1、接地概述
1.1
接地的定義
將電力系統或建築物中電氣裝置、設施的某些導電部分，經接地線連接至接地極。
1.1.1 接地線
電氣裝置、設施的接地端子與接地極連接用的金屬導電部分。
1.1.2 接地極
埋人地中並直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地極。兼作接地極用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建築物的基礎、金屬管道和設備等稱為自然接地極。
1.1.3 接地裝置
接地線和接地極的總和
1.1.4 接地網
由垂直和水平接地極組成的供發電廠、變電所使用的兼有洩流和均壓作用的較大型的水平網狀接地裝 置 。
1.1.5 接地電阻
接地極或自然接地極的對地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻； 接地電阻的數值等於接地裝置對地電壓與通過接地極流人地中電流的比值。
按通過接地極流人地中工頻交流電流求得的接地電阻，稱為工頻接地電阻;
按通過接地極流人地中衝擊交流電流求得的接地電阻，稱為衝擊接地電阻
1.2
接地的基本原理
接地從原理上看是為電流流入大地提供一條低電阻路徑。
從工程實用觀點來看就是在線路或電氣設備發生接地故障時為故障電流流回電源提供一條低電阻 路徑。
1.3
接地的作用
接地的作用主要是利用接地極把故障電流或雷電流快速地洩放進大地中， 以達到保護人身安全和電氣設備安全的目的。
1.4
輸電杆塔接地的意義
輸電線路杆塔接裝置是輸電線路的重要組成部分,是接地體和接地引下線的總稱。
接地電阻是指接地體散流電阻、接地引下線電阻和接觸電阻的總和。
其作用是確保雷電流可靠洩入大地,保護線路設備絕緣,減少線路雷擊跳閘率,提高運行可靠性和避免跨步電壓產生的人身傷害。對輸電線路杆塔接地裝置進行規範管理和維護,確保接地裝置完整性是降低輸電線路雷擊跳閘率的有效措施,降低接地裝置接地電阻是提高線路耐雷水平的主要措施。
2、接地電阻的測試原理
接地電阻就是通過接地裝置洩放電流時表現出的電阻，它在數值上等於流過接地裝置入地的電流與這個電流產生的電壓降之除。
R=U/I
▲ 基本原理圖
測量接地極接地電阻的基本原理就是測量接地極在大地土壤中的電位降。因此，測量接地極接地電阻的基本方法就是電位降法。
3、接地電阻測量基本方法
杆塔接地電阻常用的測試方法採用補償法較多，補償法中的電位降發與其衍生的三極法（0.618法和30°角度法）。其介紹如下：
3.1
0.618法
▲ 0.618法原理圖
佈線方法：
電位極離接地裝置的距離DGP，等於電流極離接地裝置的距離DGP的0.618倍。
▲ 接地極接地電阻測量接線
▲ 杆塔接地裝置接地電阻測量接線
3.2
30度夾角法
▲ 等腰三角形佈置電極
佈線方法：
電位極離接地裝置的距離DGP，等於電流極離接地裝置的距離DGC，且兩極與接地裝置形成的夾角為30度。
▲ 接地極接地電阻測量接線
▲ 杆塔接地裝置接地電阻測量接線
30度夾角法的侷限性：
由於線路杆塔所在地通常為山區，地形複雜，30度夾角不易控制，建議在山區測量桿塔接地電阻時不宜採用該方法。
3.3
電位降法
▲ 電位降法測量接線示意圖
當接地裝置所處的土壤不均勻時，零電位區就會偏離0.618DGC，此時，可將電壓極沿直線方向，在50%DGC到80%DGC 範圍內以5%DGC的間距測量多個電壓值，繪製電壓變化曲線，找到零電位區，確定地網的接地電阻值，即電位降法。
3.4
鉗表法
