《接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則》DL

1、接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則DL475 92中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則DL475 92中華人民共和國能源部1992-11-03 批準(zhǔn) 1993-04-01 實施1 主題內(nèi)容與適用范圍本導(dǎo)則規(guī)定了接地裝置工頻特性參數(shù)的測量方法以及減小或消除某些因素對測量結(jié)果影響的方法。本導(dǎo)則適用于發(fā)電廠、變電所和桿塔等接地裝置工頻特性參數(shù)的測量，擬建發(fā)電廠、變電所和桿塔的場地土壤電阻率的測量。本導(dǎo)則也適用于避雷針和微波塔等其它接地裝置工頻特性參數(shù)的測量。2 對接地裝置工頻特性參數(shù)測量的基本要求在一般情況下盡量用本導(dǎo)則中推薦的方法測量接地裝置的工頻特性參數(shù)，如在測量中遇到困難時，可

2、以由有關(guān)單位的負(fù)責(zé)人決定采用行之有效的方法測量。發(fā)電廠、變電所和桿塔等接地裝置的工頻特性參數(shù)盡量在干燥季節(jié)時測量，而不應(yīng)在雨后立即測量。通常應(yīng)采用兩種或兩種以上電極布置方式( 包括改變電極布置的方向) 測量接地裝置的工頻特性參數(shù)。有時， 還需要采用不同的方法測量，以互相驗證，提高測量結(jié)果的可信度。如條件允許，測量回路應(yīng)盡可能接近輸電線接地短路時的電流回路。3 發(fā)電廠和變電所接地裝置的工頻接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的測量發(fā)電廠和變電所接地裝置的工頻接地電阻的測量3.1.1 測量原理接地裝置工頻接地電阻的數(shù)值，等于接地裝置的對地電壓與通過接地裝置流入地中的工頻電流的比值。接地裝置的對地電壓是指接

3、地裝置與地中電流場的實際零位區(qū)之間的電位差。圖 1 是測量工頻接地電阻的電極布置和電位分布的示意圖， 圖上點 P 是實際零電位區(qū)中的一點，實際零電位區(qū)是指沿被測接地裝置與測量用的電流極C 之間連接線方向上電位梯度接近于零的區(qū)域。實際零電位區(qū)范圍的大小，與測量用的電流極離被測接地裝置的距離dGC的大小、通過被測接地裝置流入地中測試電流的大小以及測量用的電壓表的分辨率等因素有關(guān)。用電壓表和電流表分別測量接地裝置G 與電壓極P 之間的電位差UG 和通過接地裝置流入地中的測試電流I ， 由 UG 和I 得到接地裝置的工頻接地電阻(1)測量工頻接地電阻的三極法三極法的三極是指圖 2上的被測接地裝置 G,

4、測量用的電壓極 P和電流極Co圖中測量用的電流極C和電壓極P離被測接地裝置 G邊緣的距離為dGC=(45)D和dGP=-dGC D為被測接地裝置的最大對角線長度，點P 可以認(rèn)為是處在實際的零電位區(qū)內(nèi)。如果想較準(zhǔn)確地找到實際零電位區(qū)，可以把電壓極沿測量用電流極與被測接地裝置之間連接線方向移動三次，每次移動的距離約為dGC 的 5%，測量電壓極P 與接地裝置G 之間的電壓。如果電壓表的三次指示值之間的相對誤差不超過5%，則可以把中間位置作為測量用電壓極的位置。圖 1 測量接地裝置工頻接地電阻的電極布置和電位分布示意圖G一被測接地裝置；P測量用的電壓極；C測量用的電流極；D一被測接地裝置的最大對角線

