文档介绍：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(-),女,陕西耀县人,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]。
2 寻找EP的距离与EC的距离之间的关系
C
P
E
-I
I

图2 4102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