架空输电线路接地电阻测量原理及使用方法详解图「架空线路绝缘电阻测试方法」

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1、接地概述

1.1接地的定义

将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。

1.1.1 接地线

电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。

1.1.2 接地极

埋人地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地极。兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等称为自然接地极。

1.1.3 接地装置

接地线和接地极的总和

1.1.4 接地网

由垂直和水平接地极组成的供发电厂、变电所使用的兼有泄流和均压作用的较大型的水平网状接地装 置 。

1.1.5 接地电阻

接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻； 接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流人地中电流的比值。

按通过接地极流人地中工频交流电流求得的接地电阻，称为工频接地电阻;

按通过接地极流人地中冲击交流电流求得的接地电阻，称为冲击接地电阻

1.2接地的基本原理

接地从原理上看是为电流流入大地提供一条低电阻路径。

从工程实用观点来看就是在线路或电气设备发生接地故障时为故障电流流回电源提供一条低电阻 路径。

1.3接地的作用

接地的作用主要是利用接地极把故障电流或雷电流快速地泄放进大地中， 以达到保护人身安全和电气设备安全的目的。

1.4输电杆塔接地的意义

输电线路杆塔接装置是输电线路的重要组成部分,是接地体和接地引下线的总称。

接地电阻是指接地体散流电阻、接地引下线电阻和接触电阻的总和。

其作用是确保雷电流可靠泄入大地,保护线路设备绝缘,减少线路雷击跳闸率,提高运行可靠性和避免跨步电压产生的人身伤害。对输电线路杆塔接地装置进行规范管理和维护,确保接地装置完整性是降低输电线路雷击跳闸率的有效措施,降低接地装置接地电阻是提高线路耐雷水平的主要措施。

2、接地电阻的测试原理

接地电阻就是通过接地装置泄放电流时表现出的电阻，它在数值上等于流过接地装置入地的电流与这个电流产生的电压降之除。

R=U/I

▲ 基本原理图

测量接地极接地电阻的基本原理就是测量接地极在大地土壤中的电位降。因此，测量接地极接地电阻的基本方法就是电位降法。

3、接地电阻测量基本方法

杆塔接地电阻常用的测试方法采用补偿法较多，补偿法中的电位降发与其衍生的三极法（0.618法和30°角度法）。其介绍如下：

3.1、 0.618法

▲ 0.618法原理图

布线方法：

电位极离接地装置的距离DGP，等于电流极离接地装置的距离DGP的0.618倍。

▲ 接地极接地电阻测量接线

▲ 杆塔接地装置接地电阻测量接线

3.2、 30度夹角法

▲ 等腰三角形布置电极

布线方法：

电位极离接地装置的距离DGP，等于电流极离接地装置的距离DGC，且两极与接地装置形成的夹角为30度。

▲ 接地极接地电阻测量接线

▲ 杆塔接地装置接地电阻测量接线

30度夹角法的局限性：

由于线路杆塔所在地通常为山区，地形复杂，30度夹角不易控制，建议在山区测量杆塔接地电阻时不宜采用该方法。

3.3、 电位降法

▲ 电位降法测量接线示意图

当接地装置所处的土壤不均匀时，零电位区就会偏离0.618DGC，此时，可将电压极沿直线方向，在50%DGC到80%DGC 范围内以5%DGC的间距测量多个电压值，绘制电压变化曲线，找到零电位区，确定地网的接地电阻值，即电位降法。

3.4、 钳表法

钳表法测量是对传统线路杆塔接地电阻测量方法的突破，并越来越被普遍使用，但钳表法测量得到的是异频频（或中频）回路电阻，整个接地电阻易受天气、土壤或某些接地棒的腐蚀或接触不良所引起的回路电阻变化的影响，因素较多，无误差修正曲线，无标准可循。

