钳形接地电阻测试仪在电力系统的应用

冯勇

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

钳形接地电阻测试仪在电力系统的应用

冯勇

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

介绍了钳形接地电阻测试仪的基本原理和主要特点,详细探讨了钳形接地电阻测试仪在电力系统中的测量方法和与其他测量方法对比的优势,并指出了钳形接地电阻测试仪在使用时的注意事项。通过与传统测试方法的对比,作者认为钳形接地电阻测试仪非常适用于电力系统接地电阻的测量。

接地电阻;测量方法;三极法;钳表法

1 前言

随着电网规模的不断扩大,对接地的要求也就更高,对接地电阻测量的准确性的要求也提高。钳形接地电阻测试方法作为传统接地电阻测量技术的革新于上世纪末被成功引进,目前已广泛应用于电力、电信、油田、建筑及工业电气设备的接地电阻测量。钳形接地电阻测试仪测试方法简单,不需要辅助电极,不存在布极误差;重复测试时,结果的一致性非常好;测试时不需断开接地引下线,因此能应用于传统方法无法测量的场合。

2 钳形接地电阻测试仪测量原理

钳形接地电阻测试仪的钳头部分内主要为一个电压线圈Ng和一个电流线圈Nr。工作时,先由电压线圈Ng产生一内部电压e,利用电磁感应原理使被测接地回路中产生一个恒定电压 E,其中

E=e*Ng,

电压E在被测接地回路产生感应电流I由RX处流出并经由接地回路从RS接地极分支流回仪表处。电流线圈Nr则可通过表内检流计、运算放大器,计算出感应电流 I值,经过比较、再运算,即可计算出环形导体或接地回路电阻

RL=E/I,

如图1所示。

从测量原理来看,钳形接地电阻测试仪必须用于有接地回路的情况。如下图2所示,钳形接地电阻测试仪是钳在被测接地极的分支上的,即电流线圈所测得I值是经由R1、R2、......、Rn返回的电流,因此,钳形接地电阻测试仪所测到的接地电阻实质是包括接地电阻在内的接地回路的电阻,即：

RL=R1+R0,

其中,

R0=R2//R3//......//Rn。

当接地点n足够大时,R1＞＞R0。从工程角度可近似认为RL=R1,此时所测得的回路电阻才真正接近于被测接地体的接地电阻。

简而言之,钳形接地电阻测试仪的测量原理是全电路欧姆定律,它测出的是回路系统的环路电阻值。

图1 钳形接地电阻测试仪测量原理图

图2 钳形接地电阻测试仪测量示意图

对于没有构成回路的接地系统,独立没有闭合金属环路的接地装置,钳形接地电阻测试仪是不能测量出环路电阻的,更不能测量出 “接地电阻”,在单点接地系统中更是如此,原因是没有构成回路的接地系统没有回路电流I,上述公式RL=E/I中的I→0,因此R→∞,“接地电阻”测不出来,这个原理在工程测量时要特别注意,否则得出的测量结果是不正确的。

3 钳形接地电阻测试仪应用

3.1 线路杆塔接地电阻测量

钳表法适合作为输电线路杆塔接地电阻测量的检查性试验方法,且要求第一次使用时与三极法对照进行。文献 [1]将钳表法与三极法结合起来对杆塔接地电阻进行测试,结果表明钳表法结果与三极法结果对应较好,且钳表法能发现一些三极法所不能发现的接地问题,这说明钳表法测试线路杆塔接地电阻是可行且具有其独特的优势。

通常情况下,输电线路杆塔接地一般为多点接地系统,任何一个接地点的接地电阻都比其余接地点的接地电阻并联值大得多。这种情况下,可以采用图2所示的方法进行测试,测试仪显示的数值即可近似认为是接地电阻值。若线路杆塔构成的是有限点接地系统,此时任何一个接地点的接地电阻与其余接地点的接地电阻并联值相差不是很大,此种情况下R0值就不能忽略,采用钳形接地电阻测试仪测量出来的结果就不准确。地形有条件时,可以采用接地电阻测量仪测量,没有条件时,就要采用钳形接地电阻测试仪测量后,通过计算求出。如有n(n≥2)个接地装置的接地系统,可列n个非线性方程通过解方程即可得出n个接地装置的接地电阻。当n=1时,即单点接地系统,由于没有构成回路,此时用钳形接地电阻测试仪是无法测出接地装置的接地电阻的。