鉗表法測量是對傳統線路杆塔接地電阻測量方法的突破，並越來越被普遍使用，但鉗表法測量得到的是異頻頻（或中頻）迴路電阻，整個接地電阻易受天氣、土壤或某些接地棒的腐蝕或接觸不良所引起的迴路電阻變化的影響，因素較多，無誤差修正曲線，無標準可循。
鑑於以上優缺點有必要結合電力系統輸電線路的實際情況研究其使用規律和誤差判斷方法，建立杆塔接地電阻異頻測量標準，以便實際使用中有標準可依。
▲ 鉗表法測量接線示意圖
鉗表測量一般採用異於50Hz的測量頻率。鉗表提供兩個線圈：電流線圈提供測試電源E，在測試迴路建立電流I，同時I再次被鉗表內的感應線圈的二次側所轉換。迴路電阻R=E/I。由於RO«Rx，R≈Rx，因此鉗表顯示的值可以認為是杆塔接地電阻Rx。
接地電阻測量方法除上參數的補償法外還有兩點法、三點法、四極法、大電流法、變頻法等。
放線長度和土壤不均勻對測量結果的影響
由測試原理所決定，無論是0.618法還是30度夾角法，都要求有足夠大放線距離，以便將接地裝置近似為半球形電極，才能保證測試精度滿足工程測試要求。若放線長度過小，會造成測試值嚴重偏小。
土壤不均勻對於變電站、發電廠大型地網的影響較大，因此在進行大型地網接地電阻測試時一般不用0.618法直接測量，而是採用電位降法尋找零位區。
對於杆塔接地電阻測量，由於杆塔接地裝置較小，佈線長度較短，土壤不均勻對測試結果影響較小，可直接採用0.618法直接測量。
影響測量結果的主要因素
1、放線長度對測試結果的影響
2、土壤不均勻對測量結果的影響
3、佈線方向對測試結果的影響
4、電壓極、電流極引線間互感對測量結果的影響
4、測試儀器
4.1
發展歷史
4.1.1 伏安法
這是根據接地電阻的定義而產生的非常原始的方法。在測定電阻時須先估計電流的大小，選出適當截面的絕緣導線,在預備試驗時可利用可變電阻R調整電流，當正式測定時，則將可變電阻短路，由安培計和伏特計所得的數值可以算出接地電阻。
4.1.2 E型搖表
(上個世紀)五六十年代蘇聯的E型搖表取而代之了伏安法，由於攜帶方便，又是手搖發電機，因此工作量比伏安法簡單。
4.1.3 國產接地搖表
七十年代國產接地電阻儀問世，如：ZC-28，ZC-29，ZC-8無論在結構、體積、重量、測量範圍、分度值、準確性，都要勝於“E”型搖表。因此，相當一段時間內接地電阻儀都以上海生產的ZC系列為代表的典型儀器(三極法)。
4.1.4 數字式接地電阻儀
八十年代數字接地電阻儀的投入使用給接地電阻測試帶來了生機，但測試的接線方式同ZC系列沒什麼兩樣。另外還有一個缺點，就是實驗電流太小，不適合測試較大的地網。普通的測量精度不如ZC系列。
4.1.5 鉗形接地電阻儀
九十年代鉗口式地阻儀的誕生打破了傳統式測試方法。它最大特點是不必佈置輔助地棒，只要鉗住接地線或接地棒就能測出其接地電阻。具有快速測試、操作簡單等優點，但也存在著精度不高的缺點，特別單鉗口地阻儀，在接地電阻小於0.7Ω以下無法分辨。
目前的雙鉗口地阻儀測量範圍和精度均有所提高，雖能測試小於0.7Ω的地網，但都存在精度不高的缺點，其原因是鉗口法測量採用電磁感應原理，易受干擾，測量誤差比較大，不能滿足高精度測量要求。
另外，根據鉗表法的測量原理可知，它的使用條件受到了很大的限制，要求必須是有迴路的多點接地系統，如通過避雷線接地的線路杆塔等。
4.2
選用
現在市面上出現的接地電阻測試儀品種繁多，但根據測試原理分類主要有兩種：地樁法和鉗表法。目前智能式接地電阻儀功能越來越強大，可以應付現場各種複雜情況，如有效地排除干擾，自動跟蹤最合適測試條件，出現各種問題當即智能提示等等。
