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中性点接地电阻柜电阻值测试影响因素

2021/5/19 21:36:17

  

接地装置有两个重要参数:1、中性点接地电阻柜接地电阻值;2、接地网结构,陈波[1]研究表明,虽然接地网的结构和系统等电位很重要,但是低阻值的接地装置,是设备正常、安全运行的基础。特别是防雷接地,要在瞬间将几十KA的雷电流泄流入大地,接地电阻越小,雷电对地散流越快,雷击后被防雷装置高电位保持的时间就短,由此引发的雷电反击、跨步电压和接触电压机率就会减少,人身及设备的危险性程度减轻。总之接地电阻越小,越好,被保护的对象就越安全。文献[5]对各类防雷建(构)筑物的中性点接地电阻柜接地电阻值的具体数值作出了规定。奚世贵[2]等也指出接地电阻是判定防雷装置性能优劣的重要技术指标之一,是我们防雷检测和防雷工程中判定整个防雷设施是否合格的重要依据。在实际的检测工作中,经常遇到许多影响接地电阻数值的场合,陈波[1],龚家军等[4]研究归纳总结了造成防雷装置接地电阻测量值偏离真值的几大常见原因,本文作者在其研究成果基础上进一步归纳合并一些影响因素,并结合检测工作实际,总结出其四大原因,本文就此进行一些探讨。

    2 影响接地电阻测量的因素

    2.1 测量方法及仪器本身因素

   (1)测量方法因素

    测量接地装置的接地电阻的方法很多,通常有利用接地电阻测试仪测量法、电流-电压表法,电流电力表法、电桥法和三点法等,目前我国常用的是接地电阻测试仪(以下简称地阻仪)测量法。对于地阻仪来说,其工作稳定性是主要因素。从电极布置上又分为三极法和四极法。一般情况下,地阻仪属于三极法,三极法测试接地电阻又分为直线法和夹角法两种布线方式。

    一般情况下,三极法测试接地电阻中被测接地极、仪表的电压极和电流极三者间的相互位置和距离,对于接地电阻测量结果有很大的影响。如果电压极与被测接地极的距离小,则测量的接地电阻值就比实际值小。在施工现场测量建筑物接地电阻,由于相邻建筑物、道路的妨碍,电压、电流极的位置难以按规定的要求布置,往往是哪里能打下电压、电流极就往哪里插,这样做就不能保证测量数据的准确性。

    (2) 仪器自身的因素

在检测大型地网(如电力系统)接地电阻时,电压表与电压辅助地极是串联的[5],其原理公式如下:

                 I= ΔU/(RV + RP)                                 (1)

    式中:ΔU——E、 P两点间的实际电压,单位V;

          I  ——流过电压表的电流,单位A;

          RV——电压表的内电阻,单位Ω;

          RP——E、P两点之间的散流电阻,单位Ω。

    从式(1)可看出,它的内阻大小对测量的准确度有很大影响。理论和实践证明:电压表内阻大于或等于电压极散流电阻的50倍时,误差则会小于2%,测量所用的电压表、电流表、电流互感器等的准确级,不应低于0.5级。使用精度低的仪器当然会使检测数据偏离真值。

    有些检测机构使用了超检的检测仪器,测试出来的数据既不具有法律效力,也会使检测数据偏离真值,偏大偏小要看仪器本身。

    2.2土壤电阻率(ρ)的影响

   (1)土壤含水量

    土壤电阻率很大程度上取决于土壤中的含水量,以及这种水的电阻率,休迈尔经验公式给出以下关系[3]:

ρ=(1.5/P – 0.5)ρ1                    (2)

式中:ρ  ——土壤电阻率,单位Ω.m;

ρ1  ——土壤中水份的电阻率,单位Ω..m;

