變頻大地網接地電阻測試儀

一、LYBDJ-III變頻大地網接地電阻測試儀用途

適用于測試各類接地裝置的工頻接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓、轉移電位、場區地表電位梯度等工頻特性參數以及土壤電阻率。本儀器采用異頻抗干擾技術，能在強干擾環境下準確測得工頻50Hz下的數據。測試電流較小（大3A），不會引起測試時接地裝置的電位過高，同時它還具有*的抗干擾能力，故可以在不停電的情況下進行測量。

二、LYBDJ-III變頻大地網接地電阻測試儀概述

目前國內接地裝置的測試工作比較薄弱，一些關鍵的技術觀念比較模糊，技術手段落后。針對上述現狀，我國制訂了行業標準DL/T475-2006和國家標準GB/T17949.1-2000。新標準對舊標準做了很多重要改變。為了方便廣大現場測試和研究人員，我們根據這些標準，結合我們多年研究大型地網測試的實際經驗，研制成功本儀器。

工頻接地阻抗，是指接地裝置對遠方電位零點間的電位差與通過接地裝置流入地中的工頻電流的比值。工頻接地阻抗以往被習慣地稱為“工頻接地電阻”。此名稱的糾正，在國家標準GB/T17949.1-2000“接地系統的土壤電阻率，接地阻抗和地面電位測量導則*部分：常規測量”以及電力行業標準“接地裝置特性參數測量導則修訂稿”（取代DL475-92）中作了闡述。本測量儀采用交流電流進行測試，故所測數值稱為接地阻抗，而不再沿用以往的稱呼“接地電阻”。在對接地裝置進行測量時，由于受不平衡零序電流以及射頻等各種干擾，使得測試結果產生很大的誤差。特別是大型接地網的接地阻抗一般很小（一般在0.5Ω以下），干擾帶來的相對誤差更大。為了降低現場干擾的影響，目前采用的方法主要有兩種，一種是增大測試電流，一種是使用異頻法。*種方法是通過加大測試電流來加大信號電壓和信號電流，從而提高信噪比，減小測量誤差。這種方法由于采用了很大的測試電流（DL/T475-2006標準推薦不宜小于50A），使得設備非常笨重，且布線勞動強度很大，耗時耗力。而且，由于主要干擾與信號同頻，無法從根本上消除干擾的影響。異頻法則是通過改變測試電流的頻率來避開工頻干擾，由于信號頻率與干擾頻率不同，就可以通過濾波器來濾除干擾的影響，從而提高測量精度。異頻法由于采用的測試電流較小，因此設備小巧，布線勞動強度也大大減輕。由于具有測試結果穩定可靠和省時省力的優點，異頻法測試已被國內外專家廣泛接受和采用。但是根據定義，工頻接地阻抗是指接地裝置在工頻電流下呈現出的阻抗，而異頻法采用的測試電流頻率不為工頻,因此測得的數值就會與工頻電流下測得的值有偏差。理論和實踐表明，產生偏差的原因是，接地裝置的接地阻抗是復數阻抗，不僅包含電阻性分量，還含有與頻率有關的電感性和電容性分量。采用的測試頻率與工頻相差愈遠則等效性愈差，即測量誤差越大。為了保證測試的準確性，測試頻率與工頻不能相差太遠，且測試電流的波形應為正弦波（其他波形如方波含有豐富的諧波頻率）。早在70年代，美國、日本等國就規定了測試頻率與工頻之差不能超過10Hz。中國國家標準GB/T17949.1-2000要求測試電流頻率應該盡量接近工頻，行業標準DL/T475-2006規定了測試電流頻率宜在40～60Hz之間。本儀器采用45Hz和55Hz兩種頻率進行測量，再計算出50Hz下的等效阻抗，因此測量的準確性和等效性進一步得到提高。