輸電線路杆塔的接地網較小，採用傳統的接地搖表已能滿足測試要求。如需要測試精度再高一點，可以選用雙鉗口多功能接地電阻測試儀，它採用雙鉗法和地樁法雙重測量方式，進一步保證了地阻測量值的精確性、穩定性。
根據目前在線路杆塔接地測試中仍然普遍採用接地搖表的現狀，以下將以接地搖表為基礎，介紹接地電阻和土壤電阻率的測試方法等。
4.3
接地搖表的使用
4.3.1 常用型號
▲ ZC-8型
▲ ZC29B型
ZC-8型接地搖表有兩種，一種為三個端鈕；另一種為四個端鈕。ZC-8型接地電阻測量儀主要是由手搖發電機、相敏整流放大器、電位器、電流互感器及檢流計等構成，全部密封在鋁合金鑄造的外殼內。儀表都附帶有兩根探針，一根是電位探針，另一根是電流探針。
▲ 三端鈕的接地搖表
▲ 四端鈕的接地搖表
4.3.2 接地電阻測試儀(ZC-8）
▲ ZC-8 板面
圖中端鈕：
接線端鈕 —— 接地極（C2、P2）、電位極（P1）、電流極（C1）、用於連接相應的探測針。
調整旋鈕 —— 用於檢流計指針調零。
倍率盤 —— 顯示測試倍率，×0.1、× l、×l0。
測量標度盤 —— 測試標度所測接地電阻阻值
測量盤旋鈕 —— 用於測試中調節旋鈕：使檢流計指針指於中心線。
倍率盤旋鈕 —— 調節測試倍率。
發電機搖把 —— 手搖發電，為地阻儀提供測試電源。
▲ ZC-8型外觀
▲ ZC29B-2型外觀
ZC-8型接地搖表有兩種量程，一種是0-1-10-100Ω；另一種是0-10-100-1000Ω。我局現有的接地搖表中，三個端鈕的量程為0-10-100-1000Ω；四個端鈕的量程為0-1-10-100Ω。ZC-8型量程如下：
▲ ZC-8 規格及量程
▲ ZC29B-2 規格及量程
▲ ZC-8型刻度盤和檢流計
ZC-8型接地搖表的數字盤上顯示為1、2、3…10共10個大格，每個大格中有10個小格。三端鈕的接地搖表倍數盤內有1、10、100三種倍數；四端鈕的接地搖表倍數盤內有0.1、1、10三種倍數。在規定轉速內，儀表指針穩定時指針所指的數乘以所選擇的倍數即是測量結果。如：當指針指在8.8，而選擇的倍數為10時，測量出來的電阻值為8.8×10=88Ω
▲ 三端鈕搖表最大倍率
▲ 四端鈕搖表最大倍率
▲ 配套
對接地探針，用接地搖表測量接地電阻，關鍵是探針本身的接地電阻，如果探針本身接地電阻較大，會直接影響儀器的靈敏度，甚至測不出來。一般電流探針本身的接地電阻不應大於250Ω，電位探測針本身的接地電阻不應大於1000Ω，這些數值對大多數種類的土質是容易達到的。如在高土壤電阻率地區進行測量，可將探針周圍的土壤用鹽水澆溼，探針本身的電阻就會大大降低。探針一般採用直徑為0.5cm，長度為0.5m的鍍鋅鐵棒製作而成。
4.3.3 常見連接示意圖
▲ 接線柱部位
▲ 常見連接示意圖
4.3.4 ZC-8 儀表好壞檢查
1）、外觀檢查。先檢查儀表是否有試驗合格標誌，接著檢查外觀是否完好；然後看指針是否居中；最後輕搖搖把，看是否能輕鬆轉動。
2）、 開路檢查。三個端鈕的接地搖表：將儀表電流端鈕（C）和電位端鈕（P）短接，然後輕搖搖表，搖表的指針直接偏向讀數最大方向;四端鈕的接地搖表:將儀表上的電流端紐(C1)和電位端紐(P1)短接,再將接地兩端鈕(C2、P2)短接[我們常說的兩兩相接]，然後輕搖搖表，搖表的指針直接偏向讀數最大方向。
▲ 開路檢查
3）、 短路檢查。不管是三端鈕的儀表還是四端鈕的儀表，均將所有端鈕連接起來，然後輕搖搖表，搖表的指針偏往“0”的方向。
通過上述三個步驟的檢查後，基本上可以確定儀表是完好的。
