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[转载文章] 接地电阻测试仪的发展与选用

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发表于 2007-11-8 00:46:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
USB-6009数据采集卡首发
一、前言
" b9 E8 c' U8 v% t* H. p    接地电阻测试仪是检验测量接地电阻的常用仪表,也是电气安全检查与接地工程竣工验收不可缺少的工具,近年来由于计算机技术的飞速发展,因此接地电阻测试仪也渗透了大量的微处理机技术,其测量功能,内容与精度是一般仪器所不能相比的。目前先进地电阻测试仪能满足所有接地测量要求。运用新式钳口法,无需打桩放线进行在线直接测量。一台功能强大的地阻测试仪均由微处理器控制,可自动检测各接口连接状况及地网的干扰电压、干扰频率,并具有数值保持及智能提示等独特功能。1 {0 O' S. J3 E/ s( k: ]; Y! D

2 u9 i! X' L( f) Z二、接地电阻测试与发展 0 l, y5 D6 w& z, k, c1 S- Y& Z  j
    最初人们对接地电阻的测量是用伏、安法,这种试验是非常原始的。图1是用安培计、伏特计的测量方法。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。
) X( e# h5 M$ Y1 p2 h# M4 \
1 L" n5 E* `  M9 I6 @
6 ?$ X& `. V' T# Z
                               
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2 M+ k. d+ |. E8 J    R地=U接地体/I入地! v* D6 }; {% c1 @- X
    式中U接地体──接地极电压7 Q( t* A0 G+ L0 M$ e+ g1 e
    I入地──入地电流2 \3 h4 F& k7 v5 L
* ~+ l. m) \4 C+ I- D, Y
    伏安法测量地阻有明显不足之处,第一:麻烦、繁琐、工作量大,试验时,接地棒距离地极为 20~50米,而辅助接地距离接地至少 40~100米。另外受外界干扰影响极大,在强电压区域内有时简直无法测量。" L5 g3 |: d: j3 W- Y! \: q1 [3 K+ z
    五六十年代苏联的E型摇表取而代之了伏安法,由携带方便,又是手摇发电机,因此工作量比伏安法简单。七十年代国产接地电阻仪问世,如:ZC-28,ZC-29,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六表厂生产的 ZC 系列为代表的典型仪器。上述仪器由于手摇发电机的关系,精度也不高。
) U1 q3 f5 z' L+ ]3 w2 J( ?- @    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,虽然测试的接线方法同 ZC 系列没什么两样,但是其稳定性远比摇表指针式高得多。而真正接地电阻仪的一个创举是在九十年代钳口式地阻仪的诞生打破了传统式测试方式。如法国 CA 公司生产的 6411 钳式接地电阻测试仪称得上接地电阻测试的一大革命,钳式接地电阻测试最大特点是不必打辅助地棒,只要钳住接地线或接地棒就能测出其接地电阻。上述地阻测试仪是属单钳口形式的,具有它的快速测试、操作简单等优点,但也存在着精度不高的问题,特别是接地电阻在小于 0.7Ω 以下时,无法分辨。再说单钳口式地阻仪主要用于检查在地面以上相连的多电极接地网络,通过环路地阻查询各接地极接地情况,但不能替代整个网络的工频接地电阻测量。GEOX 双钳口接地电阻仪测量范围和精度均有所提高,但由于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。最近引进的意大利 HT 公司 234 数显精密接地电阻仪比较完善地结合了传统伏安法测量的特点与钳口法新技术原理,再运用先进的计算机控制技术俪成为当代首屈一指的智能型接地电阻测量仪。具有精度高,功能齐全,操作简便的特点,可广泛应用于电力电信系统,建筑大楼,机场,铁路,油槽,避雷装置,高压铁塔等接地电阻测量。目前在国内邮电、电力、航空等行业都进行了配置。
0 p, i: o2 d6 `8 b+ C# i5 V( q8 q0 j! y$ {0 Y
三、HT234接地电阻仪特性 : C4 h7 W6 `* Z# B( [
1.仪表功能* Q. G9 }, K7 X
" h, Q/ h8 y! O
*双线、三线、四线地电阻测量 # w, t$ q4 l9 E2 \7 N! d
*测量电压U / w  Q" V; L# {1 |1 U* O
*导线电阻测量及自动报零位校准
4 k; \( C4 U2 p$ n+ ^# X7 e1 r*测量土壤电阻系数ρ # i2 }0 `% o8 P
$ s. K& i! F1 I* G
2.主要参数测量电压:80Vρ3 C8 S5 I, v- Z; L' H8 I
*测量电流:10mA * p# a% _& f( J$ k% t
*测量频率:125Hz
; e/ Q# Q) o: X  N, z3 d/ \; f*范围:0~1999Ω 6 {5 v  P- j  J" J0 t) `
*分辨率:0.01Ω
3 z6 C" K! v8 h4 t5 w*精度:2%
# a8 h0 i  u& G! ?% K/ G+ X( R0 a0 I, g% A
3. 操作说明与测量
4 T! X" a5 S5 h" I: _(1)操作说明(见下图)! H; p. |- s: i$ ]
3 a3 G8 ^9 @5 J& j& e- l

