土壤电阻率

目次前言前言目的范围测试内容定义接地网测试时的安全措施有关测量的一般性规定土壤电阻率测量接地阻抗地面电位冲击接地阻抗模型试验测量仪器有关测量的其他事项附录提示的附录非同质土壤的地电参数附录提示的附录两层土壤模型参数的确定附录提示的附录电位降法的原理前言本导则是根据美国标准接地系统的土壤电阻率接地阻抗和地面电位测量导则第部分常规测量制定的在技术内容上与该标准等同编写格式也与该标准一致美国电气和电子工程师学会制定了大批有关电工和电子方面的标准这些标准均以这些领域的研究成果为依据具有先进性和实用性的特点在国际电工界和电子界享有盛誉的内容涉及接地系统各种参数的测量被纳入美国国家标准编号我国的国家标准对接地系统的设计和施工涉及较多而对接地系统参数的测量涉及较少引入可充实这方面的内容迄今该标准尚未修订本标准的附录附录附录均为提示的附录本标准由国家机械工业局提出本标准由全国建筑物电气装置标准化技术委员会归口本标准由电力工业部信息研究所东北电管局北京供电局等单位起草本标准由电力工业部信息研究所负责解释本标准主要起草人戴耀基孟庆波陈淑芳前言为提高本导则的实用性本导则分为两部分第部分常规测量其内容包括不需要特殊高精设备测量技术和没有特殊困难在大型接地系统或存在异常高的交直流杂散电流等情况时会有这种困难的大多数现场测量第部分曾作重大修改第部分特殊测量将在以后制定该部分意在提供一些测量方法以便当存在一些特殊困难按常规测量方法难于测量或测量不准时使用特大的电站接地网和架空线路接地极就属于这种难于测量的接地系统本导则由电力系统仪器和测量委员会分会土壤电阻率接地阻抗和地面电位测量工作组编制中华人民共和国国家标准接地系统的土壤电阻率接地阻抗和地面电位测量导则第部分常规测量国家质量技术监督局批准实施目的制定本标准的目的在于介绍接地电阻接地阻抗土壤电阻率地电流形成的地面电位梯度等的测量技术现状和用比例模型试验预测接地电阻和地面电位梯度的方法本标准还介绍影响仪器选择和各种测量技术的因素这些因素是测量的目的所要求的准确度现有的仪器类型误差产生的原因所测的地或接地系统的特性等本标准可帮助技术人员取得准确可靠的数据并正确分析这些数据本导则所提供的测试步骤有利于人身和财产安全并可防止对相邻运行设备的干扰范围本标准的测试方法包括测量从小型接地棒接地板到电站大型接地系统等各种接地极的接地电阻和接地阻抗测量地面电位包括测量跨步电压接触电压和等电位线为完善工程设计按比例模型试验法在试验室内预测接地电阻和地面电位梯度测定土壤电阻率本标准所列测试方法仅限于使用直流电流周期性换向直流电流正弦交流电流和冲击电流用于测量冲击接地阻抗本导则没有包括所有可能的测试手段和测试方法由于测试中的可变因素很多测试难以做到高度准确因此要用现有的最合适的测试方法仔细地做试验还要彻底了解误差产生的原因测试内容测量接地电阻或接地阻抗和测量由于地电流形成的地面电位梯度的目的为验证新装接地系统的合适性检查现有接地系统的变化情况测定危险的跨步电压和接触电压测定地面电位升以便为电力线路和通信线路设计保护措施比例模型试验法有助于研究新式的接地系统由于复杂的接地方式和复杂的土壤构造用分析法难以充分研究这种新式的接地系统测量土壤电阻率有助于估算拟建变电站或输电线路铁塔的接地电阻估算地面电位梯度跨步电压和接触电压计算相邻近的电力线路和通信线路间的电感耦合设计阴极保护系统进行地质勘察定义本章列出有关本导则的术语定义由其他组织制定或批准的术语定义与本导则有关者也尽可能采用此处列出的定义仅适用于本导则术语的其他解释见电工和电子术语标准辞典接地一种有意或非有意的导电连接由于这种连接可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体注使用地的目的是使连接到地的导体具有等于或近似于大地或代替大地的导电体的电位引导地电流流入和流出大地或代替大地的导电体接地的指将有关的系统电路或设备与地连接地回电路利用大地形成回路的电路接地电流在大地或在接地极中流过的电流接地导体指构成地的导体该导体将设备电气器件布线系统或其他导体通常指中性