城市狭窄地域环境下测量接地电阻值的探讨

王小飞，尹正旺，黄克俭，谢 春

（湖北省防雷中心，武汉，430074）

0 引言

防雷装置检测是国家防雷减灾工作的重要内容之一，而其中对接地电阻测量是防雷装置检测的重点和主要内容，也是衡量接地装置性能好坏的重要技术指标之一，同时也是判定整个防雷设施是否合格的重要依据。在日常检测工作中，尤其是在测量城市建筑时，由于道路硬化、街道绿化和渣土回填等原因，加之地下金属管道、排水道、架空线路等影响，很难找到理想的布桩位置（这种不利于接地电阻检测的环境，简称城市狭窄地域环境），直接导致接地电阻测量仪读数不稳定，结果有偏差等现象。如果不能认真分析，正确校正，其测量结果必定影响数据的准确性和公正性。本文以补偿法（0.618法）为测试方法，通过对3m×3m、4m×4m地网进行测量分析，并对在检测过程中常见的错误进行解析，以保证测试方法的科学性，测试数据的准确、公正，以供大家探讨。

1 接地电阻值的定义及常用的测量方法

1.1 接地电阻的定义

接地电阻是指电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。接地电阻大小直接体现了电气装置与“地”接触的良好程度，也反映了接地网的规模。

1.2 接地电阻的测量原理

当电流从接地体流入土壤，向土壤的各个方向扩散时，离接地体越近，电流密度越大，电位梯度也越大，当电流流至无穷远时，电流密度为零，电位梯度也为零。由于接地体周围在不同方向上扩散电流的密度不一样，其周围的电位分布也不一样。所有测量接地电阻的基本原理都是令一定的电流通过接地体流经大地，同时测量该电流在接地体与大地某一范围之内所产生的压降，再以电压比电流关系求出接地电阻值。

1.3 常用的接地电阻测试方法

接地电阻有两种常用的方法来判断接地电阻的优劣：1、伏-安表法：最传统的测量接地电阻方法，需要两个辅助接地棒（即打地桩）来完成；2、钳型接地电阻表法：只需要用钳口钳住接地物，便可测量接地电阻，使用中无须辅助接地棒和断开接地极，是一种方便快捷的接地电阻测量方法。伏-安法相对来讲比较准确和常用，但是它需要在大地上打辅助接地棒和要有足够的空间和场地来完成打辅助接地等缺点，目前常用的是“补偿法”（也称0.618布极法），这种测试方法可以降低测量误差。如果被测场所是可以形成接地回路的场所（例如楼宇防雷系统），可以使用钳型接地电阻法。

2 实验与分析

本次实验选取一块100m×300m的土壤电阻率分布均匀的平坦自然场地，分别使用8跟长1.0m的角钢（∠50×50×5）作为接地极，依次设置成一个3m×3m和一个4m×4m的接地网，通过使用法国C.A CA6470N接地电阻测试仪，以其作为实验对象，使用四线法进行测量，并对结果进行对比分析研究。

2.1 绘制电流极在4D情况下的接地电阻测试曲线

地网对角线的距离D，电流极布设距离为d13，电压极布设距离为d12，电流极固定布设在距离地网边缘4D的位置，即d13=4D,电压极d12从0.05d13的位置开始布设，且与电流极、地网中心点成一条直线，以5%×d13为一个幅度，依次连续进行测试，并以电压极在0.618×d13的位置的测试点结果为该地网的真实接地电阻值。测试结果如图1和图2，其误差百分比如图3：

图1 3m×3m地网测试结果与真值之间对比

图2 4m×4m地网测试结果与真值之间对比

图3 两个地网测量结果误差百分比

经上图对比分析可得：

1）电流极固定不动，电压极依次变化时，两个地网的测试结果的变化趋势匹配的较好，变化率基本一致，且当电压极布设距离为d12大于0.8 d13时，误差快速变大；

2）当电压极布设距离为d12在0.5 -0.7 d13范围内时，测量结果较为准确，误差小于1%；当电压极布设距离为d12在0.4-0.8 d13范围内时，测量结果较为准确，误差小于5%；当电压极布设距离为d12为小于0.1 d13或者大于0.8 d13时误差大于5%，且误差快速变大。

3）地网尺寸越大，因电压极布设位置不合理引起的误差越大。

2.2 电流极在1D-5.5D的布线距离时，使用补偿法进行测试结果对比

电流极布设距离d13从1.0D开始布置，以0.5D为一个幅度，依次等距增大到5.5D，电压极每次都是布设在0.618d13的位置，即使用补偿法依次进行测量，以电流极在5.5D时的测试结果为该地网的真实接地电阻值。其结果如图4和图5，其误差百分比如图6：

图4 3m×3m地网测试结果与真值之间对比

经上图对比分析可得：

当电流极布设距离d13≥3D时，如果使用0.618补偿法测试，测量误差小于1%；当电流极布设距离大于1.5D，且小于3D时，如果使用0.618补偿法测试，测量误差也不大于5%；

2）当电流极布设距离d13≤2D时，即使使用0.618补偿法测试，测量误差随之快速增大，并且测量的结果是比真值稍大的，但即便是电流极布设距离为d13=D时，测量结果误差也不会大于10%；

3）地网尺寸越大，因电流极布设距离不足引起的误差越大。

图5 4m×4m地网测试结果与真值之间对比

图6 两个地网测量结果误差百分比

3 结论

1）当采用三极法进行测试，且电流极布设距离满足测试条件时（即d13≥3D）：当电压极布设距离为d12在0.5 -0.7 d13范围内时，测量结果较为准确，误差小于1%；当电压极布设距离为d12在0.4-0.8 d13范围内时，测量结果较为准确，误差小于5%；当电压极布设距离为d12为小于0.1 d13或者大于0.8 d13时误差大于5%，且误差快速变大，所得结果必须进行修正才能使用；

当采用三极法进行测试，且布桩距离符合0.618补偿法时：当电流极布设距离d13≥3D时，测量误差小于1%；当电流极布设距离大于1D，且小于3D时，测量误差也不大于8%；

3）地网尺寸越大，因布设距离不规范引起的误差越明显。

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