鉴于以上优缺点有必要结合电力系统输电线路的实际情况研究其使用规律和误差判断方法，建立杆塔接地电阻异频测量标准，以便实际使用中有标准可依。

▲ 钳表法测量接线示意图

钳表测量一般采用异于50Hz的测量频率。钳表提供两个线圈：电流线圈提供测试电源E，在测试回路建立电流I，同时I再次被钳表内的感应线圈的二次侧所转换。回路电阻R=E/I。由于RO«Rx，R≈Rx，因此钳表显示的值可以认为是杆塔接地电阻Rx。

接地电阻测量方法除上参数的补偿法外还有两点法、三点法、四极法、大电流法、变频法等。

放线长度和土壤不均匀对测量结果的影响

由测试原理所决定，无论是0.618法还是30度夹角法，都要求有足够大放线距离，以便将接地装置近似为半球形电极，才能保证测试精度满足工程测试要求。若放线长度过小，会造成测试值严重偏小。

土壤不均匀对于变电站、发电厂大型地网的影响较大，因此在进行大型地网接地电阻测试时一般不用0.618法直接测量，而是采用电位降法寻找零位区。

对于杆塔接地电阻测量，由于杆塔接地装置较小，布线长度较短，土壤不均匀对测试结果影响较小，可直接采用0.618法直接测量。

影响测量结果的主要因素

1、放线长度对测试结果的影响

2、土壤不均匀对测量结果的影响

3、布线方向对测试结果的影响

4、电压极、电流极引线间互感对测量结果的影响

4、测试仪器

4.1 发展历史

4.1.1 伏安法

这是根据接地电阻的定义而产生的非常原始的方法。在测定电阻时须先估计电流的大小，选出适当截面的绝缘导线,在预备试验时可利用可变电阻R调整电流，当正式测定时，则将可变电阻短路，由安培计和伏特计所得的数值可以算出接地电阻。

4.1.2 E型摇表

(上个世纪)五六十年代苏联的E型摇表取而代之了伏安法，由于携带方便，又是手摇发电机，因此工作量比伏安法简单。

4.1.3 国产接地摇表

七十年代国产接地电阻仪问世，如：ZC-28，ZC-29，ZC-8无论在结构、体积、重量、测量范围、分度值、准确性，都要胜于“E”型摇表。因此，相当一段时间内接地电阻仪都以上海生产的ZC系列为代表的典型仪器(三极法)。

4.1.4 数字式接地电阻仪

八十年代数字接地电阻仪的投入使用给接地电阻测试带来了生机，但测试的接线方式同ZC系列没什么两样。另外还有一个缺点，就是实验电流太小，不适合测试较大的地网。普通的测量精度不如ZC系列。

4.1.5 钳形接地电阻仪

九十年代钳口式地阻仪的诞生打破了传统式测试方法。它最大特点是不必布置辅助地棒，只要钳住接地线或接地棒就能测出其接地电阻。具有快速测试、操作简单等优点，但也存在着精度不高的缺点，特别单钳口地阻仪，在接地电阻小于0.7Ω以下无法分辨。

目前的双钳口地阻仪测量范围和精度均有所提高，虽能测试小于0.7Ω的地网，但都存在精度不高的缺点，其原因是钳口法测量采用电磁感应原理，易受干扰，测量误差比较大，不能满足高精度测量要求。

另外，根据钳表法的测量原理可知，它的使用条件受到了很大的限制，要求必须是有回路的多点接地系统，如通过避雷线接地的线路杆塔等。

4.2 选用

现在市面上出现的接地电阻测试仪品种繁多，但根据测试原理分类主要有两种：地桩法和钳表法。目前智能式接地电阻仪功能越来越强大，可以应付现场各种复杂情况，如有效地排除干扰，自动跟踪最合适测试条件，出现各种问题当即智能提示等等。

输电线路杆塔的接地网较小，采用传统的接地摇表已能满足测试要求。如需要测试精度再高一点，可以选用双钳口多功能接地电阻测试仪，它采用双钳法和地桩法双重测量方式，进一步保证了地阻测量值的精确性、稳定性。

