定的电流，如图12-2所示。为简化计算，设接地体为半球形，在距球心X处的球面上的电流密度为,J=（12-1）式中J距球心为X处的球面上电流密度；I接地体入地的电流；X距球心的距离。,图12-2三极法测量接地电阻的试验接线,我们知道，电场强度E=，为土壤电阻率而电场中任意两点间的电位差，等于电场强度在两点之间的线积分。设无穷无远处的电位为零，所以距离接地体球心x(x，rg)处所具有的电压为由式（12-2）可知，电极1、2、之间出现的电位差为（12-3）电极3使1、2、之间出现的电差为,（12-2）,（12-4）,2电极之间的总电位等于U与U”之和，即因此1、2极之间呈现一的电阻Rg为接地体1的接地电阻实际值为R=（12-7）式中R接地体的实际电阻；rg接地体的半径；,（12-5）,（12-6）,要使测量的接地电阻Rg，等于接地体的实际接地电阻R，就必须使式（12-）和式（12-）两式相等，即令d12=d13,d23=(1-a)d13,代入式（12-8）而a2+a-1=0解得a=0.618系数a表明，如果电流极不置于无穷远处，则电压极必须放在电流与被测接地体两者之间，距接地体0.618d13处，即可测得接地体的真实接地电阻值，此方法称为0.618法或补偿法。,（12-8）,这一结论的应用是有范围的，与假设的前提有关，即仅在接地体为半球形，球形中心位的已知没有半球形，大多数为管状、带状以及由管带形成的接地网。测量结果的差别程度随极间距离d13的减小而增大。但不论接地体的形状如何，其等位面距其中心表远，其形状就越接近半球形，并在论证一个电极作用时，忽略了另一个电极的存在，也只在极距d13足够大的情况下才真实。实际的地网基本上是网格状，它介于圆盘和圆环两者之间，用上述论证方法，可以证明当接地体的圆盘（圆盘半径为r），电极布置采用补偿法时，其测量误差为将不同的d13代入式（12-6）相应的测量误差，如表15-2所示，表中D为圆盘直径。,（12-9）,误差,表12-2采用不同电极距离测量圆盘接地体接地电阻,由表12-2出，用2D补偿法测量圆盘接地体的接地电阻时，其误差比较小（小于1%）。如果地网是环接地体，同理可证明，若采用补偿法，当接地导体的直径d=8mm，地网半径r=40m时，取不同的d13值，其相应的测量误差，按式15-16计算的结果如表12-3示。,表12-3同电极距离（d13）测量圆环接地体接地电阻误差,由表12-3出，用2D（为圆环直径）补偿法测量圆环接地体的接地电阻时，其误差亦小于1%。所以对于实示的接地网，用2D补偿法测量接地电阻的误差均在1%以下。此时测量电极的布置是电流极距离地网中心d13=2D，电压极距地网中心是d12=0.618d13=1.235D.DL47592接地装置工频特性参数的测量导则规定：当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时，为了得到较为可信的测试结果，建议把电流极离被测接地装置的距离增大，例如增大到10km，同时，电压极离被测接地装置的距离也相应增大。如果在测量工频接地电阻时，d13取（4-5）D值有困难，那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，d13可以取2D值，d12取D值；当接地装置周围的土壤电阻不均匀时，d13可以取3D值，d12取1.7D值。二、发电厂、变电所接地电阻测量1、测量方法及接线测量接地电阻的方法最常用的有电压、电流法，比率计法和电桥法。对大型接地装置如110kV及以上变电所接地网，或地网对角线D60m的地网不能采用比率计法和电桥法，而应采用电压、电流表法，且施加的电流要达到一定值，测量导则要求不宜小于30A。,（一）电压、电流法采用电压、电流法测量接地电阻的试验接线如图12-3示。这是一种常用的方法。施加电源后，同时读取电流表和电压表值，并按下式计算接地电阻，即式中Rs接地电阻，；U实测电压，V；I实测电流，A。,（12-10）,图12-3压电流法测接地电阻的试验接线T1-隔离变压器；T2-变压器；1-接地网；2-电压极；3-电流极,图12-3，隔离变压器T1可使用发电厂或变电所的厂用变或所用变50-200KV，把二次侧的中性点和接地解开，专作提供试验电源用；调压器T2可使用50-200KVA的移圈式或其它形式的调压器；电压表PV要求准确级不低于1.0级，电压表的输入阻抗不小于100k，最好用的分辨率不大于1%的数字电压表（满量程约为50V）；电流表PA准确级不低于1.0级。