电流线长度对接地阻抗测试结果的影响

（河北省防雷中心）

电流线长度对接地阻抗测试结果的影响

王凤杰

（河北省防雷中心）

直线法是大型地网（电厂及变电站等地网）接地阻抗测试的常用方法。测试过程中有诸多因素对检测结果造成了很大的影响，比如土壤电阻率的不均匀分布、零序电流、周围架空或地埋线路等，本文从理论分析和应用实际出发，重点研究测试线，尤其是电流线布设的长度对测试结果的影响，以期在节省人力物力的原则下，得到较准确的测量结果，真实地反映接地网的接地状况。

接地阻抗；直线法；远离法；电流线

1 接地阻抗测量方法的基本原理

接地网接地电阻的测量原理基于最基本的欧姆定律，即R=U/I。通过向地网中注入电流I，然后测量注入点电位的值，然后运用公式R=U/I，即可得出地网的接地阻值。实际工作中为了测量的方便，一般人为增加电流极和电位极，这种方法称之为“三极法”。目前，主流的测量方法大都由三级法衍生而来。

三极法是接地网测量中经常采用的简单且容易实现的接地阻抗测量方法。如图1所示，三极法测量中的三极指被测地网的接地极、人工辅助电位极和人工辅助电流极。测量时将电流注入接地装置，用电流表测量通过大地回路的电流，用电压表测量接地极和电位极之间的电压，电压和电流的比值即为接地装置的接地电阻。当三电极在一条直线上且接地极和电流极的接地电阻和地网规模相同时，以半径为r的半球型接地体来说明电位极的正确位置，如图2所示。

图1 三极法测量接地电阻原理图

图2 测量电极呈直线布置测量半球型接地极的接地电阻

在接地极和电流极间注入测量电流I时，电位极的电位为

根据式（1），当DGP=DCP时，VP=0。也就是说，接地装置和电流极连线的中点位置的电位为零。由于电流极的引入，将无穷远处的零电位面移到了接地极和电流极连线的中部。因此可以将电位极设置在接地极和电流极的连线的中点，直接测量接地装置和电位极间的电位差即为接地装置对无穷远处的零电位点的电位。当向接地电阻为R 、半径为r的半球接型地体注入电流I时，半球的电位VG为

但引入电流极（电流极的地网规模要小于接地极的地网规模）时，测量接地极和电位极之间的实际电位VG为

实际测量得到的半球型接地体的接地电阻RM为

因此当电流极存在时，由于零电位面的移近，致使实际测量到的结果偏小了。为了保证测量结果的准确性，必须使式(4)右边的第二项为零，即

导致接地电阻减小的本质其实是电流极存在时改变了接地极的电位分布，图3为加入电流极前后某半球型接地体电位分布的对比图。

图3 半球型接地体和电流极在地面上产生的电位分布

2 直线法测量方法的介绍

直线法为远离法的一种特殊情况。下面首先介绍远离法的基本原理。远离法的电流极和电位极布设方式如图2所示。要使得测量的接地电阻Rd接近实际接地电阻，那么必须使成立。远离法就是尽量增大DGP、DGC、DPC，使之趋向无穷大，即可满足要求。但实际上很难做到。如果取DGP=10r，并取DGP=DPC=5r，则

如果取DGP=20r，并取DGP=DPC=10r，则

通过式（6）～（7）可以看出，两次的测量结果分别比实际值小10%和5%。从而表明，随着电位极和电流极的远离，测试结果逐渐接近于实际值，但在实际工作中，增大电流极和电位极的距离往往意味着工作量的增大。

3 电流线长度对接地阻抗测试结果的影响

在用直线法进行地网的接低阻抗测量时，当电流线和电位线之间的距离足以保证线间互感因素对测量结果的影响最小时，如何选择电流线的长度（即确定电流极距离被测地网的距离）便成了主要考虑的因素。

（1）电流线过长对于测试结果的影响

根据远离法分析的结果，当电流极的位置增加直至距离待测接地系统较远时，一方面可以使辅助电流极对零电位面的影响减小，另一方面可以保证接地极与电流极之间的零电位区域的曲线比较平坦，便于电位极位置的选择，从而降低测试结果的误差；然而增长电流线不仅使测试的工作量增大，而且使得接地极和电流极之间的回路电阻增大，设备的输出功率增大，从而危及测试人员的人身安全。

另外，我国一般采用下式估算两平行导线之间的互感

式中，I为两线平行的距离，m；D为平行线之间的距离，m；Dg一般取80√р，m。

可知线间互感因素与两线平行长度l呈线性相关。随着电流线长度的增加，必然会使线间互感的值增大，从而使得测试结果偏离实际的接地阻抗值。为了研究这种变化对于测试结果的影响，进行专项的试验，在所做的试验中，数据结果也间接反映了这种影响。选取D=212m的地铁站的地网，在电流线和电位线平行长度的变化上测量了线间互感的数值，见下表。

将表中数据图像化，如图4所示。

图4表明，随着电流线引线的加长，线间互感的影响呈线性增长趋势。尽管电流引线的增长同时也受仪表输出功率的影响，但至少从工作的简单角度来讲，不建议电流极的间距设置太大的距离。

（2）电流线过短对于测试结果的影响

表 两线平行长度变化下线间互感的变化数据

图4 线间互感随两线平行长度的变化情况

根据图3所示的增加电流极后的电位变化曲线可知，如果电流线太短，使得电位曲线不存在平滑段，从而无法确定真正的零电位点，造成结果的不准确。下面就如何选取合适的电流极位置进行讨论。

当电流极的位置固定后，电位极的设置与能得到真实接地电阻值的设置点存在一定的误差，因这种误差的存在而引起的测量结果的变化量与真实接地电阻值的比值ε定义如下

如图5所示，K=(Ρ2-Ρ1)/(Ρ2+Ρ1)，为双层土壤的反射系数，其中Ρ1和Ρ2分别为上下两层土壤的电阻率。为了方便，只讨论K=0的情况下变化规律。由图可知如果电流极越短，则误差越来越大。当电流极的引线长度大于2D时，测量值的误差基本上可以控制在3.5%以内，这在工程测量中时可以接受的。

由图5可知，当电流线的长度变小时，由于电位极选择的不准确性造成测量的误差逐渐增大，所以，在实际测量工作中，为了得到相对准确的接地测量值，应避免电流线的距离设置得太小。

图5 不同电流极间距下误差的变化（电位极位置误差10m）

4 接地阻抗测试过程中的建议

通过以上的分析，可知电流线长度的正确选择，决定了一次测量过程的准确性。所以笔者建议在接地阻抗测试工作中要根据实地的情况选择合适的电流线的长度。在均匀的土壤环境中，电流线达到（2～4）D的距离即可满足测试结果的要求；在上层土壤的电阻率小于下层土壤电阻率的情况下，电流线达到（1～2.5）D的距离即可满足测试结果的要求；在上层土壤的电阻率大于下层土壤电阻率时，电流线的布设距离不应小于2.5D。

[1] DL／T475-2006 接地装置特性参数测量导则[S].

[2] 何金良，曾嵘.电力系统接地技术[M].北京：科学出版社，2007.

[3] 鲁志伟.双层土壤中接地电阻的测量[J].电网技术，1998,22（5）：56-63.

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2015-09-26）