宋金德，陳忠軍

(1.鹽城泰克科技有限公司，江蘇 鹽城 224002；2.鹽城市豐登電子儀器有限公司，江蘇 鹽城 224002)

照明電器

一款新型鉗形接地電阻測(cè)量?jī)x在道路照明測(cè)量中的應(yīng)用

宋金德1，陳忠軍2

(1.鹽城泰克科技有限公司，江蘇 鹽城 224002；2.鹽城市豐登電子儀器有限公司，江蘇 鹽城 224002)

文章系統(tǒng)地介紹了一款適用于測(cè)量道路照明電器接地裝置、接地電阻的新型鉗形接地電阻表的測(cè)量原理、技術(shù)參數(shù)及其使用方法。與傳統(tǒng)的接地電阻表相比，測(cè)試時(shí)不需輔助測(cè)試樁,只需往被測(cè)地線上一夾,幾秒鐘即可獲得測(cè)量結(jié)果,極大地方便了地阻測(cè)量工作。鉗形電阻表還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)在用設(shè)備的地阻進(jìn)行在線測(cè)量,而不需切斷設(shè)備電源或斷開地線。

道路照明；電器接地電阻；鉗形接地電阻表；測(cè)量原理；使用方法

0 引 言

近年來，隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)及道路照明事業(yè)的發(fā)展，對(duì)道路照明電氣接地裝置的安全性要求越來越高，不管是設(shè)備的直流工作接地、交流工作接地、安全保護(hù)接地和防雷保護(hù)接地，都需要一個(gè)好的接地裝置作為泄流通道或參照零點(diǎn)。因此對(duì)接地電阻準(zhǔn)確方便的測(cè)量就顯得更加重要，各種新型接地電阻測(cè)量?jī)x應(yīng)運(yùn)而生，其中尤其值得推薦的是鉗形接地電阻表，它方便、快捷,外形酷似鉗形電流表,測(cè)試時(shí)不需輔助測(cè)試樁,只需往被測(cè)地線上一夾,幾秒鐘即可獲得測(cè)量結(jié)果,極大地方便了地阻測(cè)量工作。鉗形地阻表還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)在用設(shè)備的地阻進(jìn)行在線測(cè)量,而不需切斷設(shè)備電源或斷開地線。

1 測(cè)量原理

鉗形接地電阻測(cè)試儀測(cè)量接地電阻的基本原理是測(cè)量回路電阻(圖1)。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(lì)信號(hào)，并在被測(cè)回路上感應(yīng)一個(gè)電勢(shì)E。在電勢(shì)E的作用下被測(cè)回路產(chǎn)生電流I。鉗表對(duì)E及I進(jìn)行測(cè)量，并通過下面的公式得到被測(cè)電阻R。

R=E/I

(1)

鉗形接地電阻測(cè)量?jī)x對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行及時(shí)測(cè)量，以保證設(shè)備儀器正常、安全的工作。這也是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)發(fā)展的方向。現(xiàn)以ETCR2000 系列鉗形接地電阻為例介紹其儀器特性。

圖1 鉗形接地電阻測(cè)量?jī)x原理圖

1.1 儀器特性

鉗形接地電阻測(cè)量?jī)x特性見表1。

表1 鉗形接地電阻測(cè)量?jī)x特性 Ω

1.2 技術(shù)規(guī)格

電源：6VDC 4節(jié)5號(hào)堿性干電池；

工作溫度：-10 ℃～55 ℃；

相對(duì)濕度：10%～90%；

液晶顯示器：4位LCD數(shù)字顯示，長寬47×28.5 mm；

鉗口張開尺寸：32 mm；

鉗表質(zhì)量(含電池)：長鉗口1 160 g，圓鉗口1 120 g；

鉗表尺寸：長鉗口 長285 mm、寬85 mm、厚56 mm，圓鉗口 長260 mm、寬90 mm、厚66 mm；

防爆標(biāo)志：Exia Ⅱ BT3；

保護(hù)等級(jí)：雙重絕緣；

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鉗口方式；

量程換檔：自動(dòng)；

外部磁場(chǎng)：<40 A/m；

外部電場(chǎng)：<1 V/m；

單次測(cè)量時(shí)間：1秒；

電阻測(cè)量頻率：>1 kHz；

電阻測(cè)量最高分辨率：0.001 Ω；

電阻測(cè)量范圍:0.01～1 000 Ω。

2 道路照明中的應(yīng)用方法

2.1 多點(diǎn)接地系統(tǒng)