,1）、电极为直线布置发电厂和变电所接地网接地电阻采用直线布置三极时，其电极布置和电位分布如图12-4，其原理接线如图12-5,图12-4工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图,直线三极法是指电流极和电压极沿直线布置，三极是指被测接地体1、测量用的电压极2和测量用的电流极3。一般，d13=（45）D，d12=（0.50.6）d13，D为被测接地装置最大对角线的长度，点2可以认为是处在实际的零电位区内。,实验步骤如下：（1）按图12-3验接线，并检查无误。（2）用调压器升压，并记录相对应的电压和电流值，直之升到预定值，比如60A，并记录对应的电压值。（3）将电压极2沿接地体和电流极方向前后移动三次，每次移动的距离为d13的5%左右，重复以上试验；三次测得的接地值的差值小于电阻值的差值小于5%时即可。然后三个数的算术平均值，作为接地体的接地电阻。如时令时，分别测得接地体的接地电阻为Rg1、Rg2、Rg3、,则接地体的接地电阻Rg为Rg=2.16Rg1-1.9Rg2+0.73Rg3(12-11）,图12-5三极法的原理接线图,如果d13取4-5D有困难时，在土壤电阻率较为均匀的地区可取d13=2D,d12=1.2D;土壤电阻率不均匀的地区可取d13=3D,d12=1.7D。,2）、电极为三角形的布置电极三角形布置示意图如图12-6示。此时，一般取d12=d132D，夹角,图12-6电极三角形布置图1-接地体；2-电压极；3-电流极,测量大型接地体的接地电阻时，宜用电压、电流表达、电极采用三角形布置。因为它与直线法比较有下列优点：（1）可以减小引线间互感的影响；（2）在不均匀土壤中，当邓d13=2D时，用三角形法的测量结果，相当于3D直线法的不测量结果；用三角形的测量结果，相当于3D直线法的测量结果；（3）三角形法，电压极附近的电位变化较缓，从29到60的电位变化相当于直线法从0.618d13到0.5d13的电位变化。接地电阻Rg为,（12-12）,式中U12电压极与被测接地装置之间的电压；I通过接地装置流入地中的测试电流；a被测接地装置的等效球半径；d12电压极和被测接地装置的等效中心距离；d13电流极和被测接地装置的等效中心距离；,电流极和接地装置等效中心的连线与电流极和接地装置等效中心的连接线之间的夹角，一般取d12d132D，=30。,3）、测量工频接地电阻当被测接地装置的对角线较长，或在某些地区（山区或城区）按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。由于两相导线即电压线与电流线之间的距离较小，电压线与电流线之间的互感会引起测量误差。这时可用四极补偿法进行测量。图12-7消除电压线和电流线之间的互感影响的四极法的原理接线图。图15-7的四极是指被测接地装置1、测量用的电压极2、电流极3以及辅助电极4。辅助电极4离被测接地装置边缘的距离d14=30-100m，用高输入阻抗电压表测量1、2，1、4和2、4之间的电压。电压U12、U14和U24以及通过接地装置流入地中的电流I，得到被测接地装置的工频接地电阻。,图12-7四极法测量工频接地电阻的原理接线图1-被测接地装置；2-测量有电压极；3-测量有电流极；4-辅助电极,Rg=,(12-13),式中U12被测接地装置1和电压极2之间的电压；U14被测接地装置1和辅助极4之间的电压；U24电压极2和辅助极4之间的电压；I通进接地装置流入地中的试验电流。,同时为了减少电压线和电流线之间互感的影响，可使用架空线的一相作电流线，另外再从地面放一根电压测试线，两根丝沿同一方向布线，但应间距一定的距离，最好能大于10m。在试验中如遇到升电流有困难时，应检查架空线路的导线接头是否接触好，接触电阻是否过大，电流极和电压极的接地是否可靠，如不可靠处理，如在测试电流极和电压极四周加盐水处理。