1、接地测量培训技术 一、接地技术基础知识 1.1接地装置及其功能 1.1.1接地的概念 接地就是将电气设备的某些部位、电力系统的某点与大地相连，提供故障电流及雷电流的泄流通道，稳定电位，提供零电位参考点，以确保电力系统、电气设备的安全运行，同时确保电力系统运行人员及其他人员的人身安全。接地功能是通过接地装置或接地系统来实现的。电力系统的接地装置可分为两类，一类是比较简单的接地装置，如杆塔接地（水平、垂直、环形接地体）；另一类为发变电站的接地网。一、接地技术基础知识 1.1.2接地的分类 电力系统交流电气装置的接地按其功能可分为三类：工作接地、防雷接地和保护接地。工作接地：中性点直接接地、经电阻接
2、地、经消弧线圈接地 防雷接地：避雷针、避雷线、避雷器接地等 保护接地：设备金属外壳接地 另外，电子电路的信号参考地、油罐车卸油前防静电接地。一、接地技术基础知识 1.1.3接地的目的（1）降低电气设备绝缘水平 将中性点接地，能够降低作用在电气设备上的电压。（2）确保电力系统安全运行 杆塔接地电阻越小越好，降低反击跳闸率（3）确保人身安全 外壳接地（4）防止静电干扰（5）检测接地故障 低压漏保、继电保护装置 一、接地技术基础知识 1.1.3接地的目的（6）等电位连接（7）防止电磁干扰（8）功能接地 阴极保护接地；计算机及其他电子设备具有稳定电位的基准点，通过基准点接地来实现。（9）作业用接地 一
3、、接地技术基础知识 1.2土壤的地电特性 表征大地的地电特性的主要参数为土壤电阻率、土壤的介电常数和导磁率。土壤电阻率的影响因素：土壤成分和结构，含水量，温度，外加电场频率，外加电场强度。岩土的介电常数及其影响因素：岩土的组成成分，湿度，温度，压力，外界电场频率。二、接地电阻 2.1接地电阻的定义 接地电阻为接地体的电位与通过接地体流入地中电流的比值。2.2常用接地装置的接地电阻 2.2.1基本形状接地装置的接地电阻 垂直接地体R=（ln(8L/dh)-1）/2L dL 水平接地体 R=（ln(8L*L/dh)+A）/2L A为形状系数 二、接地电阻 2.3接地装置的利用系数 工程上一般采用利
4、用系数来表示接地体之间的屏蔽效应，利用系数为 =RP/R RP为并联的几根相同接地体计算的接地电阻，R为实际的接地电阻。利用系数1 n根垂直接地体(相距D、长度L、直径d、等效球半径r)并联时的总体接地电阻RT为：RT=R/(n)呈直线布置的多根垂直接地体的利用系数 电极根数 2 3 4 5 6 D/r=2 0.667 0.556 0.491 0.449 0.419 三、输电线路杆塔接地 3.1对输电线路杆塔接地装置的要求 雷击塔顶时，塔顶电位为：Vt=(1-)（RI*i+Ldi/dt）RI杆塔接地装置的冲击接地电阻，L为杆塔的电感，一般与其高度成正比，为避雷线对雷电流的分流系数。RI越小，雷
5、击时加在绝缘子串上的电压就越小，发生反击闪络的概率就越小。在超高压输电线路中，多以10作为接地电阻的要求。三、输电线路杆塔接地 3.2对输电线路杆塔接地电阻的要求 对有避雷线的架空输电线路杆塔的工频接地电阻要求 土壤电阻率（.m）工频接地电阻R（）100及以下 10 100500 15 5001000 20 10002000 25 2000以上 30，或敷设68根射线（总长度不 超过500m），或连续伸长接地，阻值不作规定 三、输电线路杆塔接地 3.3杆塔接地装置接地电阻的季节系数 土壤电阻率与土壤的成份、湿度及环境温度有直接关系。通常接地电阻的最大值出现在冬季或夏季的干旱期。在设计时，上面一
6、层的土壤电阻率应取其雷雨季节可能出现的最大值：=M M为测量或地质勘测得到的电阻率，为季节系数。三、输电线路杆塔接地 不同接地装置的季节系数 接地装置结构 湿土的季节系数 干土的季节系数 埋深0.5m的水平接地极 1.8 1.4 埋深0.81.0m的水平接地极 1.45 1.25 长度23m的垂直接地极 1.3 1.15 埋深为2.52m的深埋接地极 1.1 1.0 三、输电线路杆塔接地 3.4输电线路杆塔接地装置的结构 接地装置类型：埋设水平带形接地极；多重接地板；添加降阻材料；打入长垂直接地极；钻孔布置的长垂直接地极；带刺接地电极 四、输电线路杆塔接地测量 工频接地电阻、接触电压、跨步电压
