防雷检测：接地电阻测量原理与测量方法

一、什么是接地电阻？

      是电力系统和电器安装的中性点(零线);电器设备外漏的导电部分，和装置外经由导体与大地的链接的部分。可分为:工作接地(零线)、防雷接地(地线)、保护接地(地线)、屏蔽接地(地线)、防静电接地(地线)如下图:

接地电阻就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。接地电阻大小直接体现了电气装置与“地”接触的良好程度，也反映了接地网的规模。在单点接地系统、干扰性强等条件下，可以采用打辅助地极的测量方式进行测量。

接地电阻主要分以下三种。

1.保护接地：电气设备的金属外壳，混凝土、电线杆等，由于绝缘损坏有可能带电，为了防止这种情况危及人身安全而设置的接地装置。

2.防静电接地：防止静电危险影响而将易燃油、天然气贮藏罐和管道、电子设备等设置的接地装置。

3.防雷接地：为了将雷电引入地下，将防雷设备（避雷针等）的接地端与大地相连，以消除雷电过电压对电气设备、人身财产的危害的接地，也称过电压保护接地。

二、接地电阻测量的几种方法

1. 两线法

两线法是不使用辅助接地棒的简易测量法，利用现有的接地电阻值最小的接地极作为辅助接地极，使用2条简易测试线连接(即C(H)-P(S)接口短接，E-ES接口短接)。可以利用金属水管、消防栓等金属埋设物、商用电力系统的共同接地或建筑物的防雷接地极等来代替辅助接地棒C(H)、P(S)，测量时注意去除所选金属辅助接地体连接点的氧化层。

条件：必须有已知接地良好的地，如PEN等，所测量的结果是被测地和已知地的电阻和。假如已知地远小于被测地的电阻，测量结果可以作为被测地的结果。　　

适用于：楼群稠密或水泥地等密封无法打入地桩的区域。　　

接线：E+ES接到被测地，C(H)+P(S)接到已知地。 

注意：

1.选用商用电源系统接地作为辅助接地极测量时，必须先确认是商用电源系统的接地极，否则断路器可能启动，有危险。

2.采用简易二线法测量接地电阻，尽量选择re值小的接地体作为辅助接地极，这样仪表读数才更接近真实值。测量时请优先选择金属水管、金属消防栓作为辅助接地极。

三线法、四线法测量接地电阻值测量采用额定电流变极法(适合准确测量单点接地系统)，即在测量对象E接地极和C(H)电流极之间流动交流额定电流I，求取E接地极和P(S)电压极的电位差V，并根据公式R=V/I计算接地电阻值R。为了保证测试的精度，采用4线法，增加ES辅助地极，实际测试时ES与E夹在接地体的同一点上。

条件：必须有两个接地棒：一个辅助地和一个探测电极。各个接地电极间的间隔不小于20米。原理是在辅助地和被测地之间加上电流，测量被测地和探测电极间的电压降，测量结果包括测量电缆本身的电阻。　　

适用于：地基接地，建筑工地接地和防雷接地。　　

接线：P(S)接探测电极，C(H)接辅助地，E和ES连接后接被测地。  

3.四线法

基本上同三线法，在低接地电阻测量和消除测试线缆阻值对测量结果的影响时替换三线法。测量时E和ES必须单独直接连接到被测地。该方法是所有接地电阻测量方法中正确度最高的。四线法测试能消除被测接地体、辅助接地棒、测试夹、仪表输入接口(通常有污垢或生锈)表面之间的接触电阻对测量的影响，能消除线阻变化对测量的影响，优于三线测试。

对于多点独立接地系统或较大型的地网，可以选配50m或更长的测试线进行测试，如下图：

注意：

1.测试接地电阻时，先确认接地线的对地电压值，即C(H)与E或P(S)与ES的电压值必须在20V以下，若对地电压在5V以上，此时接地电阻的测量可能会产生误差，此时先将被测接地体的设备断电，使接地电压下降后再进行接地电阻测试。

2.被测接地体E到电流极C(H)之间的距离，应至少是被测接地体埋入地下深度(h)的5倍，或者是被测接地体埋入地下电极长度(d)的5倍。

3.测量复杂接地系统的总接地电阻，其d的距离为该接地系统最大对角线的距离。

4.测试时，测试线不能相互缠绕在一起，否则可能影响测试精度。

4.单钳法

测量多点接地中的每个接地点的接地电阻，而且不能断开接地连接防止发生危险。 

钳形接地电阻仪测量接地电阻的基本原理是测量回路电阻。见下图。钳表的钳口部分由电压线圈及电流线圈组成。电压线圈提供激励信号，并在被测回路上感应一个电势V。在电势V的作用下将在被测回路产生电流I。钳表对V及I进行测量，并通过公式（R=V/I）即可得到被测电阻R。

