防雷檢測(cè)：接地電阻測(cè)量原理與測(cè)量方法

一、什么是接地電阻？

      是電力系統(tǒng)和電器安裝的中性點(diǎn)(零線);電器設(shè)備外漏的導(dǎo)電部分，和裝置外經(jīng)由導(dǎo)體與大地的鏈接的部分。可分為:工作接地(零線)、防雷接地(地線)、保護(hù)接地(地線)、屏蔽接地(地線)、防靜電接地(地線)如下圖:

接地電阻就是電流由接地裝置流入大地再經(jīng)大地流向另一接地體或向遠(yuǎn)處擴(kuò)散所遇到的電阻，它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無(wú)限遠(yuǎn)處的大地電阻。接地電阻大小直接體現(xiàn)了電氣裝置與“地”接觸的良好程度，也反映了接地網(wǎng)的規(guī)模。在單點(diǎn)接地系統(tǒng)、干擾性強(qiáng)等條件下，可以采用打輔助地極的測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量。

接地電阻主要分以下三種。

1.保護(hù)接地：電氣設(shè)備的金屬外殼，混凝土、電線桿等，由于絕緣損壞有可能帶電，為了防止這種情況危及人身安全而設(shè)置的接地裝置。

2.防靜電接地：防止靜電危險(xiǎn)影響而將易燃油、天然氣貯藏罐和管道、電子設(shè)備等設(shè)置的接地裝置。

3.防雷接地：為了將雷電引入地下，將防雷設(shè)備（避雷針等）的接地端與大地相連，以消除雷電過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備、人身財(cái)產(chǎn)的危害的接地，也稱過(guò)電壓保護(hù)接地。

二、接地電阻測(cè)量的幾種方法

1. 兩線法

兩線法是不使用輔助接地棒的簡(jiǎn)易測(cè)量法，利用現(xiàn)有的接地電阻值最小的接地極作為輔助接地極，使用2條簡(jiǎn)易測(cè)試線連接(即C(H)-P(S)接口短接，E-ES接口短接)。可以利用金屬水管、消防栓等金屬埋設(shè)物、商用電力系統(tǒng)的共同接地或建筑物的防雷接地極等來(lái)代替輔助接地棒C(H)、P(S)，測(cè)量時(shí)注意去除所選金屬輔助接地體連接點(diǎn)的氧化層。

條件：必須有已知接地良好的地，如PEN等，所測(cè)量的結(jié)果是被測(cè)地和已知地的電阻和。假如已知地遠(yuǎn)小于被測(cè)地的電阻，測(cè)量結(jié)果可以作為被測(cè)地的結(jié)果。　　

適用于：樓群稠密或水泥地等密封無(wú)法打入地樁的區(qū)域。　　

接線：E+ES接到被測(cè)地，C(H)+P(S)接到已知地。 

注意：

1.選用商用電源系統(tǒng)接地作為輔助接地極測(cè)量時(shí)，必須先確認(rèn)是商用電源系統(tǒng)的接地極，否則斷路器可能啟動(dòng)，有危險(xiǎn)。

2.采用簡(jiǎn)易二線法測(cè)量接地電阻，盡量選擇re值小的接地體作為輔助接地極，這樣儀表讀數(shù)才更接近真實(shí)值。測(cè)量時(shí)請(qǐng)優(yōu)先選擇金屬水管、金屬消防栓作為輔助接地極。

三線法、四線法測(cè)量接地電阻值測(cè)量采用額定電流變極法(適合準(zhǔn)確測(cè)量單點(diǎn)接地系統(tǒng))，即在測(cè)量對(duì)象E接地極和C(H)電流極之間流動(dòng)交流額定電流I，求取E接地極和P(S)電壓極的電位差V，并根據(jù)公式R=V/I計(jì)算接地電阻值R。為了保證測(cè)試的精度，采用4線法，增加ES輔助地極，實(shí)際測(cè)試時(shí)ES與E夾在接地體的同一點(diǎn)上。

