防雷接地电阻测量误差分析及处理对策

许佳龙+周树彬

摘 要：在防雷设施检测中，接地电阻能够反映防雷装备的性能，但只有正确操作，才能确保检测工作的可靠性。阐述了防雷接地电阻测量的误差诊断，给出了减少接地电阻测量误差的方法，以供参考。

关键词：接地电阻；测量误差；接地装置；粗大误差

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0135-02

在接地电阻测量工作中，测量结果的准确性和可靠性受到多个方面因素的影响。但在固定的测量条件下，防雷装置接地电阻的真实值只有一个，具有唯一性。但受到很多因素的影响，其测量值就会出现多个，这不利于测量工作的开展。如何保证接地电阻测量工作的准确性成为了亟待解决的问题。

1 误差来源

在使用电阻表测量接地电阻时，测量人员对辅助地极位置的选择、对场地及周围环境的限制和对接地装置的敷设情况了解甚少，又或对接地电阻及其测量方法认识不深刻，导致测量工作中随意性比较大，测量出的接地电阻值误差较大，无法准确测量出接地电阻实际数值。防雷接地电阻测量误差的来源有环境误差、人员误差、方法误差和装置误差。地理地质环境的变化、误读、测量仪结构不完善以及安装调整不当等都会导致测量误差的产生。按照误差对测量结果影响的性质，还可分为系统误差、随机误差、粗大误差。防雷接地电阻检测的主要误差表现为粗大误差，即因测量条件突变所导致的明显超出真实值的误差，应按一定规则消除。系统误差和随机误差可以通过检定修正法、代替法、对称测量法、交换法和增加测量次数等方法予以限制或消除。本文重点探讨接地电阻测量中的主要误差源——环境误差，即因测量的地理地质环境所导致的粗大误差。

2 接地电阻的测量原理和误差源诊断

2.1 电阻测试仪

目前，某省常用的接地电阻测试仪为日产“Model4102”。其工作原理是在测量接地体的接地电阻时，通过电源电路产生一个800 Hz、20 mA的交流电，并在C端输出。通过远端的接地地极与接地体在E端形成回路，在另一端子P检测接地体的接地电阻。如果P端可以检测到20 A的交流电压接地体的接地电阻为10 Ω，那么通过检测P点的交流电压就可测量出接地体的接地电阻。电阻测试仪的工作原理如图1所示。

当接地装置周围的土壤性质均匀一致，电阻率坡度小时，接地电阻测量值的误差就会相对较小，即测桩以任何方向所测得的值都相差不大。但在实际测量中，常遇到的问题是电阻率的坡度较大，导致在不同方向所测得的接地电阻值差异较大，由此造成的粗大误差应在测量结果中予以消除。

2.2 装置和地下金属管道复杂

在加油站、化工厂等很多建筑物之间，相关联场所的接地装置和地下金属管道比较复杂。这也可能引起接地电阻测量不稳。正常检测连线时，金属管道改变了测量仪器各端的电流走向，常引起测量值为0或为负值的现象。如果地下金属管线和防雷接地装置相互连接，电压探棒正好处在金属管道或离金属管道较近的水平方向，地下金属管线直达接地装置，那么土壤电阻率实际上就是金属材料的电阻率。这时，电压探棒所插位置并不代表相对于接地装置的远方零电位处，电压探棒与接地极越近，接地极与电压探棒间的电位差就越小。由Rg=U/I可知，接地电阻的测量值小于真实值。

2.3 地电容抗的计算

地电容抗为：

. （1）

式（1）中：f——频率，Hz；

c——电容，F。

接地电阻测试仪选定的工作频率应与地电容抗耦合，否则不能消除电容抗的影响。如果因测试仪老化而使仪器中的电容元件参数改变，引起振荡频率改变，则测量值与真实值之间存在偏差。

2.4 接触不良

由于4102接地电阻测试仪接线连接处经常弯曲使用，因此容易折断，而保护套又很难被发现，造成时断时通的现象。另外，由于检测棒夹使用时间过长，出现氧化现象后也可能造成接触不良。如果被测接地极氧化严重，也会影响测量读数。

2.5 电磁场影响

在大功率的发射基地附近，发出的电磁场会直接影响指针的读数，使测量值失真。例如漏电现象在接地装置周围存在着电位差、被测接地极本身存有交变交电流、用电设备绝缘性能差、部分短路引起的泄漏电流、引下线附近有高压电源、早期建筑物电气线路接线零乱。在防雷接地装置的周围或防雷接地装置上有电力工作接地时，由于三相电源的负载不平衡等原因，移动生产楼、微波站、通信基站、高压变电所和高压线路附近的大功率设备频繁启动时，会使工作接地电位升高。由

