如何用鉗型方法來測量接地電阻?

本文介紹了鉗型法測量接地電阻的測量原理和測量方法，用比對法校驗了鉗型法測量的可行性和測量數據的有效性，對空間範圍有限區域的接地裝置接地電阻的測量有一定的參考價值。

接地電阻常用的測量方法有三極直線法、等腰三角形法、四極法和雙引線法，其中，前兩種方法適用於接地面積不大的小型接地裝置，後兩種方法適用於接地面積較大的大型接地裝置。

這幾種常用測量方法在測量過程中都會使用到輔助測量極。輔助測量極的最小距離不小於20m。對空間範圍有限的區域，常用的測量方法無法滿足測量要求。此時，可使用無需輔助測量極的鉗型法測量接地電阻。

1 測量儀表及測量原理

1.1 測量儀表

測量時選用的儀表型號GEOX。儀器的標準不確定度為（1）0~20W量程： 0.75%；（2）20~200W量程： 0.44%。

圖1 測量儀表

1.2 測量原理

鉗型法測量原理如圖2所示：在整個並聯接地網中，設Rx為被測接地電阻，此時，其他各支路的接地電阻並聯值R=R1//R2//R3…//Rn。當n較大時，R<<Rx。若在被測支路中加一個感應電壓，然後測出被測接地極中的電流I，則RE=U/I=Rx+R≈Rx。

圖2 鉗型法測量原理圖

圖3 鉗型法測量電路原理圖

鉗形法儀表通常有兩個鉗型測量探頭，測量電路原理為磁場耦合原理，如圖3所示。測量時，磁環1（電壓探頭）上由一個恆定的交流電流產生一個交變磁場，根據法拉第電磁感應定理，在閉合接地裝置環路內將產生一個感應電壓V：

（1.1）

根據歐姆定律，感應電壓V在閉合的接地裝置環路內必將產生一個電流I，該電流在鉗型接地電阻表磁環2（電流探頭）上形成一個磁場後，通過表內檢流計、運算放大器，計算出感應電流，經過比較、再運算，即計算出接地裝置環路電阻R：

（1.2）

2 接地電阻測量及數據分析

2.1 接地電阻測量

利用5個獨立接地裝置作為測量對象，先用三極直線法測量5個獨立接地裝置的接地電阻，再用鉗型法進行接地電阻測量。

三極直線法為規程規定的標準測量方法，按規程要求進行測量，鉗型法按儀器要求進行測量。鉗型法首先需要把各接地裝置用導線連接起來，鉗形法測量儀表主要用於多極並聯的接地網以及不便於打輔助極測量的接地網中，例如：高壓鐵塔的接

地形式，變電所中防雷接地、保護接地與工作接地多極並聯的情況。

用三極直線法測量時，對同一獨立接地裝置分別使用三塊測量儀表進行接地電阻測量，測量時確保輔助極的位置不發生變化。隨後，用導線將5個獨立接地裝置連接起來，再用鉗型法進行測量。接地電阻測量值如表1所示。

表1 接地電阻測量值（W）

2.2 數據分析

由表1可以看出，儀表GEOX、4105和4105A利用三極直線法對5個獨立接地裝置進行接地電阻測量時，測量值有較好的一致性。其中4105A和4105兩塊儀表的測量值更為接近，GEOX地阻表的測量值偏大，偏差在0.1~0.5W之間，且接地電阻值較小時偏差亦較小，因此，分析認為用三極直線法

測得的5個獨立接地裝置的接地電阻值是可信的。

用鉗型法測量時，測量值中有一個增加量，如測量R3時，儀表實讀值為R= R3+ R1// R2// R4// R5，從表1中可以看出，各接地裝置用鉗型法測量的接地電阻值均比用三極直線法測量的平均值大。

根據鉗型法測量原理及表1中的測量數據可用聯立方程組的形式求出各獨立接地裝置的接地電阻，聯立方程組如（1.3）所示：

（1.3）

從而可知該方程組存在無窮多解，求解時必須限定範圍，才可得出合適的解。根據變換後的公式求解，先分別給定一個值，再確定其餘參數。給定值為三極直線法測得的平均值，用Mathematic軟體計算，最接近測量值的解為：R1=20.8W，R2=24.9W，R3=0.23W，R4=10.3W，R5=7.5W，與表1中用三極直線法測得的接地電阻平均值較為接近。因此，可以認為用鉗型法測得的接地電阻值是可信、準確的，從測量值與理論計算值的數據分析可以看出：

（1）用鉗型法測量時，測量值中有一個附加量，附加量的大小與並聯接地裝置的數量和並聯接地電阻值的大小有關。（2）總體上看，隨著接地電阻值的減小，測量誤差率⊿R/R變大。（3）當附加量太大（如R3）時，測量值將失真，鉗型法不適用於此種情況。（4）剔除失真數據，與三極直線測量法的數據比較誤差平均值為1.5Ω。通過分析有以下幾點認識：

（1）對空間範圍有限的區域，當接地裝置數量較多時，可使用鉗型法替代三極直線法進行接地電阻的測量。可採用如下方法判斷測量數據是否合格：①與往年的三極直線測量法數據進行比較，測量增量是否在鉗型法方法誤差增量範圍內；②與規程比較，鉗型法數據是否超過規程允許值（判斷方法簡便但偏嚴，鉗型法測量數據與三極直線法測量數據相比偏大一點）；③積累鉗型法原始數據，新測鉗型法數據與往年相比變化是否過大且超過規程允許值。（2）對於測量變化量大於規程允許值或超過以上允許變動範圍的，可考慮採用三極直線測量法輔助判斷地下接地體是否合格，接地引下線是否接觸不良等問題。（3）使用鉗型法測量接地電阻是對傳統測量法的一個改進。它不用布置電流和電壓引線，只要用鉗型表夾住各獨立接地裝置間的連接線即可方便測量，且獨立接地裝置越多接地電阻的測量值就越準確。但該方法在接地裝置數量較少時並不適用。（4）由於鉗型法測量得到的是迴路電阻，因此可以發現整個接地迴路因天氣、土壤或其他因素而引起的迴路電阻變大的情況。結束語

對近幾年的接地裝置實驗數據進行分析可以看出，使用鉗形法測量得到的接地電阻與傳統的接地電阻測量方法獲得的測量數據相比，同樣真實、可信。在空間範圍有限的區域內使用鉗型法對接地裝置接地電阻進行測量，無需輔助接地極，測量簡捷，與傳統的接地電阻測量方法相比，優越性是較為突出的。

（編自《電氣技術》，原文標題為「鉗型法測量接地電阻」，作者為王勇、劉澤西等。）