5、長度 圖 2 三極法的原理接線圖(a) 電極布置圖；(b) 原理接線圖G一被測接地裝置；P測量用的電壓極；C測量用的電流極；E 測量用的工頻電源； A交流電流表；V一交流電壓表；D一被測接地裝置的最大對角線長度把電壓表和電流表的指示值UG 和 I 代入式 (1) 中去，得到被測接地裝置的工頻接地電阻RG。當(dāng)被測接地裝置的面積較大而土壤電阻率不均勻時，為了得到較可信的測試結(jié)果，建議把電流極離被測接地裝置的距離增大，例如增大到10km,同時電壓極離被測接地裝置的距離也相應(yīng)地增大。如果在測量工頻接地電阻時，dGC取(45)D值有困難，那么當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時，dGC可以取2D值，而 d

6、GP 取 D 值；當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時，dGC 可以取 3D 值， dGP 取 值。如果接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻，也可以用圖3 的三角形布置電極的方式測量工頻接地電阻。被測接地裝置的工頻接地電阻值由下式?jīng)Q定式中UGP-一電壓極與被測接地裝置之間的電壓；I 通過接地裝置流入地中的測試電流；a被測接地裝置等效球半徑；DGP DGC一電壓極和電流極離被測接地裝置的等效中心的距離；電壓極和接地裝置等效中心的連接線與電流極和接地裝置等效中心的連接線之間的夾角。一般取 dGP- dGC=2D 9弋30。當(dāng)接地裝置的最大對角線較小，且工頻接地電阻值大于Q時，也可以用接地電阻測量儀測量接地

7、電阻，但其電壓極和電流極應(yīng)按前面提到的要求布置。測量工頻接地電阻的四極法當(dāng)被測接地裝置的最大對角線D 較大，或在某些地區(qū)( 山區(qū)或城區(qū)) 按要求布置電流極和電壓極有困難時，可以利用變電所的一回輸電線的兩相導(dǎo)線作為電流線和電壓線。由于兩相導(dǎo)線即電壓線與電流線之間的距離較小，電壓線與電流線之間的互感會引起測量誤差。圖4 是消除電壓線與電流線之間互感影響的四極法的原理接線圖。圖4 的四極是指被測接地裝置 G測量用的電流極 C和電壓極P以及輔助電極 &輔助電極S離被測接地裝置邊緣的距離 dGS=30- 100nl 圖 3 測量接地裝置的工頻接地電電阻的三角形布置電極方式G一被測接地裝置；P測量用的電壓

8、極；C測量用的電流極；D一被測接地裝置的最大對角線長度圖 4 四極法測量工頻接地電阻的原理接線圖G一被測接地裝置；P測量用電壓極；C測量用電流極；S測量用的輔助電極；一工頻電源用高輸入阻抗電壓表測量點2 與點3、點3 與點 4 以及點 4 與點 2 之間的電壓U23、 U34和U42由電壓U23 U34和U42以及通過接地裝置流入地中的電流I ,得到被測接地裝置的工頻接地電阻(3)對測量儀表的要求為了使測量結(jié)果可信，要求電壓表和電流表的準(zhǔn)確度不低于級，電壓表的輸入阻抗不小于100kQo最好用分辨率不大于1%的數(shù)字電壓表( 滿量程約50V)。影響工頻接地電阻實測值的因素和消除其影響的方法在不停電

9、的條件下，接地裝置中存在電力系統(tǒng)的零序電流，它會影響工頻接地電阻的實測值。零序電流對工頻接地電阻實測值的影響，既可以用增大通過接地裝置的測試電流值的辦法減小，也可以用倒相法或三相電源法消除用倒相法得到的工頻接地電阻值(4)式中 I 通過接地裝置的測試電流，測試電壓倒相前后保持不變；測試電壓倒相前后的接地裝置的對地電壓；UG0-一不加測試電壓時接地裝置的對地電壓，即零序電流在接地裝置上產(chǎn)生的電壓降。把三相電源的三相電壓相繼加在接地裝置上，保持通過接地裝置的測試電流值I 不變，則被測接地裝置的工頻接地電阻值(5)式中UGA UGB和UGC-把A相電壓、B相電壓和C相電壓作為測試電源電壓時接地裝置