线与接地极连接接地极构成地的一种导体接地连接用来构成地的连接系由接地导体接地极和围绕接地极的大地土壤或代替大地的导电体组成接地网由埋在地中的互相连接的裸导体构成的一组接地极用以为电气设备和金属结构提供共同的地注为降低接地网电阻接地网可连以辅助接地极接地均压网位于地面或地下连接到地或接地网的一组裸导体用以防范危险的接触电压注接地均压网的通常形状是适当面积的接地板和接地格栅接地系统在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统接地极地电阻接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻注所谓远方是指一段距离在此距离下两个接地极的互阻基本为零接地极互阻指以欧姆为单位表示的一个接地极直流电流变量在另一接地极产生的电压变量电位指某点与被认为具有零电位的某等电位面通常是远方地表面间的电位差注比零电位面高的点称为正电位比零电位面低的点称为负电位等电位线在给定时间内具有等电位诸点的轨迹电位曲线指沿规定路径上电位与距离的函数关系曲线表面电位梯度电位线的斜率其轨迹与等电位线正交接触电压接地的金属结构和地面上相隔一定距离处一点间的电位差此距离通常等于最大的水平伸臂距离约为跨步电压地面一步距离的两点间的电位差此距离取最大电位梯度方向上的长度注当工作人员站立在大地或某物之上而有电流流过该大地或该物时此电位差可能是危险的在故障状态时尤其如此材料电阻率有效电阻率指一种系数其值等于材料内的电场强度除以传导电流密度耦合在两个或两个以上电路或系统间可进行一电路系统到另一电路系统功率或信号转换的效应注耦合分为紧耦合和松耦合两种在紧耦合时各元件的诸变量间相位移较小紧耦合各系统间有大的相互效应这种效应可用系统矩阵的矢积表示电容耦合在两个或两个以上电路间借助电路间电容的耦合电阻耦合在两个或两个以上电路间借助电路间电阻的耦合直接耦合在两个或两个以上电路间借助电路共同的自感电容电阻或三者集合而形成的耦合电感耦合对于通信电路本术语指两个或两个以上电路间借助电路间互感而形成的耦合注电感耦合这一术语通常指互感所形成的耦合而直接电感耦合这一术语指诸电路共同的自感所形成的耦合对于电力和通信电路指相邻的电力电路和通信电路间因电感应磁感应或电磁感应而形成的相互关系架空线防雷保护用接地极指一个导体或一组导体装设在输电线路下方位于地面或地面上方但绝大多数在地下并与铁塔或电杆基础相连接地网测试时的安全措施变电站接地网测试在进行接地网测试时如果电力系统发生涉及该接地网的故障则在该接地网与远方零电位点间会有致命的电位差存在由于接地网测试内容之一是为电流极和电位极选定远方零电位点的位置因此在选择电极引线时应考虑该引线能承受引线和接地网任何一点间可能出现的电位差此电位差的大小可如此考虑即在比较大的变电站里其接地网的接地阻抗应为的数量级假定通过该接地网的接地故障电流在的数量级则对远方零电位点的电位地电位升可达的数量极如接地阻抗及故障电流更高则接地网电压的升高可超过上述情况表明在手触试验引线时应倍加小心决不允许通过人的两手或人体其他部分使可能具有高电位差的两点构成回路虽然在人触及试验引线的同时发生接地故障的可能性极少但不应忽视这种可能性的存在因此在测量运行中的变电站接地网时应使用绝缘鞋绝缘手套绝缘垫及采用其他防护手段在所有的情况下应遵守有关专业组织所制定的安全程序和安全方法避雷器接地极测试由于避雷器接地极通过的是时间很短的高幅值雷电流这种接地极属于特殊的类型雷电流幅值可能超过对于一个有缺陷的避雷器还要考虑其故障电流由于避雷器断开接地极后其底座电位可能升到线电位因此不应断开避雷器接地极进行测量只有在采取措施使避雷器放电电流减至最小时才可测试其接地极小型独立接地极这一措施涉及电流极周围可能出现的高电位梯度如果像电位降法那样使测量电流流入安放在远处的电流极则在测试过程中应不使好奇的人停留在电流极附近在乡村不应使放牧的牲畜走近电流极有关测量的一般性规定复杂性测量土壤电阻率接地阻抗和地面电位梯度要比测量其他种类的电阻阻抗和电位更为复杂可能需要进行多次