适用于：多点接地，不能断开连接，测量每个接地点的电阻。

接线：用电流钳监测被测接地点上的电流。

5.双钳法

双钳法适合测量独立多点接地系统的情况，如下图，在多点接地系统无需打地桩测量接地电阻值，将CT1电流钳的一端红色插头插入仪表C(H)接口，黑色插头插入仪表E接口，将CT2电流钳的一端蓝色插头插入仪表C1接口，黑色插头插入仪表C2接口，将两个电流钳钳入被测回路中，注意两个电流钳方向要一致并且保持间距大于30cm，两个电流钳不得互换，否则会产生误差。

条件：多点接地，不打辅助地桩，测量单个接地。　　

接线：使用厂商指定的电流钳接到相应的插口上，将两钳卡在接地导体上，两钳间的间隔要大于0.3米。

注意

在测试接地电阻时，先确认接地线的漏电流大小，接地线电流大于100mA，则接地电阻的测量值可能会产生误差，此时先将被测接地体的设备断电，使接地线的漏电流下降后再进行接地电阻测试。同时保证双钳法测试时电流必须由电流钳箭头方向流入电流钳，否则无法正常测试接地电阻值，当仪表显示“”符号时，表示CT2（A钳）电流钳接收的电流信号过小，应检查电流钳是否钳好，CT2（A钳）电流钳的方向是否正确，测量回路电阻过大或者没有形成回路。电流钳间距要大于30cm，否则会产生误差。

三、接地电压与土壤电阻率

1.接地电压

接地电压：即电气设备发生接地故障时，接地设备的外壳、接地线、接地体等与零电位点之间的电位差，接地电压就是以大地为参考点，与大地的电位差，大地为零电位点。

接地电压测试时只需要使用一根辅助接地棒，注意与商用交流电压测试的区别。参见下图：仪表、辅助接地棒、测试线都连接好后，将仪表功能转换旋钮切换至V位置，开始测试接地电压，LCD显示测试结果。

注意

1.接地电压测试时只需要使用1根辅助接地棒。

2.仪表只要通过测试线和辅助接地棒与大地有连接，仪表接口的其他测试线就不能

3.接入商用电源的L、N线中，否则引起漏电，断路器可能启动，有危险。

4.接地电压测试不能超过100V。

5.不能用于商用电压测试，否则会损坏仪表。

2.土壤电阻率

土壤电阻率(ρ)：测量采用4极法(温纳法)：E接地极与C(H)电流极间流动交流电流I，求P(S)电压极与ES辅助地极间的电位差V，电位差V除以交流电流I得到中间两点电阻值R，电极间隔距离为a(m)，根据公式ρ=2πaR(Ωm)得出土壤电阻率的值，C(H)-P(S)的间距与P(S)-ES的间距相等时(都为a)即为温纳法。为了计算方便，请让电极间距a远大于埋设深度h，一般应满足a>20h，见下图。

土壤电阻率用四极法(温纳法)进行测量。

土壤电阻率ρ是决定接地体接地电阻的重要因数。不同性质的土壤，固然有不同的土壤电阻率，就是同一种土壤，由于温度和含水量等不同，土壤电阻率也会随之发生显著的变化。因此，为了在进行接地装置设计时有正确的依据，使所设计的接地装置更能符合实际工作的需要，必须进行土壤电阻率的测量。

根据公式ρ=2πaR(Ωm)计算土壤电阻率ρ，单位为Ωm，其中：

a——电极间距

R——P(S)-ES电极间土壤的电阻

四极法(温纳法)：按下图连接测试线，注意辅助接地棒间的间距及埋入深度，

分别将C(H)、P(S)、ES、E辅助接地棒呈一条直线深埋入大地，将接地测试线(红、黄、绿、黑)从仪表的C(H)、P(S)、ES、E接口开始对应连接到被测C(H)、P(S)、ES、E辅助接地棒上。