條件：必須有兩個(gè)接地棒：一個(gè)輔助地和一個(gè)探測(cè)電極。各個(gè)接地電極間的間隔不小于20米。原理是在輔助地和被測(cè)地之間加上電流，測(cè)量被測(cè)地和探測(cè)電極間的電壓降，測(cè)量結(jié)果包括測(cè)量電纜本身的電阻。　　

適用于：地基接地，建筑工地接地和防雷接地。　　

接線：P(S)接探測(cè)電極，C(H)接輔助地，E和ES連接后接被測(cè)地。  

3.四線法

基本上同三線法，在低接地電阻測(cè)量和消除測(cè)試線纜阻值對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響時(shí)替換三線法。測(cè)量時(shí)E和ES必須單獨(dú)直接連接到被測(cè)地。該方法是所有接地電阻測(cè)量方法中正確度最高的。四線法測(cè)試能消除被測(cè)接地體、輔助接地棒、測(cè)試夾、儀表輸入接口(通常有污垢或生銹)表面之間的接觸電阻對(duì)測(cè)量的影響，能消除線阻變化對(duì)測(cè)量的影響，優(yōu)于三線測(cè)試。

對(duì)于多點(diǎn)獨(dú)立接地系統(tǒng)或較大型的地網(wǎng)，可以選配50m或更長(zhǎng)的測(cè)試線進(jìn)行測(cè)試，如下圖：

注意：

1.測(cè)試接地電阻時(shí)，先確認(rèn)接地線的對(duì)地電壓值，即C(H)與E或P(S)與ES的電壓值必須在20V以下，若對(duì)地電壓在5V以上，此時(shí)接地電阻的測(cè)量可能會(huì)產(chǎn)生誤差，此時(shí)先將被測(cè)接地體的設(shè)備斷電，使接地電壓下降后再進(jìn)行接地電阻測(cè)試。

2.被測(cè)接地體E到電流極C(H)之間的距離，應(yīng)至少是被測(cè)接地體埋入地下深度(h)的5倍，或者是被測(cè)接地體埋入地下電極長(zhǎng)度(d)的5倍。

3.測(cè)量復(fù)雜接地系統(tǒng)的總接地電阻，其d的距離為該接地系統(tǒng)最大對(duì)角線的距離。

4.測(cè)試時(shí)，測(cè)試線不能相互纏繞在一起，否則可能影響測(cè)試精度。

4.單鉗法

測(cè)量多點(diǎn)接地中的每個(gè)接地點(diǎn)的接地電阻，而且不能斷開(kāi)接地連接防止發(fā)生危險(xiǎn)。 

鉗形接地電阻儀測(cè)量接地電阻的基本原理是測(cè)量回路電阻。見(jiàn)下圖。鉗表的鉗口部分由電壓線圈及電流線圈組成。電壓線圈提供激勵(lì)信號(hào)，并在被測(cè)回路上感應(yīng)一個(gè)電勢(shì)V。在電勢(shì)V的作用下將在被測(cè)回路產(chǎn)生電流I。鉗表對(duì)V及I進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)公式（R=V/I）即可得到被測(cè)電阻R。

適用于：多點(diǎn)接地，不能斷開(kāi)連接，測(cè)量每個(gè)接地點(diǎn)的電阻。

接線：用電流鉗監(jiān)測(cè)被測(cè)接地點(diǎn)上的電流。

5.雙鉗法

雙鉗法適合測(cè)量獨(dú)立多點(diǎn)接地系統(tǒng)的情況，如下圖，在多點(diǎn)接地系統(tǒng)無(wú)需打地樁測(cè)量接地電阻值，將CT1電流鉗的一端紅色插頭插入儀表C(H)接口，黑色插頭插入儀表E接口，將CT2電流鉗的一端藍(lán)色插頭插入儀表C1接口，黑色插頭插入儀表C2接口，將兩個(gè)電流鉗鉗入被測(cè)回路中，注意兩個(gè)電流鉗方向要一致并且保持間距大于30cm，兩個(gè)電流鉗不得互換，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。