10、的對地電壓；UG0-在不加測試電源電壓時，電力系統(tǒng)的零序電流在接地裝置上產(chǎn)生的電壓降；I 通過接地裝置的測試電流。當(dāng)測量用的電壓線較長時，電壓線上可能出現(xiàn)廣播電磁場等交變電磁場產(chǎn)生的干擾電壓。如果用有效值電壓表測量電壓，則電壓表的指示值要受高頻干擾電壓的影響。為了減小高頻干擾電壓對測量結(jié)果的影響，在電壓表的兩端子上并接一個電容器，其工頻容抗應(yīng)比電壓表的輸入阻抗大100 倍以上。在許多變電所中，輸電線的避雷線是與變電所的接地裝置連接的，這會影響變電所接地 電阻的實測值。因此在測量前，應(yīng)把避雷線與變電所接地裝置的電連接斷開。通過接地裝置的測試電流大，接地裝置中的零序電流和干擾電壓對測量結(jié)果的影響小

11、，同一分辨率的電壓表的可測電流場的范圍大，即工頻接地電阻的實測值的誤差小。為了減小工頻接地電阻實測值的誤差，通過接地裝置的測試電流不宜小于30A。為了得到較大的測試電流，一般要求電流極的接地電阻不大于10 Q,也可以利用桿塔的接地裝置作為電流極。盡可能使測量線遠(yuǎn)離運行中的輸電線路或與之垂直，以減小干擾影響。測量電極的布置要避開河流、水渠、地下管道等。接觸電壓和跨步電壓的測量接觸電壓和跨步電壓與接觸電勢和跨步電勢之間的關(guān)系接觸電勢是當(dāng)接地短路電流流過接地裝置時，在地面上離電力設(shè)備的水平距離為0.8m 處 （模擬人腳的金屬板）， 沿設(shè)備外殼、 構(gòu)架或墻壁離地的垂直距離為1.8m 處的兩點之間的電位

12、差（ 圖 5）； 接觸電壓是指人體接觸上述兩點時所承受的電壓?？绮诫妱菔侵府?dāng)接地短路電流流過接地裝置時，在地面上水平距離為0.8m 的兩點之間的電位差；跨步電壓是人體的兩腳接觸上述兩點時所承受的電壓。由圖5，得到式中Ej, Ek接觸電勢和跨步電勢；Uj, Uk接觸電壓和跨步電壓；Rp人一個腳的接地電阻；Rm-模擬人體的電阻，1500 Q。接觸電勢、跨步電勢、接觸電壓和跨步電壓的測量圖 5 測量接觸電壓和跨步電壓的原理接線圖S 電力設(shè)備構(gòu)架；V1和V2高輸入阻抗電壓表；P一模擬人腳的金屬板；Rm-模擬人體的電阻；G一接地裝置；C測量用電流極圖 5 是測量接觸電勢、跨步電勢、接觸電壓和跨步電壓的原

13、理接線圖，模擬人的兩腳的金屬板是用半徑為 0.1m的圓板或0.125mx 0.25m的長方板。為了使金屬板與地面接觸良好，把地面平整，撒一點水，并在每一塊金屬板上放置15kg 重的物體。取下并接在電壓表兩端子上的電阻Rm高輸入阻抗（100kQ）的電壓表V1和V2將分別測量出與通過接地裝置的電流I對應(yīng)的接觸電勢和跨步電勢；如果在電壓表 V1和V2的兩端子上并接電阻 Rm（1500Q ），則電壓表V1和V2的測 量值分別為與通過接地裝置的測試電流對應(yīng)的接觸電壓值和跨步電壓值。在發(fā)電廠和變電所中工作人員常出現(xiàn)的電力設(shè)備或構(gòu)架附近測量接觸電壓；在接地裝置的邊緣測量跨步電壓。在測量接觸電壓時，測試電流應(yīng)

