回路阻抗对大地网测试值的影响研究

李舟鑫，胡万全，何依遥，姜黔龙，罗 露

(贵州省黔西南自治州防雷中心，贵州 兴义 562400)

回路阻抗对大地网测试值的影响研究

李舟鑫，胡万全，何依遥，姜黔龙，罗 露

(贵州省黔西南自治州防雷中心，贵州 兴义 562400)

异频法是一种目前常用的测试大型接地网接地特性的测试方法，一般使用电流不小于5 A的45 Hz和55 Hz 2种变频电源。但在偏离工频测试的情况下测量，电流极与被测地网间存在的回路阻抗将造成测量误差。该文通过研究回路阻抗的影响因子，分析回路阻抗的成因，介绍减小其影响测试结果的方法。

回路阻抗；大地网；测试研究

1 引言

小型接地电阻测试仪都是采用直流供电，输出电流在800 mA左右，由于输出电流小，容易受接地网中的杂散电流干扰，从而导致测量误差过大，影响最终测试结果的准确性，且无法进行大地网电器完整性、场区地表电位梯度分布、接地阻抗参数测试。因此，《接地装置特性参数测量导则》(DL/T 475-2006)推荐采用异频电流法测试大型接地装置，试验电流3～20 A，频率在40～60 Hz；实际测试工作中，一般取45 Hz和55 Hz两种频率。在测试过程中，不断改变电流极的注入电流，工作人员记录回路阻抗、电抗分量、输出电流等测试数据，多次测量结束后，技术人员对这些测试数据进行分析，得出正确的测试结果。

可见，影响大地网最终测试结果的因素主要有回路阻抗、电抗分量、输出电流，本文通过测试实例，分析回路阻抗对测试结果的影响。

2 回路阻抗

在电气回路中，无电感、电容的元件对电流的阻碍作用称之为电阻，电感对电流的阻碍作用称之为感抗，电容对电流的阻碍作用称之为容抗，感抗和容抗统称为电抗。在每个电气回路中，电阻对交、直流的阻碍作用是一样的，但电抗则不同，当电抗呈容性时，对电流的阻碍作用随频率的增加而减小，当电抗呈感性时，对电流的阻碍作用随频率的增加而增大。在大地网测试中，回路阻抗主要由电流极和电压极的极间电阻(此值与测试环境的土壤电阻率有关)、电流极和电压极线缆的分布电感、分布电容组成，其表征公式为：Z=R+jx(式中：x=xl-xc；xl=1/ωl；xc=1/ωc；ω=2π)，

Z=R+j(xl-xc)=R+jZ△

从表征公式中可知，在任何测试环境下，回路阻抗中R是回路中接触电阻、散流电阻的总和，是影响最终结果的主要因素，回路阻抗中jZ△就电抗部分，电抗影响可以通过增大电流线与电位线的间隔距离，消除影响。

在大地网测试时，由于采用交流220 V/50 Hz供电，且输出电流为45 Hz /55 Hz的变频电流，电流极和电压极的分布电感和分布电容将产生回路阻抗的jZ△部分，其增量可用CCITT《导则》推荐公式计算：

(1)

在大地网测试中，电流极线缆长度为接地网最大对角线长度的4～5倍，电压极线缆长度为电流极线缆长度的0.618倍，在对某一对角线320 m的大地网进行实际测试时，电流极线缆长度为：320×5=1 600 m，电压极线缆长度为：1 600×0.618=988 m，因此，电流极线缆与电压极线缆间的电抗增量计算为：

将公式(1)转化为公式(2)。

(2)

依据公式(2)求解回路阻抗增量为：

经计算表明，使用大地网接地电阻测试仪测量大型地网时，回路阻抗中电抗与测试环境的土壤电阻率成正比，与电压极线缆的长度成反比，与电压极和电流极线缆的间距成反比，与土壤电阻率成正比。