P   ——土壤中水份占的相对体积。

    一般情况下,ρ1  近似为1。含水量为15%时,电阻率显著低,含水量增加时,电阻率急剧下降。当土壤含水量增加到20%~25%时,土壤电阻率将保持稳定。土壤电阻率这些特性在实际检测工作中有重要的实用意义。所以在旧建筑物的年度检测和新建建筑物的跟踪检测时,经常碰到与上一次测试的电阻值有很大变化,变化率有时可达到40%,这其中就有土壤含水量不同导致土壤电阻率不同的原因。

    (2)季节因素

    我们在进行接地电阻的测试时,同一装置在土壤含水量不变的情况下,会发现在夏季时检测数据和在冬天检测数据不一样。这其中有土壤含水量和土壤温度的原因。当土壤温度升高时,其电阻率下降。一年之中,在同一地方,由于气温和天气的变化,土壤中含水量和温度都不相同,土壤电阻率也不断地在变化,其中以地表层为显著。检测时,我们应在土壤电阻率大时期进行,即在夏季土壤干燥时期和冬季土壤冰冻甚期间进行,所以春夏季的检测数据是比真值偏小的。

    2.3 环境因素的影响

    本文所说的“环境”主要是指接地装置附近的电磁场环境及其他金属物的布置情况。主要分为以下几种情况:

    (1)电力线路的布置

    我们在检测用电部门的电力系统时,发现早期的建筑物结构比较混乱,电力线路接线零乱,有时零地电位差甚至在100V电压以上,导致被测试接地装置有漏电流和杂散电流。由于地阻仪测量时回路一般为小电流,当测量回路中有干扰电流时,就会在测试线路上叠加交流信号,直接影响到接地电阻的测量准确性。漏电流的存在常导致地阻仪读数为零甚至是负值。

   (2)金属管道的布置

    检测中性点接地电阻柜接地电阻时的辅助接地极的放置方向和距离对测量值影响很大,通常表现为随着方向和距离不同,数值也不一样。在检测加油站及液化气站以及高层建筑物接地电阻及静电接地电阻时,埋入地下的金属(油、气)管道和接地装置以及金属器件的布置不是很正确地在建筑图纸上标出。地下金属道貌岸然的存在,实际上改变了测量仪各极的电流方向,如果同一场地存在不同的土壤电阻率,甚至会出现测量值为负值的现象。

   (3)电磁场环境

    检测区域附近有大功率的移动通信、微波、天线等基站时,或检测区域在高压变电所及高压线路,大功率设备频繁起动场所的附近时,会出现较强的电磁场干扰。在检测过程中使用功率较大的对讲机,也会对测试结果有一定的影响。另外在这种电磁环境下,土壤中还会电离出电流,如在沙质土壤地方测试时,会出现测试次数越多,时间越久,测试的中性点接地电阻柜接地电阻越大的现象。

    2.4人为操作因素的影响

    在检测高层建(构)筑物的天面接闪器、电气设备或金属物体等的中性点接地电阻器接地电阻时,测试引线(接地线)从大楼顶接到地面的地阻仪上,测试引线会很长。此时除了要考虑增长的测试线所增加阻抗、感抗和线阻外,还应该考虑在很长的导线所包围的面积里由于干扰信号电流引起的磁通量变化所产生的干扰电动势。有时这个干扰电动势很大,使得测出的接地电阻会产生很大的误差,有时高达几个欧姆。有时,长的测试引线卷成一卷也会增加引线的感抗,使得测量值较真值偏大。

接地导线接触不良也会影响接地电阻测量值。中性点接地电阻柜接地电阻测试仪接地导线与夹子连接处,由于频繁使用,每次都要弯曲,很容易折断,且由于保护套的存在,又很难发现,造成电流时断时通的现象;另外,由于检测棒、鳄鱼夹及探针使用时间长或者检测化工厂等有腐蚀性环境时,有氧化锈蚀现象,会造成接触不良,影响测量值。

    3 消除影响因素的初步探讨

    (1)雷电流活动遵守欧姆定律[7],所以有些防雷专家认为:无论是用直线法或夹角法检测,把地阻仪的电压辅助极、电流极放置在土质均匀(土壤电阻率均匀)、土壤电阻率小的地方,测试所得数据才符合真实、科学原则,能够代表雷电流在通过防雷装置进入地中的实际方同,即测试误差小。测量布线时要特别注意,不要把电压、电流接地极打在地网范围内,否则测试值将小于实际接地电阻值。