可知，Rg随电场强度的变化而变化，这是因为在测

量时见到的接地电阻测试仪指针摆动不定，从而直接影响到接地电阻。

3 减少接地电阻测量误差的方法

减少接地电阻测量误差的方法有：①了解测量的地理、地质状况，尽可能在接地极与测桩间找到电阻率较好，均匀、可靠的土壤。询问知情人士或查看地下隐蔽工程的施工图纸，了解地下管道的布置和走向，并查看防雷接地布置图，使测量仪的电压、电流探棒避开地下金属管线，以避免土壤电阻率坡度变异太大引起的粗大误差。②测量时，电压、电流探针与接地极间的距离应满足仪器说明书要求的距离。在测量过程中，由于注入接地极的电流保持不变，电压探棒距接地极越近，接地极与探棒之间的电压就越小，测量值也随之变小。多次实验表明，使用4102型接地电阻测试时，因注入的电流相对较小，电压极与被测接地极相距约10 m为宜。③多点次测量法。采用多点次测量法可限制或减少随机误差。在测量结果值的计算过程中，根据莱特准则，残余误差大于标准差3倍的测得值均应舍去。已选用的准则可重复运用，直至所保留的测得值不再含有粗大误差为止。④针对在接地电阻测试仪选定的工作频率下，因仪器老化等原因引起的振荡频率改变、不与地电容抗耦合，造成测量值偏差于真实值的情况，应及时检修或淘汰有问题的仪器。⑤地电位的检测和排除。在测量中发现仪表指针摆动不定时，说明受到地电位的影响。日产4102型有测定地电压功能，当电压、电流探棒用接地电测试的方式连接好后，按“AC.V”键，就可以测量地电位。当地电位大于10 V时，不允许测量接地装置的接地电阻。如果发现附近有电力供电工作接地，可在停止供电时复测地电压。当地电压小于10 V时，可再测量接地电阻。总的原则是不允许读数指针大幅摆动，应尽量使其趋于平稳。当读数指针小幅摆动时，为确保测得值的准确性，以指针摆到最大时的读数为准。

4 结束语

综上所述，防雷接地电阻测量出现的误差主要是由土壤各部分的电阻率不均匀而导致的。在测量工作中，要避免重大的误差，保证接地电阻测量的准确性，进而提高接地装置以及整个防雷系统的性能，我们就要加强对技术人员技能的训练，仔细分析测量得到的数据，确保防雷工作的有效性。

参考文献

[1]王惠芳.气象观测场直击雷防护装置的改进[J].气象与环境科学，2011，34（2）.

[2]李虹.基于防雷接地需求的土壤结构模型研究[J].气象与环境科学，2012，35（2）.

〔编辑：王霞〕endprint

摘 要：在防雷设施检测中，接地电阻能够反映防雷装备的性能，但只有正确操作，才能确保检测工作的可靠性。阐述了防雷接地电阻测量的误差诊断，给出了减少接地电阻测量误差的方法，以供参考。

关键词：接地电阻；测量误差；接地装置；粗大误差

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0135-02

在接地电阻测量工作中，测量结果的准确性和可靠性受到多个方面因素的影响。但在固定的测量条件下，防雷装置接地电阻的真实值只有一个，具有唯一性。但受到很多因素的影响，其测量值就会出现多个，这不利于测量工作的开展。如何保证接地电阻测量工作的准确性成为了亟待解决的问题。

1 误差来源

在使用电阻表测量接地电阻时，测量人员对辅助地极位置的选择、对场地及周围环境的限制和对接地装置的敷设情况了解甚少，又或对接地电阻及其测量方法认识不深刻，导致测量工作中随意性比较大，测量出的接地电阻值误差较大，无法准确测量出接地电阻实际数值。防雷接地电阻测量误差的来源有环境误差、人员误差、方法误差和装置误差。地理地质环境的变化、误读、测量仪结构不完善以及安装调整不当等都会导致测量误差的产生。按照误差对测量结果影响的性质，还可分为系统误差、随机误差、粗大误差。防雷接地电阻检测的主要误差表现为粗大误差，即因测量条件突变所导致的明显超出真实值的误差，应按一定规则消除。系统误差和随机误差可以通过检定修正法、代替法、对称测量法、交换法和增加测量次数等方法予以限制或消除。本文重点探讨接地电阻测量中的主要误差源——环境误差，即因测量的地理地质环境所导致的粗大误差。

