一般接地网接地电阻的测量

接地电阻Rg是一个抽象的物理量，是指接地装置被注入接地电流I时，装置上的电位相对于远方零电位点的升高值U对I的比值，即Rg=U/I=U/∮sjnds，而jn=En/ρ，Dn=εEn，Q=∮sDnds

则Rg=ερU/Q=ερ/C（Ω）

其中jn---电流密度（A/m2）

En---电场强度，V/m

ρ---土壤电阻率，Ω·m

Dn---电位移，Dn=εEn

Q---电量，Q=∮sDnds

C---接地极对无穷远处的电容，F

可以认为接地电阻Rg虽具有直流电阻相同的量纲，但实际是土壤电阻率ρ与电容C的比率乘以介电常数ε，因此确切地说应该为接地阻抗。同时由于接地电阻Rg含有电容C这一分量，因此在测量时不能使用直流电源，也不宜以功率表法来测量Rg，功率表的指示值反映电阻分量，而且一般功率表的指示误差与功率因数cosφ有关。若cosφ=0.7～1.0其误差范围符合表计本身准确级标示的要求，但随着cosφ值的降低，误差就不能保证。这也是专门设计低功率因数功率表的理由。接地电阻的阻抗角φ一般都在0.5～0.7之间，其误差是难以估计的，由于这种方法之后反映电阻分量Rg=P/I2；测量值要比实际值偏小，易于得到错误的结论。由此可见接地电阻与一般导体电阻R=ρL/s的物理概念是不一样的，其值与土壤电阻率ρ和介电常数ε的乘积成正比，与电容C成反比，而与接地装置内部的引线长度无直接的关系。

1、接地电阻测试仪使用前的临场检验

在用接地电阻测试仪测量接地电阻时，要求电压探棒和接地极相距20m，电流探棒与电压探棒相距也是20m，并且三点位于同一直线上，如图（a）所示。

接地电阻测试应一般都有探棒2～3根和长度20m和40m的专用线。这种接地电阻测试仪适用于小型接地装置，如配电变压器的接地装置、独立建筑物的防雷接地、住宅小区变电站的接地等，并不适用于110kV以上输电线路杆塔的防雷接地，35kV及以上变电所的接地网和装有昂贵电子设备的高层建筑接地系统。但在实际测量中，经常会碰到以下两种情况：

一、距离接地极20m以外是建筑物，电流探棒无法打入距被测接地电极40m的地下；

二、接地极周围都是混凝土，探棒无法打入。

当出现上述情况时，如何测量接地电阻呢？为此做一个实验：

首先保持接地极和电流探棒相距40m，改变电压探棒与接地极的距离d，如图（b）所示，然后用接地电阻测试仪测量不同距离下的接地电阻值，得到如下表所示数据：

d（mm）

5

10

15

18

20

22

测量值（Ω）

1.8

1.9

2.0

2.1

2.1

2.1

可见由于注入接地极的电流保持不变，电压探棒距接地极越近，接地极与电压探棒之间的电压就越小，测量值也随之变小，当距被测接地极18～22m时，测量值相等，表示此值最接近被测接地极的电阻值。此实验说明，向单根接地极注入电流后，在距单根接地极20m附近，电位已近于零，因此要测出接地极的对地电位，必须把电压探棒打到距接地极20m左右的地方。又为了消除互电阻的影响，电流探棒距电压探棒的距离也保持在20m为宜。

如果距离接地极20m以外是建筑物，则可采用图（c）和（d）所示的方法。图（c）将电压探棒和电流探棒分置在被测接地极的两侧；图（d）则使三者呈现三角形布置，被测接地极与探棒之间皆相距20m。用同一台接地电阻测试仪测量同一接地极，用图（c）和（d）方法测量结果与图（a）的布置，在d=20m时一样，也是2.1Ω。

当接地极周围是混凝土路面时，可采用以下方法：将两块平整的钢板（250x250mm）放在混凝土路面上，在钢板和混凝土路面上之间浇上水，测试线夹在钢板上，其测量结果都与探棒打入地下测量的结果相同。

在工程中经常碰到这样的情况：当利用建筑物基础桩作为接地网时，在测出基础桩的接地电阻后，近地末端做测量点，直接利用柱头内的主钢筋作为防雷引下线通至屋顶，当工程结束后，如何检查防雷装置的接地电阻？此时，可用一根导线，一端连在屋顶女儿墙的防雷带上，另一端连接到位于地面的接地电阻测试仪的E端上，电压探棒距离接地网20m，电流探棒距接地网40m，且和电压探棒在一直线上，此时测得的电阻，减去从女儿墙上引下的导线电阻，加上接地电阻测试仪制造商提供的5m测试线的电阻，即为接地电阻实际值。

