接地電阻的原理與測量

接地電阻的原理與測量
通常，設備的接地電阻應盡可能地小，設備說明書上應給出對接地電阻的要求。設備的接地電阻包括了從設備內地線排到機房總地線排連線電阻、總地線排至接地樁的電阻、接地樁與大地間的電阻（地阻）以及彼此間的連接電阻，通常情況下，接地樁與大地間的電阻（地阻）是其中最主要的可變部分，除地阻外的其它部分總電阻在多數情況下總是小于１Ω。
　　一、地阻的測量原理
　　影響接地電阻的因素很多：接地樁的大小（長度、粗細）、形狀、數量、埋設深度、周圍地理環境（如平地、溝渠、坡地是不同的）、土壤濕度、質地等等。為了保證設備的良好接地，利用儀表對地電阻進行測量是必不可少的，常用的測量儀器是手搖式地阻表和鉗形地阻表。
　　１．手搖式地阻表測量原理
　　手搖式地阻表是一種較為傳統的測量儀表，它的基本原理是采用三點式電壓落差法，如圖１所示。其測量手段是在被測地線接地樁（暫稱為Ｘ）一側地上打入兩根輔助測試樁，要求這兩根測試樁位于被測地樁的同一側，三者基本在一條直線上，距被測地樁較近的一根輔助測試樁（稱為Ｙ）距離被測地樁２０ 米左右，距被測地樁較遠的一根輔助測試樁（稱為Ｚ）距離被測地樁４０米左右。測試時，按要求的轉速轉動搖把，測試儀通過內部磁電機產生電能，在被測地樁Ｘ和較遠的輔助測試樁（稱為Ｚ）之間“灌入”電流，此時在被測地樁Ｘ和輔助地樁Ｙ之間可獲得一電壓，儀表通過測量該電流和電壓值，即可計算出被測接地樁的地阻。
　　２．鉗形地阻表測量原理
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　　鉗形地阻表是一種新穎的測量工具，它方便、快捷，外形酷似鉗形電流表，測試時不需輔助測試樁，只需往被測地線上一夾，幾秒鐘即可獲得測量結果，極大地方便了地阻測量工作。鉗形地阻表還有一個很大的優點是可以對在用設備的地阻進行在線測量，而不需切斷設備電源或斷開地線。　
　　電路中Ｅ和Ｉ旁的圓環表示鉗形地阻表的環形卡口，Ｒｘ為被測地線樁的地阻，Ｒ１、Ｒ２ ．．． Ｒｎ為分布式接地系統中其它接地點的地阻。該圖可以進一步等效為圖３。測量時，鉗形地阻表利用電磁感應原理通過其前端卡口（內有電磁線圈）所構成的環向被測線纜送入一恒定電壓Ｅ，該電壓被施加在圖３所示的回路中，地阻表可同時通過其前端卡口測出回路中的電流Ｉ，根據Ｅ和Ｉ，即可計算出回路中的總電阻，即：　　Ｅ／Ｉ＝Ｒｘ＋ １／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋ ．．． ＋１／Ｒｎ）
　　１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋ ．．． ＋１／Ｒｎ）為Ｒ１、Ｒ２ ．．． Ｒｎ并聯后的總電阻　　在分布式多點接地系統中，通常有Ｒｘ ＞＞ １／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋ ．．． ＋１／Ｒｎ）， “＞＞”意為“遠遠大于”假設上述條件成立，則被測地阻Ｒｘ＝Ｅ／Ｉ。

