单根接地极的计算公式(单根接地极的计算公式是)

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在防雷检测和竣工验收过程中经常会遇到大型接地网,其对角线长度超过 100m。由于测量规范要求的布线距离很长,例如电流极距离为接地网对角线长度的 4~5 倍,接地网越大,则需要布线的距离越长。许多测试对象周边的布线条件复杂,放线困难,工作量大,不少检测公司人员采取缩短布线距离,或者直接在大型接地网内部采用短线测量,那么这种测试方法是否正确呢?

1、接地电阻测试的概念

接地电阻的概念: 接地装置工频接地电阻的数值,等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中工频电流的比值。接地装置的对地电压是指接地装置与地中电位场的实际零位之间的电位差。

测试接地电阻常用的方法有电位降法、三极直线法和三极夹角法,根据其测试原理可知,电位降法和三极直线法都是在电压极 P 处于对地电压零电位的位置时所测得的数值进行接地电阻计算的,而三极夹角法通过数据的修正来计算,但其电压极 P 也应处于零电位位置。

因此,准确寻找零电位的位置是各种测量方法确定电压极引线长短的基础。

2、接地体周围的电压降和电位分布

雷电流或故障电流迅速通过接地极导入大地时,在其周围土壤上产生电位。以单根管桩接地体为例,在土壤电阻率均匀的场地,当电流从接地体中流出时向土壤的各个方向扩散。在土壤电阻率均匀、接地体与大地紧密接触的情况下,流入地中的电流通过接地极向大地呈半球状散流,单根接地装置周围电位分布图如图 1 所示。因此,将电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围称为流散区。

由图 1 可见,离接地体愈近,电流密度愈大,电压降也愈大; 当电流流经距接地体很远的地方时,由于电流密度非常小,实际电压降接近于 0。

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试验证明: 在距单根接地极 20m 以外的地方,电图 1 单根接地装置周围电位分布图位已趋近于 0,该处就属于接地装置对地电压的零电位。

多根接地装置周围散流电阻分布如图 2 所示。由图 2 可知,多根接地装置由于屏蔽作用,其散流区更大,零电位的位置更远。

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由此可以得出,零电位存在于散流区之外,接地体越多,散流区越大,零电位的位置也越远。散流区的大小取决于地网的形状、大小和尺寸。

3、采用缩短布线距离的方法测量接地电阻以单根接地装置采用电位降法测量接地电阻为例。

3.1 电压极 P 在散流区内部,电流极 C 在散流区外正常布置电压极 P 在散流区内部时如图 3 所示。

可知,根据 U - X 变化曲线,曲线平坦处为电位零点,即 P 点位置,与曲线起点间的电位差即为接地装置 E 的电位降 Um,接地装置 E 的接地电阻 R =Um/I,此值即为接地电阻的真实值。当缩短电压极引线长度时,电压极有可能布置在散流区内,电压极位于 P1 位置时,其位于接地装置散流区之内,测量值 U1

当电压极位于接地装置散流区内时,所测接地电阻值小于真实值。因此,电压极 P 应位于接地装置散流区之外。

3.2 电压极 P、电流极 C 都在散流区内部电压极 P、电流极 C 在散流区内部如图 4 所示

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当缩短电压极和电流极引线长度时,由于接地装置与电流极之间的距离缩小,U- X 曲线变得非常陡,使得要准确寻找到曲线平坦处变得异常困难。虽然理论上接地装置与电流极之间也存在一个电位等于 0 的零点位置 (P 点位置),但是电流极与接地装置间距太小,由于电流的屏蔽作用,电位零点的位置会发生偏移,偏移受土壤电阻率和地中管道、地中杂散电流等诸多因素影响,实际情况中很难准确寻找到,通常测量到的数值会出现 P1、P2 位置的情况,即 U1Um 的情况,所测得数值都偏离于真实值,无法反映接地装置的真实电阻值。

4、大型地网内部采用短线测量

大型地网接地由多根接地极、接地线等装置组合而成,其散流区的分布更加复杂,在大型接地网内部几乎找不到电位零点区域,而辅助极位置又无法和接地装置保持足够的距离,故测量数据与真实值偏差较大。

以网格状布置的多根接地极为例,当在地网内部采用短线测量,即电压极 P 和电流极 C 都在地网内部。大地网内部短线测量布置如图 5 所示。

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在网格状布置的多根接地极内部进行布线,由于电压极和电流极无法和水平接地体保持足够远的距离,故测量回路如等效图所示,测量回路近似于接地装置电气完整性测试,相当于测试接地装置各部分之间的电气导通性,其测量结果为接地装置 E 和电压极附近接地体之间的电阻值,而非接地装置 E 的接地电阻,与测量的初衷不符。

5、总结

为了方便而缩短布线距离的方法,其接地电阻测量结果与实际值存在一定偏差; 在大型接地网内部采用短线测量的方法,其测量结果完全违背测量的初衷。所以,这两种接地电阻测量方法都是不可取的。

接地电阻测试应遵循规范要求布线,严格按照 GB/T21431-2015《建筑物防雷装置检测技术规范》要求,遵循其布线距离的要求。

布线时应明确这些概念: 接地装置最大对角线长度,接地装置边缘与电流极的距离,接地装置边缘与电压极的距离,辅助极应布置在地网散流区之外。

测试接地电阻布线还应考虑其他因素对测量结果的影响,测试回路应尽量避开河流、湖泊; 尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路,避免与之长段并行,与之交叉时垂直跨越; 减小电流线与电位线之间的互感影响等,在今后的检测工作中应尽量避免干扰因素对测量数据的影响,确保检测数据的正确性和科学性。

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