7、、冲击接地电阻、土壤电阻率测量 4.1接地电阻测量目的：（1）接地网的有效性和安全性；（2）测量接地网的真实接地阻抗；（3）检查新接地网的接地阻抗是否达到设计要求；（4）检查旧接地网的接地阻抗是否发生了变化。四、输电线路杆塔接地测量 4.2杆塔工频接地电阻测量方法 工程上常用的测量接地阻抗的方法是交流电流电压表法，根据试验电源的频率不同，可分为工频法和异频法。工频法采用工频试验电源，采用常规的电流表、电压表测量工频电流信号和电压信号。为了有效消除现场工频干扰的影响，近几年发展了新的测量技术：频率固定的异频法和频率可变的变频法。异频法试验设备输出的电流信号的频率是固定的，为50Hz上下的频率，如
8、47Hz和53Hz，用选频特性测量表计测量电流、电压信号，进而得到不同频率下的接地阻抗，插值计算得50Hz频率下的接地阻抗。变频法试验设备输出的电流信号频率在工频（50Hz或60Hz）附近区域一定范围内可调，用具有选频特性的测量表计测量电流、电压信号，每隔1Hz测量一个点，通过曲线拟合或线性逼近的方法得到接地装置在工频50Hz下的接地阻抗值，变频法可有效消除现场工频干扰的影响。四、输电线路杆塔接地测量 4.2杆塔工频接地电阻测量方法 工程上无论是工频法还是变频法测量接地网接地阻抗，其测量电极（电流极和电位极）布置方式和要求是一样的，应用最多的是三极法，三极指的是接地极（即接地网）、电流极和电位
9、极。常用的电极布置方式有：电位降法、补偿法和远离法。补偿法有直线0.618法和夹角30法。四、输电线路杆塔接地测量 电位降法电位降法 电位降法测量接地阻抗的原理示意图，如图1所示。接地网G、电流极C和电位极P在一条直线上排列，将测试电流注入接地网，测量注入接地网的电流，同时测量接地网与电位极之间的电压，分别测量出不同电位极位置对应的视在接地阻抗，作出视在接地阻抗随电位极位置改变时的变化曲线，曲线平坦段对应的接地阻抗即为接地网的接地阻抗，这种方法称为电位降法。电位降法的主要优点是电位极和电流极的接地阻抗可以比被测的接地网接地阻抗高很多，而不会显著影响测量的精度。四、输电线路杆塔接地测量 四、输电
10、线路杆塔接地测量 电位降法测量接地阻抗时，电位极布置在接地装置和电流极之间，P处，这时需要寻找对应真实接地阻抗的电位极的位置。而当电位极置于电流极C同一侧，但远离该电流极时，P1处，则在某一具体位置处可测得真实的接地阻抗值。另外，电位极和电流极也可以在相反方向布置，即反向法，但接地阻抗测量的结果比实际结果小，电位极引线越长，测量误差就越小。反向法测量接地阻抗时，电压、电流测试线间的互感影响可以忽略不计。反向法测量得到的接地阻抗值可以作为接地阻抗的下限，如果反向法测量结果仍然不能满足对接地阻抗的设计要求，则该接地网的接地阻抗肯定不能满足要求。四、输电线路杆塔接地测量 以待测接地极G为参考点测量地
11、面电位，为了便于分析，假定待测接地极G点电位为零电位。沿电极G、P、C方向的地面电位随电位极和接地装置间的距离x的变化曲线如图2所示。四、输电线路杆塔接地测量 补偿法补偿法 补偿法的理论推导过程，在此不再赘述。补偿法可分为电流极、电位极呈直线布置的直线0.618法，电流极、电位极呈夹角布置的夹角30法。（1）直线）直线0.618法法 直线0.618法测量接地阻抗，应满足以下条件：（1）有均匀的土壤；（2）有足够的电极间距，以便电极可以看成半圆形的结构。直线0.618法布置电极的方式如图3所示。四、输电线路杆塔接地测量 四、输电线路杆塔接地测量 四、输电线路杆塔接地测量（2）夹角）夹角30法法