如我们有一次在做一水电厂的接地电阻测试时，调压器调到满量程却升不起电流，最后检查是由于试验时所用的35kV架空线路导线弓子接头长期失修、氧化，使接头处电阻过大所致，经处理后电流才会升到预定值。4测量注意事项（1）试验时用交流电源测量接地电阻时，应采用独立电源，通常单独的所用变压器，并把中性和接地点打开，以防分流引出误差，或升不起电流，也可使用1：1的隔离变压器，其中性点接至被测接地体，相线接至电流极。电压的高低根据电流回路阻抗和所需要的升的电流进行估算。在满足测量要求的前提下，应尽量采用较人低的电压。（2）在许多变电所中，输电线路的架空地线是与变电所接地装置连接在一起的，这会影响变电所接地装置接地电阻的测量结果，因此，在测量彰应把架空线路的避雷线与变电所接地装置的电连接断开。,（3）电流极处因要注入较大的电流，会对附近的人畜造成伤害，因此，在测量时要有专人临护。（4）在试难时电流引线要流过较大的电流，因此，电流回路要有较大的导线截面。5、消除干扰的措施1）、消除接地体上零序电流的干扰发电厂、变电所的高压出线由于负载不平衡，经接地体部有一些零序电流流过，这些电流注过接地装置时会在接地装置上产生电压率，给测量结果带来误差，常用如下措施进行消除。（1）增加测理电流的数值，消除杂散电流对测量结果的影响。我们知道接地电阻Rg=即接地电阻等于接地装置上的电压降与电流的比值。这个电压主要是试难时施加的测试电流产生的，但是如在地网中的零序电流较大，这个电流也会在接地装置上产生压降影响测试结果。为了提高测试精度，最有效的办法是加大测试电流，以减小零序电流分量所占比例。因此，“测量导则”规定：“通过接地装置的测试电流大，接地装置中零序电流和干扰电压对测量结果的影响下，即工频接地电阻的实测值误差小。为了减小工频接地电阻实测值的误差，通过接地装置的测试电流不宜小于30A”。可见，加大测试电流的办法是减小零序电流干扰的最有效措施。,（2）测出干扰电压U，估算干扰电流I。在使用电流电压法测量工频接地电阻时，在开始加压升流前，先测出接地装置的零序干扰电压U，如图15-10所示。按图接好线后，升压前先将S1断开，用电压表先测量零序干扰电压U12、U14和U24，然后按式（15-24）估算零序干扰电流的值,（12-14）,式中U12零序干扰电压，V；I零序干扰电流，A；Rg接地电阻估算值，。,当零序干扰电流估出后，试验时所升的电流I=（1520）I，可使没量误差不大于5%-7%。,图12-8消除干扰测量结果影响的原理接线,（3）利用两次测量的结果，对数值进行校正，即先用电源正向升流侧出U1，然后将电源反向，测量另一组数据U2并测出干扰U。则,（12-15）,式中U校正后的电压，V；U1电源反向前所测数值，V；U2电源反向后所测数值，V；U电源断开后测得的零序干扰电压，V。,如果外界干扰电流的频率与测量电流的频率不同，而为其谐波时，则U1=U2，此时，,（12-16）,（4）对每一个测点用三相电压轮测量三次，然后按下式计算接地电阻，即,（12-17）,式中Rg接地电阻，；Ua、Ub、Ue分别用A、B、C三相电压时测得的电压值，V；Ia、Ib、Ie与Ua、Ub、Uc电压相应的测量电流，A；U、I干扰电压和电流。（5）为了准确的找到“零电位”区，可求d13=(4-5)D,d12=(0.5-0.6)d13.如d13取（4-5）D有困难，而接地装置周围的土壤电阻率又比较均匀，测量引线可适当缩短。当采用电极直线法布置，允许测量误差为5%时，电压极的允许范围是表12-4；,表12-4电极直线法布置误差5%时电压极的允许范围,2）、消除引线互感对测量的干扰当采用电流电压法测量接地电阻时，因电压线和电流线要一起放很长的线距离，引线的互感就会对测量结果造成影响，为了消除引线互感影响，通常采用以下措施。（1）采用三角形法布置电极，因三角形布置时，电压线和电流线相距的较远，互感也就小，不会造成大的影响。（2）当采用停电的架空线路，直线布置电极时，可用一根架空线作为电流线，而电压线则要沿着地面布置，两者庆相距5-10m。（3）采用四极法可消除引线布感影响，另外还可采用电压、电流表和功率表法测量。,6、对测量仪表和引线截面的要求（1）电压表内，电压表与电压极相串联，其内阻对测量准确有影响，此时电压表的读数为Uv=U-IvR2(12-18)Iv=(12-19)解此两式得（12-20）式中Uv电压表的读数，V；U电压表和接地体之间实际电压，V；RV电压表的内阻，；R2电压极的电阻，；IV通过电压表的电流，A。