接地电阻的原理和测试方法

随着时间的推移，具有高湿度和含盐量以及高温的腐蚀性土壤会降低接地棒及其连接。因此，虽然最初安装时接地系统的接地电阻值较低，但如果接地棒被腐蚀，接地系统的电阻会增加。

接地电阻测试仪是帮助您保持正常运行时间不可或缺的故障排除工具。建议至少每年检查一次所有接地和接地连接，作为正常预测性维护计划的一部分。如果在这些定期检查期间测量的电阻增加超过20％，技术人员应调查问题的根源并通过更换或添加接地棒的接地棒进行校正以降低电阻。

什么是接地？
接地实际上包括两个不同的主题：接地和设备接地。接地是从电路导体（通常是中性线）到放置在地球中的接地电极的有意连接。设备接地可确保结构内的操作设备正确接地。
除两个系统之间的连接外，这两个接地系统必须分开。这可以防止电压可能因闪电而发生闪络。接地的目的是为故障电流，雷击，静电放电，EMI和RFI信号以及干扰的消散提供安全通道。


什么会影响接地电阻？
四个变量影响地面系统的接地电阻：接地电极的长度或深度; 接地电极的直径; 接地电极的数量和接地系统的设计。

接地电极的长度/深度
更深地驱动接地电极是降低接地电阻的非常有效的方法。土壤的电阻率不一致，可能无法预测。通过使接地电极的长度加倍，电阻水平通常可以再降低40％。例如，在由岩石组成的区域中，有时不可能更深地驱动接地棒。在这些情况下，包括接地水泥的替代方法是可行的。

接地电极的直径
增加接地电极的直径对降低电阻的影响非常小。例如，您可以将接地电极的直径加倍，并且您的电阻仅会降低10％。

接地电极数量
使用多个接地电极提供了另一种降低接地电阻的方法。一个以上的电极被驱动到地中并且并联连接以降低电阻。为了使附加电极有效，附加杆的间距必须至少等于从动杆的深度。
接地电极的影响范围将相交，如果没有适当的间距，电阻将不会降低。表1提供了各种接地电阻，可以用作经验法则。
表1：作为经验法则使用的接地电阻。

地面系统设计
简单的接地系统包括一个驱动到地面的单个接地电极。使用单个接地电极是最常见的接地形式。复杂接地系统包括多个接地棒，连接，网状或网格网络，接地板和接地回路。
这些系统通常安装在发电变电站，中央办公室和手机塔站点。复杂的网络显着增加了与周围地球的接触量和较低的接地电阻。

土壤电阻率测量
在确定新装置（绿色现场应用）的接地系统设计时，土壤电阻率是必要的，以满足您的接地电阻要求。理想情况下，您会找到阻力最小的位置。使用更精细的接地系统可以克服恶劣的土壤条件。土壤成分，水分含量和温度都会影响土壤的电阻率。土壤很少是均质的，其电阻率会因地理位置和深度而异。水分含量随季节变化，根据地球子层的性质和永久地下水位的深度而变化。建议将接地棒放置在尽可能深的土壤中，因为土壤和水通常在较深的地层中更稳定。

计算土壤电阻率：
此处描述的测量程序使用Wenner方法并使用以下公式：
ρ  =2πAR
哪里：
ρ  =土壤电阻率与土壤深度A的平均值：欧姆 - 厘米。
π = 3,1416。
A =电极之间的距离，单位为cm。
R =来自测试仪器的测得的电阻值，单位为欧姆。

测量土壤阻力
为了测试土壤电阻率，连接地面测试仪，如图1所示。四个接地桩在土壤中以直线定位，彼此等距。地面桩的距离应至少比桩深大三倍。HT5600接地测试仪通过两个外部接地桩产生已知电流，并测量两个内部接地桩之间的电压降。测试仪使用欧姆定律（V = IR）自动计算土壤阻力。


图1：测试无桩方法中的电流路径
始终建议进行额外的测量，其中桩的轴旋转90 °，因为测量结果经常被地下金属，地下含水层等扭曲和无效。
产生的轮廓可以通过多次改变深度和距离来确定合适的接地阻力系统。土壤电阻率测量经常因地电流及其谐波的存在而受到破坏。

潜在的跌落测量
潜在的测试方法用于测量接地系统或单个电极从现场消散能量的能力。必须断开感兴趣的接地电极。然后将测试仪连接到接地电极。然后，将两个接地桩直接放置在土壤中 - 远离接地电极，以进行潜在测试的3极下降。20米的间距通常就足够了。