條件：多點(diǎn)接地，不打輔助地樁，測(cè)量單個(gè)接地。　　

接線：使用廠商指定的電流鉗接到相應(yīng)的插口上，將兩鉗卡在接地導(dǎo)體上，兩鉗間的間隔要大于0.3米。

注意

在測(cè)試接地電阻時(shí)，先確認(rèn)接地線的漏電流大小，接地線電流大于100mA，則接地電阻的測(cè)量值可能會(huì)產(chǎn)生誤差，此時(shí)先將被測(cè)接地體的設(shè)備斷電，使接地線的漏電流下降后再進(jìn)行接地電阻測(cè)試。同時(shí)保證雙鉗法測(cè)試時(shí)電流必須由電流鉗箭頭方向流入電流鉗，否則無(wú)法正常測(cè)試接地電阻值，當(dāng)儀表顯示“”符號(hào)時(shí)，表示CT2（A鉗）電流鉗接收的電流信號(hào)過(guò)小，應(yīng)檢查電流鉗是否鉗好，CT2（A鉗）電流鉗的方向是否正確，測(cè)量回路電阻過(guò)大或者沒(méi)有形成回路。電流鉗間距要大于30cm，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。

三、接地電壓與土壤電阻率

1.接地電壓

接地電壓：即電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，接地設(shè)備的外殼、接地線、接地體等與零電位點(diǎn)之間的電位差，接地電壓就是以大地為參考點(diǎn)，與大地的電位差，大地為零電位點(diǎn)。

接地電壓測(cè)試時(shí)只需要使用一根輔助接地棒，注意與商用交流電壓測(cè)試的區(qū)別。參見(jiàn)下圖：儀表、輔助接地棒、測(cè)試線都連接好后，將儀表功能轉(zhuǎn)換旋鈕切換至V位置，開(kāi)始測(cè)試接地電壓，LCD顯示測(cè)試結(jié)果。

注意

1.接地電壓測(cè)試時(shí)只需要使用1根輔助接地棒。

2.儀表只要通過(guò)測(cè)試線和輔助接地棒與大地有連接，儀表接口的其他測(cè)試線就不能

3.接入商用電源的L、N線中，否則引起漏電，斷路器可能啟動(dòng)，有危險(xiǎn)。

4.接地電壓測(cè)試不能超過(guò)100V。

5.不能用于商用電壓測(cè)試，否則會(huì)損壞儀表。

2.土壤電阻率

土壤電阻率(ρ)：測(cè)量采用4極法(溫納法)：E接地極與C(H)電流極間流動(dòng)交流電流I，求P(S)電壓極與ES輔助地極間的電位差V，電位差V除以交流電流I得到中間兩點(diǎn)電阻值R，電極間隔距離為a(m)，根據(jù)公式ρ=2πaR(Ωm)得出土壤電阻率的值，C(H)-P(S)的間距與P(S)-ES的間距相等時(shí)(都為a)即為溫納法。為了計(jì)算方便，請(qǐng)讓電極間距a遠(yuǎn)大于埋設(shè)深度h，一般應(yīng)滿足a>20h，見(jiàn)下圖。

土壤電阻率用四極法(溫納法)進(jìn)行測(cè)量。

土壤電阻率ρ是決定接地體接地電阻的重要因數(shù)。不同性質(zhì)的土壤，固然有不同的土壤電阻率，就是同一種土壤，由于溫度和含水量等不同，土壤電阻率也會(huì)隨之發(fā)生顯著的變化。因此，為了在進(jìn)行接地裝置設(shè)計(jì)時(shí)有正確的依據(jù)，使所設(shè)計(jì)的接地裝置更能符合實(shí)際工作的需要，必須進(jìn)行土壤電阻率的測(cè)量。

根據(jù)公式ρ=2πaR(Ωm)計(jì)算土壤電阻率ρ，單位為Ωm，其中：

a——電極間距

R——P(S)-ES電極間土壤的電阻

四極法(溫納法)：按下圖連接測(cè)試線，注意輔助接地棒間的間距及埋入深度，

分別將C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒呈一條直線深埋入大地，將接地測(cè)試線(紅、黃、綠、黑)從儀表的C(H)、P(S)、ES、E接口開(kāi)始對(duì)應(yīng)連接到被測(cè)C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒上。