: K# R! r, \2 t0 f. I5 y4 g                               
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, T0 _7 G( t- m. F" E  }# q( K(2)测量(双线地电阻测量)- T! M6 {; ^4 `
双线测量方法是很实用的,它具有简便快速的特点(下图所示)
4 }+ l( s+ \% A5 X* q
$ X- W0 J, {: m7 p: x; h, `$ V

  V0 Z' Z9 \4 I# _7 e                               
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# v" h9 {  f' n. d9 V  b. d4 a/ Q
图3 中一根水管已被用作相关的接地,一般来说它的接地电阻是很小的,这样就不必放线打桩了,测量步骤如下:
3 I$ z! B4 a+ J
* G$ C1 ?1 ~3 w' f7 g*短接测试线 0 Y4 o* {; @# a* l- j/ ?5 q
*按 SAVE 键显示字母K & a* B) T8 {+ j2 f
*按 START 键,首先显示测试导线阻值,然后显示 0.00 表仪器已被校准了,现在可进行正常测量
1 O6 @# A  z' a' ?( d*按 START 键进行测量 2 s3 a# U% u/ i8 }$ l. U
*按 SAVE 键贮存测量值
: z+ m; y0 Q% I  @$ f# D/ X*按 RCL 读出所贮存值 8 a- [+ y5 _/ c' L; m
国内的低压供电系统大部分采用 TT 方式,对 TT 系统,HT234 地阻仪可十分方便地测量其接地电阻。图4 为从供电插座测量接地电阻的接线图,操作步骤同上。由于零线中一般存在电压和电流,HT235 在电压<20V 时自动抗干扰,电压>20V 时仪器自动报警、保护、停止测量,所以即使误操作接到相线上进行测量也不会损坏仪器。
5 Z+ {2 G% p' f6 i5 S   三线、四线地阻测量类似于二线测量方法,下面分别是它们的测试图。
# X4 P- ^& }4 O# b" ^
/ P. Q$ q2 T: G0 w) h. p9 Q, r9 W
                               
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. o7 F1 m" O8 G( J四、 GEOX接地电阻仪特性
( L6 u7 h4 `* U9 q( |- g' B1. 仪表功能8 l) D" f7 e% f8 y% F" _& o% }0 N5 ~
+ m. g6 \, t6 m3 E  ?8 ]
本仪表为多功能接地电阻测试仪,其主要功能如下:# @8 p8 G: _7 Z0 l! ~. q9 [- }
*测量干扰电压(UST)
2 |8 o, o  O; n2 ?1 r+ j. z*接地线路在有泄漏电流有于扰源时会存在干扰电压 5 D2 t: ]" Q4 c$ U# T
*测量干扰频率(FST):干扰电压>1V可由周期导出频率 ; V. h. A* I" |8 u* O
*测量接地电阻(Re):由3极法或4极法测量,测量电幅值48/20V,频率94,105,111, : g% ?* D- ?. V2 w- g, |) Q7 w) V  _
128Hz方波电压频率可手动或自动选择(AFC) * r7 s2 f) k8 L5 s" P
*钳口法测量接地电阻:在多点接地系统中,可测量每一根接地线的接地电阻
; J4 ]7 n0 [" t" S- n6 d5 |( \( ~- Y# f
2.主要参数7 g/ @; P6 j% l1 m0 J
*测量电压:20/48V 3 k& A9 t8 ]' T4 d8 e3 l( n
*测量频率:94,105,111,128Hz或自动选择(AFC)
8 L- w: `' C7 h9 J$ ^4 a*干扰电压测量:范围1~50V,误差±( 5%测量值+5个字)
0 Q8 L- ^1 Y( Z4 J*干扰频率测量:范围16~400Hz,误差±(l%测量值+2个字) ( W- _3 R4 Z& M4 U  t: x  a5 }
*接地电阻测量:范围0.02-3kΩ,误差±(5%测量值+5个字)
/ D& t4 W1 I; d4 B
$ a  R3 t* i/ o  R# Z3.操作说明与测量
+ N& d' E/ s5 n) y(1)操作说明(见下图)
; b4 C7 C8 k8 K( d, ]0 P# {9 ~( H; Q+ S3 J3 x9 K! Q* c8 D4 V