,由于RV存在，使得测出的电阻误差为式中负号表示测出的接地电阻较实际值偏小。从式（12-24）看出，如果要求由电压表内阻引起的误差小于3%时，则电压表的内阻应等于或大于电压极电阻50倍。若RV小于R250倍，采用电磁或电动式电压表时，则应按下式校正，即然后近下式计算接地电阻，即式中Rg接地电阻，；U校正后的电压，V；,（12-21）,（12-22）,（12-23）,I试验电流，A。因此，电压表应采用高内阻的，如数字电压表、静电电压表等。（2）表计准确级，测量接地电阻所用的电压表、电流表、电流互感器等的准确度应不低于0.5级。（3）导线截面，测量时电压极引线的截面不应小于1.0-1.5mm2；电流极引线的截面由电流值的大小而定，选用以每平方毫米5A为宜，与被测接地体连接地导线电阻，应不大于接地电阻的2%-3%，并要求接地体的引线处需经除锈处理，接触良好，以避免测量误差。12.2.2电位分布、跨步电压和接触电压试验当发生接地故障时，若出现过高的接触电压或跨步电压，可能发生危及人身安全的事故。所以对电压在1000V以上的电气设备，应测量其接触电压和跨步电压。在发电厂和变电所附近地区还应地面的电位分布。一般将距接地设备水平距离为0.8m处，及沿该设备外壳（或构架）垂直于地面的距离为1.8m的两点间的电压，称为接触电压，人体接触该两点时就要承受接触电压。测量接触电压，即测量这两点之间的电压如图15-11所示。,在接地体周围的电流密度大，致使电压降也大。而电流密度的大小与距离接地体距离的平方成反比，因此在一定范围之外，由于电流密度接近于零，该处即可作为大地的零电位点。当电流经接地装置时，在其周围形成的不同电位分布，可用下式表示，即式中UX至接地体距离为x处的电压；Ug接地体的电压；rg接地体的半径；x距接地体距离；的跨步约为0.8m,所以在接地体径向地面上水平距离为0.8m两点间的电压，称为跨步电压。人体两脚接触该两点时，就要承受跨步电压。测量电压分布和跨步电压，应该选择经常有人出入的地区进行。距接地体最近处，其测量间约为0.8m，测量点数可选5-7点，以后的间距可增大到5-10m,一般测到25-50m远处即可。,（12-24）,测量用的接地极，可用直径8-10mm,长约300mm的圆钢，埋入地中50-80mm,若在混凝土或砖块地面测量时，可用26cm26cm的铜板或钢板作接地体。为使铜板或钢板与地接触良好，铜板或钢板上可压重物，板下的地也可用水浇湿。一、用电流、电压表法测量（一）测量接触电压测量设备接触电压的试验接线如图12-9所示。加上电压后读取电流和电压表的指示值，它表示当接地体流过电流为I时的接触电压。然后按下式推算出当流过大电流Imax时的实际接触电压式中Ue接地体流过电流为Imax时的设备接触电压；U接地体流过电流I时实测的接触电压，V；K系数，其值为；发生接地时通过接地体的最大电流；I测量时的实际电流。,（12-25）,（二）测量电位分布和跨步电压测量电位分布和跨步电压的接线，如图12-10所示。,图12-9测量设备接触电压的试验接线1接地体；2电压极；3电流极；4电气设备,图12-10测量电位分布和跨步电压接线之一（a）试验接线；（b）电位分布1-接地体；2-电压极；3-电流极；0-表示零电位处,按图12-10（a）加电压使流入接地体的电流为I时，将电压极为2插入零电位0处，即在该点对接地体1往外延伸时，其电位差不再增加，此时，如沿直线方向朝接地体1移动，并取等距离逐点测得电压Un,Un-1,U3,U2,U1。然后，以Ug分别减去各点测得的电压值，即得出各点（对零电位点0）的电位分布，如图15-12（b）所示。接地体流过大电流Imax时，的实际电位，应乘以系数K确定。得出各点的电位，相距0.8m两点间的跨步电压为Ua=K(Un-Un-1)(12-26)式中Ua任意相距0.8m两点间的实际跨步电压，V；Ua-Un-1任意相距0.8m两点间测量的电位差，V；K系数，其值等于接地体流过的大电流Imax与测量时通入的电流之比。二、用接地电阻测量仪测量用接地最阻测量仪测量电位分布和跨步电压的接线，如图12-11所示。