14、從構(gòu)架或電氣設(shè)備外殼注入接地裝置；在測量跨步電壓時，測試電流應(yīng)在接地短路電流可能流入接地裝置的地方注入。發(fā)電廠和變電所內(nèi)的接觸電壓和跨步電壓與通過接地裝置流入土壤中的電流值成正比。當(dāng)通過接地裝置入地的最大短路電流值為Imax 時，對應(yīng)的接觸電壓和跨步電壓的最大值分別為式中I、Uj和Uk測量時通過接地裝置的測試電流以及對應(yīng)的接觸電壓和跨步電壓的實測值。圖 6 測量輸電線桿塔接地電阻的原理接線圖(a) 電流極和電壓極的布置圖；(b) 原理接線圖GL被測桿塔的接地裝置；P測量用的電壓極；C測量用的電流極；Ml接地電阻測量儀；l 一接地裝置的最大射線長度4 輸電線桿塔接地裝置的接地電阻的測量輸電線桿塔

15、接地裝置接地電阻的測量方法的原理與發(fā)電廠和變電所接地裝置接地電阻的測量方法的原理基本相同，但由于輸電線桿塔離城鄉(xiāng)較遠(yuǎn)，沒有交流電源，輸電線桿塔的接地電阻一般是用接地電阻測量儀測量。圖 6 是用接地電阻測量儀測量輸電線桿塔接地電阻的原理接線圖，電壓極P 和電流極C離桿塔基礎(chǔ)邊緣的直線距離dGP=2.5l 和 dGC=4l， l 為接地裝置的最大射線的長度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)接地電阻的實測值與以往的測量結(jié)果有明顯的增大或減小時，應(yīng)改變電極的布置方向，再測量一次。測量桿塔的接地電阻時，應(yīng)把桿塔與接地裝置的電聯(lián)接斷開，應(yīng)避免把測量用的電壓極和電流極布置在接地裝置的射線上面，測量用的電流極和電壓極應(yīng)與土壤接觸良好。

16、5 土壤電阻率的測量 單極法測量土壤電阻率的單極法是指在被測場地打一單極的垂直接地體( 圖 7)，用接地電阻測量儀測量得到該單極接地體的接地電阻值R,然后由下式得到等效土壤電阻率(12)單極接地極的直徑 d應(yīng)不小于1.5cm,長度應(yīng)不小于1m=圖 7 單極法測量土壤電阻率的示意圖d一單極接地體的直徑；h一單極接地體的長度圖 8 四極法測量土壤電阻率的原理接線圖C1和C2測量用的電流極；P1和P2測量用的電壓極；M1接地電阻測量儀；h測量電極的埋設(shè)深度；a測量電極之間的距離單極法只適用于土壤電阻率較均勻的場地。四極法圖 8 是測量土壤電阻率的四極法的原理接線圖，兩電極之間的距離a 應(yīng)等于或大于電

17、極埋設(shè)7制受h的20倍，即a20ho由接地電阻測量儀的測量值R,得到被測場地的視在土壤電阻率 p =2%aR (13)測量電極建議用直徑不小于1.5cm的圓鋼或 25X 25X4的角鋼，其長度均不小于 40cni被測場地土壤中的電流場的深度，即被測土壤的深度，與極間距離a 有密切關(guān)系。當(dāng)被測場地的面積較大時，極間距離 a 應(yīng)相應(yīng)地增大。為了得到較合理的土壤電阻率的數(shù)據(jù)，最好改變極間距離a,求得視在土壤電阻率p與極間距離a之間的關(guān)系曲線p=f(a) ，極間距離的取值可為5、 10、 15、 20、 30、 40m、 ，最大的極間距離amax 可取擬建接地裝置最大對角線的三分之二。注意事項地下管道的影響在靠近居民區(qū)或工礦區(qū)，地下可能有水管等具有一定金屬部件的管道。如果測量電極布置不恰當(dāng)，則