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影响接地电阻的因素

发布时间:2022-04-11   点击次数:441次

本公司生产的接地电阻测试仪在行业内都*,以打造更好的“接地电阻测试仪“高压设备供应商而努力。

1、土壤电阻率 

  土壤电阻率ρ是决定接地电阻的重要因素。根据测量得到的土壤电阻率对接地装置进行设计,使接地电阻能够满足电力保障设备的正常运行,并使接地装置之上的接触电压和跨步电压能够满足对人体安全的要求。由于接地装置的接地电阻主要是深层次土壤电阻率函数,

而接触电压和跨步电压主要是接地装置上表面的表层土壤的土壤电阻率的函数。

  大地对接地装置的有效影响范围在垂直方向上是接地装置等效半径r的2~4倍,水平方向上为距接地网的距离L的1~3倍。因此土壤电阻率是估算接地电阻,防雷设计的重要参数,还是分析雷电灾害事故、总结防雷经验的重要参考。 

  正是因为土壤电阻率对接地的重要性,在进行接地装置设计与施工前,对土壤电阻率的测试以及对测试数据的分析显得尤为重要,但局限于目前对土壤电阻率的测试方法,测试得到的土壤电阻率为视在土壤电阻率,不是实际土壤的真实电阻率,然后只有通过测试得到的视在土壤电阻率,通过数值上的计算,最终来确定土壤的分层,以及每层土壤的厚度,最终求得真实的土壤电阻率。

  土壤电阻率是众多因素中影响接地电阻测试结果最直接、最重要的因素。前面讨论用各种方法测量接地电阻均是在土壤电阻率均匀的前提下进行的。若土壤电阻率ρ不均匀,及土壤出现水平或垂直分层的情况时,采用0.618法测量出得结果误差将由于剖面两侧的土壤电阻率不同而大大增加。特别在被测接地网和电压及之间,或电压极与电流极之间,如过存在一条电阻率变化较大的地层,测量是误差会非常的大。

2、地网的形状与尺寸 

  在实际工程中,地网的形状是五花八门。从敷设方式上总体上可以分为垂直接地,水平接地体,而更多的是两者结合使用。由于现在大多为钢筋混凝土结构建筑,接地体采用建筑的基础钢筋作为接地体,这就使得接地体的形状与建筑的基础形状基本上一样,形状上千奇百怪,但都可以近似的看作网格、圆盘或者圆环来进行计算。不同形状的地网,其接地电阻的计算公式各有不同,即使是相同形状、相同面积下、地网的敷设方式也会有很大的差异,例如同样面积下地正方形地网,其内部具体的水平接地体与垂直体的根数,两个接地体之间的距离也是不同的。由于集合屏蔽效应的存在,这两个面积相同的地网在接地电阻上就会存在一定的差异。总之不同形状的接地体在理论上计算所得的接地电阻值本身就有很大的差异。在传统的三极法测接地电阻测量中,我们是通过将测试电极拉开与地网足够远的距离(通常为4~5倍的地网长对角线长),然后才能将不同形状的地网近似的看作半球体来进行计算和测量。 

  在工程上增大地网面积是降低接地电阻的有效方法之一,这是因为增大地网面积就是直接增大了接地体与土壤的接触面积。在测量中,测量时需要将测试电极布置到足够远的位置才能达到要求,地网的尺寸越大,测量电极就需要布置的越远,这样在实际操作是就会越费时费力而且有时根本没有条件满足这一条件,测试电极布置位置没能达到要就会对测量结果产生影响,使测量结果偏小。

  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。

  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。

  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。  

  笔者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。 

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。 

  以上是上海沪怡技术人员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。

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