在测试大地网时,应使用电压—电流表法[6],使用高内阻的电压表较为合适,以减小由于表自身原因而造成的误差。接地电阻值检测必须使用经过权威机构检定合格的测试仪器,

    (2)每次检查测试都要将情况逐点记录在册,以便与以前和后来检测的数据做比较。不宜在雨天或雨后进行(土壤含水量增高)。在砂石垫层和土壤较为潮湿的地区检测接地电阻时,应该取无雨水时土壤干燥状态下的接地电阻作为标准,而且要进行季节订正。通过订正,使接地电阻在不同季节中,均能真实代表实际数值,在计算接地装置接地电阻时,应取无雨水时大的接地电阻值。为了消除测量误差。所以接地电阻值在一年四季不同季节时,要用公式进行季节修订,

其公式为      R=Ψ×R′                                    (3)

      式中:R′——其实测值,单位Ω;

R  ——其订正值,单位Ω;

Ψ ——季节系数,在没有取得经验数据的情况下,可参考接地电阻季节换算系数简表 :

测试月 2、3月 4、9月 5、6月 7、8月 10、11月 1、12月

系 数 1.0 1.6 1.95 2.4 1.55 1.2

    不能在雨天或土壤很潮湿时检测中性点接地电阻柜接地电阻,在土壤电阻率较高的地区(如岩石、砂砾等地),尤其要注意这个问题。电压、电流接地极应放在潮湿和与大地导电良好的地方,这样测出的接地电阻相对正确一些。

我们在日常接地装置测试工作中,应先对其周围环境做深人了解。检测前,要详细了解被检测地方的地下金属管道的布置情况,不仅要查看接地装置图,还要查看其他地下金属管道的布置图。在土壤电阻率比较均匀的地区,取不同的点进行测量,取平均值,尽量减小误差。

    检测时,调整放线方向,尽量避开干扰大的方向,使仪表读数减少跳动。选择影响尽可能小的地方放置电压、电流极。 当接地引下线有断接卡的地方,应断开进行检测,避免漏电流和杂散电流对检测的影响。在附近有较强磁场情况下测试时,表上读数可能呈周期性摆动,在无法消除干扰情况下,数值取摆动幅度中间的那个值。

    (3)检测人员须经考核合格,持证上岗,严格按照检测规程检测。检测仪器要经常维护,按时检定,不使用超检、带病仪器,检测前要检查仪器的性能是否良好。在检测过程中应有复读程序,不因读数失误而产生错误。电池电量不足,要及时更换电池。为了避免在高电磁场下引线受电磁干扰,应尽量缩短检测引线,引线的材料要使用合格的多股金属线。引线不要卷成卷,尽量散开。

    需要特别注意的是,在日常防雷装置检测工作中,要根据当地雷电的活动规律,作充分地分析研究。一次检测的结果,往往存在着因各种因素形成的偏差。因此,在平时的防雷工作中,做好属地内各处与防雷相关的资料积累,是非常重要的工作。通过对大量的实测数据和测试时的各方面因素分析研究,对某一次测试的结果,作出正确地修正。检测数据应与历年的数据相比较,在地网、地质、检测季节、土壤含水量不变的情况下,每年的检测数据不会相差太大。如果检测的数据与历年相比,波动较大,应查出原因,提高数据的准确度。

  4 结束语

    中性点接地电阻柜接地电阻测值一旦测试不准确,要不就要浪费人力物力财力(测值偏大),要不就会给被保护设备带来安全隐患(测值偏小)。所以在我们工作中一定要正确使用测量仪器,科学制定测量方法,以便得出准确数据。本文提出的以上四个方面的影响因素是日常接地电阻检测中经常碰到的情况,其相应的解决办法可以消除或减小各种影响,具有一定的业务指导性。

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