根據(jù)溫納法確定測(cè)量土壤電阻率的值約為兩個(gè)接地棒間的距離a深度處的土壤電阻率,可通過(guò)改變a值來(lái)檢查土壤均質(zhì)性，從而設(shè)計(jì)合適的接地電極。

四、接地電阻測(cè)試儀使用方法

1、使用接地電阻測(cè)試儀準(zhǔn)備工作

• 熟讀接地電阻測(cè)量?jī)x的使用說(shuō)明書(shū)，應(yīng)全面了解儀器的結(jié)構(gòu)、性能及使用方法。　　

• 備齊測(cè)量時(shí)所必須的工具及全部?jī)x器附件，并將儀器和接地探針擦拭干凈，特別是接地探針，一定要將其表面影響導(dǎo)電能力的污垢及銹漬清理干凈。

• 將接地干線與接地體的連接點(diǎn)或接地干線上所有接地支線的連接點(diǎn)斷開(kāi)，使接地體脫離任何連接關(guān)系成為獨(dú)立體。

2、使用接地電阻測(cè)試儀測(cè)量步驟（以數(shù)字式儀表舉例）

基本操作

• 旋轉(zhuǎn)功能旋鈕實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)，旋鈕指示“OFF”位置關(guān)機(jī)。本儀表開(kāi)機(jī)后15分鐘自動(dòng)關(guān)機(jī)，自動(dòng)關(guān)機(jī)后將功能旋鈕轉(zhuǎn)到“OFF”位置，重新開(kāi)機(jī)。

• 開(kāi)機(jī)后，如果LCD顯示電池電壓低符號(hào)，表示電池電量不足，請(qǐng)依照說(shuō)明給電池充電。電池電力充足才能保證測(cè)量的精度。

• 開(kāi)機(jī)后，按背光鍵可以開(kāi)啟或關(guān)閉背光，背光功能適合于昏暗場(chǎng)所。每次開(kāi)機(jī)默認(rèn)背光關(guān)閉。

開(kāi)始測(cè)試

• 二線簡(jiǎn)易測(cè)試接地電阻

此方法是不使用輔助接地棒的簡(jiǎn)易測(cè)量法，利用現(xiàn)有的接地電阻值最小的接地極作為輔助接地極，使用2條簡(jiǎn)易測(cè)試線連接(即C(H)-P(S)接口短接、E-ES接口短接)。可以利用金屬水管、消防栓等金屬埋設(shè)物、商用電力系統(tǒng)的共同接地或建筑物的防雷接地極等來(lái)代替輔助接地棒C(H)、P(S)，測(cè)量時(shí)注意除去所選金屬輔助接地體連接點(diǎn)的氧化層。儀表、測(cè)試線都連接好后，將功能轉(zhuǎn)換旋鈕切換至“電阻”位置，按壓“測(cè)試”鍵開(kāi)始測(cè)試，LCD顯示測(cè)試結(jié)果。

• 三線測(cè)試接地電阻

短接儀表的ES、E接口，即為三線測(cè)試，儀表操作與二線測(cè)試方法相同。三線測(cè)試不能消除線阻變化對(duì)測(cè)量的影響，也不能消除儀表與測(cè)試線間、測(cè)試線與輔助接地棒間接觸電阻變化對(duì)測(cè)量的影響，測(cè)量時(shí)還需去除被測(cè)接地體表面的氧化層。儀表、輔助接地棒、測(cè)試線都連接好后，將功能轉(zhuǎn)換旋鈕切換至“電阻”位置，按壓“測(cè)試”鍵開(kāi)始測(cè)試，LCD顯示測(cè)試結(jié)果。

• 四線精密測(cè)試接地電阻

從被測(cè)物體起，分別將P(H)、C(H)輔助接地棒呈一條直線深埋入大地，將接地測(cè)試線(黑、綠、黃、紅)從儀表的E、ES、P(S)、C(H)接口對(duì)應(yīng)連接到被測(cè)接地極E、輔助電壓極P(S)、輔助電流極C(H)上。儀表、輔助接地棒、測(cè)試線都連接好后，將功能轉(zhuǎn)換旋鈕切換至“電阻”位置，按壓“測(cè)試”鍵開(kāi)始測(cè)試，LCD顯示測(cè)試結(jié)果。