三、LYBDJ-III性能特點

1、測量的工頻等效性好。測試電流波形為正弦波，頻率與工頻之差僅為5Hz，使用45Hz和55Hz兩種頻率進行測量。

2、抗地電壓干擾能力強。本儀器采用異頻法測量，配合現代軟硬件濾波技術，使得儀器具有很高的抗干擾性能，測試數據穩定可靠。20V工頻干擾僅帶來0.002Ω誤差。

3、精度高。可用來測量接地阻抗很小的大型地網。

4、功能強大。可測量相關標準規定的接地裝置的全部特性參數。不僅可測量接地阻抗，還可測量出電阻分量和電抗分量。

5、可測量現場干擾，方便用戶估計測量誤差。

6、具備斷線報警功能，避免了錯誤測量。

7、操作簡單。全中文菜單式操作，直接顯示出測量結果。

8、可保存50組測量數據，且自帶微型打印機可現場打印測量結果。

8、布線勞動量小，無需大電流線。

10、本儀器體積小、重量輕，方便攜帶。

四、LYBDJ-III技術指標

1、阻抗測量范圍：0～200Ω；

2、分辨率：0.001Ω；

3、測量誤差：±（讀數×1％+0.001Ω）；

4、抗地電壓干擾能力：20V工頻干擾電壓帶來的誤差僅為0.002Ω；

5、測試電流波形：正弦波；

6、測試電流頻率：45Hz、55Hz雙頻；

7、大輸出電流：3A；

8、大輸出電壓：120V；

9、測量線要求： 電流線銅芯截面積≥1.5mm2；

電壓線銅芯截面積≥0.2mm2；

10、供電電源：AC220V±10％，50Hz；

11、使用環境：溫度：-10℃～40℃；相對濕度：<90%；

12、外形尺寸：440×350×210；

13、儀器重量：8.5kg；

五、LYBDJ-III內部結構和測試原理

主要由提供測試電流的異頻電源、電流和電壓測量電路以及微電腦測控系統組成。儀器通過測量接地裝置的電位升高與流入接地裝置的電流之比來測量接地阻抗。儀器內部結構如圖1所示。異頻恒流電源可輸出頻率為45Hz或55Hz的正弦波測試電流，輸出頻率受微電腦系統控制。其輸出經過隔離后通過儀器面板上的E、C兩個端子輸出。電壓放大器為一個高輸入阻抗放大器，它將P1、P2兩端的電壓放大后送給濾波器。電流放大器將從電流互感器取得的電流信號進行放大后送給濾波器。濾波器用于濾除干擾信號，只允許45Hz和55Hz信號通過。A/D轉換器用于將電壓和電流信號轉換為數字信號以便微電腦系統進行分析處理。

用戶啟動接地阻抗測量后，儀器首先開啟異頻電源使之輸出頻率為45Hz的電流，待電流穩定之后，微電腦系統通過A/D轉換器取得電壓和電流波形數據，進行數字濾波后計算出電壓V45和電流I45及其相位差,再進一步計算出阻抗Z45、電阻分量R45和電抗分量X45。然后，切換異頻電源的輸出頻率為55Hz，經過同樣的步驟后可計算出阻抗Z55、電阻分量R55和電抗分量X55。取Z45 和Z55的平均值作為工頻接地阻抗Z50。后，關閉異頻電源，通過液晶屏顯示測量結果。因此阻抗測量時，儀器測量的是兩電壓輸入端P1、P2之間的電壓與電源輸出電流之比。

六、LYBDJ-III面板說明

面板布置如圖2所示

圖2 面板圖

1、接線端子：位于面板右側，共有4個接線柱，分別是

E —電源輸出端1，進行接地阻抗測量時接被測接地裝置

C —電源輸出端2，進行接地阻抗測量時通過電流線連接到電流極

P1—電壓輸入端1，進行接地阻抗測量時接被測接地裝置

P2 —電壓輸入端2，進行接地阻抗測量時通過電壓線連接到電位極

2、按鍵

共4個按鍵，位于面板中下部

3、微型打印機

位于面板之左上部

4、液晶顯示器

液晶屏位于面板之中部偏右處。

七、LYBDJ-III使用說明

首先應根據實際需要，布置好測試回路并接好線，檢查接線無誤后方可打開儀器電源開關。注意，為了確保安全，接線時請將電源開關置于斷開的位置。打開電源開關后，液晶屏首先顯示“歡迎使用”約3秒，之后自動進入日期設置屏。此時可通過按鍵修改日期，按“確認”鍵后進入功能選擇菜單。屏幕如下圖所示：