　　事實上，鉗形地阻表通過其前端卡環這一特殊的電磁變換器送入線纜的是１．７ｋＨｚ的交流恒定電壓，在電流檢測電路中，經過濾波、放大、Ａ／Ｄ轉換，只有１．７ｋＨｚ的電壓所產生的電流被檢測出來。正因這樣，鉗形地阻表才排除了商用交流電和設備本身產生的高頻噪聲所帶來的地線上的微小電流，以獲得準確的測量結果，也正因為如此，鉗形地阻表才具有了在線測量這一優勢。實際上，該表測出的是整個回路的阻抗，而不是電阻，不過在通常情況下他們相差極小。鉗形地阻表可即刻將結果顯示在ＬＣＤ顯示屏上，當卡口沒有卡好時，它可在ＬＣＤ上顯示“ｏｐｅｎ ｊａｗ”或類似符號。
　　由于鉗形地阻表的特殊結構，使它可以很方便地作為電流表使用，很多這類儀表同時具有鉗形電流表的功能。另一方面，雖然鉗形地阻表測試時使用一定頻率的信號以排除干擾，但在被測線纜上有很大電流存在的情況下，測量也會受到干擾，導致結果不準確。所以，按照要求，在使用時應先測線纜上的電流，只有在電流不是非常大時才可進一步測量地阻。有些儀表在測量地阻時自動進行噪聲干擾檢測，當干擾太大以致測量不能進行時會給出提示。
　　二、鉗形地阻表測量注意事項
　　 從上面的介紹可以看出，鉗形地阻表和手搖式地阻表的測量原理完全不同。手搖式地阻表在使用時，應將接地樁與設備斷開，以避免設備自身接地體影響測量的準確性，手搖式地阻表可獲得較高的精度，而不管是單點接地和多點接地系統；對于鉗形地阻表，其最理想的應用是用在分布式多點接地系統中，此時應對接地系統的所用接地樁依次進行測量，并記錄下測量結果，然后進行對比，對測量結果明顯大于其它各點的接地樁，要著重檢查，必要時將該地樁與設備斷開后用手搖式地阻表進行復測，以暴露出不良的接地樁。
　　在單點接地系統中應慎用鉗形地阻表，從它的工作原理中可以看出：鉗形地阻表測出的電阻值是回路中的總電阻，只有Ｒｘ ＞＞１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋ ．．． ＋１／Ｒｎ）時，該阻值才近似于我們要測的接地樁地阻，而這個條件，在很多情況下，尤其是在單點接地系統中是不滿足的。對于已埋設好而尚未與設備連接的開路接地樁，其地阻根本不能用該儀表進行測量。鉗形地阻表在使用中應注意以下幾點：
　　１．注意是否單點接地，被測地線是否已與設備連接，有無可*的接地回路。
　　開路接地樁，不能測量；接地回路不可*，測量結果不準確（偏高）。我們在實際使用中曾遇到過這種情況，在我局Ｆ１５０模塊局驗收中，我們曾使用這種儀表進行接地線地阻檢查。
　　我們用鉗形地阻表分別在Ａ、Ｂ、Ｃ三處進行測量，發現許多局地阻偏高，尤其是Ｃ位置，許多局超過５０Ω，有些局高達１２０Ω，于是開始懷疑測量結果不準確，后用老式的三點式測試法進行復測證實了這一點。在這種情況下，由于ＭＤＦ架除地線外只有架底膨脹螺絲接地，膨脹螺絲插入室內地面不足１０ｃｍ，其接地電阻必然很大，在Ｃ位置測得的回路總電阻其中包含此電阻，此時鉗形地阻表工作原理中所提的假設條件不能滿足，故而導致測量結果有較大偏差。
　　２．注意測量位置，選取合適的測量點
　　選取的測量點不同，測得的結果是不同 的，如在圖４中的Ａ、Ｂ、Ｃ三點測得的結果是不同的，而且差別很大，根據鉗形地阻表的工作原理，這不難理解，這就要求在使用中要對測量點的選取加以注意。測量有時會遇到無處可夾的情況，在條件允許的情況下，可暫斷開原地線連線，臨時接入一段可夾持的跳線進行測量。
　　３．注意“噪聲”干擾
　　地線上較大的回路電流對測量會造成干擾，導致測量結果不準確，甚至使測試不能進行，很多儀表在這種情況下會顯示出“Ｎｏｉｓｅ”或類似符號