论文部分内容阅读
摘要：接地电阻的测试工作是电力系统安全性能测试的重要环节，应付较为复杂的工作环境、对接地电阻进行充分的测试，可以使电力系统保持稳定的运行状态。本文提出由供电电源接地线和接地接线柱组成测量环路，在环路中部署电阻测量设备进行接地电阻的测量，对于所有高层建筑的接地电阻测试具有一定的应用价值。
关键词：计量校准测试实验室；接地电阻；导电测量环路；测试
引言：
计量校准测试实验室作为相关计量仪器检定校准的工作场所，需要通过精密、标准的测量来检测出相应的接地电阻，所以对测量仪器和电力系统等环境要求较高，需要电力系统保持稳定的状态，这就需要做好仪器设备接地的工作。目前大多数计量校准测试实验室都可以按照相应的规范进行设备的接地工作，但是由于环境的复杂性没有相应的接地电阻测试方案，所以对于后续接地的效果并不能及时获悉。当接地电阻达到一定程度时，会因为干扰影响测量仪器的精度，所以研究接地电阻的测试方法十分必要。
1.计量校准测试实验室接地电阻系统概述及技术要求
1.1接地系统概述
在实验室中，将仪器设备做好接地工作可以对外来的电磁干扰、电流泄漏和电磁的耦合进行较好的抑制，避免因为这些干扰对仪器的精密性造成影响，这样可以提高测量设备的精度，也可以保证仪器设备安全运行，避免安全事故的发生。
接地电阻就是指电流从接地装置到大地再到扩散的整个过程中遇到的电阻，整个接地系统由以下四部分组成：散流电阻、接触电阻、接地体电阻以及引线电阻。其中引线电阻因为导线的导电性较好，基本上可以忽略不计；接地体电阻指地桩本身的电阻，它包含了自然接地和人工接地两部分，自然接地是指建筑物搭建过程中钢筋框架会分担一部分接地，而人工接地时指专门为了设备接地而在地下埋入的钢管、圆钢、扁钢等接地体；接触电阻指接地体与混凝土之间接触的电阻，受混凝土组织成分和密度影响较大；散流电阻是指电流在接地体接地后进行扩散，在扩散中受到的电阻，该电阻的变化幅度较大，随着环境的不同、温度湿度的不同都会进行相应的变化。
1.2接地系统分类和技术要求
接地系统有工作接地和保护接地两种，工作接地是指在保证电力系统中接地回路电阻较小，保证系统中各设备可以不受外界电流、电磁的干扰，保证设备的可靠运行。工作接地又分为直流工作接地和交流工作接地，直流工作接地要求电阻小于1Ω，交流工作接地要求电阻小于5Ω，如果电阻大于要求值，说明接地效果不好。
保护接地是指做好设备内部绝缘的保护，避免因为绝缘层损坏造成的漏电或因为感应电荷逐渐积累造成的漏电，所以将带电部分与不带电部分进行良好的分隔，可以做到对接地系统进行良好的保护。保护接地系统分为很多种，包括外壳安全接地、静电安全接地、屏蔽接地、防雷接地等，其中安全接地的接地电阻要小于5Ω，防雷和屏蔽接地的接地电阻要小于10Ω。
2.实验室接地电阻的测试
2.1 接地电阻测试的难点
在进行接地电阻测试时，有以下几个难点使测试变得很复杂：
2.1.1测试条件较为复杂
对接地电阻进行测试时，因为一端是埋在地下的，所以不能进行完整接地体的电阻测量，也不能直接测量电阻，同时因为电流接地后会进行扩散，测量的难度就更大了。
2.1.2外部干扰条件较多
对接地电阻进行定点测量时，辅助接地电阻、地电压和设备的电流的泄漏都会对测试过程进行干扰，这样会影响最终测量的结果。
2.1.3极化的影响
因为接地体和大地之间存在极化关系，所以无法对直流电流进行测量，这样也大大增加了测量的难度。
2.2 接地电阻测试方法的选取
2.2.1 三线接地电阻测量法
三线接地电阻测量法是指用交流电流的相位差进行接地电阻的测试，振荡器进行工作产生相应的震荡电压，这时测量环路中就有了供测试用的电流，电流从右到左传递，当线路电压与滑动变阻器电压相等时，电路可以认为保持了稳定状态，此时检流计参数较为准确。三线接地电阻测量原理如图1所示，电流流向如图所示，从振荡器到Rc、Rx最后到C.T。当电路中电流维持平衡状态，假设E到P（S）间电压为Ex，可变电阻为Rs，可变电阻的电压降为Es，这时可以得到以下推导公式：
