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影响接地电阻检测准确性的制约因素
发布日期:2016-05-12 来源:博宇电力 阅读:1271

随着防雷事业的快速发展,全国各地的防雷检测工作也得到了长足的进步。接地电阻的测量作为防雷检测的重要一环,是广大防雷工作者必不可少的日常事务。目前接地电阻测试仪种类繁多,各地还引进了大型地网接地测试仪,但由于大地网测试仪存在布线劳动量大,现场维护难、不符合快捷高效的要求等缺点,很少投入使用。而常规的接地测试仪受地形、地理、天气、噪声干扰、人为操作不当等因素的干扰,使得接地电阻的测量存在较大的误差,影响了防雷安全工作正常的检测和验收。

接地电阻的定义:向接地网注入1A的电流,接地网对大地的无限远处零电位所产生的电位差为该地网的接地电阻。

理想接地图

如上图所示E点为接地体(理想化为单点接地),C点为测试仪的电流极。图中曲线为地表的等电位线,过P点的垂直线为零电位线,零电位线延伸到无限远处。EC的距离应为接地极深度的5倍,EP的距离应为接地极深度的2.5倍,测试仪的电位极在P点,电流极在E点。按照接地电阻的定义,接地电阻R应为E点至无限远处零电位的电位差U与测试仪从E点至C点的电流I之间的比值,即R=U/I。

下图为接地网测量时辅助接地极P、C的布置。接地电阻测量仪的E端应接在地网的边缘上,EC的延长线要通过地网的中心G点。当地网的最大外径为D时,取E点到电流探针C点的距离为EC=5D时,地网周围地表的等电位线沿地网周围平均分布,电位极P处才有可能接近于真实零电位线。这样测得的接地电阻R才会比较真实。否则P点处电位不为零,测试仪显示的结果就有可能偏大或偏小。

实际接地图

以上分析结果有一个前提条件:土壤在测试范围内平坦且水平方向和垂直方向均匀分布,导电能力上呈各向同性,地下无金属管道等影响等电位线发生畸变的外来因素。任何不满足前提条件的干扰因素都会导致接地电阻的测试结果和实际情况存在偏差。另外天气条件、地下杂散电流、仪器精度和人为操作也会对测试结果存在影响。由此可以看出,影响接地电阻测试准确性的因素很多,要想做到完全准确、客观地反映真实情况几乎是不可能的。

博宇电力从多年的实际检测工作入手,对接地电阻检测的各种干扰因素做了一个初步的分析,希望和广大防雷工作者一起探讨研究。

1、水平方向土壤特性变化的影响

我们经常看到接地网周围的土壤结构和成分并不一样,含水量也不尽相同,这些差异直接导致了土壤在各水平方向上的导电能力的不一致。也使得等电位线在水平面上的发生畸变,这样一来,电位极P在EC点的中点2.5D处的电位就有可能不是零电位了。笔者在“湖南省人民会堂”项目的防雷检测中就发现了类似的问题。该项目设计接地电阻值为不大于1Ω。北面为砾石沙土层,西面为地下管网密集的市政公路,南面为省政府办公区,东面为原生山地。仅东南方向山脚下为红色粘土层。经多次实地检测,各方向检测结果数据差异很大。北向砾石沙土层检测结果为8.86Ω,东向山坡检测结果为2.86Ω,西向因地面为沥青路面无法打桩检测,南向办公区因干扰源较多测试结果为4.56Ω,仅东南向沿山脚的红色粘土层测试结果为0.95Ω。这些测试结果差异较大,到底哪个才较为符合客观实际呢?从左图的等电位线模拟分布图,我们可以看出,只有东南向红色粘土层区的等电位线分布略显均匀,将P、E极探针打在这个区域才能较真实反映出地网的实际接地电阻。所以说此项目的接地工程应该是符合设计要求的。所以对于周边土壤环境复杂的区域,防雷检测时必须要多次测量、综合分析,才能得出正确的结果。

实地测试

2、垂直方向土壤特性变化的影响

垂直方向土壤的变化我们大多数时候都不可能做到充分的了解,但是这种变化对测试结果的影响也是客观存在的。大多数项目在施工过程中都会有在周围取土而后回填的情况。回填时一般都是将建筑垃圾回填,这些回填的建筑废弃物和土壤的导电特性肯定存在差异,而且回填土存在较多空隙,密实度和土壤也差别很大。由于时间短回填土的含水率也不高。使得检测结果往往失去真实性。因此检测时应尽可能找有原生土的区域打接地桩,回填土不厚的区域可以除去表面回填浮土在打入接地极。这样的测试结果才更接近真实情况。

3、地形的变化

检测工作中我们常常会遇到施工现场存在高低落差大的地形因素,如果不加注意也会对检测结果产生一定的影响。我们的检测规范上也没有针对不同地形提出有效的校正依据,相关的研究部门也没有给出地形变化带来的等电位线重新分布的模型。因此这里只能做一个定性的分析。地形抬升时由于土层的加厚,相当于导电线截面积的加大,水平方向电位降变化相对趋缓,因此等电位线变稀疏,P、C极的距离应适当加大。地势降低时则相反,P、C极的距离应适当减小。

4、地下金属管网的影响

对于市区的施工项目,由于周围建筑密集,地下管网错综复杂,接地电阻测试有时候受的影响特别大。笔者现在使用的K-2127接地测试仪,在城区使用四线法检测时,经常遇到显示结果为0.00Ω。其原因很好分析。当EP所在直线与地下有金属管道恰好重合时,EP两点的电位有时是相同的,也就是说EP之间的电位差为0,根据公式R=U/I,可知测试结果必然为零。为了尽可能地减小地下金属管网的影响,检测时应尽量远离地下管网分布区,实在无法做到避开时,则应尽可能的使EPC三点连成的直线垂直于金属管道的走向。

5、噪声电流、电压的影响

接地测试仪对大地的噪声电压、杂散电流等干扰信号也比较敏感,一般在仪器的说明书里都有比较详细的说明,检测人员在一起使用前必须详细阅读。以K-2127为例当噪声电流大于2.1A、噪声电压大于5V时仪器会自动报警。当出现噪声报警信号时,应使P、C极远离干扰源,或将测试设备的电源暂时关掉以降低噪声电压后再进行测试。

6、电流、电位接地桩位置的影响

如果电位极P、电流极C的接地电阻RP、RC太高,同样对检测结果会产生较大影响。一般当RP、RC≥50KΩ时,测量结果不能采用。现在的测试仪也有这种情况的自动报警装置。测量时要注意将辅助接地极P、C极插入潮湿的土壤中,对于特别干燥的土壤可以浇足够的水使土壤湿透后再打入接地极进行检测。

7、仪器本身的影响

仪器本身由于设计和工艺的原因,对环境的温湿度有一定的要求。一般情况下接地测试仪的工作温度范围在0~40℃之间,湿度在80%以下。温湿度超出工作环境要求之外时,检测结果会存在一定的偏差。当仪器电池电量不足时,仪器会显示电量不足,检测时同样应该注意,否则将影响检测结果。

以上是笔者在实际检测工作中遇到的较为常见的问题,在此也仅仅之作了一些粗浅的分析,许多问题因水平所限也无法定量的分析结果。不足之处,恳请广大同行、专家批评指正。