近期雷暴災害，如何選購接地阻抗測試儀

概述：
BYJD-5A接地阻抗的測試儀

接地阻抗測量中的下列問題進行探討：

相關規程

影響測量的因素及其對策

對測量儀器的要求

常見問題及解答

常見各類測量儀器的原理及優缺點

如何檢驗測量儀器

一、相關規程

   我國關于接地阻抗測試的相關規程有：國家標準GB/T17949.1-2000《接地系統的土壤電阻率，接地阻抗和地面電位測量導則》，電力行業標準 DL/T475-2006《接地裝置特性參數測量導則》。

二、影響接地阻抗測量的因素及其對策

現有測量方法的導出是基于以下兩個假設：1、土壤電阻率均勻；2、接地裝置為半球體。實際情況是這兩個條件一個也滿足不了。因此實際測量時應盡量向這兩個條件靠攏，這兩個條件滿足的越好則測量結果越準確。掌握了這一原則，很多現場問題可迎刃而解。

1、土壤電阻率不均勻的影響

    土壤電阻率的不均勻必然帶來方法誤差，且無法消除。實際測量時應盡量朝土壤電阻率相對均勻的方向放線。由于表層土壤電阻率一般比底層高，因此輔助接地樁也要相應埋入一定的深度。

2、地網形狀的影響

   實際地網一般不是半球體，因此也會帶來方法誤差。輔助電極地網的距離越遠，此項誤差越小。因此實際測量中，電流極應布置得盡量遠，通常電流極與被試接地裝置邊緣的距離應為被試接地裝置最大對角線長度D的4倍以上。

3、電流線和電壓線互感的影響

    電壓線和電流線存在互感，測試電流在電壓回路感應出電壓，因此測量結果包含了互感部分。減小互感影響的最好辦法是采用夾角（如3O°）布線，或者平行布線時增大電壓線與電流線間的距離，或者根據現場布線情況估算出互感系數M，再將其影響從測量結果中扣除1。另外，采用架空線路的兩相作試驗引線時互感很大，帶來的測量誤差也很大，故不宜采用。

    有人曾提出使用功率表法（或相位角法）來消除互感的影響。事實上，由于地網存在電感，接地阻抗(但習慣上仍稱之為接地電阻)是由電阻和電抗兩部分組成，因此此法在消除互感影響的同時也將地網電抗排除在外，使得測量結果偏小。

4、現場干擾的影響

    實際測量時會受到現場工頻及其諧波干擾，還有無線電射頻干擾。工頻及其諧波干擾主要是由系統零序電流和諧波電流在地中分布引起，另外高壓線路也可通過電容耦合到測量回路造成干擾，輸電線路中的工頻電流也可通過互感耦合到測量回路而造成工頻干擾。由于電壓測量端是高阻輸入端，更易受到干擾。一般工頻干擾電壓在10V左右，有時甚至高達30V。工頻干擾電流一般在2A以下。

    抑制現場干擾影響的方法有：大電流法、倒相法、異頻法。

大電流法通過加大測試電流來提高提高信噪比從而減小測量誤差，這種方法由于采用了很大的測試電流（一般不小于50A），使得設備非常笨重、布線勞動量大、耗時耗力，且抑制干擾效果并不理性。例如，對于接地阻抗為0.5Ω的地網，采用50A電流測試時信號電壓為25V，10V工頻干擾電壓引起的最大誤差為40%

倒相法、三相電流測試法等抗干擾措施在理論上可以消除外界工頻干擾的影響，但長期實踐經驗表明，其效果并不理想。究其原因，此類抗干擾措施的假設前提條件是：外界干擾是純正的工頻正弦波，且在測試期間保持穩定不變，顯然，實際系統情況并非如此�？傊�，由于工頻電流法的試驗電流的頻率與外界工頻干擾的頻率相同，同頻率的外界工頻干擾信號難以被剔除，再加上干擾信號中的諧波、高頻和直流等成分的影響，必然導致測量結果出現很大誤差。

