电气接地装置原理、电阻计算及实操测试

电气接地装置原理、电阻计算及实操测试接地装置目录1接地的基本概念CONTENTS接地装置的型式2接地电阻的计算34测量注意事项01接地的基本概念接地的基本概念1一、接地的分类1234工作接地保护接地防雷接地静电接地为释放静电电荷、防止静电危险而设置的接地。如易燃油、天燃气罐和管道的接地等。接地的基本概念1二、接地的几个基本概念接地体人工接地体和自然接地体；接地装置1水平接地体和垂直接地体；2)接地线3)接地装置接地体和接地线的总和称接地装置。接地的基本概念12345地：电气上的地，其特点是该处土壤中没有电流，即该处电位等于零。接触电压与跨步电压接触电压：接地电阻土壤电阻率02接地装置的型式接地装置的型式2一、接地电阻的要求1KV以上电气设备接地电阻允许值：(Ω)

3、小接地短路电流系统中无避雷线的配电线路杆塔：304、有避雷线的配电线路杆塔：10-30（与ρ的大小有）5、配电变压器：100KV及以上4；100KV及以下10；6、独立避雷针：107、人身安全接地：4接地装置的型式2二、接地装置的型式有避雷线的线路1）ρ≤100Ω.m的潮湿地区：可利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地，不必另设防雷接地。3)300<ρ≤2000Ω.m的地区：一般采用水平敷设的人工接地装置，接地体埋深不宜小于0.5m。5)居民区和水田中的接地装置，包括临时接地装置，宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。2）100<ρ≤300Ω.m的地区：除了利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外，还应设人工接地装置，接地体埋深不宜小于0.6-0.8m。4)ρ>2000Ω.m的地区：可采用6-8根总长度不超过500m的放射形接地体，伸长接地体只在40-60m有效，不宜太长。接地装置的型式2不同土壤电阻率地区的线路杆塔的典型接地装置土壤电阻率ρ（Ω.m）接地装置地面示意图工频接地电阻估算值R（Ω）冲击接地电阻估算值Ri（Ω）60KA下100KA下100以下107.44.5100-30015139.5300-5001513.512.8500-1000201715.6接地装置的型式2土壤电阻率ρ（Ω.m）接地装置地面示意图工频接地电阻估算值R（Ω）冲击接地电阻估算值Ri(Ω)60KA下100KA下1000-20002520192000-40003022204000以上6条100m或8条80m射线，或者2条连续伸长接地线不规定3029接地装置的型式2变电所接地网变电所接地网应满足工作、安全和防雷保护的接地要求。一般的做法是根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面加装集中接地体以满足防雷接地的要求。变电所接地网的接地体一般以水平接地体为主，并采用网格形，以便使地面电位比较均匀。接地网均压带的总根数在18根及以下时，用长孔地网较经济；在19根及以上时，用方孔地网较经济。接地网常用4×40m扁钢或∅20mm圆钢敷设，埋地0.6-0.8m，其面积大体与变电所的面积相同，两水平接地带的间距约为3-10m，需按接触电压和跨步电压的要求确定。接地装置的型式2接地网的总电阻R可以估算：

式中L—接地电体的总长度m;

ρ-土壤电阻率Ω.m;03接地电阻的计算接地电阻的计算3一、工频接地电阻单根垂直接地体的接地电阻

式中Z接地体长度m；d-接地体用圆钢时的直径m，若为角钢时，d=0.84b(b为角钢边宽)，若用扁钢，d=0.5b(b为扁钢宽度)接地电阻的计算3水平接地体的接地电阻

式中Z-接地体的总长度m；d--水平接地体的直径m；h--水平接地体的埋设深度直径m;A--水平接地体的形状系数；接地电阻的计算3二、冲击接地电阻

a值可按下述经验公式计算：

式中a—系数，采用垂直接地体时为0.9，采用水平接地体时为2.2；I—通过每根接地体的雷电流幅值（KA）；ρ-土壤电阻率（KΩ.m），取雷季中最大可能值；l一棒或带的长度，或圆环接地体的圆环直径m。接地电阻的计算3三、接地电阻的测量方法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D≥60m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。接地电阻的计算3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-1所示。这是一种常用的方法。T1T2○-U-PVPA图-1电压电流法测接地电阻的试验接线施加电源后，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，Ω；U--实测电压，V；I--实测电流，A。接地电阻的计算3T2T1◯UPVPA23T1-隔离变压器；T2-变压器；1-接地网；2-电压极；3-电流极图-1电压电流法测接地电阻的试验接线图-1中，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100kΩ，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。接地电阻的计算3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-2所示，其原理接线如图-2所示。23d12d1323图-2测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图接地电阻的计算3按图-2接好试验接线，并检查无误。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=(4∼5)D，d12=（0.5~0.6)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(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。接地电阻的计算3

接地电阻的计算3231d12d13PAiAPV

V32图-3三极法的原理接线图如果d13取(4-5)D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。接地电阻的计算3电极为三角形的布置电极三角形布置示意图如图-4所示。此时，一般取d12=d13≥2D，夹角♀2d221θd23d13

