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影響接地電阻測量因素的分析及改善措施

避雷接地是使雷擊時所產(chǎn)生的雷電流能夠通過埋在地下的導(dǎo)體向大地釋放，以避免雷電能量集中而造成雷擊損害的接地【1】。在防雷安全檢測中，準確而有效的測量接地電阻是工程技術(shù)人員必須具備的基本功【2-3】。一般測量接地電阻的方法有：兩點法、三點法、三極法、四極法、大電流法、變頻法。在實際操作中，由于電壓電流極引線間的互感、地下附近金屬物、電壓表內(nèi)阻、大地趨膚效應(yīng)、激發(fā)極化效應(yīng)、測量電極、干擾信號、季節(jié)因素、儀器使用等因素的存在，會對測量結(jié)果產(chǎn)生不可忽視的影響，甚至不能正常測量。因此，研究影響因素的機理并采取相應(yīng)的措施對于接地電阻的準確獲取有著重要意義。

1電流極引線和電壓極引線之間的互感對測量結(jié)果的影響
利用直線補償法測量大型接地裝置接地電阻時，若接地網(wǎng)面積較大，接地網(wǎng)對角線D的長度可達幾百米，如果采用4D一5D電流極引線長度測量時，電流極引線和電壓極引線的長度會達到幾千米。二者在很長的范圍內(nèi)平行敷設(shè)，而且間距較小，其互感電勢導(dǎo)致接地電阻測量引入的誤差較大，測量值與線纜長度、距離、測試電流幅值、頻率及線纜距地面的高度等有關(guān)系【4-6】。
在測量低值接地阻抗時，試驗引線間的耦合就變得重要起來。由于電流引線中電流的流動，耦合到電壓極引線而產(chǎn)生的任何電壓，將直接疊加到欲測量的電壓上，因而產(chǎn)生測量誤差，使電壓極電位升高，使所測接地電阻值大于真實接地電阻值?；ジ须妱葑饔迷陔妷簶O引線上，兩條平行試驗引線間的電感耦合所造成的誤差可高達0.1Ω/100m，其影響將是可觀的。通常低接地阻抗總是出現(xiàn)在大面積接地網(wǎng)上，測量這種接地網(wǎng)就用得著長的試驗引線，以便引到遠方零電位點【7】。
我國一般采用下式估算兩條平行線間的互感【8】：

式中D為平行線間的距離，單位：m；Dg為地中對應(yīng)鏡像間的距離，單位

上式適用于均勻土壤，不適用于非均勻性土壤。

2地下附近金屬物體對測量結(jié)果的影響
現(xiàn)代城市發(fā)展迅速，建筑物之間間距較小，地下金屬管道縱橫交錯。在測量某一接地裝置時，其附近很可能存在其他建筑物的基礎(chǔ)或金屬管道等建構(gòu)筑物，這些建構(gòu)筑物都會對接地電阻值的測量產(chǎn)生一定的影響。

圖1測量線路經(jīng)過另一接地裝置時接地電阻測量示意圖
  圖1為測量線路經(jīng)過另一接地裝置時接地電阻測量示意圖，圖中P點為電壓極位置，C點為電流極位置，大接地網(wǎng)為待測接地裝置，小接地網(wǎng)為測量線路經(jīng)過的另一接地裝置。
  該接地電阻測量曲線上會出現(xiàn)一段平坦部分，這是因為測量線路經(jīng)過小接地網(wǎng)時，可以近似的認為小地網(wǎng)上電位處處相等，所以在測量曲線上會出現(xiàn)一段平坦部分。該平坦部分可能會誤導(dǎo)對電壓極補償點位置選擇的判斷，因為即使電壓極在該小地網(wǎng)范圍內(nèi)左右5%的移動，由于電位處處幾乎相等，所測接地電阻值基本上一樣，這種情況會讓測量人員誤認為找到了真正的“補償點”，會給測量結(jié)果引入巨大的誤差，導(dǎo)致整個測量數(shù)據(jù)的錯誤和無效。同樣的，當(dāng)測量線路經(jīng)過金屬管線比較密集的區(qū)域時，相當(dāng)于縮短了測試極與被測地網(wǎng)之間的有效距離，也會導(dǎo)致上述情況的發(fā)生。
  針對以上情況，實地測量接地電阻時，首先應(yīng)測量接地裝置附近的土壤電阻率，了解土壤結(jié)構(gòu)及被測地網(wǎng)附近是否有上述情況中的小地網(wǎng)和金屬管道的情況。如果存在上述情況，則應(yīng)改變測量方向，使試驗電極布置的方向與地下金屬物走向垂直，以此來減少地下金屬物對測量結(jié)果的影響；如果無法改變方向，就需要通過分析測得的土壤電阻率來計算真正的補償點的位置。或者還可以通過加長電流極測量引線，讓補償點位置遠離小地網(wǎng)，然后再通過左右移動5%的方法確定補償點的位置【9】。

