防雷檢測：接地電阻測量原理與測量方法

一、什么是接地電阻？

      是電力系統和電器安裝的中性點(零線);電器設備外漏的導電部分，和裝置外經由導體與大地的鏈接的部分。可分為:工作接地(零線)、防雷接地(地線)、保護接地(地線)、屏蔽接地(地線)、防靜電接地(地線)如下圖:

接地電阻就是電流由接地裝置流入大地再經大地流向另一接地體或向遠處擴散所遇到的電阻，它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限遠處的大地電阻。接地電阻大小直接體現了電氣裝置與“地”接觸的良好程度，也反映了接地網的規模。在單點接地系統、干擾性強等條件下，可以采用打輔助地極的測量方式進行測量。

接地電阻主要分以下三種。

1.保護接地：電氣設備的金屬外殼，混凝土、電線桿等，由于絕緣損壞有可能帶電，為了防止這種情況危及人身安全而設置的接地裝置。

2.防靜電接地：防止靜電危險影響而將易燃油、天然氣貯藏罐和管道、電子設備等設置的接地裝置。

3.防雷接地：為了將雷電引入地下，將防雷設備（避雷針等）的接地端與大地相連，以消除雷電過電壓對電氣設備、人身財產的危害的接地，也稱過電壓保護接地。

二、接地電阻測量的幾種方法

1. 兩線法

兩線法是不使用輔助接地棒的簡易測量法，利用現有的接地電阻值最小的接地極作為輔助接地極，使用2條簡易測試線連接(即C(H)-P(S)接口短接，E-ES接口短接)。可以利用金屬水管、消防栓等金屬埋設物、商用電力系統的共同接地或建筑物的防雷接地極等來代替輔助接地棒C(H)、P(S)，測量時注意去除所選金屬輔助接地體連接點的氧化層。

條件：必須有已知接地良好的地，如PEN等，所測量的結果是被測地和已知地的電阻和。假如已知地遠小于被測地的電阻，測量結果可以作為被測地的結果。　　

適用于：樓群稠密或水泥地等密封無法打入地樁的區域。　　

接線：E+ES接到被測地，C(H)+P(S)接到已知地。 

注意：

1.選用商用電源系統接地作為輔助接地極測量時，必須先確認是商用電源系統的接地極，否則斷路器可能啟動，有危險。

2.采用簡易二線法測量接地電阻，盡量選擇re值小的接地體作為輔助接地極，這樣儀表讀數才更接近真實值。測量時請優先選擇金屬水管、金屬消防栓作為輔助接地極。

三線法、四線法測量接地電阻值測量采用額定電流變極法(適合準確測量單點接地系統)，即在測量對象E接地極和C(H)電流極之間流動交流額定電流I，求取E接地極和P(S)電壓極的電位差V，并根據公式R=V/I計算接地電阻值R。為了保證測試的精度，采用4線法，增加ES輔助地極，實際測試時ES與E夾在接地體的同一點上。

條件：必須有兩個接地棒：一個輔助地和一個探測電極。各個接地電極間的間隔不小于20米。原理是在輔助地和被測地之間加上電流，測量被測地和探測電極間的電壓降，測量結果包括測量電纜本身的電阻。　　

適用于：地基接地，建筑工地接地和防雷接地。　　

接線：P(S)接探測電極，C(H)接輔助地，E和ES連接后接被測地。  

3.四線法

基本上同三線法，在低接地電阻測量和消除測試線纜阻值對測量結果的影響時替換三線法。測量時E和ES必須單獨直接連接到被測地。該方法是所有接地電阻測量方法中正確度最高的。四線法測試能消除被測接地體、輔助接地棒、測試夾、儀表輸入接口(通常有污垢或生銹)表面之間的接觸電阻對測量的影響，能消除線阻變化對測量的影響，優于三線測試。

對于多點獨立接地系統或較大型的地網，可以選配50m或更長的測試線進行測試，如下圖：

注意：

1.測試接地電阻時，先確認接地線的對地電壓值，即C(H)與E或P(S)與ES的電壓值必須在20V以下，若對地電壓在5V以上，此時接地電阻的測量可能會產生誤差，此時先將被測接地體的設備斷電，使接地電壓下降后再進行接地電阻測試。

2.被測接地體E到電流極C(H)之間的距離，應至少是被測接地體埋入地下深度(h)的5倍，或者是被測接地體埋入地下電極長度(d)的5倍。

3.測量復雜接地系統的總接地電阻，其d的距離為該接地系統最大對角線的距離。

4.測試時，測試線不能相互纏繞在一起，否則可能影響測試精度。

4.單鉗法

測量多點接地中的每個接地點的接地電阻，而且不能斷開接地連接防止發生危險。 

鉗形接地電阻儀測量接地電阻的基本原理是測量回路電阻。見下圖。鉗表的鉗口部分由電壓線圈及電流線圈組成。電壓線圈提供激勵信號，并在被測回路上感應一個電勢V。在電勢V的作用下將在被測回路產生電流I。鉗表對V及I進行測量，并通過公式（R=V/I）即可得到被測電阻R。