▲ 短路試驗
4.3.5 測量操作方法
1）、接地搖表必須水平放置於平穩牢固的地方，以免在搖動時因抖動和傾斜產生測量誤差。
2）、三極法測量桿塔工頻接地電阻的電極佈置圖
▲電極佈置圖
電壓極P輔助線長度：2.5L（米）
電流極C輔助線長度：4L（米）
3）、接線必須正確無誤
▲ 三端鈕接地搖表接線圖
4）、將表調至最大量程後，均勻搖動手柄，視被測物電阻的大小調整量程至接近被測物的電阻。一般規定轉速為120 轉／分鐘，待指針穩定下來再讀數。
4.3.6 測量操作步驟
（1）根據不同的測試需要，按要求佈置好探測針；
（2）將導線聯接於儀表相應的端鈕。
（3）將儀表放置水平位置，檢查檢流計是否指在中心線上，否則可用調零器將其調整指於中心線。
（4）將“倍率標度”置於最大倍數，慢慢轉動發電機搖把，同時旋動“測量標度盤”使檢流計指針指於中心線。
（5）當檢流計的指針接近平衡時，加快發電機搖把的轉速，使其達到每分鐘120轉以上，調整“測量標度盤”使指針指於中心線上。
（6）如“測量標度盤”的讀數小於1時，應將“倍率標度”置於較小標度倍數，再重新調整“測量標度盤”以得到正確讀數。
（7）用“測量標度盤”的讀書乘以“倍率標度盤”的倍數即為所測的接地電阻值。
5、杆塔工頻接地電阻的測量
5.1
重要性
架空輸電線路的雷擊跳閘一直是困擾電網安全供電的難題。近年隨著電網的發展，雷擊輸電線路而引起的跳閘、停電事故日益增多，據電網故障分類統計表明：高壓線路運行的總跳閘次數中，由於雷擊引發的故障約佔50%—60%。尤其是在多雷、電阻率高、地形複雜的山區，雷擊輸電線路引起的故障次數更多，尋找故障點、事故搶修更困難，帶來的損失更大。理論和運行實踐證明，500KV及以下線路，雷擊送電線路杆塔引起其電位升高造成“反擊”跳閘的次數佔了線路跳閘總次數的絕大部分。在絕緣配置一定時，影響雷擊輸電線路反擊跳閘的主要因素是接地電阻的大小。所以，做好接地裝置的檢查，規範接地電阻測量方法保證線路杆塔可靠接地，並使其接地電阻值在規程要求範圍內已成為線路防雷的一項重要工作。
5.2
測量方法及相關規定
輸電線路杆塔工頻接地電阻工程驗收測量的基本方法是三極法。但由於通常離城鎮較遠，很難尋求交流工頻電源，因此允許不用大電流測量，一般都用接地電阻測量儀進行測量。
此外，電力行業標準《杆塔工頻接地電阻測量》（DL/T 887-2004）中規定鉗表法可以作為杆塔的日常維護和接地電阻預防性檢查測量時使用，但不能作為工程驗收的正式測量檢查。
5.3
直線三極法
三極法的電極佈置一般有兩種方式 ,即兩輔助電極與被測接地體可採用三角形佈置和直線佈置。當採用三角形佈線時, 須經過複雜煩瑣的計算才能得出其測量結果, 而且測量結果的精度較低。而當採用直線佈線時, 測量結果簡單直觀明瞭,精度也較高。所以在現場常採用直線三極法測量桿塔接地電阻。但對用直線佈置無法進行的某些特殊地形地段則可採取三角形佈線法進行測量。
5.4
土壤電阻率的測量
5.4.1、杆塔接地電阻測試統一採用“三極法”進行測量
測量時電壓極、電流極探針的佈置要求：
①電壓極、電流極探針均應佈置在接地網邊緣以外。
②電流、電壓極探針距被測杆塔應大於60米和38米且相互距離不得低於20米；施放測試線儘量沿輸電線路垂直方向、基本位於兩放射接地體中間位置。
③儘量避開河流、水渠以及地下管道，當地下有金屬物體時，應佈置在金屬物體垂直的方向上佈置電壓、電流極探針。
5.4.2、接地電阻測量值的確定
測得的接地電阻值應根據土壤乾燥及潮溼情況乘以季節係數後作為最終的接地電阻值。