,按测量接地电阻的方法，测得接地体的电阻Rg,然后将电压极2移至1，2，n各点，依次得r1,r2，rn，由此得,图12-11测量电位分布和跨步电压接线之二,（12-27）,（12-28）,式中Ue接触电压，V；Un任意点n的电位，V；Uk跨步电压，V；Umax流经接地体的实际大电流为Imax时的对地电压，其值等于大电流与接体电阻Rg的乘积，V；Rg接地电阻，；Rn、rn-1电压极置于距接地体0.8m的位置的1时，所测得的接地电阻。r1电压极置于距接地体的0.8m的位置1时，所测得的接地电阻。在大接地短路电流系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电所，电气设备接地置的电压和跨步电压不应超过下列数值,（12-29）,（12-30）,式中Ue接触电压，V；UK跨步电压，V；人脚站立处面的土壤电阻率，；t接地短路（故障）电流的特续时间，S0。在3-66kV不接地，经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相地故障后，当不迅速切除故障时，此时发电厂、变电所接地的装置的接触电压和跨步电压不应超过下列数值。Ue=50+0.5(12-32)Uk=50+0.2(12-33)在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触电压和跨步电压的允许值宜适当降低。当发生接地故障时，若出现过高的接触电压或跨步电压，可能发生危及人身安全的事故。所以对电压在1000V以上的电气设备，应测量其接触电压和跨步电压。在发电厂和变电所附近地区还应测量地面的电位分布。,（12-31）,一般将距接地设备水平距离为0.8m处，及沿该设备外壳（或构架）垂直于地面的距离为1.8m的两点间的电压，称为接触电压，人体接触该两点时就要承受接触电压。测量接触电压，即测量这两点之间的电压如图15-11所示。在接地体周围的电流密度大，致使电压降也大。而电流密度的大小与距离接地体距离的平方成反比，因此在一定范围之外，由于电流密度接近于零，该处即可作为大地的零电位点。当电流经接地装置时，在其周围形成的不同电位分布，可用下式表示，即式中UX至接地体距离为x处的电压；Ug接地体的电压；rg接地体的半径；x距接地体距离；的跨步约为0.8m,所以在接地体径向地面上水平距离为0.8m两点间的电压，称为跨步电压。人体两脚接触该两点时，就要承受跨步电压。,（12-34）,测量电压分布和跨步电压，应该选择经常有人出入的地区进行。距接地体最近处，其测量间约为0.8m，测量点数可选5-7点，以后的间距可增大到5-10m,一般测到25-50m远处即可。测量用的接地极，可用直径8-10mm,长约300mm的圆钢，埋入地中50-80mm,若在混凝土或砖块地面测量时，可用26cm26cm的铜板或钢板作接地体。为使铜板或钢板与地接触良好，铜板或钢板上可压重物，板下的地也可用水浇湿。12.2.3架空地线分流阻抗测试架空地线分流阻抗测试采用的方法是分流阻抗法，即用电流电压法测试避雷线分流接地阻抗上的压降和电流，从而计算出避雷线分流接地阻抗值，现场测试接线原理图如图12.-12所示。图中，Z为避雷线的分流接地阻抗；Rp为滑动变阻器，额定电阻300，额定电流1A，测量时取额定电阻；R为定值电阻，额定电阻80，额定功率2kW；A为电流表，测量在避雷线分流阻抗上施加的试验电流值，测量时，图1514中A量程选用10A档，V为数字万用表，测量在试验电流下避雷线接地阻抗上的压降，V。试验电源采用退出一台所变为试验专用，甩开二次侧其他负荷及中性点接地，试验用380V线电压。在试验中，避雷线的引下线一定要绑定好，防止被风吹甩向导线，引起短路事故。为了克服地网杂散电流的影响，提高试验的信噪比，应尽量将试验电流升到较大值；同时，为了减小试验误差，需先测试出避雷线的干扰电压，还需采用换相重复试验。,由图1212所示的避雷线分流接地阻抗测试原理图，可测试出避雷线分流接地阻抗Z上的压降U和避雷线分流接地阻抗Z上流过的试验电流I，并考虑到避雷线干扰电压的影响，将试验换相重复试验后，即可得出避雷线分流接地阻抗Z为,图1212避雷线分流接地阻抗现场测试原理图一,式中，U避雷线分流接地阻抗Z上的压降，表V的读数，V；I避雷线分流接地阻抗Z上通过的试验电流，表A的读数，A；U干扰避雷线的干扰电压，V；Z正正相测试时，避雷线的分流接地阻抗，；Z反反相测试时，避雷线的分流接地阻抗，；Z考虑到测试误差，避雷线的平均分流接地阻抗，。