圖3

按一下 或者“光標”鍵可改變待執行的功能選項，按“確認”鍵后，儀器執行右箭頭所指示的功能。

§7.1“測量接地阻抗”功能

本功能用于測量工頻接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓、轉移電位、場區地表電位梯度等工頻特性參數和土壤電阻率。本文將在下面章節中詳敘。

§7.2“測量土壤電阻率”功能

     此功能專門用于四極法測量土壤電阻率，輸入電極間距后，儀器自動測量并計算出土壤電阻率。

§7.3 “測量干擾電壓”功能

     啟動此功能后，干擾電壓將被不斷地測量并將其有效值顯示出來。按任意鍵可以退出此功能。

§7.4“歷史數據”功能

選擇“歷史數據”菜單后，液晶屏上將顯示出用戶測量并存儲的歷史測量數據記錄。屏幕顯示如下所示

    屏幕先進行的“NO.01”表示后1次存儲的數據，若為“NO.02”則表示是倒數第2次存儲的數據。其后為年月日。按上箭頭鍵或下箭頭鍵可以查看其他數據記錄。

屏幕第三行分別顯示了45Hz和55Hz下的測試電流有效值。 屏幕第四行為功能菜單區，通過按“光標”鍵改變選擇。選擇“打印”菜單后，可打印出本條記錄的全部數據。選擇“刪除”菜單后，可刪除本條記錄。當光標位于后的▼上時，按一下“確認”鍵可以查看本記錄的其他參數，包括兩種頻率下的阻抗值、電阻分量、電抗分量等。如下例所示

第1行的數值分別為45Hz和55Hz下的阻抗（單位為Ω）。

第2行的數值分別為45Hz和55Hz下的電阻分量（單位為Ω）。

第3行的數值分別為45Hz和55Hz下的電抗分量（單位為Ω）。

上例中，45Hz下的阻抗、電阻分類、電抗分量分別為：     Z45=1.021Ω,R45=1.011Ω,X45=0.143Ω

按“確認”鍵可以退出本屏幕返回前一屏。

八、 工頻接地阻抗的測量

接地阻抗的測量可按下面的步驟進行。

§8.1 布置測試回路

首先應根據現場的實際情況選擇合適的測試回路布置。

圖4為現場通常采用的電流－電壓表直線三極法的布置圖，電壓線和電流線之間的夾角為零。采用夾角法時，電壓線和電流線之間的夾角不為零。直線法可視為夾角法的特例。

輔助電流極應盡量遠離被測接地裝置，通常電流極與被測接地裝置的距離應為被測接地裝置大對角線長度D的4倍以上。

測試回路應盡量避開河流、湖泊；盡量遠離地下金屬管路和運行中的輸電線路；注意減小電流線和電位線之間的互感影響，當采用直線法時，應注意使電壓線和電流線保持盡量遠的距離。現場條件允許時，大型地網接地阻抗的測試采用夾角法。

一般情況下，可按下面的修正公式計算出接地裝置的接地阻抗Z 。

           (8-1)

式中，Z´=V/I為儀器測量值,D為被測接地裝置大對角線長度，dCG為電流極與接地裝置邊緣的距離，dPG為電位極與接地裝置邊緣的距離，θ為電流線與電位線的夾角。

三極直線法可看作是θ＝0時的特例。

由上式可看出，若滿足條件

    （8-2）

則Z= Z´，也就是說無需對儀器測量結果進行修正。式（8-2）又被稱為補償條件。

當θ＝0時，補償條件（8-2）變為

dPG=0.618dCG

(8-3)

此即直線法中著名的0.618法則，即電位極位于0.618 dCG處即可測得真值。關于電位極的位置。選取的電位極的位置應該盡量使得補償條件（8-2）得到滿足。確定了電流極和電位極位置后，將作為電流極和電位極的地樁分別打入地下，應使其與土壤緊密接觸。

§8.2 接線

按照圖4進行接線。

關于導線的選擇。測量時，電流線中將流過大3A的電流，因此電流線應具有通3A電流的能力，選用銅芯截面積大于1.0mm2的導線即可。但是當電流線布得很長時，電流線的電阻會增加回路電阻，為了降低電流線的電阻，應該選用較粗的電流線。電壓線中只流過微安級電流，因此不用考慮其通流能力。導線應具有良好的絕緣外皮，加接導線時，應用絕緣膠布包好連接點。

