近期雷暴灾害，如何选购接地阻抗测试仪

概述：
BYJD-5A接地阻抗的测试仪

接地阻抗测量中的下列问题进行探讨：

相关规程

影响测量的因素及其对策

对测量仪器的要求

常见问题及解答

常见各类测量仪器的原理及优缺点

如何检验测量仪器

一、相关规程

   我国关于接地阻抗测试的相关规程有：国家标准GB/T17949.1-2000《接地系统的土壤电阻率，接地阻抗和地面电位测量导则》，电力行业标准 DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》。

二、影响接地阻抗测量的因素及其对策

现有测量方法的导出是基于以下两个假设：1、土壤电阻率均匀；2、接地装置为半球体。实际情况是这两个条件一个也满足不了。因此实际测量时应尽量向这两个条件靠拢，这两个条件满足的越好则测量结果越准确。掌握了这一原则，很多现场问题可迎刃而解。

1、土壤电阻率不均匀的影响

    土壤电阻率的不均匀必然带来方法误差，且无法消除。实际测量时应尽量朝土壤电阻率相对均匀的方向放线。由于表层土壤电阻率一般比底层高，因此辅助接地桩也要相应埋入一定的深度。

2、地网形状的影响

   实际地网一般不是半球体，因此也会带来方法误差。辅助电极地网的距离越远，此项误差越小。因此实际测量中，电流极应布置得尽量远，通常电流极与被试接地装置边缘的距离应为被试接地装置最大对角线长度D的4倍以上。

3、电流线和电压线互感的影响

    电压线和电流线存在互感，测试电流在电压回路感应出电压，因此测量结果包含了互感部分。减小互感影响的最好办法是采用夹角（如3O°）布线，或者平行布线时增大电压线与电流线间的距离，或者根据现场布线情况估算出互感系数M，再将其影响从测量结果中扣除1。另外，采用架空线路的两相作试验引线时互感很大，带来的测量误差也很大，故不宜采用。

    有人曾提出使用功率表法（或相位角法）来消除互感的影响。事实上，由于地网存在电感，接地阻抗(但习惯上仍称之为接地电阻)是由电阻和电抗两部分组成，因此此法在消除互感影响的同时也将地网电抗排除在外，使得测量结果偏小。

4、现场干扰的影响

    实际测量时会受到现场工频及其谐波干扰，还有无线电射频干扰。工频及其谐波干扰主要是由系统零序电流和谐波电流在地中分布引起，另外高压线路也可通过电容耦合到测量回路造成干扰，输电线路中的工频电流也可通过互感耦合到测量回路而造成工频干扰。由于电压测量端是高阻输入端，更易受到干扰。一般工频干扰电压在10V左右，有时甚至高达30V。工频干扰电流一般在2A以下。

    抑制现场干扰影响的方法有：大电流法、倒相法、异频法。

大电流法通过加大测试电流来提高提高信噪比从而减小测量误差，这种方法由于采用了很大的测试电流（一般不小于50A），使得设备非常笨重、布线劳动量大、耗时耗力，且抑制干扰效果并不理性。例如，对于接地阻抗为0.5Ω的地网，采用50A电流测试时信号电压为25V，10V工频干扰电压引起的最大误差为40%

倒相法、三相电流测试法等抗干扰措施在理论上可以消除外界工频干扰的影响，但长期实践经验表明，其效果并不理想。究其原因，此类抗干扰措施的假设前提条件是：外界干扰是纯正的工频正弦波，且在测试期间保持稳定不变，显然，实际系统情况并非如此。总之，由于工频电流法的试验电流的频率与外界工频干扰的频率相同，同频率的外界工频干扰信号难以被剔除，再加上干扰信号中的谐波、高频和直流等成分的影响，必然导致测量结果出现很大误差。