测量并绘制曲线杂散电流及其他因素通常会干扰测量工作由于电站附近地区的开发和工业的发展为测量接地电阻而选择测棒的合适安放位置就越来越困难此外架空地线地下水管电缆外皮等都可能使接地网畸变或扩大注架空地线可因有意处置或因接触腐蚀而对地绝缘因此低电压的测试结果与真实故障时的测试结果可能不同接地阻抗的测量应在接地网安装完毕后立即进行以确定应接入接地网的接地部件无漏接要考虑到以后安装的装置如水管铁轨等将会改变所测的数据还要考虑到在接地网安装一年以后由于土壤变得均匀坚实接地阻抗通常会降低试验电极在接地阻抗测量中要用到电流极和电位极如果所采用的接地阻抗测量方法是两点法或三点法则对两点法来说试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗值相比较应可予以忽略而对三点法来说试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗值应属于同一数量级否则测试结果就可能不正确显然以上的限制使上述的测量方法仅适用于像住宅游泳池和小型低压配电变电站那样相对来说较小的接地网在采用电位降法测量接地阻抗时对试验电极的要求不是如此严格理论上试验电极的接地电阻不会影响测试结果因为此因素已在测试方法中加以考虑但实际上试验电极的接地电阻值不应超过一定限度否则流过测量仪器的电流不足这意味着该电流低于仪器灵敏度的要求值该电流和地中杂散电流属于同一数量级上述二者均存在对于第一种情况在测量现场可采取的唯一正确方法是提高测试电流为此可提高电源电压或降低试验电极的接地电阻提高电源电压并不总是能办得到的特别是在测量仪器配上手摇发电机时更是如此如提高电源电压可行则应采取措施避免在试验电极和试验引线上出现危险电位在采取特殊安全措施如戴绝缘手套或穿着绝缘鞋后可将试验电极和试验引线上的最高安全电压提高到通常提高测试电流的最有效方法是降低电流极的接地电阻这可通过将电流极更深地打入土壤在电流极周围泼水或打辅助电极并和电流极并联方式实现但在所泼的水中添加盐是无甚效果的增加湿度才是最有效的通常电流极和电位极的电阻值应符合所用仪器的要求对普通的市场出售的仪器电位极的接地电阻值可取有些制造商则声言他们的仪器允许采用的电位极电流极的电阻通常应小于电流极的电阻值是电源电压和所要求的测试电流的函数电源电压与电流极电阻的比值决定了流过所用仪器电流表的测试电流按照经验电流极电阻与待测接地极电阻的比值不应超过比最好是比或更小对于第二种情况在进行直流电流测试时测试电流应增加以克服地中直流杂散电流的干扰效应在用交流或周期性换向直流电流测试时应选用不含杂散电流频率的测试电流直流杂散电流土壤的导电是电解性导电直流电流导致化学反应和使电位差具有极性在各种类型的土壤间和在土壤与金属间的电池效应都产生直流电位直流电位极化以及直流杂散电流都可能严重干扰直流电流测量因此在测量时常使用周期性换向直流电流或使用规则的脉冲电流然而用周期性换向直流电流作电阻测量时其多次所测值虽十分接近却可能与按交流运行时的电阻值相差较多因而不够准确在有太阳感生光电电流准直流的地区还应采取特别措施交流杂散电流地中交流杂散电流待测接地系统的杂散电流以及试验电极中的杂散电流使测量更为复杂化为减少交流杂散电流对接地电阻测量的效应可在测量时使用非杂散电流的频率大多数测量仪器使用到的频率为克服交流杂散电流的效应常需要使用滤波器或窄频带测量仪器或二者皆用大型接地系统阻抗的电抗分量大型接地系统的接地阻抗可能非常低可达但其正交分量可能较大在测量大型接地系统的工频接地阻抗时应采取一些措施对于这种测量测试装置应在接近工频下工作但测试频率应稍高或稍低于工频为取得较高准确值测试电流最低值不得小于并应避开工频接地电流本标准的第二部分特殊测量将规定大型接地系统的阻抗测量方法试验引线间的耦合在测量低值接地阻抗时试验引线间的耦合就变得重要起来由于电流引线中电流的流动耦合到电位引线而产生的任何电压将直接叠加到所欲测量的电压上因而产生测量误差两条平行试验引线间工频的电感耦合所造成的误差可高达其影响将是可观的通常低接地阻抗总是出现在大面积