测量接地电阻的基本原理解析

接地电阻通常根据其意义进行测量。接地电阻是电流经接地体流入大地时接地点U和I的比值。

测量方法为：在接地点注入一定电流，如图9-6所示。为简化计算，不妨设接地体为半球形，可以算得距球心x处电流密度为

式中　J——距球心为x处的球面上电流密度，A/m2；

I——经接地体入地的电流，A；

x——距球心的距离，m。

设无穷远处电势为零，ρ为土壤电阻率，电场中任意两点电势差等于电场强度在两点间的线积分，即E=Jρ，则距接地球心x（x≥rg）电压为

由式（9-9）得，电极1、2之间的电势差为

电极3使电极1、电极2之间出现的电势差为

电极1、电极2之间的总电势差为

由此电极1、电极2之间呈现的电阻Rg为

接地体1的接地电阻实际值为

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式中　rg——接地体的半径，m。

要使实际接地电阻R等于测量的接地电阻Rg，就必须使式（9-13）与式（9-14）相等，即

令d12=ad13，d23=（1-a）d13，代入式（913）得

即　　a2+a-1=0

解得　　a=0.618

如果在半球形表面，电流极不置于无穷远处，电压极就必须放在电流极和被测接地体两者之间，距接地体0.618d13处，这种测量接地电阻的方法被称为0.618法或补偿法。当假设的前提为：接地体为半球形，球心位置电阻率一致和忽略镜像的影响时，这一结论的应用才是有范围的，但是实际中接地电阻大多数为带状、管状和管状形成的接地网。测量结果的差别随极间距离d13的减小而增大。等位面距其中心越远，不论接地体的形状如何，其形状就越接近半球形，并且在论证一个电极作用时，忽略了另一个电极的存在，也只在极距d13足够大的情况下才能减小误差。实际地网是介于圆盘和圆环两者间的网格状，用上述论证方法，可以证明当接地体的圆盘（圆盘半径为r）电极布置采用补偿法时，其测量误差ε为

取不同的d13代入式（9-16）可求得相应的误差，见表9-2，表中D为圆盘直径。

表9-2　采用不同电极距离测量圆盘接地体接地电阻

从表9-2可知，用2D补偿法测量圆盘接地体的接地电阻时，其误差比较小（小于1%）。

设接地网为圆环接地体，接地导体的直径d=8mm，地网半径r=40mm，d13取不同的值，采用补偿法，按式（9-16）计算其相应测量误差ε，结果见表9-3。

表9-3　用不同电极距离（d13）测量圆环接地体接地电阻误差ε

由表9-3和表9-2知，以D或2D（为圆环直径）补偿法测量接地电阻时，误差均小于1%。采用2D补偿法时，测量电极的布置是电流极距离地网中心d13=2D，电压极距地网中心是d12=0.618D，d13=1.235D。《接地装置特性参数测量导则》（DL/T 475—2006）规定：当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时，为了得到较为可信的测试结果，建议把电流极距离被测接地装置的距离增大，同时，电压极距离被测接地装置的距离也相应增大，一般d13取（4～5）D。对于超大型接地装置则尽量远，d12的长度与d13相近。如果土壤均匀，d12=d13=2D。