为了有效解决现场干扰对接地阻抗测量的影响，美国国家标准ANSI／IEEE 81：1983中较早提出了异频法，即注入电流的频率不同于电网频率。中国在2OOO年发行的新版国标中引用了该标准。采用异频法，不仅解决了地中零序电流的干扰，而且高频干扰、带电运行线路的干扰也迎刃而解。异频法是通过改变测试电流的频率来避开工频干扰，由于信号频率与干扰频率不同，就可以通过成熟的软硬件滤波技术来滤除干扰的影响。综合起来，异频法具有以下优点：（1）电流极引线采用小线径导线即可。与传统测量方法相比，极大地减少了导线成本，降低了布线时的劳动强度；（2）测量时只向地网注入很小的电流（通常小于10A），对系统的安全运行没有影响，可在不停电情况下使用。（3）具有极强的抗干扰能力。由于具有这些优点，异频法测试已被国内外专家广泛接受和采用。

三、对测量仪器的要求

接地阻抗测试仪是测量接地装置的接地阻抗的专用仪器，使用它可极大地方便现场测量，降低人为误差。良好的接地阻抗测试仪应满足以下几点要求：

1、可输出频率为40～60Hz的正弦波测试电流，以满足工频等效性要求。

接地阻抗是复数阻抗，它不仅包含电阻分量，还包含与频率有关的电抗分量。因此测试频率对测试结果有较大影响，测试频率与工频（50Hz）相差愈大则测量误差愈大。为此，我国新标准DL/T475-2006规定了测试频率应在40～60Hz之间。

２、具有较高的阻抗测量精度和稳定性。

３、具有良好的抗干扰能力，包括对工频干扰及其谐波和射频干扰的抑制。

四、常见问题及解答

    1、针对某一具体的接地装置（包括地网），应采用什么方法并选用什么样的仪器进行测量？

    解答：推荐使用采用异频法原理的接地阻抗测试仪进行测量。应根据现场干扰大小和要求的测量精度来确定所需的测量仪器。对于大型地网，规程DL/T475-2006推荐采用异频法测试时的测试电流为3A～20A，测试频率应为40～60Hz.对于杆塔，可采用较小的测试电流。

    不推荐使用接地摇表或者钳形接地表进行测试，理由请参见本文中的“常见的各种测量仪器的优缺点”。

    2、测试电流是否越大越好？

解答：测试电流并非越大越好，测试电流满足实际抗干扰要求即可。测试电流越大，要求的测试电流线也越粗，导线成本也越大，同时布线更加费时费力，而且由于向地网注入的电流大而引起地电位升高，可能会影响系统的安全运行。

3、选购测量仪器时应该考虑仪器的哪些技术指标？

解答：应重点考虑仪器的测量精度和量程、抗干扰能力、测试频率和输出电流波形，其次是输出电流大小。

4、应如何检验测量仪器？

解答：请参见本文中的“如何检验测量仪器”。

    5、为何用同一台仪器进行多次测量，而各次结果相差很大？

    解答：主要是仪器抗干扰能力不强引起，现场干扰的随机性引起仪器测量结果的不稳定。

    6、为何同一地网、相同的布线，用不同型号的仪器测量结果不一样有时甚至相差很大？到底应该相信哪个结果？

    解答：可能原因有：

   （1）不同型号的仪器测量精度不一样。

   （2）不同仪器采用的测试频率不一样。由于接地阻抗不仅有电阻分量，还含有与频率相关的电抗分量，故不同的测试频率可导致不同的结果。

   （3）有的仪器存在设计上的缺陷。如有的仪器在辅助电流极接地较大时测量不准确，而通常实验室检验仪器时并未加入电流极模拟电阻Rc。

   （4）不同仪器的抗干扰能力不一样，有的仪器在现场干扰大时测量不准确。

    遇到这种情况时现场测试人员往往不知道该相信哪个仪器的测量结果，有的甚至仅凭直觉来判断，有的用少数服从多数的原则，这些都不是科学的方法。正确的方法应该是对仪器进行严格的检验，包括抗干扰能力试验、电流极电阻Rc模拟试验等，显然我们应相信在各种条件下均能准确测量的仪器。

    7、为何同一接地网向不同的方向放测量线，其测试结果有差别，特别是在山区地形这种现象很突出？

    解答：出现这种情况的主要原因是不同方向的土壤电阻率不一样。还有一种原因就是：由于地网形状的不规则导致从不同方向放线时电流极至地网中心的距离或者电位极至地网边缘的距离不一样。