5.4.3、儀表要求
接地電阻測試儀屬強制檢定儀器，每年需送檢一次，在檢定有效期內使用。
5.5
測試接地電阻的工作步驟
5.5.1 安全要求
5.5.1.1 使用安全帽
應先檢查外觀及帽殼、帽襯、帽箍、頂襯、下頦帶等附件完好無損。戴好安全帽後要將安全帽繫好，已防止工作中突然前傾和後仰頭造成安全帽滑脫。
5.5.1.2 使用合格絕緣手套
▲ 絕緣手套
5.5.1.3 絕緣手套的檢查
查看絕緣手套的檢驗合格證是否在有效期內；再將絕緣手套卷壓，查看絕緣手套有無漏氣損傷，確保使用安全。
▲ 絕緣手套檢查
5.5.2 工器具的選用
a） 個人工具的準備
榔頭
平口鉗
活動扳手2把
平銼
個人工具包
▲ 個人工具包
b） 專用工具
▲ ZC-8地阻表全套
5.5.3 測量前的準備工作
a）檢查接地電阻測量儀
1）.檢查有無檢驗合格證，是否在有效期內。
2）.儀表外觀有無裂紋、破損和撞擊痕跡。
3）.輕輕搖動搖表，指針是否左右正確搖擺。
4）.輕輕轉動地阻表，讀數盤是否有阻礙。
5）.輕輕搖動手柄，是否有阻礙現象。
6）.將地阻表水平放置，搖表指針應與中心線重合，如果沒有重合，調節微調旋鈕。
b）檢查測試線、接地棒
1）.檢查探針是否完好。
2）.檢查測試線絕緣層有無破皮、斷股、接線夾頭接觸是否良好合格，長度是否滿足要求
c）檢查安全帽和絕緣手套
5.5.4 佈置測試線和探針
a）施放測試線
施放測試線時，測試線與被測線路垂直施放，C1、P1測試線相距應大於１米，相互不能交叉、彎曲和打結。
b）打入測試探針
選擇適當的地方打入探針（不得將接地棒置於水田、稻田、水溝等地）。敲打探針必須垂直打入土壤中，保證與土壤的緊密結合。
c）連接探針與測試線
探針與測試線的連接必須牢固可靠，接觸良好。
d）搖表的正確選位
地面平整，乾燥，搖表放置平穩，如果不平穩在轉動搖表時會產生波動，影響正常測量。
5.5.5 拆除接地引下線
拆除接地引下線時，必須戴絕緣手套；並且要一次性拆完全部接地引下線並打磨被測體接觸點；接地引下線拆除後不得再接觸鐵塔塔身。 （原因:線路、杆塔、配電變壓器都處於運行狀態，其零線存在一定的零序電流，特別是配電變壓器的接地引下線是與避雷器變壓器的中性點，變壓器外殼連接在一起的，當三相負荷不平衡時，在中性點產生一個電位差，形成相當大的零序電流，如徒手接觸與地線斷開的接地引下線，就會造成觸電事故，所以拆除接地引下線時嚴禁直接接觸與接地體斷開的接地引下線。）
特別強調，拆除運行中的變壓器接地線時，必須在做好臨時工作接地後才能拆除原有接地線。因為如果帶電三相負荷不平衡，中性點嚴重偏移，所以要先搭接臨時接地線，然後再進行工作。
5.5.6 連線並測量
a）連接測試線
測試線連接地阻表時,長線接C１，短線接P1，５米引線接C2、P2，與拆卸完接地引下線並打磨後的接地裝置相連接。
要求三線相互不能交叉、纏繞，連接正確，接觸良好。
▲ 測試線接線
b）設置搖表檔位
一定要從最大檔開始：
×10→×1→×0.1，
或者 ×100→×10→×1
原因是為了防止燒壞接地電阻表。
c）旋轉讀數盤
每檔都從最大讀數（10）處開始，原因也是為了防止燒壞接地電阻表。
d）旋轉搖柄
先用左手手掌把搖表按住，不讓其晃動，旋轉時，開始要慢慢、勻速地搖，如搖測時，刻度盤的讀數小於1時，應將檔位旋轉置於下一檔位，再把刻度盤置於最大讀數10的位置，同時根據指針的偏向，用大拇指和食指來旋轉刻度盤，待指針與中心線重合後，再加快搖動的速度，使其轉速均勻達到每分鐘120轉；並同時調節讀數盤，使指針與中心線完全重合，並且保持這個速度5秒以上後讀數。