2、三极法测量接地电阻

通常将接地装置等值于一掩埋地表的半径为rc的半球体，如下图所示：

其面积等效于接地装置的有效流散面积，标以1，另将准备好的接地极两根，距离接地装置较远的标以3，较近的标以2，然后在1、3之间接入以交流电源注入接地电流I，并以一电压表测量1、2之间的电压U，即可求得电阻值：Rg=U12/I

为了防止土壤发生极化现象，测量时必须采用交流电源。同时，为了减少外来杂散电流对测量结果发生的影响，测量电流的数值不能过小，但也没有必要大到接近于线路系统的实际接地短路电流值。一般可采用五分之一左右的接地短路电流值。测量时，电源应为独立电源，其容量约5～10kVA，电源输出端除了通过被测接地极和电流探棒与大地构成通路外，其余部分应对地绝缘，电源电压为65～220V，可采用交流电焊机作为电源。

为了保证测量的准确度，电流表的准确度等级不要低于1～1.5级，电压表应采用高内阻的电压表。由于被测接地极与探棒之间存在互电阻，会给测量带来误差，在考虑互电阻时：

R= U12/I=Rg+R23-R12-R13

式中：U12---接地极与电压探棒间的电位差

I---通过接地极的电流

Rg---接地极的接地电阻，即自电阻

R23---电压探棒和电流探棒间的互电阻

R12---接地极和电流探棒间的互电阻

R13---接地极和电压探棒间的互电阻

为了使接地电阻的测量误差等于零，必须使Rg+R23-R12-R13=0。互电阻的大小与两接地极之间的距离有关，距离越近，接地极之间的互电阻越大，当两接地极之间的距离接近20m时，互电阻很小；互电阻又与土壤电阻率有关，电阻率越大，互电阻越大。

根据互电阻大小与接地极之间的距离成反比的关系，其中R13的值最小，当两者距离大到40m时，互电阻R13接近于零，因此要使Rg+R23-R12-R13=0成立，则应R12= R23，即把电压探棒放在电流探棒和被测接地极连线的中点。

由于互电阻R13虽小，但总算存在，为了消除由于R13存在而引起的误差，可采用直线法，即补偿法。

因实验如在无穷大处测量时，零电位点应在0.5处，但实际是在有限距离内进行的，可将电位极移至0.618处，以补偿由于在有限距离内测量引起的误差。

●对于电力线路杆塔接地电阻的测量采用三极法，如图：

在没有交流电源的地方，常采用接地电阻测试仪测量，电流探棒d13一般取接地装置最长射线长度l的4倍，电压探棒d12取l的2.5倍。

测量注意装置事项：

(1)测量时接地装置宜与避雷线断开；

(2)电流探棒、电压探棒应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上；

(3)应避免将测量用的电压极和电流极布置在接地装置的射线上；

(4)应避免在雨后立即测量接地电阻。

(5)测量用的电流极和电压极应与土壤有良好的接触。

●对于一般发电厂和变电所接触地网的接地电阻的测量也采用三极法，如图：

D为发电厂或变电所接地网的对角线长度，电压探棒和电流探棒的位置应为：

d13=（4～5）D

d12=（50～60）%d13

测量时，电压探棒沿接地网和电流探棒的连线移动3次，每次移动距离为d13的5%左右，如3次测得的电阻值接近即可。如果d13取（4～5）D有困难时，在土壤电阻率较均匀的地区，可取2D，d12取D；在土壤电阻率不均匀的地区，d13可取3D，d12取1.7D。

3、等腰三角形法测量

当测试时临时增设的电极2和3与被测接地装置的位置如图：

被测接地装置为1，仍按前述，在1、3之间注入电流I，测量1、2之间的电压U，同样也可测得接地电阻Rg。此时d12=a、d13=b、d23=c，循前述要获得补偿条件则按式写出：

－+=－+-=0

由平面三角形中按余弦定理可知c=，带入上式，若使a=b，即布置成等腰三角形时，可求得θ≈28.955°≈29°。

因规定布置成等腰三角形时，其间的夹角应为29°，这是作为有限距离内测量时的基本要求。此外被测接地装置1与电流极3之间的距离：

d≧（4～5）D=（8～10）rc

式中D---接地网对角线的长度等于2倍的接地网等值半径rc，如图：

当采用三极法测量发电厂和变电所的接地电阻，在取d13=（4～5）D有困难时，也可改变电压探棒和电流探棒的位置，采用等腰三角形布置一般取d12=d13≧2D。

这时电压探棒与电流探棒与接地极成等腰三角形布置。由于1、2两点距离d13相等，则互电阻d12=d13。为了使接地电阻的测量误差等于零，则2、3的互电R23和1、3的互电阻R13应满足：R23=2R13。在土壤电阻率均匀的情况下，只要2、3之间距离d23和1、3之间距离d13满足:

d23=1/2d13

上述测量方法适用于一般接地网的测试。