对于新建的杆塔,建议首次开展测试时用三极法和钳形法分别开展测试并保留具体的测试结果。以后定期开展测试时只需将钳表法的测试结果与前面的测试结果相比,若偏差很小,则以此为准;若偏差较大,可用三极法进行测试,进一步查出偏差增大的原因。具体方法如下：

对空间范围有限的区域,当接地装置数量较多时,可使用钳表法替代三极直线法进行接地电阻的测量,并宜采用如下方法判断测量结果是否合格：①与往年的三极直线测量法结果进行比较,结果变化量是否在钳表法误差增量范围内;②与规程比较,钳表法结果是否超过规程限值。此种判断方法简便但偏严,因为钳表法测量结果与三极直线法测量结果相比偏大一点;③积累钳表法原始测量结果,钳表法新测结果与往年相比变化是否过大且超过规程限值。对于测量结果变化量大于规程限值或超过允许变动范围的,可考虑采用三极直线测量法辅助判断地下接地体是否合格,接地引下线是否接触不良等问题。

3.2 独立避雷针类设备的接地电阻测量

对于独立避雷针类设备的接地电阻测量可以采用如下的方法进行测试：用测试导线将两个不同的独立避雷针类设备的接地引下线连接起来,构成两接地系统,再用钳形接地电阻测试仪卡测接地引下线,测试结果即为两个独立避雷针类设备的接地电阻和测试导线的电阻值之和。当其值小于规程限值时,即可认为两个接地装置的接地电阻均合格。大于规程限值时,要减去测试导线的电阻值,若小于规程限值,两个接地装置的接地电阻均合格;若仍大于规程限值,有可能都合格,也有可能其中一个独立避雷针类设备的接地电阻大于规程限值,即有一个不合格,此种情况下测试时还需要一个接地装置。

文献 [2]的测试方法中需要两根测试导线,且计算时并未考虑上述两根测试导线的阻值,增大了测试误差。本文对其测试方法进行了改进,测试方法如下图3所示。

图3 避雷针类设备的测试方法原理图

记测试导线的电阻为r,图中测点1位置钳表读数为a,测点2位置钳表读数为b,测点3位置钳表读数为c,则可得：

测试导线的电阻值r可以根据钳形接地电阻测试仪测量的是回路电阻的原理很方便的测出,由此通过三点法测试可以很快的求出相应的接地装置的接地电阻值R1、R2和R3。

3.3 变压器中性点接地电阻的测量

变压器中性点接地主要有两种方式,即重复接地和非重复接地,接地方式不同测量的方法也不同。

如有重复接地则构成多点或有限点接地系统,此时依然可以采用钳形接地电阻测试仪进行测量,测量方法同前述的线路杆塔接地电阻测量。

如无重复接地则按单点接地测量,此时需要一个辅助接地点和一根测试导线采用两点法进行测试。若测试结果小于规程限值,说明中性点接地电阻合格;若测试结果大于规程限值,则应计及辅助接地点的接地电阻和测试导线阻值。此时需要再找一个辅助接地点采用三点法进行测试,测试方法同前述的独立避雷针类设备的接地电阻测量。

变压器中性点接地电阻测试建议停电测试,一方面因有些地线有很大的感应漏电流,对测试结果影响较大;另一方面为了避免测量接地电阻时发生触电事故。因此测量的时间最好选择在变压器停运时进行,对常年运行的变压器,要利用补油、清扫或检修等临时停电的机会进行。

3.4 电子计算机机房接地电阻的测量

在计算机机房进行接地电阻测量时使用摇表等测量工具测量非常困难,而用钳形接地电阻测试仪测试则非常方便。

由于机房内一般都设有消防栓,可以用一根测试导线连接消防栓和被测接地极,然后用钳表卡测测试导线。钳表读数=机房接地电阻+测试导线阻值+消防栓接地电阻。

如果钳表读数小于接地电阻的允许值,那么机房的接地电阻是合格的。此时可以忽略消防栓接地电阻,则：机房接地电阻≈钳表读数-测试导线阻值。

如果钳表读数大于接地电阻的允许值,此时消防栓接地电阻不可忽略,则可以采用前述的独立避雷针类设备的接地电阻测量方法进行测试,测试出消防栓的接地电阻后进一步求得机房的接地电阻。

此种方法在电子计算机机房的接地电阻测试中得到了普遍的应用。

3.5 特殊情况下的接地电阻测试

同一个杆塔或变压器可能有两根以上接地引下线并在地下连接。若测试前即使不清楚杆塔或变压器是否有两根以上接地引下线,也可以通过钳形接地电阻测试仪的测试结果轻松的判断出来。若测试结果很小,接近0.01,则说明有两根以上接地引下线并在地下连接,此时应将其它的接地引下线解开,只保留一根接地引下线,然后按照前述的方法进行测试;否则则说明杆塔或变压器只有一根接地引下线,测试结果即为接地回路电阻值。