根据目前在线路杆塔接地测试中仍然普遍采用接地摇表的现状，以下将以接地摇表为基础，介绍接地电阻和土壤电阻率的测试方法等。

4.3接地摇表的使用

4.3.1 常用型号

▲ ZC-8型

▲ ZC29B型

ZC-8型接地摇表有两种，一种为三个端钮；另一种为四个端钮。ZC-8型接地电阻测量仪主要是由手摇发电机、相敏整流放大器、电位器、电流互感器及检流计等构成，全部密封在铝合金铸造的外壳内。仪表都附带有两根探针，一根是电位探针，另一根是电流探针。

▲ 三端钮的接地摇表

▲ 四端钮的接地摇表

4.3.2 接地电阻测试仪(ZC-8）

▲ ZC-8 板面

图中端钮：

接线端钮 —— 接地极（C2、P2）、电位极（P1）、电流极（C1）、用于连接相应的探测针。

调整旋钮 —— 用于检流计指针调零。

倍率盘 —— 显示测试倍率，×0.1、× l、×l0。

测量标度盘 —— 测试标度所测接地电阻阻值

测量盘旋钮 —— 用于测试中调节旋钮：使检流计指针指于中心线。

倍率盘旋钮 —— 调节测试倍率。

发电机摇把 —— 手摇发电，为地阻仪提供测试电源。

▲ ZC-8型外观

▲ ZC29B-2型外观

ZC-8型接地摇表有两种量程，一种是0-1-10-100Ω；另一种是0-10-100-1000Ω。我局现有的接地摇表中，三个端钮的量程为0-10-100-1000Ω；四个端钮的量程为0-1-10-100Ω。ZC-8型量程如下：

▲ ZC-8 规格及量程

▲ ZC29B-2 规格及量程

▲ ZC-8型刻度盘和检流计

ZC-8型接地摇表的数字盘上显示为1、2、3…10共10个大格，每个大格中有10个小格。三端钮的接地摇表倍数盘内有1、10、100三种倍数；四端钮的接地摇表倍数盘内有0.1、1、10三种倍数。在规定转速内，仪表指针稳定时指针所指的数乘以所选择的倍数即是测量结果。如：当指针指在8.8，而选择的倍数为10时，测量出来的电阻值为8.8×10=88Ω

▲ 三端钮摇表最大倍率

▲ 四端钮摇表最大倍率

▲ 配套

对接地探针，用接地摇表测量接地电阻，关键是探针本身的接地电阻，如果探针本身接地电阻较大，会直接影响仪器的灵敏度，甚至测不出来。一般电流探针本身的接地电阻不应大于250Ω，电位探测针本身的接地电阻不应大于1000Ω，这些数值对大多数种类的土质是容易达到的。如在高土壤电阻率地区进行测量，可将探针周围的土壤用盐水浇湿，探针本身的电阻就会大大降低。探针一般采用直径为0.5cm，长度为0.5m的镀锌铁棒制作而成。

4.3.3 常见连接示意图

▲ 接线柱部位

▲ 常见连接示意图

4.3.4 ZC-8 仪表好坏检查

1）、外观检查。先检查仪表是否有试验合格标志，接着检查外观是否完好；然后看指针是否居中；最后轻摇摇把，看是否能轻松转动。

2）、 开路检查。三个端钮的接地摇表：将仪表电流端钮（C）和电位端钮（P）短接，然后轻摇摇表，摇表的指针直接偏向读数最大方向;四端钮的接地摇表:将仪表上的电流端纽(C1)和电位端纽(P1)短接,再将接地两端钮(C2、P2)短接[我们常说的两两相接]，然后轻摇摇表，摇表的指针直接偏向读数最大方向。