12.2.4连通试验和开挖检查电气设备的接地装置主要是为了故障时，故障电流能可靠的入地，不至于造成反击或其他的不良后果，为此，对接地装置的接地电阻等提出了不同的要求，并规定每隔一定的周期要进行测试，看是否满足要求。但是电气设备与接装置的连接问题却一直没有受到人们应有的重视，而在这方面也最容易出现问题。,（12-35）,试想一个变电所的接地装置接地电阻再小，如果其设备的接地线不能与之可靠的连接，那么这个接地装置就不能发挥作用。在过去的检查中，我们曾检查出大量的设备接地与地网不通，或连接不可靠，最为严重的是我们曾查出了110kV防雷设备的接地与地网不通，使防雷设备不能发挥作用。还有主变压器、油断路器与地网不通，有的还造成了恶性事故。这说明设备接地与地网的连通与地网的连通试验是相当重要的。1）、设备接地与地网的连通试验这项试验比较简单，就是在发电厂或变电所中先找出一设备的接地为基准，也可以是测接地网接地电阻的连接处。使用一块欧姆表，依次测量出其他设备接地对该点的直流电阻，去掉引线电阻后两个设备接地引下线之间的电阻不应大于0.5。如果大于0.5，则说明连接有问题，应进一步查找原因，如焊接，或螺丝连接处是否连接可靠等。2)、开挖检查接地装置长期运行在地下，最容易发生腐蚀。由于腐蚀会使接地体，或设备的接地引下线截面逐渐变小，直到不能满足接地短路电流的热稳定，或造成电气上的开路，因此，每过一定的时期（一般3-5年）对接地装置要进行开挖检查，主要检查下列部位。,（1）设备的接地引下线，因设备的接地引下线，有一部分在土中，有一部分在空气中，由于氧浓度不同，或者说是腐蚀电位不同，最容易发生吸氧腐蚀（电化学腐蚀）。因此，每过一定的周期要进行开挖检查，看是否受到了腐蚀，验算其截面是否还满足热稳定的要求，并定期进行防腐处理。（2）检查接地网的焊接头，接地体的焊接处也是腐蚀最严重的地方，对这些部位要定期的开外挖检查其腐蚀情况，并采取相应的防腐措施。3)、设备的接地回路检查对设备的接地引下线要定期的检查其锈蚀情况，做热稳定校核并做防腐处理，对于接地引下线与设备外壳的连接处也要定期检查处理，尤其是通过螺栓连接的地方，有时因为锈蚀会造成电气上的开路。因此，要定期的检查和处理。另外，还有一些发电厂、变电所的设备接地是通过电缆沟的接地带接地的，所以对电缆沟内的接地带也要定期的检查锈蚀情况，并做防腐处理。,第三节线路杆塔、避雷针接地试验12.3.1、线路杆塔、避雷针接地电阻试验对于线路杆塔、避雷针、避雷器等小型接地装置可以采用电桥平衡原理制造的接地电阻测量仪直接测量接地电阻，比较方便。常用的ZC-8、ZC-29、JD-1、L-9型的E-1型等地阻仪，都属于这类仪器。测量杆塔接地电阻，一般采用直线三极法测量，如图12-13所示。电流极的布线长度至少应该达到接地网对角线的2倍，电压极的长度应该按照0.618法布置，测量时要尽量避开地下接地射线的影响，布线的方向应尽量和塔体基座垂直，测量应该尽量选择在晴朗干燥的天气进行。,图1213用接地摇表测量杆塔接地电阻接线图,测量杆塔接地电阻时应注意的事项：1、由于接地电阻测试仪是通过电流极3与被测接地极1之间电流回路在被测接地极1和电压极2之间形成电压降来测试的，因此,在测量时电压极和电流极必须与大地可靠接触，如土壤太干可以在,电压极、电流极处浇些水以便使电压极、电流极与大地可靠接触。电流引线d13的长度应根据杆塔水平射线的长度而定，但d13的长度要至少达到水平射线长度的2.5倍，如水平射线的长度为100m时，d13的长度要至少达到250m。放线方向要尽量避开接地装置水平射线的方向，要尽量错开不低于300的角度。接地体、电压极、电流极一般采用直线布置，也可采用三角形布置，但采用三角形布钱时接地电阻要用1212式进行计算，而不能直读。2、测量时，测量时可引起指针左右摆动,使读数不稳定。可能是干扰造成的影响，此时最好断开其他电源进行检测,如把杆塔的避雷线迷开或有断接卡的地方断开进行检测,避免干扰电压对检测的影响。