防雷装置接地电阻测量方法及数据异常原因分析

刘姣 王勤 杨礼科

摘要：土壤對防雷接地装置具有腐蚀作用，随着运行时间的加长，接地装置会被腐蚀，因此必须加强对防雷装置接地电阻的定期检测，以检查防雷装置可靠性。受环境因素等多方面影响，检测的结果与理论值存在误差，本文分析了接地电阻的不同测量方法、影响因素和异常结果原因，提出消除测量误差的措施。

关键词：防雷装置;接地电阻;误差;分析

引言

发生雷击时会伴随产生高强度的电流，对于建筑物以及其中的电气设备都有着很大的安全威胁。为了降低雷电引发的一系列安全隐患，地面建筑物都必须强制安装防雷接地装置，防雷装置的性能主要取决于电阻大小[1]。接地电阻越小，分流的电流越大，建筑物的防雷效果和抗电磁感应安全性越好。本文介绍了使用MI2127接地电阻测试仪对防雷装置接地电阻的测量方法，并分析了测量误差影响因素和原因。

1 接地电阻测量原理

1.1接地电阻

接地电阻是指电流通过接地体流入大地向周围扩散时所遇到的电阻，是电流经地面某点位用欧姆定律计算出来的一个物理值，从接地网到远方大地的接地电阻的计算值或理论值与检测的值可能相差较大[2]。接地电阻的大小主要表现接地装置与大地接触的面积和有效程度[3]，主要取决于接地装置的结构、大小、埋入深度及该位置的土壤电阻率[4]。在检试时关键是要寻找一个零电位区，使辅助电压极布置在零电位区内，还应该知道所测接地网的最大尺寸，才能保证接地电阻测试的准确度[5]。受流入接地网电流的影响，同时还受到测试导线的影响、环境的影响以及土壤湿度的影响，测得的结果有误差[6]。冯志伟[7]等分析了使用电压极补偿法测量接地电阻的可靠性。

1.2 测量原理

数字式接地电阻测试仪MI2127采用注入几十毫安的工频电流，因电流小，测量地网接地电阻时无须断开保护设备，提高了安全系数。为了能够向接地装置注入测试电流，一般采用打地桩方式给电流提供一个回路，工作原理为由机内 DC/AC 变换器将直流变为交流的低频恒流，经过辅助电流极C和被测接地极E组成回路，辅助电压极P选在零电位区中的一点。电压辅助极的作用测出它与接地装置的电位之差，由测得的电压V和通过接地装置流入地的电流I，即得到接地装置的工频接地电阻R=V/I。如果这个辅助电压极点的电位不是在真正的零电位，得到的电压和测得的接地电阻就会有或大或小的误差。

2 测量方法

MI2127 接地电阻测试仪常采用二、三、四线法测量接地电阻。

2.1 二线法

二线法适用于楼群稠密或水泥地等，因为无法打地桩，不能使用辅助接地极。必须有已知接地良好的地，测值是被测地和已知地的电阻和。假如已知地远小于被测地的电阻，测量结果可以作为被测地的结果。接线时需将E+ES端接到被测地，H+S接到已知地。导线电阻会带来附加误差，使得测量值偏高，精度要求不高时可以使用这种方法，并且检测导线的长度不能过长。

2.2 三线法

三线法适用于地基接地，建筑工地接地和防雷接地的接地电阻测试，使用一个辅助接地和一个探测电极，检测时将电阻测试仪S端接到探测电极，H端接到辅助接地，E和ES端连接后接到被测地。根据电极布置的方式不同又分为三极直线法和三角形法。

零电位区的选取。对于单根金属管接地极，离接地极的距离在20米以上才能认为是零电位。为使测量误差等于零，电压引线长度为电流引线长度0. 618 倍，电流测试线的长度应是接地网最大对角尺寸的4～5倍，因受现场条件限制，有时不能准确打桩在这个位置。可以在电流极与接地装置的距离0. 5～0. 7倍范围内，以电流极与接地装置的距离的3%为间距，打5～7个电压辅助极，测量5～7个点的值，绘出电压与距离的变化曲线，曲线平坦处即为电位零点，或者如果电压表的三次指示值之间的相对误差不超过5%，则可以把中间位置作为测量用电压极的电位零点位置。

同样受地形限制的原因，有时在不能满足辅助地极的间距情况下，为缩短电流极的距离，可采用三角形法测量接地电阻，三角形法是以接地装置为顶点将电压极与电流极夹角30度向两个方向布置呈等腰三角形，大型接地装置测试接地电阻时，都采用电流线、电位线夹角布置的方式。