4 与传统测试方法的对比

在使用传统方法测试接地电阻时,必须要打入两个有相对位置要求的辅助电极,这是使用传统方法的最大限制。问题在于随着我国城市化的发展,被测接地体周围一般找不到土壤,表面全被水泥覆盖。即便周围有所谓的绿化带等,它们的土壤也往往与大地的土壤分开。更何况传统方法打辅助电极时对辅助电极的相对位置有要求。要找到有距离要求的土壤,在大多数情况下是十分困难的。而使用钳形接地电阻测试仪时,就不受这些限制。虽然,从测量原理来说,钳形接地电阻测试仪必须用于有接地回路的情况下,但是只要用户能有效地利用周围环境,钳形接地电阻测试仪完全可以测量单点接地系统。

对比传统电压电流测试法,钳形接地电阻测试仪优越性能表现如下：

1)钳形接地电阻测试仪本身备有电源,不需要另外再接电源,这一点在远离城镇等供电不便的情况下进行测量更为便利。

2)测试仪携带方便,使用方法非常简单。测试时不需另外增加辅助测试极,只需往被测地线上一夹即可获得测量结果,极大地方便了地阻测量工作。

3)有许多测试仪还可消除接地棒、辅助接地体的接地电阻,以及外界的杂散电流对测量结果所产生的影响,使测量更为准确。这与钳形接地电阻测试仪的设计原理有关。

4)钳形接地电阻测试仪还有一个很大的优点是可以对大多数的在用设备的接地电阻进行在线测量,而不需切断设备电源或断开地线。这是其他接地电阻测试方法所不能比拟的。

5 钳形接地电阻测试仪使用关键

虽然钳形接地电阻测试仪测试时使用一定频率的信号以排除干扰,但在被测线缆上有很大电流存在的情况下,测量也会受到干扰,导致结果不准确。所以,按照要求,在使用时应先测线缆上的电流,只有在电流不是很大时才可进一步测量地阻。有些测试仪在测量接地电阻时会自动进行干扰检测,当干扰太大以致测量不能进行时会给出提示。

由于钳表法测量得到的是异频 (或高频)回路电阻,并不能简单认为测量得到的就是工频接地电阻,两者之间是近似关系,故需结合线路实情,分析钳表法所测接地电阻的误差特性[3]。

根据钳形接地电阻测试仪的测量原理,在增加测试线时要确保整个测量回路的各个连接点要接触可靠,尽最大可能降低接触电阻,从而减小测量误差。

平时在测量前应检查,测量人员应使用精密环路电阻对钳形接地电阻测试仪进行自检。测量时应注意保持钳口清洁,防止夹入野草、泥土等影响测量精度,测试仪工作时不允许人直接接触接地装置或杆塔金属裸露部分[4]。

6 结束语

从钳表法与传统电压电流法对比可以看出,它完全可取代传统的接地电阻测试方法,准确地测量出接地电阻值。只要能控制测量过程中的干扰问题,合理减小测量误差,钳形接地电阻测试仪在电力系统将拥有更加广泛的应用空间。

[1] 郭昆亚.输电线路杆塔接地电阻测量方法研究 [D].华北电力大学,2008.

[2] 王秀全.接地点接地电阻测量方法的改进 [J].电气应用,2011,30(15)：40.

[3] 李汉明,王建国,梁义明,等.钳表法测量线路杆塔接地电阻的误差分析 [J].高电压技术,2002,28(6)：48.

[4] 杜洋,李龙江,段炼红.输电线路杆塔接地阻抗测量方法探讨 [J].电测与仪表,2009,46(12A)：87.

Application of Clamp Grounding Resistance Tester in Power System

FENG Yong

(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This paper introduces the basic principle and main feature of clamp grounding resistance tester.The application and superiority of clamp tester method in power system is discussed in detail in this article.This paper also points out some attentive items using of clamp grounding resistance tester.Compared with traditional testing methods,the authors considers that the clamp grounding resistance tester applys to testing the grounding resistance in power system.

grounding resistance;measurement method;three electrodes method;clamp tester method

TM93

B

1006-7345(2014)03-0043-04

2014-02-08

冯勇 (1980),男,硕士,工程师,云南电网公司电力研究院,从事变电站综合自动化及配网自动化专业 (e-mail) 69369359@qq.com。