采用大地网测试仪测量接地电阻时，为降低回路阻抗，可采取增加辅助接地极的数量从而增大其与土壤的接触面积降低接触电阻，也可在辅助接地极处浇水来降低土壤电阻率，在则就是增加电流极和电压极线缆的间距，减小互感干扰，即降低电抗分量。如采用可调压、调频的大地网测试仪，为提高抗干扰能力，提高测量精度，可采取调高输出电压来降低回路阻抗的影响。

3 回路阻抗的特性分析

大地网测试过程中，主要参数有：回路阻抗、电抗分量、输出电流、接地电阻值、输出电流频率等，经在对某一对角线320 m的大地网进行实际测试时，电流极线缆长度为：320×5=1 600 m，电压极线缆长度为：1 600×0.618=988 m，电流极与电压极线缆间距为3～5 m，采用SDW—JD型大地网测试仪测量，得出各分量如表1。

表1 大地网测试时各分量参数表

从表中可以看出，回路阻抗越高输出电流就越小，但在同一电流极和电压极位置测试的接地电阻值变化不是很大。在同一组测试数据中，频率越高，输出电流也就越小，主要影响参数为电抗分量，实际测试中，增大电位线、电流线间距，减小电抗分量，回路阻抗主要呈现的是回路中的接触电阻。从理论上来分析，在接地电阻的测试中，回路阻抗是一个复数，但其实部大体上遵循欧姆定律，在实际工作中，为方便、快捷地找到合理的测试方法，可直接用欧姆定律来预估和判断测试结果。

4 异频法与大电流三极法对比测试

为明确回路阻抗对大地网测试值的影响，在研究过程中采用异频变和大电流三极法对同一接地网进行对比测试，从而寻找减少回路阻抗对测试值的影响的方法。大型地网的接地电阻测试目前主要采用工频大电流三极法测量，为了防止工频干扰，提高测量结果的准确性，电力设备防性试验规程规定：工频大电流法的试验电流不得<30 A。采用异频法测量技术，能在强干扰环境下准确测得工频50 Hz下的数据，测试电流最大3～5 A，输出电压120～400 V，阻抗范围0～200 Ω，测试电流波形为正弦波，使用45 Hz和55 Hz两种频率进行测量，抗干扰能力强，基本误差为0.005 Ω，可用来测量接地电阻、跨步电压、接触电压、土壤电阻率等参数。在本次研究过程中，就利用这两种方法对毕节飞雄机场的大型接地网进行对比测试，测试数据如表2。

分析测试结果，异频法与大电流三极法对比测试人结果误差在0.015～0.03Ω之间，在工程应用上在允许误差的范围内。但是，采用异频法测试时，工作电压低，电流小，危险度低。同时在考虑测试导线的载流量方面，采用异频法时，电流极、电压极测试导线的直径也要比大电流三极法的直径小得多，这样就减少测试的劳动强度。

表2 异频法与大电流三极法对比测试数据表

5 结论

无论采用大电流三极法还是异频法，当测试回路确定后，回路阻抗也就确定在某一数值范围内，只是大电流三极法为降低回路阻抗对测试的影响，可采取提高输出电压来增大输出电流以减少回路阻抗的影响。采用异频法测试大型接地网时，回路阻抗要降低到使输出电流达到设备标称电流的80%以上才足以抑制工频及其实杂散电流的干扰，经计算分析，回路阻抗中贡献最大的是接触电阻，电抗部分的贡献值不太大，要降低回路阻抗，可将每组测试电极的垂直电极增加到3～5根，将测试电极的接地电阻降至60 Ω以下，输出电流才可能达到设备标称值的80%以上，从而提高抗干扰能力。由于在测试过程中，为不使输出电流偏差过大，测试频率最好不要超过60 Hz。总之，在对大型接地网测试时，回路阻抗在设备允许的范围内时，测量结果受输出电流和输出电压的影响才不大。

[1] DL/T 475-2006.接地装置特性参数测量导则[S].

[2] DLT596-1996.电力设备预防性试验规程 [S].

[3] CCITTL 国际电报电话咨询委员会《导则》[S].

1003-6598(2015)05-0050-03

2015-01-16

李舟鑫(1972—)，男(布依族)，高工，主要从事雷电风险评估，雷击灾害鉴定工作。

TU895

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