防雷接地电阻测试仪的电极布置分析

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1、防雷接地电阻测试仪的电极布置分析李婷1，杜娟2，刘靳3（陕西省防雷中心，西安710014）摘要：为了减小防雷接地电阻测试仪的测量误差，该文以4102型测试仪为例，通过对其测量误差的原理分析，寻找出电压电极P和电流电极C与主电极E的相对距离d12、d13以及d13与地网最大尺寸D的合理对应关系是影响测量误差的主要因素，又根据恒定电场理论计算得出为使得测量误差为零时d12与d13的对应关系，再根据电位降法测量原理推导出测量误差的数学表达式，进而通过绘制测量误差δ随d13/D值变化的曲线图，最后得出要使得测量误差在允许范围之内时，d13与地网最大尺寸D的合理

2、对应关系，从而给防雷检测者在使用4102测试仪测量防雷接地电阻时提供了减小测量误差的主要思路和方法。关键词：雷电流防雷接地测量误差电极相对位置地网最大尺寸引言雷电流通过接地体在向大地泄散电流的过程中，土壤中的电流密度在接地体附近很大，随着离开接地体距离的增大，电流密度逐渐减小。在无穷远处，电流密度为零，也就是在无穷远处的地电位才为零［1］。而在实际测量接地电阻时，定义无穷远处为零电位点是不现实的，故实际的零电位基准点的寻找是测试接地电阻的关键之一。4102接地电阻测试仪是防雷接地电阻测试的主要仪器，其在测试时需引入辅助电压极P和辅助电流极C，通过其内部

3、电路在C端产生一个恒定交流电流，测量电压极P和接地极E之间的电压U，则接地电阻值［2］。在这里必须注意，电压极P的位置就是我们要寻找的零电位基准点，如果寻找不当，必会引起测量误差，而P的位置又与C、E的位置有关，故合理布置三个电极之间的相对位置，才能得出等于或充分接近于接地体实际接地电阻值的测量值。1测量值误差原理分析在离主电极E一定距离的地点把电流电极C打入大地中，在E、C连接线上将电压电极P在E、C之间移动，测量EP间的电位差。以EP间的距离为横坐标，EP间的电位差为纵坐标绘制电位分布曲线，如图1所示。作者简介：李婷（1983.4-），女，陕西耀县

4、人，工学学士，工程师，从事雷电防护技术工作。电位离主接地装置的距离图1电位分布曲线是EP间的距离为场合绘制的电位分布曲线，是EP间的距离为场合绘制出的电位分布曲线。由图可看出，中央无水平部分，中央有水平部分，则可反推出如果电位分布曲线的中央产生水平部分，意味着电流辅助电极离主电极E已充分远，双方电极所产生的电阻区域互不重叠，故互不影响［3］。如果将电压电极P打入这个水平部分，也就是所要找的零电位区，此时将曲线水平部分测定的电位差除以测试电流I，就可以得到比较准确的测量值［4］，同时也说明辅助电流电极C和主接地极E之间的距离充分远，才能出现零电位区［5］

5、。2寻找EP的距离与EC的距离之间的关系CPE-II图24102接地电阻测试仪电极布置图如图2所示，设被测接地体为半球形，EC之间的距离为，，EP之间的距离为，CP之间的距离为。在距球心x处球面上的电流密度为：式中J—距球心为x处的球面上电流密度；I—接地体入地的电流；又根据恒定电场理论可知［6］，E为土壤恒定电场强度，ρ为土壤电阻率，以无限远处为基准点，则距离接地体球心x处所具有的电压为：（1）又设电流I流入接地体E，再从电流极C流出，在这一个三电极系统中，可以认为有两个电流在作用，一个是流入接地体的电流I，另一个是流出电流极的电流-I，按这一电极系

6、统的布局，可先求出各电极之间的互电阻，然后再考察这种布电极方式的测量误差δ。2.1当仅有电流I注入接地体E根据公式（1），由I在土壤中产生的恒定电场使电流极C和电压极P上带的电位可分别表示为：则接地体E与电流极C和电压极P之间的互电阻分别为：2.2当仅有－I流出电流极C同理可得P电极上的电位为：电流极C与电压极P之间的互电阻为：则测量误差可表示为要使得测量误差，应有（2）令上式中，则，代入（2）式得即求解得故时，意味着在布置电流极C和电压极P时，应将电压极布置在接地体与电流极之间的连线上，且距离接地体的距离为0.618倍的接地体与电流极之间的距离，即0

7、.618法［7］。3寻找EC的距离与被测接地网最大尺寸D之间的关系前面已经由电位分布曲线可知辅助电流电极C与主接地电极E之间的距离要充分远，才能出现零电位区，如果分析出这个充分远的距离与已知地网参数之间对应关系的变化会影响测量误差δ如何变化，将对测量误差δ的控制有着重要意义。设地网的接地体是直径为的半球体，且地网是由两个这样相同的接地体紧密相邻而组成，则地网半径为，其最大尺寸。根据电位降法接地电阻测试原理［8］：距E（测试电极）x处的电位又地网是半径为的半球体，则地网表面的电位为：则地网的接地电阻对上式括号中提出，则（3）又知，地网的实际接地电阻（4）

8、（3）式和（4）式对比可知：测量误差（5）又知当且时，误差，否则引入误差δ：将代入式（5）得出