3、如用电子仪器进行测量时,如发现回路电阻较大不能测量现象。此时应首先检查各引线的接触,排除接触不良造成的影响，如果仍不能排除,用万用表的电阻档检查检测线的导通性。或者对测试极进行处理，减少测量极的接地电阻，可有效地降低测量回路的回路电阻。4、当所检测的接地装置和金属管道等金属物体埋地比较复杂时,可能会改变测量仪器各极的电流方向而引起测量不良或不稳。此时应首先了解接地体和金属管道的布局,选择能避开地下金属管道的地方进行测量。,5、测量时如测所放测量线的长度如不能超过地网射线的长度则会造成较大的测量误差。如我们在安徵某供电公司的110kV池潘429线3号铁塔位于一平地上，其周围为一小片竹林，竹林周围为一片水田，铁塔处土质为细沙粘土。在对该杆塔的接地电阻进行现场测量时，由于其地下接地射线为30m，属于小型接地网，采用直线三极法测量接地电阻，按图5.6所示改变测量方向，分别用ZC-8和ZC29B两种摇表测量，取d12=20m、d13=40m和d12=60m、d13=100m，并改变布线方向与塔体基座的垂线的夹角a，当图4测量布线方向与塔体接地射线位置示意图a分别为:,图1214测量接地电阻图,0、30和45时所得测量数据如下表12-5所示。,表12-5接地电阻测量值（单位：）,从表12-5中的数据可以发现：对于接地电阻的测量，在布线长度和角度相同的情况下，ZC-8和ZC29B-1两种摇表的读数相差不大。但是对于同一种摇表，当布线角度相同但布线长度不同时，特别是当布线方向与接地射线相同时，其测量结果相差最大，达到5倍之多。从表12-5中还可以发现：在杆塔接地电阻的测量中，对于同一种摇表和布线方式，当布线的方向逐渐偏离塔体基座的垂直方向时，测量的杆塔接地电阻将逐渐减小。测量误差将增大。所以测量时要尽量避开地下接地射线的影响，布线方向应尽量和塔底基座垂直。杆塔接地电阻的测量结果和辅助电压线、电流线的布线长度、角度以及测量时的天气等因素密切相关。测量杆塔接地电阻，宜采用直线三极法测量，电流极的布线长度至少应该达到接地射线长度的2.5倍，电压极的长度应该严格按照0.618法布置，布线的方向应尽量和塔体基座垂直，测量应该尽量选择在晴朗干燥的天气进行。,12.3.2、线路杆塔回路电阻试验接地电阻测量是校核接地装置是否达到规程要求的必要手段。传统的输电线路杆塔接地电阻测量方法普遍采用接地摇表法,需要在现场布置几十米以上的电极引线,工作量很大。钳表法是近年来出现的新方法,它无需电流、电压极和外加电源,不用断开接地连接,只要钳表夹住杆塔接地线即可。钳表法一般采用异频测量。由于用钳表法测得的是回路电阻,故除接地体接地电阻外还可发现整个接地回路因天气、土壤或某些接地棒的腐蚀或接触不良所引起的回路电阻变大的情况,而后者通过传统的接地摇表是无法发现的,因为腐蚀或接触不良的情况不一定存在于土壤中的接地体上,也可能存在于引下线等位置。1、钳表法的测量原理钳表法测量杆塔工频接地电阻的示意图和原理图见图12-15和图12-16。对于有避雷线且多基杆塔避雷线直接接地的架空输电线路杆塔的接地装置，钳表法增量来自于杆塔塔身和本档避雷线电阻、后续(或两侧)各档链形回路等效阻抗中的电阻分量等。,图12-15钳表法测量杆塔工频接地电阻示意图,Rj-被测杆塔的接地电阻;R1、R2、Rn-通过避雷线连接的各基杆塔的接地电阻;U-钳形接地电阻测试仪输出的激励电压;I-钳形接地电阻测试仪感应的回路电流。,Rtj、Rt1、Rt2、Rtn-各基杆塔的电阻(包括接触电阻)；Xtj、Xt1、Xt2、Xtn-各基杆塔的电抗；Rbj、Rb1、Rb2、Rtn-各档避雷线的电阻包括接触电阻)；Xbj、Rb1、Xb2、Xtn-各档避雷线的电抗。2、钳表法的使用条件架空输电线路的杆塔在满足以下条件时可以使用钳表法测量工频接地电阻：a)杆塔所在的输电线路具有避雷线，且多基杆塔的避雷线直接接地。,图12-16钳表法测量杆塔工频接地电阻的原理图,表1测量所在线路区段中直接接地的避雷线上并联杆塔数量的要求,3、钳表法的测量步骤使用钳表法测量架空输电线路杆塔的工频接地电阻时，按照以下步骤进行:a)首先检查被测线路杆塔是否符合7.2的规定，记录杆塔编号、接地极编号、接地极型式、土壤状况和当地气温。,b)测量所在线路区段中直接接地的避雷线上并联的杆塔数量满足表1的规定。