e）讀數、記錄
讀數時準確無誤，讀取數=刻度盤讀數×檔位
舉例：檔位為× 1、刻度盤讀數為3.2
讀數: 3.20×1=3.20Ω
記錄: 3.20Ω×季節係數=最終接地電阻值
f）重複上述測試步驟測量其餘塔腿接地電阻值
▲ 儀器附圖
5.5.7 恢復接地引下線
1）.戴好絕緣手套，及時恢復接地引下線。
2）. 螺栓連接處須牢固緊密，接觸良好。
值得注意的是在恢復接地線前應對各接點打磨鏽蝕處（目的是可靠接地，使接地良好）然後再連接。
5.5.8 記錄
測量值
測量地點（杆塔號、變壓器號）
測量時間，測量人
測量時的天氣狀況
使用儀表名稱
5.5.9 清理工作現場
清理工作現場,收拾好儀表、工器具等，不遺漏工器具。
5.6
檢驗測量準確度的常用方法
測試接地裝置工頻接地電阻的電流極原則上應佈置得儘量遠，通常電流極與被試接地裝置邊緣的距離應為被試接地裝置最大對角線長度D的4～5倍；當遠距離放線有困難時，在土壤電阻率均勻地區可取2D，在土壤電阻率不均勻地區可取3D 。
測試時，電位極P應在被測接地裝置G與電流極C連線方向移動三次，每次移動的距離為的5%左右，當三次測試的結果在5%以內即表明電位極處在零電位點上。最後取其平均值作為結果。
6、土壤電阻率的測量
6.1
概述
土壤電阻率是土壤的一種基本物理特性，是土壤在單位體積內的正方體相對兩面間在一定電場作用下，對電流的導電性能。一般取1m³的正方體土壤電阻值為該土壤電阻率ρ，單位為Ω·m。
土壤電阻率的影響因子有：土壤類型、含水量、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等化學和物理性質，同時土壤電阻率隨時深度變化較橫向變化要大很多。
6.2
基本原理
測量土壤電阻率的基本原理，就是測量土壤的電位降，其基本方法就是電位降法。
以單根垂直棒為例，當棒頂埋深h=0時，其接地電阻按下式計算：
由上式可得土壤電阻率為：
6.3
測量方法分類
土壤電阻率的測量方法若按電極的數量劃分, 則可分為兩電極法、 三電極法、 四電極法和五電極法共四大類.最常用的四電極法。
▲ 兩電極法原理圖
三電極法和兩電極法的共同缺點是受電極尺寸的影響，只適用於測量小電極在小範圍內的土壤電阻率，要測大範圍內的土壤電阻率, 就必須打入更長的垂直接地極, 但困難較大。
▲ 三電極法原理圖
6.4
四電極法的原理
四電極法測量土壤電阻率的基本原理是英國學者F. 文納(Wenner)於 1915 年提出的。 四電極法又分為等間距四極法、 對稱的不等間距四極法和不對稱的不等間距四極法三種。工程中常用的是等間距四極法，下面先介紹基原理及公式推導：
▲ 四電極法原理圖
6.5
四電極法的實際應用
▲ 電流電壓表法
▲ 接地電阻表法
測量結果計算
土壤電阻率應在乾燥季節或天氣晴朗多日後進行，因此土壤電阻率應是所測的土壤電阻率數據中最大的值，為此應按下列公式進行季節修正：
6.6
注意事項
（1）四根探針佈設在一條直線上，探針的間距相等為 a， 一般可取 5m、10m、20m、30m等；
（2）各探針的打入地下深度不應超過探針間距 a的 1/20；
（3）接線時，將儀表上的P2、C2接線端子間的短路片斷開；
（4）探針與儀表上接線端子的連接順序不能顛倒；
（5）應避開附近地下的金屬物，避免對測量造成干擾；
（6）應改變電極位置和間距進行多次測量，以測量出不同位置和深度的電阻率。
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