Ex=IRx，Es=IRs/n，由于可变电阻的电压降与E到P（S）间电压相等，所以得到Rx=Rs/n
如图2所示，部署测试环境时需要测量的接地接线柱通过延长线与接地电阻测试仪的E端，同时将测试仪的辅助电路电极分别与接地桩距离6米，13米，20米的三个距离提前埋好的测试地桩进行连接，分别测量四条回路的电阻值，得到电阻曲线图，曲线图中相对平缓的部分就是被测接地电阻的近似值。
2.2.2 钳形接地电阻测量法
钳形接地电阻测试是通過钳形接地电阻仪进行不同装置的测量，这一技术已经在高层建筑物、高压电线杆塔、通讯基站、计量校准测试实验室等建筑中检查和测量广泛应用，主要的测量方法是利用钳形测量技术，对于形成的导电回路电阻进行测量，这一测量方法没有三线测量法精确，但是可以适用与不同的情况和环境，并且只要构建合理的测量环路，尽可能消灭其它电阻值引入造成的误差，就可以较为近似地得出测量结果，保证测量效果的准确。所以说进行钳形接地电阻测试的关键是通过构建一个合理的导电测量环路，包括室内的接地接线柱和测量设备。相应的测量连接图如图3所示。该方法的计算方式比较简单，电阻测试仪可以直接得到测量环路中的电压E，和电流值I，所以测量环路的电阻Rloop=E/I，也就是说被测接地电阻近似于Rloop。
进行测试时，通过导线连接接地柱以及电源的接地端，这时可以通过交流电压E/电路测试电流I求得最终的环路电阻，所以说该测量方式的关键是要形成稳定的导电环路，这时对环路中任意位置的电阻进行测量，就可以测得接线柱到室外接地桩的接地电阻值，这一测量方法因为没有其它电流进入环路，所以避免了环境的复杂性以及外来因素的干扰。
2.3 接地电阻的参数实时监控方案
由于实验室中精密仪器较多，一旦接地电阻过大，对于仪器会造成损害，甚至会对设备和人身安全造成威胁，所以要对实验室的接地电阻各项参数进行实时的监控，避免环境因素造成接地系统腐蚀、机械外伤等问题，保证接地电阻处于稳定且处于安全的范围。
经上文分析得出钳形接地电阻测量法较为灵活，可以适用于实验室接地电阻的测量，所以可以在实验室电力系统建设中就构建相应的测试环路，通过不定时、不同环境温度、湿度条件的测量，进行对接地电阻整体系统使用性能的实时监控。通过每次监控数据的记录保存到数据库中，绘制成相应的接地电阻变化曲线，这样可以对于接地系统性能进行相应的判断和预警，避免腐蚀、损伤等情况的发生导致接地电阻大于正常值，保护实验室各个仪器的安全。只有这样防患于未然，对接地电阻进行实时的监控，才能及时发现问题，并通过异常参数制定相应的修复方案，保证电力系统的稳定运行。
3.结束语
虽然目前针对接地电阻的测试方法越来越多，但是受到实际操作时环境和实施难度的影响，并不能完成快速的部署及精准的测量。本文主要介绍了三线接地电阻测试法和钳形接地电阻测试法，并分析了计量校准测试实验室的具体环境因素和实施因素，最终给出钳形接地电阻测量以及后续需要进行实时监控的测试方案。该测试方案可以适用与其它楼层较高、建筑接地图示不明确的接地电阻测试项目，但是会因为导电测试环路中其它额外的电阻值造成一定误差，下一步应对如何减少误差进行详细分析和研究，为精确测量接地电阻、保障电力系统稳定做出自己的贡献。
参考文献：
[1]梁志国，吕华溢，张大治.专用测试系统计量校准问题讨论[J].计测技术，2017，37（02）：1-5.
[2]林艳，程云斌.建立计量校准实验室项目的风险管理[J].上海计量测试，2016，43（06）：56-58.
[3]庄双勇，陈怀艳.计量校准测试实验室综合管理系统的设计与实现[J].宇航计测技术，2014，34（06）：89-94.
