接地电阻测试中的若干问题研究

2017-08-09作者张庭炎谭胜淋夏玫深圳远征技术有限公司

电子制作 2017年12期

作者/张庭炎、谭胜淋、夏玫，深圳远征技术有限公司

接地电阻测试中的若干问题研究

作者/张庭炎、谭胜淋、夏玫，深圳远征技术有限公司

在通信站接地系统中，接地电阻的大小会对防雷器泄放效果产生直接的影响，也关系着系统火线出现对地短路过程中，系统断路器是不是能够做到及时将电路断开。因此，如何有效进行接地电阻测试关系着通信网络设备能否稳定运行。本文结合接地电阻测试常用仪器，探讨了接地电阻测试中所面临的常见问题及解决对策，以供参考和借鉴。

接地电阻；测试；若干问题

对于通信站而言，无论是新建，还是改造、扩建，都需要对其地网接地电阻加以科学测量，确保其电阻值满足设计的要求，当然，对于已经正常运行的通信站，为了确保维护过程的可靠性，还需要及时对接地电阻值动态变化情况进行检测，避免由于外界环境、腐蚀等问题引发电阻值增加。因此，如何科学地测试接地电阻是该领域工作人员普遍关注的问题。

1. 接地电阻检测仪器及原理分析

为了有效检测接地电阻值，常常利用接地电阻测试仪器仪表，这是通信站地网维护、检查不可或缺的关键设备之一，也是确保接地良好的重要仪器，由其对于通信交换机等通信网络精密度要求较高的设备而言，更加如此。

对于接地电阻检测设备而言，其所试用的地线往往包括工作地、防雷地、保护地、通信信号地等，一般要求其接地电阻必须尽量小。对于设备接地电阻而言，主要涉及到设备内部到通信基站地线排连线电阻、总地线排与接地桩之间的连线电阻、接地桩和地间连接电阻等。具体而言，地阻具有可变性，其他电阻通常小于1欧，对于其测量值范围而言，通常在低值电阻范畴内，因此确保仪表精确度十分关键，需要定期对测试仪表加以校准。

对于低值电阻而言，其检测方法较多，主要包括微欧表、电压—电流表、数字检测等方法，其中，使用最多的是电压—电流表检测法。检测过程中往往采用10A以上的较大电流，若待测电阻为0.01欧，则Rx压降仅有100 mV，因此检测时采用安培表、毫伏表。检测过程中需要关注待测电阻的功耗情况，对于允许功率情况而言，必须尽可能地采用较大的电流，这样可以检测到足够的压降，还要确保通过毫伏表电流量远远低于通过Rx的电流量。

2. 接地电阻检测方法

当前，检测接地电阻的仪器和方法较多，主要包括如下几种：一是接地棒埋设检测法，二是钳形表检测法，三是接地棒和钳形表相结合检测法。不同检测方法受到接地棒、钳形表数目及其连接方式的差异性，还可分成很多方法，当然，最为常用的当属接地棒埋设检测法、钳形表检测法。

2.1 接地棒埋设检测法

采用该检测法进行接地电阻测量过程中，必须确保3个电极连接方法的科学性，通常而言，该方法在检测接地电阻时具有较小的误差，因而在当前通信站接地电阻测试中的应用较广。该方法主要采用的是ZC—8型检测仪，其包括3个电极，分别为接地极E、电流极C、电压极P。其中，科学的连接方法如下：利用接地极通过连接线、接地线、引入线，电压极和电流极则分别利用连接线与所埋设接地棒进行连接，同时，接地体同电压、电流接地棒相互间的距离在20m左右。连接完毕后借助于发电机进行发电，此时会有电流通过接地极流入大地，流经电流棒由电流极返回，此时，其经过接地电阻会产生相应的压降，检测仪表可以对电位器加以调节，获取该压降值，对接地电阻值进行科学计算。在检测的过程中，若检测仪表接地极和待测系统连接情况差或未连接，此时其发电机所输出的电流难以形成回路，此时电流值会显示为0，检测仪表内部为取得相同的值，也会最大化的将电阻值调低，受到误差影响，仪表读数不会显示零，而是显示0.05，这表明所测试的结果是错误的。

