接地装置工频特性参数的测量导则
DL475—92________________________________________ 中华人民共和国电力行业标准
接地装置工频特性参数的测量导则DL475—92
中华人民共和国能源部1992-11-03 批准1993-04-01 实施
1 主题内容与适用范围
本导则规定了接地装置工频特性参数的测量方法以及减小或消除某些因素对测量结果影响的方法。
本导则适用于发电厂、变电所和杆塔等接地装置工频特性参数的测量，拟建发电厂、变电所和杆塔的场地土壤电阻率的测量。本导则也适用于避雷针和微波塔等其它接地装置工频特性参数的测量。
2 对接地装置工频特性参数测量的基本要求
2.1 在一般情况下尽量用本导则中推荐的方法测量接地装置的工频特性参数，如在测量中遇到困难时，可以由有关单位的负责人决定采用行之有效的方法测量。
2.2 发电厂、变电所和杆塔等接地装置的工频特性参数尽量在干燥季节时测量，而不应在雨
后立即测量。
2.3 通常应采用两种或两种以上电极布置方式(包括改变电极布置的方向)测量接地装置的工频特性参数。有时，还需要采用不同的方法测量，以互相验证，提高测量结果的可信度。
2.4 如条件允许，测量回路应尽可能接近输电线接地短路时的电流回路。
3 发电厂和变电所接地装置的工频接地电阻、接触电压和跨步电压的测量
3.1 发电厂和变电所接地装置的工频接地电阻的测量
3.1.1 测量原理
接地装置工频接地电阻的数值，等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中的工频电流的比值。接地装置的对地电压是指接地装置与地中电流场的实际零位区之间的电位差。图1 是测量工频接地电阻的电极布置和电位分布的示意图，图上点P 是实际零电位区中的一点，实际零电位区是指沿被测接地装置与测量用的电流极C 之间连接线方向上电位梯度接近于零的区域。实际零电位区范围的大小，与测量用的电流极离被测接地装置的距离dGC 的大小、通过被测接地装置流入地中测试电流的大小以及测量用的电压表的分辨率等因素有关。
用电压表和电流表分别测量接地装置G 与电压极P 之间的电位差UG 和通过接地装置流入地中的测试电流I，由UG 和I 得到接地装置的工频接地电阻
(1)
3.1.2 测量工频接地电阻的三极法
三极法的三极是指图2 上的被测接地装置G，测量用的电压极P 和电流极C。图中测量
用的电流极C和电压极P离被测接地装置G边缘的距离为dGC=(4～5)D 和dGP=(0.5～0.6)dGC， D 为被测接地装置的最大对角线长度，点P 可以认为是处在实际的零电位区内。如果想较准确地找到实际零电位区，可以把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向移动
三次，每次移动的距离约为dGC 的5%，测量电压极P 与接地装置G 之间的电压。如果电压
表的三次指示值之间的相对误差不超过5%，则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。
图1 测量接地装置工频接地电阻的
电极布置和电位分布示意图
G—被测接地装置；P—测量用的电压极；C—测量用的电流极；
D—被测接地装置的最大对角线长度
图2 三极法的原理接线图
(a)电极布置图；(b)原理接线图
G—被测接地装置；P—测量用的电压极；C—测量用的电流极；
E —测量用的工频电源；A—交流电流表；V—交流电压表；
D—被测接地装置的最大对角线长度
把电压表和电流表的指示值UG 和I 代入式(1)中去，得到被测接地装置的工频接地电阻RG。
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地增大。
如果在测量工频接地电阻时，dGC 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，dGC 可以取2D 值，而dGP 取D 值；当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时， dGC 可以取3D 值，dGP 取1.7D 值。
如果接地装置周围的土壤电阻率较均匀，也可以用图3 的三角形布置电极的方式测量工
频接地电阻。被测接地装置的工频接地电阻值由下式决定
式中UGP——电压极与被测接地装置之间的电压；
I ——通过接地装置流入地中的测试电流；
a——被测接地装置等效球半径；
DGP，DGC——电压极和电流极离被测接地装置的等效中心的距离；
θ——电压极和接地装置等效中心的连接线与电流极和接地装置等效中心的连接线
之间的夹角。一般取dGP≈dGC=2D，θ≈30°。