[4]韩忠辉，杨宝东，杨博盛.通过测量零地电压监测计量校准测试实验室的供电质量[J].科技展望，2014（13）：80.
关键词：计量校准测试实验室；接地电阻；导电测量环路；测试
引言：
计量校准测试实验室作为相关计量仪器检定校准的工作场所，需要通过精密、标准的测量来检测出相应的接地电阻，所以对测量仪器和电力系统等环境要求较高，需要电力系统保持稳定的状态，这就需要做好仪器设备接地的工作。目前大多数计量校准测试实验室都可以按照相应的规范进行设备的接地工作，但是由于环境的复杂性没有相应的接地电阻测试方案，所以对于后续接地的效果并不能及时获悉。当接地电阻达到一定程度时，会因为干扰影响测量仪器的精度，所以研究接地电阻的测试方法十分必要。
1.计量校准测试实验室接地电阻系统概述及技术要求
1.1接地系统概述
在实验室中，将仪器设备做好接地工作可以对外来的电磁干扰、电流泄漏和电磁的耦合进行较好的抑制，避免因为这些干扰对仪器的精密性造成影响，这样可以提高测量设备的精度，也可以保证仪器设备安全运行，避免安全事故的发生。
接地电阻就是指电流从接地装置到大地再到扩散的整个过程中遇到的电阻，整个接地系统由以下四部分组成：散流电阻、接触电阻、接地体电阻以及引线电阻。其中引线电阻因为导线的导电性较好，基本上可以忽略不计；接地体电阻指地桩本身的电阻，它包含了自然接地和人工接地两部分，自然接地是指建筑物搭建过程中钢筋框架会分担一部分接地，而人工接地时指专门为了设备接地而在地下埋入的钢管、圆钢、扁钢等接地体；接触电阻指接地体与混凝土之间接触的电阻，受混凝土组织成分和密度影响较大；散流电阻是指电流在接地体接地后进行扩散，在扩散中受到的电阻，该电阻的变化幅度较大，随着环境的不同、温度湿度的不同都会进行相应的变化。
1.2接地系统分类和技术要求
接地系统有工作接地和保护接地两种，工作接地是指在保证电力系统中接地回路电阻较小，保证系统中各设备可以不受外界电流、电磁的干扰，保证设备的可靠运行。工作接地又分为直流工作接地和交流工作接地，直流工作接地要求电阻小于1Ω，交流工作接地要求电阻小于5Ω，如果电阻大于要求值，说明接地效果不好。
保护接地是指做好设备内部绝缘的保护，避免因为绝缘层损坏造成的漏电或因为感应电荷逐渐积累造成的漏电，所以将带电部分与不带电部分进行良好的分隔，可以做到对接地系统进行良好的保护。保护接地系统分为很多种，包括外壳安全接地、静电安全接地、屏蔽接地、防雷接地等，其中安全接地的接地电阻要小于5Ω，防雷和屏蔽接地的接地电阻要小于10Ω。
2.实验室接地电阻的测试
2.1 接地电阻测试的难点
在进行接地电阻测试时，有以下几个难点使测试变得很复杂：
2.1.1测试条件较为复杂
对接地电阻进行测试时，因为一端是埋在地下的，所以不能进行完整接地体的电阻测量，也不能直接测量电阻，同时因为电流接地后会进行扩散，测量的难度就更大了。
2.1.2外部干扰条件较多
对接地电阻进行定点测量时，辅助接地电阻、地电压和设备的电流的泄漏都会对测试过程进行干扰，这样会影响最终测量的结果。
2.1.3极化的影响
因为接地体和大地之间存在极化关系，所以无法对直流电流进行测量，这样也大大增加了测量的难度。
2.2 接地电阻测试方法的选取
2.2.1 三线接地电阻测量法
三线接地电阻测量法是指用交流电流的相位差进行接地电阻的测试，振荡器进行工作产生相应的震荡电压，这时测量环路中就有了供测试用的电流，电流从右到左传递，当线路电压与滑动变阻器电压相等时，电路可以认为保持了稳定状态，此时检流计参数较为准确。三线接地电阻测量原理如图1所示，电流流向如图所示，从振荡器到Rc、Rx最后到C.T。当电路中电流维持平衡状态，假设E到P（S）间电压为Ex，可变电阻为Rs，可变电阻的电压降为Es，这时可以得到以下推导公式：