图1 接地棒埋设检测法检测接地电阻示意图

如图1，假设存在接地体E，对角线长度是D，此时，等效半球体的半径值r就是D/2。此时，d12—EP间的距离，d23—PC间的距离，d13—EC间的距离。假设从E极流向地中的电流，在EP间的电位差为UEP1，由C极流出电流在EP之间的电位差UEP2，此时，检测仪所测电位差UEP= UEP1+UEP2，此时，接地电阻可按如下公式计算：

利用该方法所计算结果理论上应该是接地电阻，如果实际测量值同理论计算所得电阻值间相对误差等于0，应当满足d12=0.618d13。d13应该如何选择，需要结合测试仪分布均衡的基础上来进行分析。如果接地体长度是40m，则等效半球体半径r为20m，D为40m，则d13为40m，d12和d23相等，均为20m，经计算此时相对误差值为—50%。

这表明如果实际测量时沿用的是仪表厂商辅助线分布情况图，则所得结果会比实际电阻值小50%，也就是说，所测结果偏于安全，对于防雷保护而言无疑隐患重重，若敷设接地电阻达到了10欧，但检测值仅为5欧被判定为合格，会导致通信设备遭受雷击可能性大幅增加。设d13为3D，此时，d12、d23、d13三个距离相同，此时根据公式可得误差减小到了—16.7%。如果d13为5D，此时误差缩小到了—10.0%，该条件都建立在P极分别均衡的前提下，如果分布不均衡则情况会出现很大差异，但只要遵循d12=0.618d13，d13＞3D的情况，则误差范围属于允许范围内。为缩小误差，还需要尽量从多个方向展开测试，取所有值的算术平均值。

2.2 钳形表检测法

利用该方法进行接地电阻检测过程中，最为关键的环节是检测地点的选择，要求其必须选定在接地引入线处，这样，利用两个电流钳所构成的闭合接地回路，开启仪表之后，仪器内部的电源会出现在钳形线圈的两个端点之处，利用接地连接线路上所出现的电流，借助于传感器可以其大小进行检测，由此对回路的接地电阻值进行计算，达到测量的目的。

在具体检测过程中，往往会由于检测地点的选取不科学，导致所检测的接地电阻值偏小。例如，在选取检测地点过程中未发现接地引入线，因而选择了最接近接地排的配线处进行检测，此时获取的检测值为0.02，该结果明显不对。在检测仪开启后，配线上出现了相应的感应电流，其会自动找寻最小电阻值的通路，形成相应的闭合接地回路，加上地网各设备接地线都连接地排，因而相邻之间的设备机壳会与配线形成相应的回路，导致所检测结果出错，所检测值实质上属于通信站内部接地配线的电阻值。

就通信站联合接地系统而言，由于接地体的范围相对较大，均压、随机接地可能带来的影响也相对复杂，因而会导致所测量电阻值较实际值小。

多数仪器说明书会建议借助于辅助地网作为回路，但对于通信站接地电阻检测而言，未必能够实现，需要根据情况来分析。

1）当以电网零线作为辅助地网时，此时采用专用变压器供电后往往是变电站地网与通信地网之间连接，形成相应的联合地网，此时电阻计算结果和正常测试结果相同。

若由公用变压器进行供电，则由于10kV以上的线路缺乏零线，难以形成接地网络，加上变压器电阻大，该情况难以符合该测试方法的要求，所测试的接地电阻值势必是不正确的。

2）如果借助于下水管道，将其视为辅助地网，此时也会出现一些问题。一方面是必须将其引入到通信站系统内部，此时管道的铺设很难做到将通信站联合地网完全规避开，也就是说，低下下水金属管道自身必须作为联合地网的组成之一，属于相对应的自然接地实体，另一方面，近些年来我国科学技术不断进步，很多地区的地下管道，由其是下水管道多采用的是PVC材质构成的管道，这样将会导致仪表说明书中所鼓励采用的金属管道辅助地网难以进行，也构不成相应的电流回路，无法采用该方法进行接地电阻值的检测。

2.3 两种检测方法的对比

本文以某一典型通信站为例，就上文两种检测方法的测试效果进行对比。该通信站地网对角线D长度为80m，采用接地棒埋设检测法分别检测3D、4D、5D情况下的接地电阻值，所得结果分别为：0.87、1.06、1.17欧。

而采用钳形表检测法所测结果值严重偏小，仅为0.129欧，根据布极顺序的从小到大来看，数据的偏差应该是逐步减小的，表明第二种检测方法并不适用于通信站接地电阻检测，但是，虽然第一种检测方法较为准确，测试的难度却较大。