2.3 四线法

四极法是在三极法测量原理上，在待测防雷装置接地极附近又增设的一个辅助接地电压极。在测量低接地电阻和消除电缆电阻对测量结果的影响时使用，测量时E和ES端必须单独直接连接到被测接地体上。同三线法一样，四极法测量时也必须选择电压极在零电位，否则会有误差，将电压测试线与电流测试线长度比为0. 618，电流线放线长度为接地体对角线的4～5倍。

3 接地电阻测试数据异常原因分析

3.1影响接地电阻主要因素

土壤特性影响。土壤结构、成分、含水量也不同，其土壤电阻率不同，检测结果会有误差。可调整电压极和电流极的位置，取不同的点进行测量，取平均值。测量区域有两种不相同的土壤电阻率时，应适当加大电流极的距离。

地下管网影响。由于城市建筑密集，地下管网对接地电阻有影响。当接地体到电压极的直线与地下金属管道恰好重合时，两处电位有时相同，其接地电阻测试结果为0。因此尽量远离地下管网，实在无法避开时，使接地极、电压极、电流极三点连成的直线垂直于管道的走向。

大地噪声、杂散电流等影响。大地噪声、杂散电流等干扰信号强，测试接地电阻时有影响，可选择抗干扰能力强接地电阻测试仪。

电流极、电压极位置影响。测量时尽可能把电流极放到接地装置的最大对角线长度的3～5倍处，减少电位干扰，将电压极P放在零电位的区域。

电磁环境影响。检测场所附近若有高压变电线路、雷达站、移动基站等，会出现较强的电磁场干扰，使用大功率对讲机，也会影响测量结果。检测导线可采用多股金属线缠绕内径形成的引线，减少电磁干扰。

3.2 接地電阻数据异常原因分析

3.2.1 接地电阻测值不定

接地电阻测试仪接线连接处容易折断，造成接触不良时断时通的现象。电阻测试仪与辅助电极及接地体连接不好，连接导线有断开或接头地方松，导致导电性能不好。或者附近有变压器漏电时，使周围电场发生畸变，产生地电位分布不均，影响接地电阻测值。当测得的地电位大于10V时，应当断电检测，避免地电压的影响。

3.2.2 接地阻测值偏小

辅助极布置如果太靠近地网甚至在地网内，会使得测试的地阻值会偏小。若与辅助极边线相平行的水管、天然气管、电缆等，会使与接地体与辅助极的有效距离缩短，测量的接地电阻值会偏低。如果是在雨后潮湿的土壤中测量，地面土壤有较小的电阻率，测得电阻值也会偏小。若仪器显示的测量值极低<0.01Ω，则可能是电压线未连接上。

3.2.3 接地阻测值偏大

在现场检测时发现在某些点位上数据总是偏大，查其原因是接地线与地排未做可靠连接，被测装置的机壳未与接地装置做可靠连接。若电流极导线脱落引起断路，也可能导致没有读数，或者读数趋于无穷大。在土壤电阻率大、吸水性差的砂性土区，辅助极与土壤接触不良，测出的接地电阻也是偏大的。

4 结束语

防雷装置接地电阻值的大小，是检验防雷装置安全性的重要参数。受环境因素影响，在测量接地电阻时会有误差，因此必须了解防雷装置接地网的结构、尺寸，以及周围电磁环境、地下管网、电缆、土壤性质等环境因素，选取合适的测量方法，通过移动电压极位置来测量多个接地电阻的数值，以确定零电位，合理布置电流线和电压线的长度比例，可以有效减小测量误差，确保防雷装置安全性的科学评定。

参考文献：

[1] 孙峰，牛洪科.避雷器接地电阻的测量与预测方法[J].工矿自动化，2012，38（3）：45-47.

[2] 国家质量技术监督局.GB/T 17949.1 2000接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则.北京.2000年.

[3] 丁小平，林冠文， 袁志和.防雷接地电阻测试分析[J].现代建筑电气，2012，3（06）：9-11+31.

[4] 吴仕军，张建军，刘波等.大型接地装置大电流、小电流法测试接地电阻研究[J].山东工业技术，2017，（12）：297-299.

[5] 李婷，杜娟，刘靳.防雷接地电阻测试仪的电极布置分析[J]气象水文海洋仪器，2013，30（04）：96-99

[6] 高海燕，郭俊庭.影响接地电阻误差的分析原因及改善方法[J].大众标准化.2019，（16）：10-11

[7] 张恺，谭晓林，赵金刚等.影响接地电阻测量准确度因素分析[J].科技创新与应用.2013，（06）：140