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工频接地电阻测量方法

时间:2018-05-18 14:43:01        阅读:116
文章标题:工频接地电阻测量方法关  键 词:工频,接地,电阻,试验方法概      述:本文主要介绍了测量工频接地电阻的基本原理和常用的测量方法及接线。
       一、测量接地电阻的基本原理
       根据接地电阻的意义,接地电阻是电流I经接地体流入大地时接地电位UI的比值。因此,为了测量接地电阻,首先在接地体上注入一定的电流。如图1-1所示。
       为简化计算,设接地体为半球形,在距球心X处的球面上的电流密度为
              J=1/2πX2
       式中 J——距球心为X处的球面上电流密度,A/m2;
               I——接地体入地的电流;
               X——距球心的距离。
三极法测量接地电阻的试验接线
图1-1 三极法测量接地电阻的试验接线
       我们知道,电场强度E=Jρ,ρ为土壤电阻率而电场中任意两点间的电位差,等于电场强度在两点之间的线积分。设无穷无远处的电位为零,所以距离接地体球心x(x,rg)处所具有的电压为
              U=∫x-Edx=∫x(-ρ/2πx2)dx=(ρι/πx)x        (15-9)
       由式(15-9)可知,电极1、2、之间出现的电位差为
              U'=Iρ/2π(1/rg-1/d12)        (15-10)
       电极3使1、2、之间出现的电位差为
              U”=Iρ/2π(1/d23-1/d13)        (15-11)
       1、2电极之间的总电位等于U'与U”之和,即
              U=U'+U”=Iρ/2π(1/rg-1/d12+1/d23-1/d13)
       即因此1、2极之间呈现的电阻Rg为
              Rg=U/I=ρ/2π(1/rg-1/d12+1/d23-1/d13)        (15-13)
       接地体1的接地电阻实际值为
              R=ρ/2πrg        (15-14)
       式中 R——接地体的实际电阻;
               rg——接地体的半径;
       要使测量的接地电阻Rg,等于接地体的实际接地电阻R,就必须使式(15-13)和式(15-14)两式相等,即
              1/d23-1/d12-1/d13=0
       当接地体为半球形,球形中心位已知,土壤的电阻率一致,镜像的影响忽略不计的情况下,电压极放在电流与被测接地体两者之间,距接地体0.618d13处,即可测得接地体的真实接地电阻值,此方法称为0.618法或补偿法。
       但实际情况与此有出入,如接地体几乎没有半球形,大多数为管状、带状以及由管带形成的接地网。测量结果的差别程度随极间距离d13的减小而增大。但不论接地体的形状如何,其等位面距其中心越远,其形状就越接近半球形,并在论证一个电极作用时,忽略了另一个电极的存在,也只在极距d13足够大的情况下才真实。
       实际的地网基本上是网格状,它介于圆盘和圆环两者之间,用上述论证方法,可以证明当接地体的圆盘(圆盘半径为r),电极布置采用补偿法时,其测量误差ξ
              ξ=2r/π[1/d23-1/d13-(1/r)sin-1r/d12)]        (15-16)
       将不同的d13代入式(15-13)可求得相应的测量误差,如表1-1所示,表中D为圆盘直径。
表1-1 采用不同电极距离测量圆盘接地体接地电阻
电极距离d13 5D 4D 3D 2D D
误差ξ(%) -0.057 -0.089 -0.216 -0.826 -8.2
       由表1-1看出,用2D补偿法测量圆盘接地体的接地电阻时,其误差比较小(小于1%)。
       如果地网是环形接地体,同理可证明,若采用补偿法,当接地导体的直径d=8mm,地网半径r=40m时,取不同的d13值,其相应的测量误差ξ,按式15-16计算的结果如表1-2所示。
表1-2 用不同电极距离(d13)测量圆环接地体接地电阻误差ξ(%)
D13 5D 4D 3D 2D
ξ(%) -0.0322 -0.0595 -0.138 -0.498
       由表1-2看出,用2D(为圆环直径)补偿法测量圆环接地体的接地电阻时,其误差亦小于1%。所以对于实际的接地网,用2D补偿法测量接地电阻的误差均在1%以下。此时测量电极的布置是电流极距离地网中心d13=2D,电压极距地网中心是d12=0.618d13=1.235D。DL475—92《接地装置工频特性参数的测量导则》规定:当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时,为了得到较为可信的测试结果,建议把电流极离被测接地装置的距离增大,例如增大到10km,同时,电压极离被测接地装置的距离也相应增大。
       如果在测量工频接地电阻时,d13取(4-5)D值有困难,那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时,d13可以取2D值,d12取D值;当接地装置周围的土壤电阻不均匀时,d13可以取3D值,d12取1.7D值。
       二、测量方法及接线
       测量接地电阻的方法最常用的有电压、电流法,比率计法和电桥法。对大型接地装置如110kV及以上变电所接地网,或地网对角线D≥60m的地网不能采用比率计法和电桥法,而应采用电压、电流表法,且施加的电流要达到一定值,测量导则要求不宜小于30A。
       (一)电压、电流法
       采用电压、电流法测量接地电阻的试验接线如图1-2所示。这是一种常用的方法。施加电源后,同时读取电流表和电压表值,并按下式计算接地电阻,即
              Rs=U/I        (15-17)
       式中 Rs——接地电阻,Ω;
               U ——实测电压,V;
               I ——实测电流,A。
电压电流法测接地电阻的试验接线
图1-2 电压电流法测接地电阻的试验接线
T1-隔离变压器;T2-变压器;1-接地网;
2-电压极;3-电流极
       图1-2中,隔离变压器T1可使用发电厂或变电所的厂用变或所用变50~200KV,把二次侧的中性点和接地解开,专作提供试验电源用;调压器T2可使用50~200KVA的移圈式或其它形式的调压器;电压表PV要求准确级不低于1.0级,电压表的输入阻抗不小于100kΩ,最好用的分辨率不大于1%的数字电压表(满量程约为50V);电流表PA准确级不低于1.0级。
       1、电极为直线布置
       发电厂和变电所接地网接地电阻采用直线布置三极时,其电极布置和电位分布如图1-3所示,其原理接线如图1-4所示。
测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图
图1-3 测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图
       直线三极法是指电流极和电压极沿直线布置,三极是指被测接地体1、测量用的电压极2和测量用的电流极3。一般,d13=(4~5)D,d12=(0.5~0.6)d13,D为被测接地装置最大对角线的长度,点2可以认为是处在实际的零电位区内。
       实验步骤如下:
       (1)按图1-2接好试验接线,并检查无误。 
       (2)用调压器升压,并记录相对应的电压和电流值,直之升到预定值,比如60A,并记录对应的电压值。
       (3)将电压极2沿接地体和电流极方向前后移动三次,每次移动的距离为d13的5%左右,重复以上试验;三次测得的接地电阻值的差值小于5%时即可。然后三个数的算术平均值,作为接地体的接地电阻。
       如令λ=d12/d13,取λ=0.5时,λ2=0.7时,分别测得接地体的接地电阻为Rg1、Rg2、Rg3,则接地体的接地电阻Rg
              Rg=2.16 Rg1-1.9Rg2+0.73Rg3               (15-18)
三极法的原理接线图
图1-4 三极法的原理接线图
       如果d13取4-5D有困难时,在土壤电阻率较为均匀的地区可取d13=2D,d12=1.2D;土壤电阻率不均匀的地区可取d13=3D,d12=1.7D
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