论输电线路铁塔接地电阻测量方法应用

杜小东 陈 军

(四川省能投美姑新能源开发公司)

0 引言

合格的接地电阻是形成有效接地系统的重要环节, 在输电线路防雷接地中, 杆塔的接地电阻设计的合理性和实际阻值的有效性将直接影响防雷击效果。由于输电线路一般都比较长, 且经过的地形条件都比较复杂, 穿越各类地质区域(林区、山地、岩石区、高山), 用传统的测量法需要需要把铁塔本身和架空地线的连接线分开且不能挨着, 不然由于架空地线与所有铁塔都连接在一起, 形成并联关系, 从而影响铁塔接地电极接地电阻的阻值。

这就大大降低测量效率, 不能在有效时间内完成测量工作。基于此, 本文对输电线路杆塔接地电阻测量不同的方法下的效率进行了详细的分析对比, 得出最高效的杆塔接地电阻测试方法, 本文以福禄克(1625-2) 为例。

1 接地电阻的含义

接地电阻是指电流从接地装置流到地面, 然后通过地面流到另一个接地体或传播一段距离时遇到的电阻。接地体和地之间的接触电阻以及两个接地体之间的电阻或从接地体到无限距离的接地电阻。接地电阻的大小直接反映了电气设备与“地”的良好接触程度, 也反映了接地网的规模。在单点接地系统和强干扰条件下, 可采用辅助接地极的测量方法进行测量。接地电阻主要分为以下三种类型。

1) 保护接地: 保护接地主要是指对金属屏蔽、混凝土、电杆等采取的接地措施。因绝缘降低或损坏而通电的电气设备, 从而危及人身安全。

2) 防静电接地: 对天然气储罐、可燃油、天然气管道、高压试验场地、电子设备等进行防静电接地点。接地以防止静电的有害影响。

3) 防雷接地: 为将雷电引至地面, 将防雷装置(雷电、避雷线等) 的接地端接地, 消除雷电过电压对建筑物、线路、电气设备、人员和财产的损害而采取的接地措施。是为了释放大气过电压。

本文重点讲的是防雷接地的。

2 输电线路铁塔的接地系统

输电线路杆塔的接地则属于防雷接地, 主要由架空地线、避雷器、引下线、接地体等组成, 合格的杆塔接地电阻才能将雷电流引入地下, 从而减少雷电对输电线路造成损害。所以, 杆塔的接地电阻是否合格直接决定输电线路的稳定运行。定期检测铁塔的接地电阻是维护输电线路安全运行的重要保证。

3 仪器介绍

福禄克1625-2 接地测试仪(测试仪或产品) 是用于执行全部四类接地测量的紧凑型现场耐用的仪器。特别是该测试仪仅用夹钳就可测量接地回路电阻(称为无棒测试)。这种方法不需要使用接地棒或断开接地棒的连接, 能有效提高接地电阻测量的效率。

该测试仪采用:

1) 一键测量概念、三极和四极接地测量、四极土壤电阻率测试

2) 选择性测试, 不断开接地导体的连接(1 个夹钳), 无棒测试, 快速接地回路测试(2 个夹钳)

3) 测量频率: 94、105、111 和128Hz

测试仪提供以下高级功能:

4) 自动频率控制(AFC) —仪器能识别出存在的影响, 并选取一个能将干扰程度降到最小的测量频率(94、105、111 和128Hz), 提供更加准确的接地值。

5) R*测量—计算55Hz 下的接地阻抗, 以便更准确地反映接地故障会检测的接地电阻。

6) 可调整限制—以便进行快速验证测试结果。

在有关电能生产、输送、配电和用电的地方, 必须采取一定的安全措施来保护人民的生命安全。这些安全措施是国家和国际规范的一部分, 需要定期检查。接地是裸露的导电部位对地之间的连接, 保证设备发生接地时最基本、最可靠的安全措施。输电铁塔、变压器, 卷筒、槽罐基础的防雷系统都必须接地。

所以, 每年用接地电阻测试仪测试接地系统保证接地系统的的有效性显得尤为重要。1625-2 接地电阻测试仪将最新技术与紧凑型现场耐用仪器有机组合, 实现完美的解决方案。除了标准的三极和四极接地电阻测量外,它还提供了一种创新的方法, 可以在不断开任何并联接地电极的情况下, 在单点和网格接地系统中精确测量每个接地电极电阻。“这项功能的一个具体应用是快速、准确地测量输电架线塔的接地。1625-2 具备自动频率控制(AFC) 功能, 可尽量减少干扰。在测量之前, 仪器可以识别现有的干扰, 并选择一个可以将其影响降至最低的测量频率。”(引用《Fluke 接地电阻测试仪》)