▲ 开路检查

3）、 短路检查。不管是三端钮的仪表还是四端钮的仪表，均将所有端钮连接起来，然后轻摇摇表，摇表的指针偏往“0”的方向。

通过上述三个步骤的检查后，基本上可以确定仪表是完好的。

▲ 短路试验

4.3.5 测量操作方法

1）、接地摇表必须水平放置于平稳牢固的地方，以免在摇动时因抖动和倾斜产生测量误差。

2）、三极法测量杆塔工频接地电阻的电极布置图

▲电极布置图

电压极P辅助线长度：2.5L（米）

电流极C辅助线长度：4L（米）

3）、接线必须正确无误

▲ 三端钮接地摇表接线图

4）、将表调至最大量程后，均匀摇动手柄，视被测物电阻的大小调整量程至接近被测物的电阻。一般规定转速为120 转／分钟，待指针稳定下来再读数。

4.3.6 测量操作步骤

（1）根据不同的测试需要，按要求布置好探测针；

（2）将导线联接于仪表相应的端钮。

（3）将仪表放置水平位置，检查检流计是否指在中心线上，否则可用调零器将其调整指于中心线。

（4）将“倍率标度”置于最大倍数，慢慢转动发电机摇把，同时旋动“测量标度盘”使检流计指针指于中心线。

（5）当检流计的指针接近平衡时，加快发电机摇把的转速，使其达到每分钟120转以上，调整“测量标度盘”使指针指于中心线上。

（6）如“测量标度盘”的读数小于1时，应将“倍率标度”置于较小标度倍数，再重新调整“测量标度盘”以得到正确读数。

（7）用“测量标度盘”的读书乘以“倍率标度盘”的倍数即为所测的接地电阻值。

5、杆塔工频接地电阻的测量

5.1、重要性

架空输电线路的雷击跳闸一直是困扰电网安全供电的难题。近年随着电网的发展，雷击输电线路而引起的跳闸、停电事故日益增多，据电网故障分类统计表明：高压线路运行的总跳闸次数中，由于雷击引发的故障约占50%—60%。尤其是在多雷、电阻率高、地形复杂的山区，雷击输电线路引起的故障次数更多，寻找故障点、事故抢修更困难，带来的损失更大。理论和运行实践证明，500KV及以下线路，雷击送电线路杆塔引起其电位升高造成“反击”跳闸的次数占了线路跳闸总次数的绝大部分。在绝缘配置一定时，影响雷击输电线路反击跳闸的主要因素是接地电阻的大小。所以，做好接地装置的检查，规范接地电阻测量方法保证线路杆塔可靠接地，并使其接地电阻值在规程要求范围内已成为线路防雷的一项重要工作。

5.2、测量方法及相关规定

输电线路杆塔工频接地电阻工程验收测量的基本方法是三极法。但由于通常离城镇较远，很难寻求交流工频电源，因此允许不用大电流测量，一般都用接地电阻测量仪进行测量。

此外，电力行业标准《杆塔工频接地电阻测量》（DL/T 887-2004）中规定钳表法可以作为杆塔的日常维护和接地电阻预防性检查测量时使用，但不能作为工程验收的正式测量检查。

5.3、直线三极法

三极法的电极布置一般有两种方式 ,即两辅助电极与被测接地体可采用三角形布置和直线布置。当采用三角形布线时, 须经过复杂烦琐的计算才能得出其测量结果, 而且测量结果的精度较低。而当采用直线布线时, 测量结果简单直观明了,精度也较高。所以在现场常采用直线三极法测量杆塔接地电阻。但对用直线布置无法进行的某些特殊地形地段则可采取三角形布线法进行测量。