適用于：多點接地，不能斷開連接，測量每個接地點的電阻。

接線：用電流鉗監測被測接地點上的電流。

5.雙鉗法

雙鉗法適合測量獨立多點接地系統的情況，如下圖，在多點接地系統無需打地樁測量接地電阻值，將CT1電流鉗的一端紅色插頭插入儀表C(H)接口，黑色插頭插入儀表E接口，將CT2電流鉗的一端藍色插頭插入儀表C1接口，黑色插頭插入儀表C2接口，將兩個電流鉗鉗入被測回路中，注意兩個電流鉗方向要一致并且保持間距大于30cm，兩個電流鉗不得互換，否則會產生誤差。

條件：多點接地，不打輔助地樁，測量單個接地。　　

接線：使用廠商指定的電流鉗接到相應的插口上，將兩鉗卡在接地導體上，兩鉗間的間隔要大于0.3米。

注意

在測試接地電阻時，先確認接地線的漏電流大小，接地線電流大于100mA，則接地電阻的測量值可能會產生誤差，此時先將被測接地體的設備斷電，使接地線的漏電流下降后再進行接地電阻測試。同時保證雙鉗法測試時電流必須由電流鉗箭頭方向流入電流鉗，否則無法正常測試接地電阻值，當儀表顯示“”符號時，表示CT2（A鉗）電流鉗接收的電流信號過小，應檢查電流鉗是否鉗好，CT2（A鉗）電流鉗的方向是否正確，測量回路電阻過大或者沒有形成回路。電流鉗間距要大于30cm，否則會產生誤差。

三、接地電壓與土壤電阻率

1.接地電壓

接地電壓：即電氣設備發生接地故障時，接地設備的外殼、接地線、接地體等與零電位點之間的電位差，接地電壓就是以大地為參考點，與大地的電位差，大地為零電位點。

接地電壓測試時只需要使用一根輔助接地棒，注意與商用交流電壓測試的區別。參見下圖：儀表、輔助接地棒、測試線都連接好后，將儀表功能轉換旋鈕切換至V位置，開始測試接地電壓，LCD顯示測試結果。

注意

1.接地電壓測試時只需要使用1根輔助接地棒。

2.儀表只要通過測試線和輔助接地棒與大地有連接，儀表接口的其他測試線就不能

3.接入商用電源的L、N線中，否則引起漏電，斷路器可能啟動，有危險。

4.接地電壓測試不能超過100V。

5.不能用于商用電壓測試，否則會損壞儀表。

2.土壤電阻率

土壤電阻率(ρ)：測量采用4極法(溫納法)：E接地極與C(H)電流極間流動交流電流I，求P(S)電壓極與ES輔助地極間的電位差V，電位差V除以交流電流I得到中間兩點電阻值R，電極間隔距離為a(m)，根據公式ρ=2πaR(Ωm)得出土壤電阻率的值，C(H)-P(S)的間距與P(S)-ES的間距相等時(都為a)即為溫納法。為了計算方便，請讓電極間距a遠大于埋設深度h，一般應滿足a>20h，見下圖。

土壤電阻率用四極法(溫納法)進行測量。

土壤電阻率ρ是決定接地體接地電阻的重要因數。不同性質的土壤，固然有不同的土壤電阻率，就是同一種土壤，由于溫度和含水量等不同，土壤電阻率也會隨之發生顯著的變化。因此，為了在進行接地裝置設計時有正確的依據，使所設計的接地裝置更能符合實際工作的需要，必須進行土壤電阻率的測量。

根據公式ρ=2πaR(Ωm)計算土壤電阻率ρ，單位為Ωm，其中：

a——電極間距

R——P(S)-ES電極間土壤的電阻

四極法(溫納法)：按下圖連接測試線，注意輔助接地棒間的間距及埋入深度，

分別將C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒呈一條直線深埋入大地，將接地測試線(紅、黃、綠、黑)從儀表的C(H)、P(S)、ES、E接口開始對應連接到被測C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒上。