對(duì)多點(diǎn)接地系統(tǒng)，通過架空地線連接，組成了接地系統(tǒng)(圖2)。

圖2 多點(diǎn)接地系統(tǒng)示意圖

當(dāng)用鉗表如圖1測(cè)量時(shí)，其等效電路見圖2。

圖3 等效電路示意圖

其中：R1為欲測(cè)的接地電阻。

R0為所有其他桿塔的接地電阻并聯(lián)后的等效電阻。由于每一個(gè)桿塔的接地半球比起桿塔之間的距離要小得多，而且畢竟接地點(diǎn)數(shù)量很大，R0要比R1小得多，可以從工程角度有理由地假設(shè)R0=0。這樣，我們所測(cè)的電阻就應(yīng)該是R1了。

2.2 有限點(diǎn)接地系統(tǒng)

例如，有5個(gè)燈桿通過架空地線彼此相連。在這種情況下，如果將圖3中的R0視為0，則會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來較大誤差。

將接地電阻并聯(lián)后的等效電阻按通常意義上的計(jì)算方法計(jì)算。這樣，對(duì)于N個(gè)(N較小，但大于2)接地體的接地系統(tǒng)，就可以列出N個(gè)方程：

(2)

(3)

……

(4)

其中：R1、R2……RN是我們要求得的N個(gè)接地體的接地電阻。

R1T、R2T……RNT分別是用鉗表在各接地支路所測(cè)得的電阻。

2.3 單點(diǎn)接地系統(tǒng)

從測(cè)試原理來說，ETCR2000 系列鉗表只能測(cè)量回路電阻，對(duì)單點(diǎn)接地是測(cè)不出來的。但是，我們完全可以利用一根測(cè)試線及接地系統(tǒng)附近的接地極，人為地制造一個(gè)回路進(jìn)行測(cè)試。下面介紹二種用鉗表測(cè)量單點(diǎn)接地的方法，此方法可應(yīng)用于傳統(tǒng)的電壓-電流法無法測(cè)試的場(chǎng)合。

1)二點(diǎn)法

見圖4，在被測(cè)接地體RA附近找一個(gè)獨(dú)立的接地較好的接地體RB(例如臨近的自來水管、建筑物等)。將RA和RB用一根測(cè)試線連接起來。

圖4 二點(diǎn)法測(cè)試示意圖

由于鉗表所測(cè)的阻值是兩個(gè)接地電阻和測(cè)試線阻值的串聯(lián)值。RT=RA+RB+RL

其中：RT為鉗表所測(cè)的阻值。RL為測(cè)試線的阻值。

將測(cè)試線頭尾相連即可用鉗表測(cè)出其阻值RL。

所以，如果鉗表的測(cè)量值小于接地電阻的允許值，那么這兩個(gè)接地體的接地電阻都是合格的。

2)三點(diǎn)法

如圖5，在被測(cè)接地體RA附近找二個(gè)獨(dú)立的接地體RB和RC。

第一步，將RA和RB用一根測(cè)試線連接起來，見圖5。用鉗表讀得第一個(gè)數(shù)據(jù)R1。

圖5 測(cè)量R1示意圖

第二步，將RB和RC連接起來，見圖6。用鉗表讀得第二個(gè)數(shù)據(jù)R2。

圖6 測(cè)量R2示意圖

第三步，將RC和RA連接起來，見圖7。用鉗表讀得第三個(gè)數(shù)據(jù)R3。

圖7 測(cè)量R3示意圖

上面三步中，每一步所測(cè)得的讀數(shù)都是兩個(gè)接地電阻的串聯(lián)值。這樣，就可以很容易地計(jì)算出每一個(gè)接地電阻值。

由于：R1=RA+RB

R2=RB+RC

R3=RC+RA

所以：RA=(R1+R3-R2)/2

RB=R1-RA

RC=R3-RA

3 軟件使用

有限點(diǎn)法是將接地電阻并聯(lián)后的等效電阻按通常意義上的計(jì)算方法計(jì)算，從原理上來說，除了忽略互電阻以外，這種方法不存在忽略R0所帶來的測(cè)量誤差。所以這是一個(gè)有N個(gè)未知數(shù)，N個(gè)方程的非線性方程組。它是有確定解的，但是手算解開方程是十分困難的，當(dāng)N較大時(shí)甚至是不可能的。為此，請(qǐng)使用有限點(diǎn)接地系統(tǒng)解算軟件，即使用辦公電腦或手提電腦進(jìn)行解算。軟件界面如圖8。只需將測(cè)量出的數(shù)值依次輸入文本框中，單擊計(jì)算，計(jì)算機(jī)就會(huì)輸出所要知道的接地電阻的值。