請選擇一個可接觸良好的待測接地裝置的接地引下線（如鍍鋅扁鐵），為電流注入點和電壓測量點。用一根導線（上面要求的電流線）將儀器面板的C1端子與電流注入點可靠連接，再用一根導線（電壓線）   

將儀器面板的P1端子與電壓測量點可靠連接。

用電流線將電流極與儀器的C2端子可靠連接。

用電位線將電位極與儀器的P2端子可靠連接。

進行電連接時，注意首先去除接觸處的銹蝕層。檢查接線無誤后，可進行下一步操作。

§8.3 啟動測量

接通儀器電源后，按照第七章的方法啟動“接地阻抗測量”功能。隨后，屏幕提示您設置測試電流大小，可選擇為“自動”、0.2A、0.5A、1.0A、2.0A、3.0A. 選擇“自動”時，儀器將以盡可能大的電流進行測試。

按一下確認鍵后，儀器開始自動測試，測試完畢，屏幕將顯示測量結果，如下圖所示

屏幕先進行顯示的是工頻接地阻抗；第三行顯示的是測試電流的有效值，前面的數值為45Hz下的電流值，后面的數值為45Hz下的電流值。屏幕后一行為功能菜單區，可實現保存數據、打印結果、退出測量、查看其他參數等功能。執行后的“▼”功能可以查看其他參數，包括45Hz、55Hz下的阻抗Z、電阻分量R、電抗分量X.

若液晶屏顯示“測試電流偏小”，或者“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”請參考第十二章（異常處理）。

§8.4 測量結果的修正

若補償條件（8-2）或（8-3）不能滿足時，需對儀器測量結果按照§8.1中的修正公式（8-1）進行修正。

九、 場區地表電位梯度的測試

場區地表電位梯度的測試可按下述步驟進行。

1、在離接地裝置較遠處打一個地樁作為電流極，該電流極離接地裝置邊緣的距離仍取為接地裝置大對角線長度D的4倍以上。請選擇一個可接觸良好的待測接地裝置的接地引下線為電流注入點。用導線將儀器面板的C1端子與電流注入點可靠連接，再用導線將儀器面板的C2端子與電流極可靠連接。導線的選用參看§8.2節。

2、將被試場區合理劃分，場區電位分布用若干條曲線來表述。在曲線路徑上中部選擇一條與主網連接良好的接地引下線為參考點，用導線將該參考點連接到儀器的P1端子。首先將電位極至于曲線的起點，并用導線連接至儀器的P2端子。

3、接通儀器電源，選擇執行“測量接地阻抗”功能菜單，可測得阻抗值Z。則電位極處地面與參考點間的電壓U可按下式算出：

U=Is?Z 式中，Is為被測接地裝置內系統單相接地故障電流。記錄位置和電壓 數據。

4、從該曲線的起點開始，等間距以移動電位極，重復步驟3，直至曲線終點，可測得多個位置和電壓數據。將這些數據繪制成U-x曲線，即得到一條電位分布曲線。

5、更換曲線，與按上述同樣的方法測出全部曲線。

當間距d取為1m時，場區地表電位曲線上相鄰兩點之間的電位差即為實際系統故障時的單位場區地表電位梯度UT電位極P可采用鐵釬，如場區是水泥路面，可采用包裹濕布的直徑20cm的金屬圓盤，并壓重物。

十、接觸電壓、接觸電位差、跨步電壓跨步電位差的測試

§10.1 接觸電壓、接觸電位差的測試

接觸電壓的測量接線圖如下圖5所示。可按下述步驟進行測試。

在離接地裝置較遠處打一個地樁作為電流極，該電流極離接地裝置邊緣的距離仍取為接地裝置大對角線長度D的4倍以上。

用導線將儀器面板的C端子與電流極可靠連接。再用導線將儀器的E端子接至被試設備的架構。導線的選用參看§8.2節。

儀器的P1端子接至設備架構上的Pa點，Pa距地面高度為1.8米。

儀器的P2端子接至模擬腳的電極Pb,該電極可采用包裹濕布的直徑為20cm的金屬圓盤，并壓上重物。電極中心距設備邊緣距離為1米。

儀器P1與P2端子間并聯等效人體電阻Rm，一般取Rm=1.5KΩ.

