对防雷装置接地电阻测量不确定度的分析和数据处理

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江西气象科技
JIANGXI METEOROLOGICAL SCIENCE&TECHNOLOGY
2001年第24卷第4期 No.4 2001

余建华，吴建民

(抚州市气象局，江西抚州　344000)

　　摘　要：分析了防雷装置接地电阻测量的不确度，从而提出了冲击接地电阻测量不确定度的评定和控制以及数据处理方法。

　　关键词：防雷装置　电阻　不确定度　数据处理

　　中图分类号：TN36　　文献标识码：B　　文章编号：1007－9033(2001)04－0043－04

　

　　接地装置的接地电阻等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。按通过接地体流入地中冲击电流(如雷电流)求得的接地电阻称为冲击电阻；按通过接地体流入地中工频电流求得的接地电阻称为工频接地电阻。

　　接地电阻由下面4部分组成：

　　(1) 接地体与接闪器的连接电阻；

　　(2) 接地体本身的电阻；

　　(3) 接地体与土壤的接地电阻；

　　(4) 当电流由接地体流入土壤后，土壤呈现的电阻。

　　其中(3)、(4)两部分之和称为散流电阻，它们占接地电阻的绝大部分。

　　一般情况下雷电流的冲击接地电阻Ri不能直接测量，而是通过测量工频接地电阻R～后经过换算得到。其中换算系数A由土壤电阻率ρ和接地体最长支线的实际长度l决定。其经验公式为：

(1)

　　通过(1)式我们可以发现，工频接地电阻、土壤电阻率、接地体最长支线的测量不确定度决定了雷电冲击接地电阻的测量不确定度。

1　冲击接地电阻测量不确定度分析

　　一切测量结果都不可避免地具有不确定度。不确定度即由测量结果给出的被测量估计值可能误差的度量。影响防雷装置冲击电阻值的测量不确定因素包括检测人员、检测仪器、检测环境和检测方法等。具体表现在以下几个方面：

　　(1) 测量仪器的计量性能(如灵敏度、分辨率、稳定性等)的局限性。对于接地电阻测试仪来说，稳定性是主要因素。

　　(2) 对测量过程受环境影响的认识不完整或对环境的测量与控制不完善。具体表现为：

　　a）工频接地电阻测试值与土壤湿润程度有关，但难以确定定量的关系；

　　b）接地电阻测试仪探针深度及其与土壤的接触状况；

　　c）接地电阻测试仪E(P2，C2)端与接地体测试点的接触电阻；

　　d）由于接地体深埋入地，通常接地体最长支线的实际长度不能直接测量。

　　(3) 取样的代表性。即被测样本不能完全代表所定义的被测量。

　　a）在存在多根接地引下线的情况下，对每根引下线测试的工频接地电阻值不同。

　　b）同一引下线选择不同的辅助接地极测针位置时，其测试值不同。一是电流测针和电压测针的相对位置；二是测针与接地网(接地体)的相对位置。

　　c）当土壤电阻率有变化时，无法一次性进行较准确的测量。

　　(4) 被测量的定义是否完整。即测试原理是否真实地反映出接地体对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。事实上冲击接地电阻测试值与真值有一定差异。

　　(5) 检测人员的技术素质以及检测过程的质量控制。

2　测量不确定度的评定

2.1　不确定度的A类评定

　　用对观测序列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。即在重复性条件下n个观测结果随机变量期望值的最佳估计是n次测量的算术平均值x：

(2)

　　样本标准差：

(3)

　　测量结果A类标准不确定度为：

(4)

　　当样本数较少时，可以取S=△x/C。其中△x为极差，△x=x(max)－x(min)；极差系数C与n有关，可查表求得。

2.2　不确定度的B类评定

　　用不同与对观测序列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。这种评定方法一般不用于对冲击接地电阻的测量不确定度的评定。

2.3　合成不确定度的评定

　　当测量结果由若干个其他量的值求得时，由其他各量的方差或协方差算得的标准不确定度。冲击接地电阻的测量不确定度由工频接地电阻、土壤电阻率和接地体的实际支线长度的不确定度分量u(R～)、u(ρ)、u(l)合成。即：

(5)

3　冲击接地电阻测量不确定度的控制

　　(1) 检测人员经考核合格持证上岗，严格按照检测规程检测。

　　(2) 使用经检定合格的测试仪器，检测前要检查仪器的性能是否良好。

　　(3) 在检测过程中应有复读程序，确保读数无误。

　　(4) 采取正确的工频电阻测试方法。理论上，接地电阻测试仪接地极应如图1所示。其中A为接地体(接地系统)，B为电流辅助接地极，K为电压辅助接地极。为了正确地测出A点的电位，K地极必须插在零电位区CD内。如果一个辅助接地极安排不符合上述要求，会使测量结果不准确。即：

　　a）若AB<AC＋DB，A、B辅助接地极间就没有实际电位为0的区域，就可以理解为接地电阻被短路了一部分，因而测试的工频接地电阻值偏小。

　　b）若AB≥AC＋DB：

　　a 当电压辅助接地极在零电位CD区(CD可能重合)时，测试值正确；

　　b 当电压辅助接地极放在靠近A的K1点，测试值偏小；

　　c 当电压辅助接地极放在靠近B的K2点，测试值偏大。

　　c 在实际检测中要求操作简单、数据准确，必须查实接地体的具体布置，并按图2确定辅助接地极的走向和位置。其中D₁、D₂ 为电流极、电压极与接地体(接地网)边缘之间的距离，D为接地网对角线宽度。对接地网的测试而言，D₁=(4～5)D；对非接地体而言，D₁=40 m，D₂=20 m(图3)。

　　当土壤电阻率分布不均时，ρ₁、ρ₂分别为D₁、D₂段的土壤电阻率，可取D₁=ρ₁/ρ₂D₂，并相应调整电压辅助极的位置。确定辅助接地极位置后，前后移动电压辅助接地极，每次移动的距离为D1的5％左右，并取3次测量的平均值为最后的测试值。当被测量接地电阻<1欧姆时，应分别用导线将接地电阻测试仪的P₂C₂连接到被测接地体上，以消除测量时连接导线电阻产生的附加误差。