根據溫納法確定測量土壤電阻率的值約為兩個接地棒間的距離a深度處的土壤電阻率,可通過改變a值來檢查土壤均質性，從而設計合適的接地電極。

四、接地電阻測試儀使用方法

1、使用接地電阻測試儀準備工作

• 熟讀接地電阻測量儀的使用說明書，應全面了解儀器的結構、性能及使用方法。　　

• 備齊測量時所必須的工具及全部儀器附件，并將儀器和接地探針擦拭干凈，特別是接地探針，一定要將其表面影響導電能力的污垢及銹漬清理干凈。

• 將接地干線與接地體的連接點或接地干線上所有接地支線的連接點斷開，使接地體脫離任何連接關系成為獨立體。

2、使用接地電阻測試儀測量步驟（以數字式儀表舉例）

基本操作

• 旋轉功能旋鈕實現開關機，旋鈕指示“OFF”位置關機。本儀表開機后15分鐘自動關機，自動關機后將功能旋鈕轉到“OFF”位置，重新開機。

• 開機后，如果LCD顯示電池電壓低符號，表示電池電量不足，請依照說明給電池充電。電池電力充足才能保證測量的精度。

• 開機后，按背光鍵可以開啟或關閉背光，背光功能適合于昏暗場所。每次開機默認背光關閉。

開始測試

• 二線簡易測試接地電阻

此方法是不使用輔助接地棒的簡易測量法，利用現有的接地電阻值最小的接地極作為輔助接地極，使用2條簡易測試線連接(即C(H)-P(S)接口短接、E-ES接口短接)。可以利用金屬水管、消防栓等金屬埋設物、商用電力系統的共同接地或建筑物的防雷接地極等來代替輔助接地棒C(H)、P(S)，測量時注意除去所選金屬輔助接地體連接點的氧化層。儀表、測試線都連接好后，將功能轉換旋鈕切換至“電阻”位置，按壓“測試”鍵開始測試，LCD顯示測試結果。

• 三線測試接地電阻

短接儀表的ES、E接口，即為三線測試，儀表操作與二線測試方法相同。三線測試不能消除線阻變化對測量的影響，也不能消除儀表與測試線間、測試線與輔助接地棒間接觸電阻變化對測量的影響，測量時還需去除被測接地體表面的氧化層。儀表、輔助接地棒、測試線都連接好后，將功能轉換旋鈕切換至“電阻”位置，按壓“測試”鍵開始測試，LCD顯示測試結果。

• 四線精密測試接地電阻

從被測物體起，分別將P(H)、C(H)輔助接地棒呈一條直線深埋入大地，將接地測試線(黑、綠、黃、紅)從儀表的E、ES、P(S)、C(H)接口對應連接到被測接地極E、輔助電壓極P(S)、輔助電流極C(H)上。儀表、輔助接地棒、測試線都連接好后，將功能轉換旋鈕切換至“電阻”位置，按壓“測試”鍵開始測試，LCD顯示測試結果。

• 土壤電阻率測試

注意輔助接地棒間的間距及埋入深度，分別將C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒呈一條直線深埋入大地，將接地測試線(紅、黃、綠、黑)從儀表的C(H)、P(S)、ES、E接口開始對應連接到被測C(H)、P(S)、ES、E輔助接地棒上。

輔助接地棒的間距設置：連接好測試線后，將功能選擇旋鈕旋至“土壤電阻率”位置，進入土壤電阻率測試模式，長按“測試”鍵(約3秒)進入輔助接地棒的間距設置，設置完成后，在土壤電阻率測試模式下，按“測試”鍵開始測試，并倒計數顯示測試進度，完成測試后LCD顯示穩定的土壤電阻率值。

• 接地電壓測試

接地電壓測試時只需要使用一根輔助接地棒，注意與商用交流電壓測試的區別。儀表、輔助接地棒、測試線都連接好后，將功能轉換旋鈕切換至“電壓”位置，開始測試接地電壓，LCD顯示測試結果。

3、使用接地電阻測試儀測量步驟（以手搖指針式儀表舉例）

• 將兩個接地探針沿接地體輻射方向分別插入距接地體20m、40m的地下，插入深度為400mm，如下圖所示。

接地電阻測試使用圖解：a）實際操作 b）等效原理

• 將接地電阻測量儀平放于接地體附近，并進行接線，接線方法如下：

• 用最短的專用導線將接地體與接地測量儀的接線端“E1”（三端鈕的測量儀）或與C2、”短接后的公共端（四端鈕的測量儀）相連。　　

• 用最長的專用導線將距接地體40m的測量探針（電流探針）與測量儀的接線鈕“C1”相連。　　

• 用余下的長度居中的專用導線將距接地體⒛m的測量探針（電位探針）與測量儀的接線端“P1”相連。

• 將測量儀水平放置后，檢查檢流計的指針是否指向中心線，否則調節“零位調整器”使測量儀指針指向中心線。　　

• 將“倍率標度”（或稱粗調旋鈕）置于最大倍數，并慢慢地轉動發電機轉柄（指針開始偏移），同時旋動“測量標度盤”（或稱細調旋鈕）使檢流計指針指向中心線。　　

• 當檢流計的指針接近于平衡時（指針近于中心線）加快搖動轉柄，使其轉速達到120r／min以上，同時調整“測量標度盤”，使指針指向中心線。　　

• 若“測量標度盤”的讀數過小（小于1）不易讀準確時，說明倍率標度倍數過大。此時應將“倍率標度”置于較小的倍數，重新調整“測量標度盤”使指針指向中心線上并讀出準確讀數。　　

• 計算測量結果，即R地＝“倍率標度”讀數ד測量標度盤”讀數。