放置赌注
必须将探头放置在被测接地电极和辅助接地的受影响范围之外，以便在执行3极接地电阻测试时达到最高精度，或者有效阻力区域将重叠并使任何无效测量。

表2是用于设定探头（内桩）和辅助地（外桩）的指南。将内桩（探头）重新定位在任一方向1米处并进行新的测量以测试结果的准确性并确保地桩不在影响范围内。如果读数有显着变化（30％），则应增加被测接地棒，内桩（探头）和外桩（辅助接地）之间的距离，直到重新定位时测量值保持相当稳定。内部桩（探针）。
无法测量
HT5600接地电阻测试仪可以仅使用电流钳来测量多接地系统的接地回路电阻。这种测试技术消除了断开平行接地的危险步骤，以及寻找辅助接地桩合适位置的过程。
您还可以在之前未考虑过的地方进行地面测试：建筑物内部，电力挂架或任何无法接触土壤的地方。
使用这种测试方法，在接地棒或连接电缆周围放置两个夹具，每个夹具连接到测试仪（见图2）。根本没有使用地球桩。通过一个钳位感应已知电压，并使用第二钳位测量电流。测试仪自动确定此接地棒的接地回路电阻。如果只有一条接地路径，则无桩方法将无法提供可接受的值，并且必须使用电位下降测试方法。接地测试仪的工作原理是并联/多接地系统，网络与任何单一路径（被测试路径）相比，所有接地路径的电阻都将极低。因此，所有平行返回路径电阻的净电阻实际上为零。无法测量仅测量与接地系统并联的各个接地棒电阻。如果接地系统与地面不平行，则要么是开路，要么是测量接地回路电阻。


图2：无桩方法的设置

接地阻抗测量
在尝试计算发电厂中可能存在的短路电流和其他高压/电流情况时，确定复杂的接地阻抗非常重要，因为阻抗将由电感和电容元件组成。因为在大多数情况下已知电感率和电阻率，所以可以使用复杂的计算来确定实际阻抗。
由于阻抗与频率有关，因此HT5600使用55 Hz信号进行此计算，使其尽可能接近电压工作频率。这可确保测量值接近真实工作频率下的值。测试高压输电线路的电力技术人员对两件事感兴趣。雷击时的接地电阻和线路中特定点短路时整个系统的阻抗。在这种情况下，短路意味着有源线断裂并接触塔的金属网格。

在中央办公室
在对中心局进行接地审核时，需要进行三种不同的测量。
在测试之前，找到中心局内的主接地条（MGB）以确定接地系统的类型。MGB将有接地线连接到多接地中性线（MGN）或进线服务，地面场，水管和结构钢或建筑钢（见图3）。


图3：典型中央办公室的布局
首先，对来自MGB的所有个别地面进行无桩测试（见图4）。目的是确保所有接地都连接在一起，尤其是MGN。重要的是要注意，您不是要测量单个电阻，而是测量被钳位的电阻。连接接地测试仪以及每个连接周围放置的感应夹和感应夹，以测量MGN，地面场，水管和建筑钢的回路电阻。其次，对整个地面系统进行3极电位下降测试，连接到MGB（见图5）。为了到达远程地球，许多电话公司使用不到一英里的未使用的电缆对。记录测量值并至少每年重复一次该测试。


图4：中央办公室的无证测试
第三，使用接地测试仪的选择性测试来测量地面系统的各个电阻（见图6）。连接测试仪。测量MGN的电阻; 该值是MGB特定腿的阻力。然后测量地面场。该读数是中心局地面的实际电阻值。


图5：对整个地面系统进行3极电位下降测试
现在转移到水管并重复建筑钢的阻力。您可以通过欧姆定律轻松验证这些测量的准确性。计算出的各个支腿的阻力应等于给定的整个系统的阻力（允许合理的误差，因为可能无法测量所有的地面元素）。


图6：使用选择性测试测量地面系统的各个电阻
这些测试方法为中央办公室提供了最准确的测量方法，因为它可以为您提供单独的阻力及其在地面系统中的实际行为。虽然准确，但测量结果不会显示系统如何作为网络运行，因为在雷击或故障电流的情况下，一切都已连接。

附加测试
首先，对MGB上的每条腿进行3极电位下降测试并记录每次测量。再次使用欧姆定律，这些测量应该等于整个系统的电阻。根据计算，您将看到您的总R E值在20％到30％之间。

表2：设置内部和外部桩的指南

最后，使用选择性无桩方法测量MGB各腿的阻力。它的作用类似于无桩方法，但我们使用两个独立夹具的方式不同。我们将电感电压钳放在电缆周围的MGB上，由于MGB连接到与地球系统平行的输入电源，我们已经达到了这个要求。
将传感夹放在接地电缆周围，通向地面。当我们测量电阻时，这是地面场的实际电阻加上MGB的平行路径。因为它应该是非常低的欧姆，它应该对测量的读数没有实际影响。对于接地棒的其他支腿，例如水管和结构钢，可以重复该过程。要通过无桩选择性方法测量MGB，将感应电压钳放在水管周围（因为铜水管应具有非常低的电阻），并且您的读数将仅为MGN的电阻。

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