,b)检查被测杆塔接地线的电气连接状况。测量时应只保留一根接地线与杆塔塔身相连，其余接地线均应与杆塔塔身断开，并用金属导线将断开的其他接地线与被保留的接地线并联，将杆塔接地装置作为整体测量。c)测量时打开测试仪钳口，使用钳形接地电阻测试仪钳住被保留的那根接地线，使接地线居中，尽可能垂直于测试仪钳口所在平面，并保持钳口接触良好，使测试仪工作，读取并记录稳定的读数。4、钳表法测量的注意事项使用钳表法测量架空输电线路杆塔的工频接地电阻时，应注意以下事项:a)如果与历次钳表法测量结果比较变化不明显，则认为此次钳表法测量结果有效。如果钳表法测量结果远大于历次钳表法测量结果，或者超过了相应的标准或规程中对接地电阻值的规定，则应采用三极法进行对比测量，以判断其原因。b)当线路状况改变(如更换避雷线型号及接地方式、线路走向改变等)并影响到被测杆塔邻近的避雷线与杆塔接地回路时，应重新使用钳表法和三极法对受影响杆塔的接地电阻进行对比测量。c)测量前，测量人员应使用精密环路电阻对钳形接地电阻测试仪进行自检。测量时应注意保持钳口清洁，防止夹入野草、泥土等影响测量精度，测试仪工作时不允许人直接接触接地装置或杆塔的金属裸露部分。,第四节土壤电阻率试验土壤电阻率是接地工程的重要参数，我们在设计、计算接地装置时首先应把当地的土壤电阻时，并搞清土壤率在地面水平各方向的变化以及垂直方向的变化规律，以使用最小的投资达到最理想的设计结果。12.4.1、三极法测量土壤的电阻率在需要测土壤电阻率的地方，埋入几何尺寸为己知的接地体，按第一节讲的方法测出接地体的接地电阻。测理采用的接地体为一根长3m,直径50mm的钢管；或长3m,直径25mm的圆钢；或长10-15m,40mm4mm的扁钢，其理入深度0.7-1.0m。采用垂直打入土中的圆钢，测量接地电阻时，电压极距电流极和被测接地体20m远即可。测得接地电阻后，由下式即可算出该处土壤电阻率。即,（12-36）,式中,土壤电阻率，,m;,I钢管或圆钢埋入土壤的深度，m;d钢管或圆钢的外径m；,Rg接地体的实测电阻，。,用扁钢作水平接地体时，土壤的电阻率按下式计算，即,（12-37）,土壤电阻率，,m；,式中,L接地体的总长度，m;M扁钢中心线离地面的距离，m;B扁钢宽度，m;,Rg水平接地体的实测电阻，。,用三极法侧量土壤电阻率时，接地体附近的土壤起着决定性作用，即这种办法测出的土壤电阻率，在很大程度上仅反映了接地体附近的土壤电阻时率。这种方法的最大缺点是在测量回路中测得的接地电阻Rg中，还包括了可能是相当大的接触电阻在内，从而引起较大误差。此外，由于地的层状或剖面结构，用上述方法换算出来的等值电阻率，只能是对应于被测接地体的尺寸和埋设状况的地的等值电阻率。这个等值电阻率对于不同类型和尺寸的接地体来说，差别是很大的，因而这种方法在工程实际中很采用。,12.4.2、用四极法没量土壤的电阻率采用四级法测量土壤电阻率时，其接线如图12-15所示。,图12-15四极法测地壤电阻率的试验接,由外侧电极C1、C2通入电流I，若电极的埋深为,，电极间的距离为a，,则C1、C2电极使P1、P2上出现的电压分别为：,而两极间的电位差为,因此,（12-38）,式中,土壤电阻率，,m;,a电极间的距离，m;UP1、P2点的实测电压，V；,Rg实测土壤电阻，。,。,由式（14-29）可知，当a己知时，测量P1、P2两极间的电压和流过的电流，即可算出土壤的电阻率。四极法测得的土壤电阻率，与电极间的距离a有关，当a不大时所测得的电阻率，仅为大地表层的电阻率，其反映的深度随a的增大而增加。一般测得的值是反映0.75a深处的数值。具有四个端头的接地电阻测量仪，均可用于按四极法测量土壤的电阻率。用四极法测量土壤电阻率时，电极可用四根直径2cm左右，长0.5-1.0m的圆钢或钢管作电极，考虑到接地装置的实际散流效应，极间距离可选取20m左右，埋深应小于极间距离的1/20。测量变电所的值时，应取3-4点以上测量数的平均值作为测量值。用以上方法测出的土壤电阻率，不一定是一年中的最大值，所以应按下式进行校正。式中max土壤最大电阻率，m;考虑到土壤干燥的季节系数，其值如表14-5所示，测量时如大地比较干燥，是取表中的较小值，比潮湿时，则取较大值：实测土壤电阻率，m。,用四极法