為了有效解決現場干擾對接地阻抗測量的影響，美國國家標準ANSI／IEEE 81：1983中較早提出了異頻法，即注入電流的頻率不同于電網頻率。中國在2OOO年發行的新版國標中引用了該標準。采用異頻法，不僅解決了地中零序電流的干擾，而且高頻干擾、帶電運行線路的干擾也迎刃而解。異頻法是通過改變測試電流的頻率來避開工頻干擾，由于信號頻率與干擾頻率不同，就可以通過成熟的軟硬件濾波技術來濾除干擾的影響。綜合起來，異頻法具有以下優點：（1）電流極引線采用小線徑導線即可。與傳統測量方法相比，極大地減少了導線成本，降低了布線時的勞動強度；（2）測量時只向地網注入很小的電流（通常小于10A），對系統的安全運行沒有影響，可在不停電情況下使用。（3）具有極強的抗干擾能力。由于具有這些優點，異頻法測試已被國內外專家廣泛接受和采用。

三、對測量儀器的要求

接地阻抗測試儀是測量接地裝置的接地阻抗的專用儀器，使用它可極大地方便現場測量，降低人為誤差。良好的接地阻抗測試儀應滿足以下幾點要求：

1、可輸出頻率為40～60Hz的正弦波測試電流，以滿足工頻等效性要求。

接地阻抗是復數阻抗，它不僅包含電阻分量，還包含與頻率有關的電抗分量。因此測試頻率對測試結果有較大影響，測試頻率與工頻（50Hz）相差愈大則測量誤差愈大。為此，我國新標準DL/T475-2006規定了測試頻率應在40～60Hz之間。

２、具有較高的阻抗測量精度和穩定性。

３、具有良好的抗干擾能力，包括對工頻干擾及其諧波和射頻干擾的抑制。

四、常見問題及解答

    1、針對某一具體的接地裝置（包括地網），應采用什么方法并選用什么樣的儀器進行測量？

    解答：推薦使用采用異頻法原理的接地阻抗測試儀進行測量。應根據現場干擾大小和要求的測量精度來確定所需的測量儀器。對于大型地網，規程DL/T475-2006推薦采用異頻法測試時的測試電流為3A～20A，測試頻率應為40～60Hz.對于桿塔，可采用較小的測試電流。

    不推薦使用接地搖表或者鉗形接地表進行測試，理由請參見本文中的“常見的各種測量儀器的優缺點”。

    2、測試電流是否越大越好？

解答：測試電流并非越大越好，測試電流滿足實際抗干擾要求即可。測試電流越大，要求的測試電流線也越粗，導線成本也越大，同時布線更加費時費力，而且由于向地網注入的電流大而引起地電位升高，可能會影響系統的安全運行。

3、選購測量儀器時應該考慮儀器的哪些技術指標？

解答：應重點考慮儀器的測量精度和量程、抗干擾能力、測試頻率和輸出電流波形，其次是輸出電流大小。

4、應如何檢驗測量儀器？

解答：請參見本文中的“如何檢驗測量儀器”。

    5、為何用同一臺儀器進行多次測量，而各次結果相差很大？

    解答：主要是儀器抗干擾能力不強引起，現場干擾的隨機性引起儀器測量結果的不穩定。

    6、為何同一地網、相同的布線，用不同型號的儀器測量結果不一樣有時甚至相差很大？到底應該相信哪個結果？

    解答：可能原因有：

   （1）不同型號的儀器測量精度不一樣。

   （2）不同儀器采用的測試頻率不一樣。由于接地阻抗不僅有電阻分量，還含有與頻率相關的電抗分量，故不同的測試頻率可導致不同的結果。

   （3）有的儀器存在設計上的缺陷。如有的儀器在輔助電流極接地較大時測量不準確，而通常實驗室檢驗儀器時并未加入電流極模擬電阻Rc。

   （4）不同儀器的抗干擾能力不一樣，有的儀器在現場干擾大時測量不準確。

    遇到這種情況時現場測試人員往往不知道該相信哪個儀器的測量結果，有的甚至僅憑直覺來判斷，有的用少數服從多數的原則，這些都不是科學的方法。正確的方法應該是對儀器進行嚴格的檢驗，包括抗干擾能力試驗、電流極電阻Rc模擬試驗等，顯然我們應相信在各種條件下均能準確測量的儀器。

    7、為何同一接地網向不同的方向放測量線，其測試結果有差別，特別是在山區地形這種現象很突出？

    解答：出現這種情況的主要原因是不同方向的土壤電阻率不一樣。還有一種原因就是：由于地網形狀的不規則導致從不同方向放線時電流極至地網中心的距離或者電位極至地網邊緣的距離不一樣。