圖8 軟件界面示意圖

由于N較大時(shí)解算非常困難，甚至是不可能，因此該軟件設(shè)置的測(cè)試點(diǎn)數(shù)最大為10，最小為3。另外，軟件可以保存數(shù)據(jù)，生成Word文檔，以便隨時(shí)使用。

需要注意的是：接地系統(tǒng)中，有幾個(gè)彼此相連接的接地體，就必須測(cè)量出同樣個(gè)數(shù)的測(cè)試值供程序解算，不能或多或少。而程序也是輸出同樣個(gè)數(shù)的接地電阻值。

4 接地電阻的測(cè)試要求

接地電阻測(cè)試要求見表2。

表2 接地電阻的測(cè)試要求

5 注意事項(xiàng)

用傳統(tǒng)的電壓電流法測(cè)試是否解扣(即是否把被測(cè)接地體從接地系統(tǒng)中分離出來)。如果未解扣，那么所測(cè)量的接地電阻值是所有接地體接地電阻的并聯(lián)值。測(cè)量所有接地體接地電阻的并聯(lián)值大概是沒有什么意義的。因?yàn)槲覀儨y(cè)量接地電阻的目的是將它與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的一個(gè)允許值進(jìn)行比較，以判定接地電阻是否合格。

例如：在GB 50061—97《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》中所規(guī)定的接地電阻允許值是針對(duì)所謂“每基桿塔”而規(guī)定的。在標(biāo)準(zhǔn)的條文解釋中明確指出：“每基桿塔的接地電阻是指接地體與地線斷開電氣連接所測(cè)得的電阻值。如果接地體未斷開與地線的電氣連接，則所測(cè)得的接地電阻將是多基桿塔并聯(lián)接地電阻?！边@個(gè)規(guī)定是相當(dāng)明確的。前已述及， 用ETCR2000系列鉗表測(cè)量出的結(jié)果是每條支路的接地電阻，在接地線接觸良好的情況下，它就是單個(gè)接地體的接地電阻。

十分明顯，在這種情況下，用傳統(tǒng)的電壓電流法和ET2000系列鉗表測(cè)試，它們的測(cè)量結(jié)果根本就沒有可比性。被測(cè)對(duì)象既然不是同一的，測(cè)量結(jié)果的顯著差異就是十分正常的了。

用ETCR2000系列鉗表所測(cè)得的接地電阻值是該接地支路的綜合電阻。它包括該支路到公共接地線的接觸電阻、引線電阻以及接地體電阻。而用傳統(tǒng)的電壓電流法在解扣條件下所測(cè)得的值僅僅是接地體電阻。顯然，前者的測(cè)量值要較后者大，差別的大小就反映了這條支路與公共接地線接觸電阻的大小。

應(yīng)該說明，國家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的接地電阻是包括接地引線電阻的。在DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》中的名詞術(shù)語中有如下規(guī)定：“接地極或自然接地極的對(duì)地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻?！边@種規(guī)定同樣十分明確。這是因?yàn)橐€電阻和接地體接地電阻在防雷安全上來說是等效的。

[1] 楊會(huì)民.接地電阻的測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x器[J].中國設(shè)備工程，2008(9)：52-54.

[2] 楊經(jīng)科.防雷接地電阻測(cè)量誤差的分析[J].中國計(jì)量，2008(11)：80-81.

The Application of a New Clamp Grounding Resistance Measuring Instrument in the Measurement of Road Lighting

SONG Jinde1，CHEN Zhongjun2

(1.Yancheng Tech Technology Co. Ltd., Yancheng 224002, P.R.China； 2.Yancheng City Fengdeng Electronic Instrument Co. Ltd., Yancheng 224002, P.R.China)

This paper introduces a suitable parameter of road lighting grounding clamp model for grounding resistance of grounding resistance meter measurement principle, technical parameters and methods of using the. Compared with the traditional grounding resistance meter, it has no need to test the pile, only need to be measured on the ground of a clip, a few seconds to get the measurement results, which greatly facilitates the measurement of ground resistance. A resistance meter is also a big advantage is to measure the resistance of equipment in use, and do not need to cut off the power supply equipment or broken wire.

road lighting; electrical grounding resistance; grounding resistance meter; measuring principle; method of use

2017-01-24 作者簡(jiǎn)介：宋金德，男，高級(jí)工程師，長期從事新型電光源研發(fā)及生產(chǎn)管理工作。