    8、为何有时发现辅助接地极打入地下深度不一样时测量结果不一样，辅助接地极到底应该打多深？

    解答：如前述，现有测量接地阻抗的方法基于两个假设，其一是土壤电阻率均匀，即处处相同。但是实际土壤往往是分层结构，不同深度的土壤电阻率不同，特别是土壤表层由于干燥通常电阻率很大，当接地桩打入较浅时测量结果误差很大。推荐的辅助电极埋入地下深度应与被测地网的埋深相当。

    9、应该如何根据现场布线？如何确定电流极和电压极位置？

解答：首先应根据现场确定布线方向。在现场条件允许时尽量采用30°夹角法。

再根据地网的最大尺寸D确定电流极C的位置，电流极C距地网中心的距离dCG应大于4D，更远的距离更好。

最后根据dCG和布线角度来确定电位极的位置P。

五、常见的各种测量仪器的优缺点

目前市场上测量接地阻抗的仪器仪表很多，根据测量原理大致可分为三类：钳形接地电阻测试表（以下简称钳形表）、接地摇表、异频接地阻抗测试仪。

1、钳形表。

钳形表利用互感器原理，将测试回路等效为单匝线圈，它测量的实际上是整个回路的阻抗。其优点是不需布线，测试简单。

钳形表测量的并非杆塔的接地阻抗Zg，而是整个回路阻抗Z回路，回路阻抗可近似看着由接地阻抗Zg、线路阻抗Z导线和其他杆塔的并联接地阻抗Z‖组成，一般可写成下面的近似式子：

Z回路 = Zg + Z导线 + Z‖

由上式可知，只有在Z导线 + Z‖很小时，钳形表的测量值才近似等于被测接地阻抗值Zg。

另外，钳形表采用的测试频率过高，一般在100Hz以上，有的甚至达到1kHz，如此高频率下测得的阻抗显然与要求的50Hz下阻抗相差甚远。

钳形表还有一个缺点就是测量精度差，一般只能分辨到0.1Ω，这是由于其测试电流过小所至。

鉴于这些缺点，钳形表不能用于中大型地网的测试，最多只能用于杆塔接地阻抗的粗测。

2、接地摇表。

以ZC-8型为代表的接地摇表具有体积小、便于携带的优点，然而其缺点也十分明显，主要有：

（1）它是根据测量纯电阻的原理设计，测量带有电抗分量的接地阻抗时必然不准确。

（2）由于靠手摇发电，输出的测试电流频率通常在100Hz以上且不稳定，故无法满足接地阻抗测量的频率要求。

（3）接地摇表无抗干扰措施，现场较小的干扰就会带来较大的误差。

 总之，接地摇表属于淘汰产品，不推荐继续使用。

3、异频接地阻抗测试仪。

如本文第二节所述，异频法具有诸多优点，是测量各类接地装置（特别是大、中型地网）的接地阻抗的最佳方法。异频接地阻抗测试仪利用异频法原理，集异频电源、输出隔离、电流电压信号采集与滤波电路、微电脑、数字滤波器、人机接口等于一身。

异频接地阻抗测试仪的关键技术是变频电源技术和抗干扰技术。

六、如何检验测量仪器

本节将讨论如何检验接地阻抗测试仪，由于异频法的优越性和广泛使用，本文只讨论异频接地阻抗测试仪的检验问题。

选择接地阻抗测试仪应重点注意仪器的以下技术指标：

1、仪器是否能测试仪各类接地装置的工频接地阻抗、接触电压、跨步电压、转移电位、场区地表电位梯度等工频特性参数以及土壤电阻率。

2、测试电流波形和频率、输出电流能力、测量精度、量程、抗干扰能力等。

仪器的检验应从以下几个方面进行：

1、测试电流频率和电流波形检验

   将干扰电压和干扰电流调节到零，启动仪器进行测量，通过示波器观察电流波形是否为正弦波，测量频率是否为标称的输出频率。

2、测试电流强度检验

   通过交流电流表A可知仪器输出的测试电流。

3、准确度检验

   接好线路后，进行多次测量，将各次测量结果Zm与标准值ZN比较，检查各次结果是否在误差范围内。

发布时间:2011-8-17 访问次数:4306