• 土壤電阻率測(cè)試

注意輔助接地棒間的間距及埋入深度，分別將C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒呈一條直線深埋入大地，將接地測(cè)試線(紅、黃、綠、黑)從儀表的C(H)、P(S)、ES、E接口開(kāi)始對(duì)應(yīng)連接到被測(cè)C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒上。

輔助接地棒的間距設(shè)置：連接好測(cè)試線后，將功能選擇旋鈕旋至“土壤電阻率”位置，進(jìn)入土壤電阻率測(cè)試模式，長(zhǎng)按“測(cè)試”鍵(約3秒)進(jìn)入輔助接地棒的間距設(shè)置，設(shè)置完成后，在土壤電阻率測(cè)試模式下，按“測(cè)試”鍵開(kāi)始測(cè)試，并倒計(jì)數(shù)顯示測(cè)試進(jìn)度，完成測(cè)試后LCD顯示穩(wěn)定的土壤電阻率值。

• 接地電壓測(cè)試

接地電壓測(cè)試時(shí)只需要使用一根輔助接地棒，注意與商用交流電壓測(cè)試的區(qū)別。儀表、輔助接地棒、測(cè)試線都連接好后，將功能轉(zhuǎn)換旋鈕切換至“電壓”位置，開(kāi)始測(cè)試接地電壓，LCD顯示測(cè)試結(jié)果。

3、使用接地電阻測(cè)試儀測(cè)量步驟（以手搖指針式儀表舉例）

• 將兩個(gè)接地探針沿接地體輻射方向分別插入距接地體20m、40m的地下，插入深度為400mm，如下圖所示。

接地電阻測(cè)試使用圖解：a）實(shí)際操作 b）等效原理

• 將接地電阻測(cè)量?jī)x平放于接地體附近，并進(jìn)行接線，接線方法如下：

• 用最短的專用導(dǎo)線將接地體與接地測(cè)量?jī)x的接線端“E1”（三端鈕的測(cè)量?jī)x）或與C2、”短接后的公共端（四端鈕的測(cè)量?jī)x）相連。　　

• 用最長(zhǎng)的專用導(dǎo)線將距接地體40m的測(cè)量探針（電流探針）與測(cè)量?jī)x的接線鈕“C1”相連。　　

• 用余下的長(zhǎng)度居中的專用導(dǎo)線將距接地體⒛m的測(cè)量探針（電位探針）與測(cè)量?jī)x的接線端“P1”相連。

• 將測(cè)量?jī)x水平放置后，檢查檢流計(jì)的指針是否指向中心線，否則調(diào)節(jié)“零位調(diào)整器”使測(cè)量?jī)x指針指向中心線。　　

• 將“倍率標(biāo)度”（或稱粗調(diào)旋鈕）置于最大倍數(shù)，并慢慢地轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)柄（指針開(kāi)始偏移），同時(shí)旋動(dòng)“測(cè)量標(biāo)度盤”（或稱細(xì)調(diào)旋鈕）使檢流計(jì)指針指向中心線。　　

• 當(dāng)檢流計(jì)的指針接近于平衡時(shí)（指針近于中心線）加快搖動(dòng)轉(zhuǎn)柄，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到120r／min以上，同時(shí)調(diào)整“測(cè)量標(biāo)度盤”，使指針指向中心線。　　

• 若“測(cè)量標(biāo)度盤”的讀數(shù)過(guò)小（小于1）不易讀準(zhǔn)確時(shí)，說(shuō)明倍率標(biāo)度倍數(shù)過(guò)大。此時(shí)應(yīng)將“倍率標(biāo)度”置于較小的倍數(shù)，重新調(diào)整“測(cè)量標(biāo)度盤”使指針指向中心線上并讀出準(zhǔn)確讀數(shù)。　　

• 計(jì)算測(cè)量結(jié)果，即R地＝“倍率標(biāo)度”讀數(shù)ד測(cè)量標(biāo)度盤”讀數(shù)。