2 接地电阻的测量原理和误差源诊断

2.1 电阻测试仪

目前，某省常用的接地电阻测试仪为日产“Model4102”。其工作原理是在测量接地体的接地电阻时，通过电源电路产生一个800 Hz、20 mA的交流电，并在C端输出。通过远端的接地地极与接地体在E端形成回路，在另一端子P检测接地体的接地电阻。如果P端可以检测到20 A的交流电压接地体的接地电阻为10 Ω，那么通过检测P点的交流电压就可测量出接地体的接地电阻。电阻测试仪的工作原理如图1所示。

当接地装置周围的土壤性质均匀一致，电阻率坡度小时，接地电阻测量值的误差就会相对较小，即测桩以任何方向所测得的值都相差不大。但在实际测量中，常遇到的问题是电阻率的坡度较大，导致在不同方向所测得的接地电阻值差异较大，由此造成的粗大误差应在测量结果中予以消除。

2.2 装置和地下金属管道复杂

在加油站、化工厂等很多建筑物之间，相关联场所的接地装置和地下金属管道比较复杂。这也可能引起接地电阻测量不稳。正常检测连线时，金属管道改变了测量仪器各端的电流走向，常引起测量值为0或为负值的现象。如果地下金属管线和防雷接地装置相互连接，电压探棒正好处在金属管道或离金属管道较近的水平方向，地下金属管线直达接地装置，那么土壤电阻率实际上就是金属材料的电阻率。这时，电压探棒所插位置并不代表相对于接地装置的远方零电位处，电压探棒与接地极越近，接地极与电压探棒间的电位差就越小。由Rg=U/I可知，接地电阻的测量值小于真实值。

2.3 地电容抗的计算

地电容抗为：

. （1）

式（1）中：f——频率，Hz；

c——电容，F。

接地电阻测试仪选定的工作频率应与地电容抗耦合，否则不能消除电容抗的影响。如果因测试仪老化而使仪器中的电容元件参数改变，引起振荡频率改变，则测量值与真实值之间存在偏差。

2.4 接触不良

由于4102接地电阻测试仪接线连接处经常弯曲使用，因此容易折断，而保护套又很难被发现，造成时断时通的现象。另外，由于检测棒夹使用时间过长，出现氧化现象后也可能造成接触不良。如果被测接地极氧化严重，也会影响测量读数。

2.5 电磁场影响

在大功率的发射基地附近，发出的电磁场会直接影响指针的读数，使测量值失真。例如漏电现象在接地装置周围存在着电位差、被测接地极本身存有交变交电流、用电设备绝缘性能差、部分短路引起的泄漏电流、引下线附近有高压电源、早期建筑物电气线路接线零乱。在防雷接地装置的周围或防雷接地装置上有电力工作接地时，由于三相电源的负载不平衡等原因，移动生产楼、微波站、通信基站、高压变电所和高压线路附近的大功率设备频繁启动时，会使工作接地电位升高。由

可知，Rg随电场强度的变化而变化，这是因为在测

量时见到的接地电阻测试仪指针摆动不定，从而直接影响到接地电阻。

3 减少接地电阻测量误差的方法

减少接地电阻测量误差的方法有：①了解测量的地理、地质状况，尽可能在接地极与测桩间找到电阻率较好，均匀、可靠的土壤。询问知情人士或查看地下隐蔽工程的施工图纸，了解地下管道的布置和走向，并查看防雷接地布置图，使测量仪的电压、电流探棒避开地下金属管线，以避免土壤电阻率坡度变异太大引起的粗大误差。②测量时，电压、电流探针与接地极间的距离应满足仪器说明书要求的距离。在测量过程中，由于注入接地极的电流保持不变，电压探棒距接地极越近，接地极与探棒之间的电压就越小，测量值也随之变小。多次实验表明，使用4102型接地电阻测试时，因注入的电流相对较小，电压极与被测接地极相距约10 m为宜。③多点次测量法。采用多点次测量法可限制或减少随机误差。在测量结果值的计算过程中，根据莱特准则，残余误差大于标准差3倍的测得值均应舍去。已选用的准则可重复运用，直至所保留的测得值不再含有粗大误差为止。④针对在接地电阻测试仪选定的工作频率下，因仪器老化等原因引起的振荡频率改变、不与地电容抗耦合，造成测量值偏差于真实值的情况，应及时检修或淘汰有问题的仪器。⑤地电位的检测和排除。在测量中发现仪表指针摆动不定时，说明受到地电位的影响。日产4102型有测定地电压功能，当电压、电流探棒用接地电测试的方式连接好后，按“AC.V”键，就可以测量地电位。当地电位大于10 V时，不允许测量接地装置的接地电阻。如果发现附近有电力供电工作接地，可在停止供电时复测地电压。当地电压小于10 V时，可再测量接地电阻。总的原则是不允许读数指针大幅摆动，应尽量使其趋于平稳。当读数指针小幅摆动时，为确保测得值的准确性，以指针摆到最大时的读数为准。