    8、為何有時發現輔助接地極打入地下深度不一樣時測量結果不一樣，輔助接地極到底應該打多深？

    解答：如前述，現有測量接地阻抗的方法基于兩個假設，其一是土壤電阻率均勻，即處處相同。但是實際土壤往往是分層結構，不同深度的土壤電阻率不同，特別是土壤表層由于干燥通常電阻率很大，當接地樁打入較淺時測量結果誤差很大。推薦的輔助電極埋入地下深度應與被測地網的埋深相當。

    9、應該如何根據現場布線？如何確定電流極和電壓極位置？

解答：首先應根據現場確定布線方向。在現場條件允許時盡量采用30°夾角法。

再根據地網的最大尺寸D確定電流極C的位置，電流極C距地網中心的距離dCG應大于4D，更遠的距離更好。

最后根據dCG和布線角度來確定電位極的位置P。

五、常見的各種測量儀器的優缺點

目前市場上測量接地阻抗的儀器儀表很多，根據測量原理大致可分為三類：鉗形接地電阻測試表（以下簡稱鉗形表）、接地搖表、異頻接地阻抗測試儀。

1、鉗形表。

鉗形表利用互感器原理，將測試回路等效為單匝線圈，它測量的實際上是整個回路的阻抗。其優點是不需布線，測試簡單。

鉗形表測量的并非桿塔的接地阻抗Zg，而是整個回路阻抗Z回路，回路阻抗可近似看著由接地阻抗Zg、線路阻抗Z導線和其他桿塔的并聯接地阻抗Z‖組成，一般可寫成下面的近似式子：

Z回路 = Zg + Z導線 + Z‖

由上式可知，只有在Z導線 + Z‖很小時，鉗形表的測量值才近似等于被測接地阻抗值Zg。

另外，鉗形表采用的測試頻率過高，一般在100Hz以上，有的甚至達到1kHz，如此高頻率下測得的阻抗顯然與要求的50Hz下阻抗相差甚遠。

鉗形表還有一個缺點就是測量精度差，一般只能分辨到0.1Ω，這是由于其測試電流過小所至。

鑒于這些缺點，鉗形表不能用于中大型地網的測試，最多只能用于桿塔接地阻抗的粗測。

2、接地搖表。

以ZC-8型為代表的接地搖表具有體積小、便于攜帶的優點，然而其缺點也十分明顯，主要有：

（1）它是根據測量純電阻的原理設計，測量帶有電抗分量的接地阻抗時必然不準確。

（2）由于靠手搖發電，輸出的測試電流頻率通常在100Hz以上且不穩定，故無法滿足接地阻抗測量的頻率要求。

（3）接地搖表無抗干擾措施，現場較小的干擾就會帶來較大的誤差。

 總之，接地搖表屬于淘汰產品，不推薦繼續使用。

3、異頻接地阻抗測試儀。

如本文第二節所述，異頻法具有諸多優點，是測量各類接地裝置（特別是大、中型地網）的接地阻抗的最佳方法。異頻接地阻抗測試儀利用異頻法原理，集異頻電源、輸出隔離、電流電壓信號采集與濾波電路、微電腦、數字濾波器、人機接口等于一身。

異頻接地阻抗測試儀的關鍵技術是變頻電源技術和抗干擾技術。

六、如何檢驗測量儀器

本節將討論如何檢驗接地阻抗測試儀，由于異頻法的優越性和廣泛使用，本文只討論異頻接地阻抗測試儀的檢驗問題。

選擇接地阻抗測試儀應重點注意儀器的以下技術指標：

1、儀器是否能測試儀各類接地裝置的工頻接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓、轉移電位、場區地表電位梯度等工頻特性參數以及土壤電阻率。

2、測試電流波形和頻率、輸出電流能力、測量精度、量程、抗干擾能力等。

儀器的檢驗應從以下幾個方面進行：

1、測試電流頻率和電流波形檢驗

   將干擾電壓和干擾電流調節到零，啟動儀器進行測量，通過示波器觀察電流波形是否為正弦波，測量頻率是否為標稱的輸出頻率。

2、測試電流強度檢驗

   通過交流電流表A可知儀器輸出的測試電流。

3、準確度檢驗

   接好線路后，進行多次測量，將各次測量結果Zm與標準值ZN比較，檢查各次結果是否在誤差范圍內。

發布時間:2011-8-17 訪問次數:4414