4 测量方法比较

以下两种测量方法均用福禄克1625-2 接地测试仪进行测量, 这样能有效形成直观对比。

4.1 三极/四极接地电阻测量

这种测量方式使用一根接地探针和一根辅助接地电极、基础接地电极来测试其它接地系统的接地电阻。接线方式详见图1。

图1 三极/四极接地电阻测量法

此方法需要3 个部分, 即探针、辅助接地电极、接地电极, 3 个联合在一起测量接地电阻。三个部分在依次分布在一条直线上, 间距分别大于20m, 它是将探针和辅助接地电极分别布置在输电线路的杆塔附近, 用电压表测量出接地电极同探针之间间存在的电位差, 然后使用电流表测量流经接地装置到辅助接地极的电流, 运用欧姆定律的基本原理, 计算出接地电阻R, 即R=U/I。若使用该方法测量杆塔接地电阻,必须科学设计电压极和电流极的位置, 且在测量过程中必须将杆塔的四个腿与接地体断开后才能测量准确, 这些措施的应用会加大测量工作量, 测量劳动强度过高, 从而影响到测量的效率。

4.2 夹钳法

通常测量单基输电线路塔腿的接地电阻时, 需要断开另外三个塔腿的接地应下线和架空地线与本铁塔的连接, 不然由于架空地线地连接作用和接地环网与塔身的连接形成并联回路, 很大概率会影响常规测试法的接地电阻值的数值。而夹钳法所采用的创新测量方法是使用其外接变流器(EI-162BN 钳形变流器)只测量流经接地极的真实电流, 从而不用切断另外三个塔腿的接地引下线或拆开架空地线的连接线就可测量接地电极的电阻。接线方法详见图二:

由于四个塔腿均与架线塔的地基相连, 因此测试电流Imeas 也分成了5 部分, 一部分因架空地线的连接流向了相邻铁塔, 再流向相邻铁塔的接地极和铁塔基础接地。另外4 部分(I1、I2、I3、I4) 流向本铁塔的4 个塔腿的基础接地和引下线所连接的接地极。这5 部分电流相加得到的复合电流IE 流向了大地。具体将变流器按照一定的顺序安装到塔腿上, 分别测量出每一个塔腿的接地电阻值分别为R1、R2、R3、R4, 对应的电流为I1、I2、I3、I4, 过程中为了保证测量结果的误差, 电压极和电流极的位置应保持不变。因此, 等效电阻可以这样表示:

因此, 架线塔的接地电阻RE 确定为各个等效电阻的并联电路:

4.3 接地探针安装注意事项

在安装电压接地针和电流接地针前, 确保两根探针安装在合适的电位梯度范围以外。接地体与电压探针、电流探针的依次距离大于20m 以上才能满足条件, 不影响检测结果。否则会造成测量不准确的, 结果误差大。三者依次距离是否满足条件, 可以用改变电压探针和电流探针的位置来验证, 如果多次测试的值相同, 则说明接地体与电压探针、电流探针的依次距离满足条件要求。

在测量过程中, 始终保持钳形变流器和测量电流的电流点(鳄鱼夹) 的方向保持固定不变, 才能确保所有塔腿的REi值准确, 然后通过下面的公式计算实际接地电阻RE:

如果变流器的方向正确, 而显示的RE 值为负, 则表明一部分测量电流正向上流到塔体。如果将上述的电阻值带入上面的公式, 就能算出本及铁塔的接地电阻值。

5 杆塔接地电阻测量方法的比较

5.1 测量结果对比

因三极/四极法测量法和夹钳法测量的方法和原理有所不同, 所以测量结果也会不同, 测量的接地电阻值也会不相同。三极/四极法测量回路没有其他电阻, 所以测量的接地电阻值也准确的多。夹钳法是测量整个回路电阻值, 包括架空地线及与之相连接的铁塔的接地电阻、铁塔本身的接地电阻、连接本铁塔接地极的接地电阻。由于回路中涉及了架空地线和相邻铁塔基础的接地电阻和接地极的接地电阻, 都会影响整体的接地电阻。对比两种测量方式的阻值发现, 通过夹钳法测的值偏都大一些。但误差精度基本在5%以内, 但在输电线路杆塔接地电阻测量中, 测量精度要求不高, 在允许误差范围内。

5.2 测量方法对比

使用三极/四极法测量时需拧开杆塔与接地装置的所有螺丝, 接地装置与杆塔必须分开, 测量完成后, 需要重新连接接地体和塔架, 这需要大量的人力、物力和时间, 大大降低了测试效率。当使用夹钳法测量时断开其他铁塔接地线, 用夹钳夹住被测杆塔接地线就可直接测出接地电阻, 通过统计数据发现,夹钳法测试效率比三极/四极测试法效率提高50%以上。

6 结束语

综上所述, 以上两种测试方法和测试结果值都满足要求, 全都能较准确的反映出输电线路杆塔的接地电阻大小, 但从测量测量速度和效率上看, 夹钳法的测试效率是三极发/四极法的测试效率的2 倍左右, 夹钳法尤其适合线路较长、天气条件较差,地形较复杂、工期紧的输电线路杆塔接地电阻的测试工作。