5.4、土壤电阻率的测量

5.4.1、杆塔接地电阻测试统一采用“三极法”进行测量

测量时电压极、电流极探针的布置要求：

①电压极、电流极探针均应布置在接地网边缘以外。

②电流、电压极探针距被测杆塔应大于60米和38米且相互距离不得低于20米；施放测试线尽量沿输电线路垂直方向、基本位于两放射接地体中间位置。

③尽量避开河流、水渠以及地下管道，当地下有金属物体时，应布置在金属物体垂直的方向上布置电压、电流极探针。

5.4.2、接地电阻测量值的确定

测得的接地电阻值应根据土壤干燥及潮湿情况乘以季节系数后作为最终的接地电阻值。

5.4.3、仪表要求

接地电阻测试仪属强制检定仪器，每年需送检一次，在检定有效期内使用。

5.5、测试接地电阻的工作步骤

5.5.1 安全要求

5.5.1.1 使用安全帽

应先检查外观及帽壳、帽衬、帽箍、顶衬、下颏带等附件完好无损。戴好安全帽后要将安全帽系好，已防止工作中突然前倾和后仰头造成安全帽滑脱。

5.5.1.2 使用合格绝缘手套

5.5.1.3 绝缘手套的检查

查看绝缘手套的检验合格证是否在有效期内；再将绝缘手套卷压，查看绝缘手套有无漏气损伤，确保使用安全。

5.5.2 工器具的选用

a） 个人工具的准备

榔头

平口钳

活动扳手2把

平锉

个人工具包

b） 专用工具

▲ ZC-8地阻表全套

5.5.3 测量前的准备工作

a）检查接地电阻测量仪

1）.检查有无检验合格证，是否在有效期内。

2）.仪表外观有无裂纹、破损和撞击痕迹。

3）.轻轻摇动摇表，指针是否左右正确摇摆。

4）.轻轻转动地阻表，读数盘是否有阻碍。

5）.轻轻摇动手柄，是否有阻碍现象。

6）.将地阻表水平放置，摇表指针应与中心线重合，如果没有重合，调节微调旋钮。

b）检查测试线、接地棒

1）.检查探针是否完好。

2）.检查测试线绝缘层有无破皮、断股、接线夹头接触是否良好合格，长度是否满足要求

c）检查安全帽和绝缘手套

5.5.4 布置测试线和探针

a）施放测试线

施放测试线时，测试线与被测线路垂直施放，C1、P1测试线相距应大于１米，相互不能交叉、弯曲和打结。

b）打入测试探针

选择适当的地方打入探针（不得将接地棒置于水田、稻田、水沟等地）。敲打探针必须垂直打入土壤中，保证与土壤的紧密结合。

c）连接探针与测试线

探针与测试线的连接必须牢固可靠，接触良好。

d）摇表的正确选位

地面平整，干燥，摇表放置平稳，如果不平稳在转动摇表时会产生波动，影响正常测量。

5.5.5 拆除接地引下线

拆除接地引下线时，必须戴绝缘手套；并且要一次性拆完全部接地引下线并打磨被测体接触点；接地引下线拆除后不得再接触铁塔塔身。 （原因:线路、杆塔、配电变压器都处于运行状态，其零线存在一定的零序电流，特别是配电变压器的接地引下线是与避雷器变压器的中性点，变压器外壳连接在一起的，当三相负荷不平衡时，在中性点产生一个电位差，形成相当大的零序电流，如徒手接触与地线断开的接地引下线，就会造成触电事故，所以拆除接地引下线时严禁直接接触与接地体断开的接地引下线。）

特别强调，拆除运行中的变压器接地线时，必须在做好临时工作接地后才能拆除原有接地线。因为如果带电三相负荷不平衡，中性点严重偏移，所以要先搭接临时接地线，然后再进行工作。

5.5.6 连线并测量

a）连接测试线

测试线连接地阻表时,长线接C１，短线接P1，５米引线接C2、P2，与拆卸完接地引下线并打磨后的接地装置相连接。

要求三线相互不能交叉、缠绕，连接正确，接触良好。

b）设置摇表档位

一定要从最大档开始：

×10→×1→×0.1，

或者 ×100→×10→×1

原因是为了防止烧坏接地电阻表。

c）旋转读数盘

每档都从最大读数（10）处开始，原因也是为了防止烧坏接地电阻表。

d）旋转摇柄

先用左手手掌把摇表按住，不让其晃动，旋转时，开始要慢慢、匀速地摇，如摇测时，刻度盘的读数小于1时，应将档位旋转置于下一档位，再把刻度盘置于最大读数10的位置，同时根据指针的偏向，用大拇指和食指来旋转刻度盘，待指针与中心线重合后，再加快摇动的速度，使其转速均匀达到每分钟120转；并同时调节读数盘，使指针与中心线完全重合，并且保持这个速度5秒以上后读数。