4 结束语

综上所述，防雷接地电阻测量出现的误差主要是由土壤各部分的电阻率不均匀而导致的。在测量工作中，要避免重大的误差，保证接地电阻测量的准确性，进而提高接地装置以及整个防雷系统的性能，我们就要加强对技术人员技能的训练，仔细分析测量得到的数据，确保防雷工作的有效性。

参考文献

[1]王惠芳.气象观测场直击雷防护装置的改进[J].气象与环境科学，2011，34（2）.

[2]李虹.基于防雷接地需求的土壤结构模型研究[J].气象与环境科学，2012，35（2）.

〔编辑：王霞〕endprint

摘 要：在防雷设施检测中，接地电阻能够反映防雷装备的性能，但只有正确操作，才能确保检测工作的可靠性。阐述了防雷接地电阻测量的误差诊断，给出了减少接地电阻测量误差的方法，以供参考。

关键词：接地电阻；测量误差；接地装置；粗大误差

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0135-02

在接地电阻测量工作中，测量结果的准确性和可靠性受到多个方面因素的影响。但在固定的测量条件下，防雷装置接地电阻的真实值只有一个，具有唯一性。但受到很多因素的影响，其测量值就会出现多个，这不利于测量工作的开展。如何保证接地电阻测量工作的准确性成为了亟待解决的问题。

1 误差来源

在使用电阻表测量接地电阻时，测量人员对辅助地极位置的选择、对场地及周围环境的限制和对接地装置的敷设情况了解甚少，又或对接地电阻及其测量方法认识不深刻，导致测量工作中随意性比较大，测量出的接地电阻值误差较大，无法准确测量出接地电阻实际数值。防雷接地电阻测量误差的来源有环境误差、人员误差、方法误差和装置误差。地理地质环境的变化、误读、测量仪结构不完善以及安装调整不当等都会导致测量误差的产生。按照误差对测量结果影响的性质，还可分为系统误差、随机误差、粗大误差。防雷接地电阻检测的主要误差表现为粗大误差，即因测量条件突变所导致的明显超出真实值的误差，应按一定规则消除。系统误差和随机误差可以通过检定修正法、代替法、对称测量法、交换法和增加测量次数等方法予以限制或消除。本文重点探讨接地电阻测量中的主要误差源——环境误差，即因测量的地理地质环境所导致的粗大误差。

2 接地电阻的测量原理和误差源诊断

2.1 电阻测试仪

目前，某省常用的接地电阻测试仪为日产“Model4102”。其工作原理是在测量接地体的接地电阻时，通过电源电路产生一个800 Hz、20 mA的交流电，并在C端输出。通过远端的接地地极与接地体在E端形成回路，在另一端子P检测接地体的接地电阻。如果P端可以检测到20 A的交流电压接地体的接地电阻为10 Ω，那么通过检测P点的交流电压就可测量出接地体的接地电阻。电阻测试仪的工作原理如图1所示。

当接地装置周围的土壤性质均匀一致，电阻率坡度小时，接地电阻测量值的误差就会相对较小，即测桩以任何方向所测得的值都相差不大。但在实际测量中，常遇到的问题是电阻率的坡度较大，导致在不同方向所测得的接地电阻值差异较大，由此造成的粗大误差应在测量结果中予以消除。