当接地装置的最大对角线较小，且工频接地电阻值大于0.5Ω时，也可以用接地电阻测
量仪测量接地电阻，但其电压极和电流极应按前面提到的要求布置。
3.1.3 测量工频接地电阻的四极法
当被测接地装置的最大对角线D 较大，或在某些地区(山区或城区)按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。由于两相导线即电压线与电流线之间的距离较小，电压线与电流线之间的互感会引起测量误差。图4是消除电压线与电流线之间互感影响的四极法的原理接线图。图4 的四极是指被测接地装置G、测量用的电流极C 和电压极P 以及辅助电极S。辅助电极S 离被测接地装置边缘的距离dGS=30～100m。
图3 测量接地装置的工频接地电电阻的三角形布置电极方式
G—被测接地装置；P—测量用的电压极；C—测量用的电流极；
D—被测接地装置的最大对角线长度
图4 四极法测量工频接地电阻的原理接线图
G—被测接地装置；P—测量用电压极；
C—测量用电流极；S—测量用的辅助电极； —工频电源
用高输入阻抗电压表测量点2 与点3、点3 与点4 以及点4 与点2 之间的电压U23、U34
和U42。由电压U23、U34 和U42 以及通过接地装置流入地中的电流I，得到被测接地装置的工频接地电阻
(3)
3.1.4 对测量仪表的要求
为了使测量结果可信，要求电压表和电流表的准确度不低于1.0 级，电压表的输入阻抗不小于100kΩ。最好用分辨率不大于1%的数字电压表(满量程约50V)。
3.1.5 影响工频接地电阻实测值的因素和消除其影响的方法
3.1.5.1 接地装置中的零序电流
在不停电的条件下，接地装置中存在电力系统的零序电流，它会影响工频接地电阻的实测值。零序电流对工频接地电阻实测值的影响，既可以用增大通过接地装置的测试电流值的办法减小，也可以用倒相法或三相电源法消除用倒相法得到的工频接地电阻值
(4)
式中I——通过接地装置的测试电流，测试电压倒相前后保持不变；
——测试电压倒相前后的接地装置的对地电压；
UG0——不加测试电压时接地装置的对地电压，即零序电流在接地装置上产生的电压
降。
把三相电源的三相电压相继加在接地装置上，保持通过接地装置的测试电流值I 不变，则被测接地装置的工频接地电阻值
(5)
式中UGA、UGB 和UGC——把A 相电压、B 相电压和C 相电压作为测试电源电压时接地装置
的对地电压；
UG0——在不加测试电源电压时，电力系统的零序电流在接地装置上产生的电压降；
I——通过接地装置的测试电流。
3.1.5.2 高频干扰电压
当测量用的电压线较长时，电压线上可能出现广播电磁场等交变电磁场产生的干扰电压。如果用有效值电压表测量电压，则电压表的指示值要受高频干扰电压的影响。为了减小高频干扰电压对测量结果的影响，在电压表的两端子上并接一个电容器，其工频容抗应比电压表的输入阻抗大100 倍以上。
3.1.5.3 输电线的避雷线
在许多变电所中，输电线的避雷线是与变电所的接地装置连接的，这会影响变电所接地
电阻的实测值。因此在测量前，应把避雷线与变电所接地装置的电连接断开。
3.1.5.4 通过接地装置的测试电流
通过接地装置的测试电流大，接地装置中的零序电流和干扰电压对测量结果的影响小，同一分辨率的电压表的可测电流场的范围大，即工频接地电阻的实测值的误差小。为了减小工频接地电阻实测值的误差，通过接地装置的测试电流不宜小于30A。
为了得到较大的测试电流，一般要求电流极的接地电阻不大于10Ω，也可以利用杆塔的接地装置作为电流极。
3.1.5.5 运行中的输电线路
尽可能使测量线远离运行中的输电线路或与之垂直，以减小干扰影响。
3.1.5.6 河流、地下管道等导电体
测量电极的布置要避开河流、水渠、地下管道等。
3.2 接触电压和跨步电压的测量
3.2.1 接触电压和跨步电压与接触电势和跨步电势之间的关系
接触电势是当接地短路电流流过接地装置时，在地面上离电力设备的水平距离为0.8m处(模拟人脚的金属板)，沿设备外壳、构架或墙壁离地的垂直距离为1.8m 处的两点之间的电位差(图5)；接触电压是指人体接触上述两点时所承受的电压。
跨步电势是指当接地短路电流流过接地装置时，在地面上水平距离为0.8m 的两点之间的电位差；跨步电压是人体的两脚接触上述两点时所承受的电压。
由图5，得到
式中Ej，Ek——接触电势和跨步电势；
Uj，Uk——接触电压和跨步电压；
Rp——人一个脚的接地电阻；
Rm——模拟人体的电阻，1500Ω。
3.2.2 接触电势、跨步电势、接触电压和跨步电压的测量
图5 测量接触电压和跨步电压的原理接线图
S—电力设备构架；V1 和V2——高输入阻抗电压表；
P—模拟人脚的金属板；Rm—模拟人体的电阻；
G—接地装置；C—测量用电流极