图-4电极三角形布置图1-接地体；2-电压极；3-电流极接地电阻的计算3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：可以减小引线间互感的影响；2)在不均匀土壤中，当d13=2D时，用三角形法的测量结果，相当于3D直线法的测量结果；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。接地电阻的计算3接地电阻Rg为

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；θ--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

接地电阻的计算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-5是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-5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。接地电阻的计算3i2o-

40-3241-被测接地装置；2-测量电压极；3-测量电流极；4-辅助电极四极法测量工频接地电阻的原理接线图图-5

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一通近接地装置流入地中的试验电流。接地电阻的计算3同时为了减少电压线和电流线这间互感的影响，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。04测量注意事项测量注意事项41)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，在测量时，应把架空线路的避雷线与变电所接地装置的电连接断开。测量注意事项43)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，在测量时要有专人监护。4)在试验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。比率计法U~3M1123d12d23d13图-6比率计法的试验接线1-接地体2-电压极；3-电流极；M-比率计采用比率计法测量接地电阻的试验接线如图-6所示。比率计M指针的偏转与两个线圈流过的电流比成比例，事先将比率计的刻度由电阻值校准，测量时可以直接从刻度上读出接地电阻值。如MC-07、MC-08型和L-8型比率计即是这种接线。电桥法(也称电位法)Urr_bI1r₁[S_{n}]r₂[S_{b}]SbaI2P123UT

P2377图-7电桥型接地电阻测量仪的原理接线(a)接线方法一(b)接线方法二1-接地体；2-电压极；3-电流极P检流计；S-开关；Sa、Sb-滑动电阻调节手柄；T-试验变压器电桥法(也称电位法)电桥法另一种常用的原理接线，如图-7（b），所示。调节滑线电阻r，使检流计（P）指针指零（或接近零）。此时，I1Rg=I2r,接地电阻为：

式中Rg--接地电阻

使用时，调节滑线电组r，使检测流计中的电流为零（或接近零），从刻度盘上取电阻值，乘以所选择的倍率n,即为被测的接地电阻值Rg。常用的ZC-8、ZC-29、JD-1、L-9型的E-1型等地阻仪，都属于这类接线。消除干扰的措施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)增加测量电流的数值，消除杂散电流对测量结果的影响。我们知道接地电阻Rg=U/I，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。消除干扰的措施因此，“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l'。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-8所示。消除干扰的措施

式中U'12--零序干扰电压，V；I'--零序干扰电流，A；Rg--接地电阻估算值，Ω。当零序干扰电流估出后，试验时所升的电流I=（15-20）I'，可使没量误差不大于5%-7%。消除干扰的措施

S12AS2/PAPVV4324图-8消除干扰测量结果影响的原理接线消除干扰的措施(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测出U1，然后将电源反向，测量另一组数据U2并测出干扰U'。则

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；U1--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，

消除干扰的措施(4)对每一个测点用三相电压轮换测量三次，然后按下式计算接地电阻，即

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。消除干扰的措施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。对测量仪表和引丝截面的要求1电压表应采用高内阻的，如数字电压表、静电电压表等。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的不应低于0.5级。2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%，并要求接地体的引接处经除锈处理，接触良好，以避免测量误差。3土壤电阻率的测量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，测出接地体的接地电阻。测量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,40mm×4mm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

工后院土壤电阻率的测量式中ρ--土壤电阻率Ω.m;L--垂直接地体的长度m;d--外径m;Rg--垂直接地体的实测电阻此外，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。用三极法测量土壤电阻率时，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。测量接触电压、电位分布和跨步电压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-1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。测量接触电压、电位分布和跨步电压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

UX--至接地体距离为x处的电压；式中rg--接地体的半径；x--距接地体距离；Ug--接地体的电压；测量接触电压、电位分布和跨步电压l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。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26cm×26cm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，板下的地在可用水浇湿。测量接触电压、电位分布和跨步电压用电流、电压表法测量测量接触电压测量设备接触电压的试验接线如图-1所示。U4PA1.8mPV20.8m1-接地体；2-电压极；3-电流极；4-电气设备图-1测量设备接触电压的试验接线测量接触电压、电位分布和跨步电压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Imax/I;Imax--发生接地时通过接地体的最大电流；I--测量时的实际电流。测量接触电压、电位分布和跨步电压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-2所示。SCA2'3'1'23n-1n11-接地体；2-电压极；3-电流极图-2测量电位分布和跨步电压接线之一(a)试验接线(b)电位分布测量接触电压、电位分布和跨步电压按图-2（a）加电压使流入接地体的电流为I时，将电压极为2'插入地的零电位0处，即在该点对接地体1'外延伸时，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-2（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

式中Ua--任意相距0.8m两点间的实际跨步电压，V；Un-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。测量接触电压、电位分布和跨步电压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-3所示。M4'132'3'1',0.8m0.8m25m50m图-3测量电位分布和跨步电压接线之二测量接触电压、电位分布和跨步电压

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

测量接触电压、电位分布和跨步电压式中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。测量接触电压、电位分布和跨步电压在大接地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

式中Ue--接触电压，V；Uk--跨步电压，V；ρf--人脚站立处面的土壤电阻率，Ω；t--接地短路（故障）电流的持续时间S。测量接触电压、电位分布和跨步电压在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。

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。连通试验和开发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。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