根据温纳法确定测量土壤电阻率的值约为两个接地棒间的距离a深度处的土壤电阻率,可通过改变a值来检查土壤均质性，从而设计合适的接地电极。

四、接地电阻测试仪使用方法

1、使用接地电阻测试仪准备工作

• 熟读接地电阻测量仪的使用说明书，应全面了解仪器的结构、性能及使用方法。　　

• 备齐测量时所必须的工具及全部仪器附件，并将仪器和接地探针擦拭干净，特别是接地探针，一定要将其表面影响导电能力的污垢及锈渍清理干净。

• 将接地干线与接地体的连接点或接地干线上所有接地支线的连接点断开，使接地体脱离任何连接关系成为独立体。

2、使用接地电阻测试仪测量步骤（以数字式仪表举例）

基本操作

• 旋转功能旋钮实现开关机，旋钮指示“OFF”位置关机。本仪表开机后15分钟自动关机，自动关机后将功能旋钮转到“OFF”位置，重新开机。

• 开机后，如果LCD显示电池电压低符号，表示电池电量不足，请依照说明给电池充电。电池电力充足才能保证测量的精度。

• 开机后，按背光键可以开启或关闭背光，背光功能适合于昏暗场所。每次开机默认背光关闭。

开始测试

• 二线简易测试接地电阻

此方法是不使用辅助接地棒的简易测量法，利用现有的接地电阻值最小的接地极作为辅助接地极，使用2条简易测试线连接(即C(H)-P(S)接口短接、E-ES接口短接)。可以利用金属水管、消防栓等金属埋设物、商用电力系统的共同接地或建筑物的防雷接地极等来代替辅助接地棒C(H)、P(S)，测量时注意除去所选金属辅助接地体连接点的氧化层。仪表、测试线都连接好后，将功能转换旋钮切换至“电阻”位置，按压“测试”键开始测试，LCD显示测试结果。

• 三线测试接地电阻

短接仪表的ES、E接口，即为三线测试，仪表操作与二线测试方法相同。三线测试不能消除线阻变化对测量的影响，也不能消除仪表与测试线间、测试线与辅助接地棒间接触电阻变化对测量的影响，测量时还需去除被测接地体表面的氧化层。仪表、辅助接地棒、测试线都连接好后，将功能转换旋钮切换至“电阻”位置，按压“测试”键开始测试，LCD显示测试结果。

• 四线精密测试接地电阻

从被测物体起，分别将P(H)、C(H)辅助接地棒呈一条直线深埋入大地，将接地测试线(黑、绿、黄、红)从仪表的E、ES、P(S)、C(H)接口对应连接到被测接地极E、辅助电压极P(S)、辅助电流极C(H)上。仪表、辅助接地棒、测试线都连接好后，将功能转换旋钮切换至“电阻”位置，按压“测试”键开始测试，LCD显示测试结果。

• 土壤电阻率测试

注意辅助接地棒间的间距及埋入深度，分别将C(H)、P(S)、ES、E辅助接地棒呈一条直线深埋入大地，将接地测试线(红、黄、绿、黑)从仪表的C(H)、P(S)、ES、E接口开始对应连接到被测C(H)、P(S)、ES、E辅助接地棒上。

辅助接地棒的间距设置：连接好测试线后，将功能选择旋钮旋至“土壤电阻率”位置，进入土壤电阻率测试模式，长按“测试”键(约3秒)进入辅助接地棒的间距设置，设置完成后，在土壤电阻率测试模式下，按“测试”键开始测试，并倒计数显示测试进度，完成测试后LCD显示稳定的土壤电阻率值。

• 接地电压测试

接地电压测试时只需要使用一根辅助接地棒，注意与商用交流电压测试的区别。仪表、辅助接地棒、测试线都连接好后，将功能转换旋钮切换至“电压”位置，开始测试接地电压，LCD显示测试结果。

3、使用接地电阻测试仪测量步骤（以手摇指针式仪表举例）

• 将两个接地探针沿接地体辐射方向分别插入距接地体20m、40m的地下，插入深度为400mm，如下图所示。

接地电阻测试使用图解：a）实际操作 b）等效原理

• 将接地电阻测量仪平放于接地体附近，并进行接线，接线方法如下：

• 用最短的专用导线将接地体与接地测量仪的接线端“E1”（三端钮的测量仪）或与C2、”短接后的公共端（四端钮的测量仪）相连。　　

• 用最长的专用导线将距接地体40m的测量探针（电流探针）与测量仪的接线钮“C1”相连。　　

• 用余下的长度居中的专用导线将距接地体⒛m的测量探针（电位探针）与测量仪的接线端“P1”相连。

• 将测量仪水平放置后，检查检流计的指针是否指向中心线，否则调节“零位调整器”使测量仪指针指向中心线。　　

• 将“倍率标度”（或称粗调旋钮）置于最大倍数，并慢慢地转动发电机转柄（指针开始偏移），同时旋动“测量标度盘”（或称细调旋钮）使检流计指针指向中心线。　　

• 当检流计的指针接近于平衡时（指针近于中心线）加快摇动转柄，使其转速达到120r／min以上，同时调整“测量标度盘”，使指针指向中心线。　　

• 若“测量标度盘”的读数过小（小于1）不易读准确时，说明倍率标度倍数过大。此时应将“倍率标度”置于较小的倍数，重新调整“测量标度盘”使指针指向中心线上并读出准确读数。　　

• 计算测量结果，即R地＝“倍率标度”读数ד测量标度盘”读数。