图5 是测量接触电势、跨步电势、接触电压和跨步电压的原理接线图，模拟人的两脚的
金属板是用半径为0.1m 的圆板或0.125m×0.25m 的长方板。为了使金属板与地面接触良好，
把地面平整，撒一点水，并在每一块金属板上放置15kg 重的物体。
取下并接在电压表两端子上的电阻Rm，高输入阻抗(＞100kΩ)的电压表V1 和V2 将分别测量出与通过接地装置的电流I 对应的接触电势和跨步电势；如果在电压表V1 和V2 的两端子上并接电阻Rm(1500Ω)，则电压表V1 和V2 的测量值分别为与通过接地装置的测试电流对应的接触电压值和跨步电压值。
在发电厂和变电所中工作人员常出现的电力设备或构架附近测量接触电压；在接地装置
的边缘测量跨步电压。
在测量接触电压时，测试电流应从构架或电气设备外壳注入接地装置；在测量跨步电压
时，测试电流应在接地短路电流可能流入接地装置的地方注入。
发电厂和变电所内的接触电压和跨步电压与通过接地装置流入土壤中的电流值成正比。
当通过接地装置入地的最大短路电流值为Imax 时，对应的接触电压和跨步电压的最大值分别为
式中I、Uj 和Uk——测量时通过接地装置的测试电流以及对应的接触电压和跨步电压的实测值。
图6 测量输电线杆塔接地电阻的原理接线图
(a)电流极和电压极的布置图； (b)原理接线图
G—被测杆塔的接地装置；P—测量用的电压极；C—测量用的电流极；
M—接地电阻测量仪；l—接地装置的最大射线长度
4 输电线杆塔接地装置的接地电阻的测量
输电线杆塔接地装置接地电阻的测量方法的原理与发电厂和变电所接地装置接地电阻
的测量方法的原理基本相同，但由于输电线杆塔离城乡较远，没有交流电源，输电线杆塔的
接地电阻一般是用接地电阻测量仪测量。
图6 是用接地电阻测量仪测量输电线杆塔接地电阻的原理接线图，电压极P 和电流极C
离杆塔基础边缘的直线距离dGP=2.5l 和dGC=4l，l 为接地装置的最大射线的长度。
当发现接地电阻的实测值与以往的测量结果有明显的增大或减小时，应改变电极的布置
方向，再测量一次。
测量杆塔的接地电阻时，应把杆塔与接地装置的电联接断开，应避免把测量用的电压极
和电流极布置在接地装置的射线上面，测量用的电流极和电压极应与土壤接触良好。
5 土壤电阻率的测量
5.1 单极法
测量土壤电阻率的单极法是指在被测场地打一单极的垂直接地体(图7)，用接地电阻测
量仪测量得到该单极接地体的接地电阻值R，然后由下式得到等效土壤电阻率
(12)
单极接地极的直径d 应不小于1.5cm，长度应不小于1m。
图7 单极法测量土壤电阻率的示意图
d—单极接地体的直径；h—单极接地体的长度
图8 四极法测量土壤电阻率的原理接线图
C1 和C2—测量用的电流极；P1 和P2—测量用的电压极；M—接地电阻测量仪；
h—测量电极的埋设深度；a—测量电极之间的距离
单极法只适用于土壤电阻率较均匀的场地。
5.2 四极法
图8 是测量土壤电阻率的四极法的原理接线图，两电极之间的距离a 应等于或大于电极
埋设深度h 的20 倍，即a≥20h。由接地电阻测量仪的测量值R，得到被测场地的视在土壤
电阻率ρ=2πaR (13)
测量电极建议用直径不小于1.5cm 的圆钢或＜25×25×4 的角钢，其长度均不小于40cm。
被测场地土壤中的电流场的深度，即被测土壤的深度，与极间距离a 有密切关系。当被测场地的面积较大时，极间距离a 应相应地增大。
为了得到较合理的土壤电阻率的数据，最好改变极间距离a，求得视在土壤电阻率ρ与极间距离a 之间的关系曲线ρ=f(a)，极间距离的取值可为5、10、15、20、30、40m、⋯，最大的极间距离amax 可取拟建接地装置最大对角线的三分之二。
5.3 注意事项
5.3.1 地下管道的影响
在靠近居民区或工矿区，地下可能有水管等具有一定金属部件的管道。如果测量电极布置不恰当，则地下管道会影响测量结果。在地下有管道的地方，应把电极布置在与管道垂直的方向上，并且要求最近的测量电极(电流极)与地下管道之间的距离不小于极间距离。
5.3.2 土壤结构不均匀性的影响
土壤结构不均匀性对视在土壤电阻率有很大的影响，测量电极不应在有明显的岩石、裂缝和边坡等不均匀土壤上布置。为了得到较可信的结果，可以把被测场地分片，进行多处测量。
____________________________
附加说明：
本导则由能源部科技司提出。
本导则由能源部高电压试验技术标准化技术委员会归口并起草。
本导则的主要起草人：蒋德福、杨善、张金玉。 | 
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发表于 2005-12-25 18:38:00
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