3干擾信號對測量結(jié)果的影響
眾多的影響因素中，干擾信號對測量結(jié)果的影響不容忽視。尤其涉及到工業(yè)中的接地系統(tǒng)和電源變壓器時，其中的強大放電電流會流向大地。在靠近高壓配電線、鐵路等處的接地電極周圍區(qū)域常常存在較高的漏電電流。要注意測量干擾地電壓，觀察是否超過了儀器規(guī)定值【10】。大多數(shù)干擾信號的存在會對接地電阻的測量帶來誤差，降低測量的精度。因此，采取一定的屏蔽措施是必要的?？梢愿鶕?jù)不同千擾信號的頻率采取適當(dāng)?shù)臑V波措施；調(diào)節(jié)接地電阻測試儀的頻率，使測試電源頻率遠離干擾信號頻率段；加大測量信號的強度，增強信噪比。或者可以將測量極的線路從建筑物內(nèi)部引至待測量設(shè)備，這樣可以對戶外的干擾電磁波起到一定的屏蔽作用，從而保證測量結(jié)果的準確性。這主要是因為現(xiàn)代建筑多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)和墻面屋頂?shù)匿摻羁v橫交錯、相互連接，相當(dāng)于構(gòu)成了一個法拉第籠。從而可以對戶外的干擾電磁波起到一定的屏蔽作用。

4測量電極對測量結(jié)果的影響
測試電極插入土壤之后，電極與土壤之間會產(chǎn)生接觸電阻，這部分接觸電阻包含在測量得到的接地電阻中。為了減小測量的誤差，電極應(yīng)與土壤緊密接觸，盡量減小接觸電阻，從而降低電位極本身的接地電阻，提高測量精度。因此測量電極應(yīng)選用不易彎曲且表面光滑的圓鋼，不應(yīng)使用螺紋鋼，因為測量電極打入地中時，螺紋鋼的螺紋會卷起泥土，在螺紋鋼的表面形成空氣層，有可能會引起較高的接觸電阻，造成較大的測量誤差。
電流極接地電阻與測量電源內(nèi)阻屬于串聯(lián)關(guān)系，這也是影響注入電流的一個因素。接地電阻越大，注入電流越小；接地電阻越小，注入電流越大。在測量電源電壓不變的情況下，可以通過降低電流極的接地電阻來增大注入電流，保證測量精度。實測過程中盡量將電流極全部打入土壤；或者可以在電流極周圍澆一點水。這些方法目的都是降低接觸電阻，獲得大的注入電流。

5激發(fā)極化效應(yīng)對測量結(jié)果的影響
交流電流通過大地時，大地的視在電阻率因電流頻率的增大而減小的現(xiàn)象稱為激發(fā)極化效應(yīng)。視在電阻率隨電源頻率變化的大小與大地中可被極化的物質(zhì)的含量有關(guān)。當(dāng)大地中含有疏松的沙粒時，就會產(chǎn)生比較明顯的激發(fā)極化效應(yīng)。測量接地電阻時，電流流過的區(qū)域越大，碰到大地中可被極化物質(zhì)發(fā)生激發(fā)極化效應(yīng)的可能性也就越大。發(fā)生激發(fā)極化效應(yīng)時，土壤電阻率降低，導(dǎo)致所測接地電阻值小于真實接地電阻值。因此測量前必須對土壤狀況進行詳細的了解，再根據(jù)實際情況修正獲得的數(shù)值，這樣可以有效的減小測量誤差。

6季節(jié)因素對測量結(jié)果的影響
防雷接地電阻應(yīng)該是考慮季節(jié)變化的最大接地電阻，因此不應(yīng)在雨天或者雨后進行測量，多數(shù)實驗結(jié)果表明，雨后土壤電阻率急劇降低，接地電阻測量值普遍偏低。

7儀器使用對測量結(jié)果的影響
接地電阻測量儀在使用的過程中，由于磨損或者其他原因，可能出現(xiàn)金屬夾銹蝕、線路折斷等情況，導(dǎo)致測量值誤差太大或者錯誤。因此對測量儀器定期檢定并合理保養(yǎng)是必要的。

8結(jié)論
影響接地電阻測量的因素是多樣的，要求檢測人員具備強烈的責(zé)任心，熟練掌握測量技能并嚴格執(zhí)行檢測規(guī)范。檢測前對測試場所環(huán)境進行詳細評估，盡量消除干擾因素的影響。對于測量數(shù)值，應(yīng)做好資料積累。以便于歷年數(shù)據(jù)對比分析。

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