e）读数、记录

读数时准确无误，读取数=刻度盘读数×档位

举例：档位为× 1、刻度盘读数为3.2

读数: 3.20×1=3.20Ω

记录: 3.20Ω×季节系数=最终接地电阻值

f）重复上述测试步骤测量其余塔腿接地电阻值

▲ 仪器附图

5.5.7 恢复接地引下线

1）.戴好绝缘手套，及时恢复接地引下线。

2）. 螺栓连接处须牢固紧密，接触良好。

值得注意的是在恢复接地线前应对各接点打磨锈蚀处（目的是可靠接地，使接地良好）然后再连接。

5.5.8 记录

测量值

测量地点（杆塔号、变压器号）

测量时间，测量人

测量时的天气状况

使用仪表名称

5.5.9 清理工作现场

清理工作现场,收拾好仪表、工器具等，不遗漏工器具。

5.6、检验测量准确度的常用方法

测试接地装置工频接地电阻的电流极原则上应布置得尽量远，通常电流极与被试接地装置边缘的距离应为被试接地装置最大对角线长度D的4～5倍；当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区可取2D，在土壤电阻率不均匀地区可取3D 。

测试时，电位极P应在被测接地装置G与电流极C连线方向移动三次，每次移动的距离为的5%左右，当三次测试的结果在5%以内即表明电位极处在零电位点上。最后取其平均值作为结果。

6、土壤电阻率的测量

6.1、概述

土壤电阻率是土壤的一种基本物理特性，是土壤在单位体积内的正方体相对两面间在一定电场作用下，对电流的导电性能。一般取1m³的正方体土壤电阻值为该土壤电阻率ρ，单位为Ω·m。

土壤电阻率的影响因子有：土壤类型、含水量、含盐量、温度、土壤的紧密程度等化学和物理性质，同时土壤电阻率随时深度变化较横向变化要大很多。

6.2、基本原理

测量土壤电阻率的基本原理，就是测量土壤的电位降，其基本方法就是电位降法。

以单根垂直棒为例，当棒顶埋深h=0时，其接地电阻按下式计算：

由上式可得土壤电阻率为：

6.3、测量方法分类

土壤电阻率的测量方法若按电极的数量划分, 则可分为两电极法、 三电极法、 四电极法和五电极法共四大类.最常用的四电极法。

▲ 两电极法原理图

三电极法和两电极法的共同缺点是受电极尺寸的影响，只适用于测量小电极在小范围内的土壤电阻率，要测大范围内的土壤电阻率, 就必须打入更长的垂直接地极, 但困难较大。

▲ 三电极法原理图

6.4、四电极法的原理

四电极法测量土壤电阻率的基本原理是英国学者F. 文纳(Wenner)于 1915 年提出的。 四电极法又分为等间距四极法、 对称的不等间距四极法和不对称的不等间距四极法三种。工程中常用的是等间距四极法，下面先介绍基原理及公式推导：

▲ 四电极法原理图

6.5、四电极法的实际应用

▲ 电流电压表法

▲ 接地电阻表法

测量结果计算

土壤电阻率应在干燥季节或天气晴朗多日后进行，因此土壤电阻率应是所测的土壤电阻率数据中最大的值，为此应按下列公式进行季节修正：

6.6、注意事项

（1）四根探针布设在一条直线上，探针的间距相等为 a， 一般可取 5m、10m、20m、30m等；

（2）各探针的打入地下深度不应超过探针间距 a的 1/20；

（3）接线时，将仪表上的P2、C2接线端子间的短路片断开；

（4）探针与仪表上接线端子的连接顺序不能颠倒；

（5）应避开附近地下的金属物，避免对测量造成干扰；

（6）应改变电极位置和间距进行多次测量，以测量出不同位置和深度的电阻率。

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