12、夹角法布置电极的方式如图4所示。四、输电线路杆塔接地测量 四、输电线路杆塔接地测量（3）远离法远离法 四、输电线路杆塔接地测量 接触电压和跨步电压的测量接触电压和跨步电压的测量 接触电压：当人的手与接地结构接触时所站点的地面电势与地电位升之间的电位差。即接地短路（故障）电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上离设备水平距离为1.0m处与设备外壳、架构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处两点间的电位差。地网电位升高（GPR）：变电所接地网可能达到的相对于假定与无穷远的地电势相等的远处接地点的最大电位。这个电压，即GPR，等于最大地网电流乘以地网接地阻抗。四、输电线路杆塔接地测量 跨步电压：
13、一个人的两脚相距1.0米、不接触任何接地体时的地面电位差。即接地短路（故障）电流流过接地装置时，地面上水平距离为1.0m的两点间的电位差。转移电压：接触电压的一种特例，即引入变电所或从变电所引出的电压。网孔电压：在地网一个网孔内的最大接触电压。金属到金属之间的接触电压：变电所内金属物体或构架之间通过手到手或手到脚之间的跨接产生的电位差。四、输电线路杆塔接地测量 接触电压和跨步电压测量接线图，如图所示。四、输电线路杆塔接地测量 ft1740.17UtfS1740.7Ut在110kV及以上有效接地系统和6-35kV低电阻接地 系统，发生单相接地或异点两相接地时，发电厂、变电所接地装置的接触电位差和
14、跨步电位差不应超 过下列数值：式中：Ut 接触电位差，V Us 跨步电位差，V f人脚战立处地表面的土壤电阻率，t 接地短路（故障）电流持续时间，s。四、输电线路杆塔接地测量 土壤电阻率的测量土壤电阻率的测量 测量土壤电阻率有助于：(1)估算拟建变电站或输电线路铁塔的接地电阻；(2)估算地面电位梯度、跨步电压和接触电压；(3)计算相邻近的电力线路和通信线路间的电感耦合；(4)设计阴极保护系统；(5)进行地质勘察。四、输电线路杆塔接地测量 土壤电阻率的测量方法有很多种，如地质资料和土壤试样分析法，电测深法和电磁测深法等。对试样进行电阻率测量，以得到土壤电阻率的有用近似值是困难的，且在某种情况下是
15、不可能的。这是由于难于得到有代表性的、均匀的土壤试样，和难于在试验槽中复制原有土壤的紧密性和水分含量。电测深法的基本原理是对被测区域和电流极间施加电流，根据电流在电位极上产生的电压来确定电阻率。电测深法根据插入地中的电极数可分为两极法、三极法和四极法。工程中比较常用的是四极法。四极法根据电极布置方式的不同，可分为等间距布置的四极法（即Wenner法）、非等间距布置的四极法（即Schlumberger法）。四、输电线路杆塔接地测量 测量土壤电阻率的等间距布置的四极法 四、输电线路杆塔接地测量 等间距布置的四极法（即Wenner法）测量土壤电阻率的等间距布置的四极法如图15所示。设a为两邻近电极间
16、距，则以a、b表示的土壤电阻率为：22224214baabaaaRa式中：a视在土壤电阻率；R所测电阻；a极间距；b电极的埋地深度。四、输电线路杆塔接地测量 非等间距法或非等间距法或Schlumberger-Palmer法法 温纳（Wenner）法的一个缺点是当电极间距增到相当大时，内侧两个电极的电位差迅速下降，通常用仪器测量不出如此低的电位差。为了能测量大间距电流极时的土壤电阻率，可用图17所示的非等间距法或Schlumberger-Palmer法的电极布置方式。电位极布置在相应的电流极附近，这样就增大了需要测量的电位差值，用测量仪表进行测量。四、输电线路杆塔接地测量 四、输电线路杆塔接地测量 dRdcca/)(式中：a视在土壤电阻率；R所测电阻；c电流极与电位极间距；d电位极间距。四、输电线路杆塔接地测量 接地阻抗测量影响因素分析研究接地阻抗测量影响因素分析研究 接地阻抗测量影响因素有：直流杂散电流，交流杂散电流，架空地线和电缆外皮，运行中的输电线路，地下金属物，电压电流测试线间耦合等。四、输电线路杆塔接地测量 运行中的输电线路 尽可能使电流、电压测试引线远离运行中的输电线路或与之