Ex=IRx，Es=IRs/n，由于可变电阻的电压降与E到P（S）间电压相等，所以得到Rx=Rs/n
如图2所示，部署测试环境时需要测量的接地接线柱通过延长线与接地电阻测试仪的E端，同时将测试仪的辅助电路电极分别与接地桩距离6米，13米，20米的三个距离提前埋好的测试地桩进行连接，分别测量四条回路的电阻值，得到电阻曲线图，曲线图中相对平缓的部分就是被测接地电阻的近似值。
2.2.2 钳形接地电阻测量法
钳形接地电阻测试是通過钳形接地电阻仪进行不同装置的测量，这一技术已经在高层建筑物、高压电线杆塔、通讯基站、计量校准测试实验室等建筑中检查和测量广泛应用，主要的测量方法是利用钳形测量技术，对于形成的导电回路电阻进行测量，这一测量方法没有三线测量法精确，但是可以适用与不同的情况和环境，并且只要构建合理的测量环路，尽可能消灭其它电阻值引入造成的误差，就可以较为近似地得出测量结果，保证测量效果的准确。所以说进行钳形接地电阻测试的关键是通过构建一个合理的导电测量环路，包括室内的接地接线柱和测量设备。相应的测量连接图如图3所示。该方法的计算方式比较简单，电阻测试仪可以直接得到测量环路中的电压E，和电流值I，所以测量环路的电阻Rloop=E/I，也就是说被测接地电阻近似于Rloop。
进行测试时，通过导线连接接地柱以及电源的接地端，这时可以通过交流电压E/电路测试电流I求得最终的环路电阻，所以说该测量方式的关键是要形成稳定的导电环路，这时对环路中任意位置的电阻进行测量，就可以测得接线柱到室外接地桩的接地电阻值，这一测量方法因为没有其它电流进入环路，所以避免了环境的复杂性以及外来因素的干扰。
2.3 接地电阻的参数实时监控方案
由于实验室中精密仪器较多，一旦接地电阻过大，对于仪器会造成损害，甚至会对设备和人身安全造成威胁，所以要对实验室的接地电阻各项参数进行实时的监控，避免环境因素造成接地系统腐蚀、机械外伤等问题，保证接地电阻处于稳定且处于安全的范围。
经上文分析得出钳形接地电阻测量法较为灵活，可以适用于实验室接地电阻的测量，所以可以在实验室电力系统建设中就构建相应的测试环路，通过不定时、不同环境温度、湿度条件的测量，进行对接地电阻整体系统使用性能的实时监控。通过每次监控数据的记录保存到数据库中，绘制成相应的接地电阻变化曲线，这样可以对于接地系统性能进行相应的判断和预警，避免腐蚀、损伤等情况的发生导致接地电阻大于正常值，保护实验室各个仪器的安全。只有这样防患于未然，对接地电阻进行实时的监控，才能及时发现问题，并通过异常参数制定相应的修复方案，保证电力系统的稳定运行。
3.结束语
虽然目前针对接地电阻的测试方法越来越多，但是受到实际操作时环境和实施难度的影响，并不能完成快速的部署及精准的测量。本文主要介绍了三线接地电阻测试法和钳形接地电阻测试法，并分析了计量校准测试实验室的具体环境因素和实施因素，最终给出钳形接地电阻测量以及后续需要进行实时监控的测试方案。该测试方案可以适用与其它楼层较高、建筑接地图示不明确的接地电阻测试项目，但是会因为导电测试环路中其它额外的电阻值造成一定误差，下一步应对如何减少误差进行详细分析和研究，为精确测量接地电阻、保障电力系统稳定做出自己的贡献。
参考文献：
[1]梁志国，吕华溢，张大治.专用测试系统计量校准问题讨论[J].计测技术，2017，37（02）：1-5.
[2]林艳，程云斌.建立计量校准实验室项目的风险管理[J].上海计量测试，2016，43（06）：56-58.
[3]庄双勇，陈怀艳.计量校准测试实验室综合管理系统的设计与实现[J].宇航计测技术，2014，34（06）：89-94.
[4]韩忠辉，杨宝东，杨博盛.通过测量零地电压监测计量校准测试实验室的供电质量[J].科技展望，2014（13）：80.