: c# L9 m! N- Y( y% p4 m% D( F                               
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( |  b- v; B0 s(2)测量
$ B  d/ ~( ?; l& ^测量干扰电压和干扰频率(测量连线见下图) 4
' D6 Y. v' M" c) F/ ~; o* O; k/ W1 G' E. A
3 `. C5 ?2 e6 L) z# ]' [
                               
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2 u" Y7 n* M  s* v    测量电阻时,往往因地下存在干扰源而使得接地点成为不良的接地点,所测得的数值不准确,所以要找良好的接地点(干扰电压低的地方)干扰电压和干扰频率的测量具有十分的意义。
" D$ G: L# v- l# b0 r    该功能在测量接地电阻时自动执行,如果超过设定的极限值,将显示干扰电压过高,此时自动禁止测量接地电阻,干扰频率只有在干扰电压超过1V时才能够测量出来。旋转开关选择正确的测量档,按键“3”即显示干扰电压和干扰频率。9 m3 m3 Z. e2 {+ @& z2 A- p
( T* O- G+ E  P
*测量接地电阻(双钳口法) 下图为双钳口测试原理与测量连线图
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8 _! B- M" {$ D
                               
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) Z' G/ k4 b# q: C2 N! ~
    本仪表配置一个电压钳口和一个电流探头一起使用,首先在被测接地极感应电压U然后浊出被测地极中的电流 I,那么 Rg = U/I = Rx+R,在此处 R≤Rx,R 可以忽略,因 RE=Rx 直接在屏幕上。
% }  l# W4 C& P/ T    原理:在多极并联的接地网中。例如高压铁塔的接地形式,因为高架地线的连接;在输电线路中,每个铁塔的接地电阻力整个网络的一个支路,如图所示。在整个并联网络中设 Rx 为被测的接地电阻。此时其他各支路的接地电阻并联值 R=R1/R2/R3……Rn,当 n 较大时,R≤Rx。 2 n" @3 ^1 Y8 i! Y4 ^* l' _

' @1 ?# c1 F0 H# M* Y五、接地电阻测试仪的选用 8 h! J' x2 Y6 O7 p1 w+ E
    接地电阻为什么至今仍然是一个被大家所忽视的问题呢?主要是没有适合理想测量仪器,接地摇表由于众所周知的原因,测试值精度很差,有时同一个接电阻成了一个抽象的物理量,使人很难捉摸。随着科学仪器的发展,先进接地电阻测试仪完全控制了地电阻测试的要领,可以做到测试值正确无误。目前智能式接地电阻仪非但功能强大;而且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地件,出现各种问题当即智能提示等等,象 GEOX、234 等地阻仪还能直接测干扰频率,干扰电压,自动校零等特点。下面把这二种仪表与接地摇表作一个比较,在测试选用仪表供参考:# f2 ^% e+ x- V- n

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( b! I- h$ E: h7 s- P- `; y                               
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  l4 M% n! W" [$ c3 D除上述地电阻测试仪表外,法国 CA 公司 6412、6415 单钳口式地阻仪也是当前较为热门的一种地阻测试仪。由于仪器体积小巧,操作又十分简便,因此每逢霉雨季节,或者年中、年终巡视接地装置好坏最理想的地阻仪。如需要测试精度高一点,又要方便轻松,那就可以有双钳回式地阻仪,象输出电线杆塔、微波塔、避雷针等接地装置的接地电阻测量及良好接地条件的辅助装置(水龙头,水管装置)的场合,都可以用这种双钳口式接地电阻仪进行接地电阻的测量。对于大型的系统接地、网络接地、土壤电阻率的测试应该选择 HT234 等地阻仪为好,利用三线、四线测量方法,由于仪器的独特功能,保证地阻测量值的重复性、稳定性,且 HT234 地阻仪的测量精度高达2%。
' r' p, R' ~$ _5 d0 Z" p- I9 G' Q: W- o" J" ?1 S
六、结束语
+ ]! R' s" D) ?5 I* T    本文通过接地电阻仪的发展和新一代 GEOX 与 234 地阻仪介绍,大体对地阻测试仪有一个系统的认识。二十一世纪是信息的世纪,特别是计算机技术的发展推动了仪器仪表突飞猛进。
3 L( P" X& c9 v. F4 T* G. X7 t    我们可以预言地阻仪的发展方兴未艾,不久的将来肯定有更新功能,更完美的接地电阻仪的诞生,更好地为我们解决实际中各项技术问题。
IDAQ-USB-6009数据采集卡
发表于 2009-3-13 22:51:25 | 显示全部楼层

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5 W9 ^) d7 _/ ^9 s# t
- a3 ?. F3 x5 |, v8 L, V% l* `0 j6 ~) l1 \. c  f$ u
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