2.2 装置和地下金属管道复杂

在加油站、化工厂等很多建筑物之间，相关联场所的接地装置和地下金属管道比较复杂。这也可能引起接地电阻测量不稳。正常检测连线时，金属管道改变了测量仪器各端的电流走向，常引起测量值为0或为负值的现象。如果地下金属管线和防雷接地装置相互连接，电压探棒正好处在金属管道或离金属管道较近的水平方向，地下金属管线直达接地装置，那么土壤电阻率实际上就是金属材料的电阻率。这时，电压探棒所插位置并不代表相对于接地装置的远方零电位处，电压探棒与接地极越近，接地极与电压探棒间的电位差就越小。由Rg=U/I可知，接地电阻的测量值小于真实值。

2.3 地电容抗的计算

地电容抗为：

. （1）

式（1）中：f——频率，Hz；

c——电容，F。

接地电阻测试仪选定的工作频率应与地电容抗耦合，否则不能消除电容抗的影响。如果因测试仪老化而使仪器中的电容元件参数改变，引起振荡频率改变，则测量值与真实值之间存在偏差。

2.4 接触不良

由于4102接地电阻测试仪接线连接处经常弯曲使用，因此容易折断，而保护套又很难被发现，造成时断时通的现象。另外，由于检测棒夹使用时间过长，出现氧化现象后也可能造成接触不良。如果被测接地极氧化严重，也会影响测量读数。

2.5 电磁场影响

在大功率的发射基地附近，发出的电磁场会直接影响指针的读数，使测量值失真。例如漏电现象在接地装置周围存在着电位差、被测接地极本身存有交变交电流、用电设备绝缘性能差、部分短路引起的泄漏电流、引下线附近有高压电源、早期建筑物电气线路接线零乱。在防雷接地装置的周围或防雷接地装置上有电力工作接地时，由于三相电源的负载不平衡等原因，移动生产楼、微波站、通信基站、高压变电所和高压线路附近的大功率设备频繁启动时，会使工作接地电位升高。由

可知，Rg随电场强度的变化而变化，这是因为在测

量时见到的接地电阻测试仪指针摆动不定，从而直接影响到接地电阻。

3 减少接地电阻测量误差的方法

减少接地电阻测量误差的方法有：①了解测量的地理、地质状况，尽可能在接地极与测桩间找到电阻率较好，均匀、可靠的土壤。询问知情人士或查看地下隐蔽工程的施工图纸，了解地下管道的布置和走向，并查看防雷接地布置图，使测量仪的电压、电流探棒避开地下金属管线，以避免土壤电阻率坡度变异太大引起的粗大误差。②测量时，电压、电流探针与接地极间的距离应满足仪器说明书要求的距离。在测量过程中，由于注入接地极的电流保持不变，电压探棒距接地极越近，接地极与探棒之间的电压就越小，测量值也随之变小。多次实验表明，使用4102型接地电阻测试时，因注入的电流相对较小，电压极与被测接地极相距约10 m为宜。③多点次测量法。采用多点次测量法可限制或减少随机误差。在测量结果值的计算过程中，根据莱特准则，残余误差大于标准差3倍的测得值均应舍去。已选用的准则可重复运用，直至所保留的测得值不再含有粗大误差为止。④针对在接地电阻测试仪选定的工作频率下，因仪器老化等原因引起的振荡频率改变、不与地电容抗耦合，造成测量值偏差于真实值的情况，应及时检修或淘汰有问题的仪器。⑤地电位的检测和排除。在测量中发现仪表指针摆动不定时，说明受到地电位的影响。日产4102型有测定地电压功能，当电压、电流探棒用接地电测试的方式连接好后，按“AC.V”键，就可以测量地电位。当地电位大于10 V时，不允许测量接地装置的接地电阻。如果发现附近有电力供电工作接地，可在停止供电时复测地电压。当地电压小于10 V时，可再测量接地电阻。总的原则是不允许读数指针大幅摆动，应尽量使其趋于平稳。当读数指针小幅摆动时，为确保测得值的准确性，以指针摆到最大时的读数为准。

4 结束语

综上所述，防雷接地电阻测量出现的误差主要是由土壤各部分的电阻率不均匀而导致的。在测量工作中，要避免重大的误差，保证接地电阻测量的准确性，进而提高接地装置以及整个防雷系统的性能，我们就要加强对技术人员技能的训练，仔细分析测量得到的数据，确保防雷工作的有效性。

参考文献

[1]王惠芳.气象观测场直击雷防护装置的改进[J].气象与环境科学，2011，34（2）.

[2]李虹.基于防雷接地需求的土壤结构模型研究[J].气象与环境科学，2012，35（2）.

〔编辑：王霞〕endprint