檢測接線無誤后，接通儀器電源，選擇執行“接地阻抗測量”，再設置好測試電流，儀器開始測量，測量完畢，可從液晶屏上讀取到阻抗值Z.

后根據下式計算出接觸電壓Uj

Uj=Z?Is

式中Is為被測接地裝置內系統單相接地故障電流。

上述測量中，若儀器電壓輸入端不并聯等效人體電阻Rm，則所得結果為接觸電位差。

§10.2 跨步電壓、跨步電位差的測試

接觸電壓的測量接線圖如圖6所示。可按下述步驟進行測試。

在離接地裝置較遠處打一個地樁作為電流極，該電流極離接地裝置邊緣的距離仍取為接地裝置大對角線長度D的4倍以上。

用導線將儀器面板的C端子與電流極可靠連接。再用導線將儀器的C1端子接至設備的接地引下線。導線的選用參看§8.2節。

儀器的P1、P2端子分別接至模擬人腳的電極Pc、Pd,該電極可采用包裹濕布的直徑為20cm的金屬圓盤，并壓上重物。兩電極中心距離為1米。儀器P1與P2端子間并聯等效人體電阻Rm，一般取Rm=1.5KΩ.

檢測接線無誤后，接通儀器電源，選擇執行“接地阻抗測量”，再設置好測試電流，儀器開始測量，測量完畢，可從液晶屏上讀取到阻抗值Z.

后根據下式計算出跨步電壓Uk

Uk=Z?Is

式中Is為被測接地裝置內系統單相接地故障電流。

上述測量中，若儀器電壓輸入端不并聯等效人體電阻Rm，則所得結果為跨步電位差。

十一、土壤電阻率的測量

使用可以采用四極法（非等間距法或者等間距法）來測量土壤電阻率。下面以四極法為例來說明。測量土壤電阻率的接線如圖7所示。

圖中，四根測試電極排列于一條直線上，a為電流極與電位極的間距，b為兩電位極的間距，h為電極埋設深度。當a=b時即為四極等距法（或  

稱溫納法）。為了計算方便，請讓電極間距a、b遠大于埋設深度h,一般應滿足a、b>10h.測試電極宜采用直徑不小于15mm的圓鋼或25mm×25mm×4mm的角鋼，其長度均不小于40cm。埋設好電極并接好線后即可開始測量。此時儀器要求輸入電流極至電位極的距離a和兩電位極間距b,若 b 值小于0.1m，儀器將退出測量。正確設置好上述電極間距參數后，儀器進入測試電流設置屏幕，設置好測試電流后，儀器開始測量。測量完畢，屏幕將直接顯示出土壤電阻率。

若液晶屏上顯示“測試電流偏小”或者“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”請參考第十二章（異常處理）。

上海來揚電氣有限公司是一家上海市技術企業，致力于生產高品質的現代化實驗儀器。本公司自成立之時起就非常注重品牌建設，在行業中樹立起了比較良好的企業形象，產品收到用戶的*好評。本公司產品通過了上海市上海質量技術監督局的驗收，被評為高科技產品一體化生產基地。上海來揚電氣有限公司致力于生產高品質的現代化實驗儀器。

十二、異常處理

若液晶屏上顯示“測試電流偏小”，說明E、C間開路或阻抗過大，超出了異頻電源的負載能力 ,致使異頻電源輸出電流過小。出現這種情況時，首先應檢查接線是否牢靠，若還不能解決問題，則可嘗試采用多個電流極并聯或者向其周圍潑水的方式降阻。若顯示的電流值較小，未達到預期的數值（如1A），同樣可采用上述的方法進行降阻。較大的測試電流利于抑制現場干擾。若液晶屏上顯示“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”，說明接至儀器電壓輸入端子P1、P2的電壓線有斷線處或者電位極未良好接地。出現這種情況時，首先應檢查電壓輸入線有無斷線處，若還不能解決問題，則可嘗試加深輔助電位極接地樁向其周圍潑鹽水來降低其接地電阻。

十三、注意事項

為了安全起見，儀器供電電源應該具有地線。儀器進行測試時，面板接線端子上可能會有100V以上的電壓，使用時請勿觸摸面板接線端子以及引線的裸露部分。電流極在測量時應有專人看管以防無關人員觸電。