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柴油发电机组接地电阻的要求和测量工具 |
摘要：接地电阻是指高压柴油发电机组的附属电气设备接地电路中，接地电极与地之间的绝缘电阻。它是衡量接地电极与地之间电阻大小的指标，它越小，说明接地电路越好，柴油发电机组的安全性就越高。因此，柴油发电机组的接地电阻，它是保证柴发配电系统安全运行的重要组成部分。在柴油发电机组的运行过程中，如果接地电阻不合格，会导致电气设备的故障和安全事故的发生。
一、接地电阻国标接地要求
1、建筑物接地电阻的要求
依据GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第三章：建筑物的防雷措施；第二节：类防雷建筑物的防雷措施要求，第3.2.1条：防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10Ω。
（1）第三节/第二类防雷建筑物的防雷措施要求，第3.3.4条：每根引下线的接地电阻不小于10Ω，防直击雷接地装置宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等共用接地装置。
（2）第三节/第二类防雷建筑物的防雷措施要求，第3.3.9条：避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连；当不相连时，架空管道应接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。
（3）本规范第.2.0.3条四、五、六款所规定的建筑物，引人、引出该建筑物的金属管道在进出处应与防雷的接地装置相连；对架空金属管道尚应在距建筑物约25m处接地一次，其冲击接地电阻不应大于10Ω。
（4）第四节/第三类防雷建筑物的防雷措施要求，第3.4.2条：每根引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω。第3.4.9条：避雷器、电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于30Ω。
2、柴油发电机组接地电阻的要求
（1）依据JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第14章接地与安全：第14.7.5.3条要求，当机房接地与防雷接地系统共用时，接地电阻要求小于1Ω。因此对于柴油发电机组的机房接地均应与建筑物防雷地等共用同一接地装置，接地电阻要求小于1Ω。
（2）依据GB50089-98《民用爆破器材工厂设计安全规范》第12章：电气。
① 第12.6.4条：在电缆与架空线连接处，应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于10Ω。
② 第12.7.2条：输送危险物质的各种室外架空管，应每隔20～25米接地一次，每处冲击接地电阻不应大于10Ω。
③ 第12.7.3条：危险区域应采取相应的防静电措施。凡生产、加工或储存危险品的过程中，有可能积聚静电电荷的金属设备、金属管道和导电物体，均应直接接地，接地电阻不应大于100Ω。
④ 第12.7.4条：低压配电线路的接地应采用TN-S或TN-C-S系统，引入建筑物的电源线路，中性点应重复接地，接地电阻不应大于10Ω。
二、接地电阻测量的原理
接地电阻测量仪通常被称为兆欧表或高阻计（Meggers），广泛用于测量柴油发电机组及其电气装置（如控制、信号、通信和电源的电缆）的绝缘电阻。它除了在新机交付前进行验收测试外，往往被用于柴油发电机组例行维护程序中来指示发电机在数月或数年内绝缘电阻的变化。绝缘电阻发生大的变化，就可能预示着潜在的故障。所以，就需要对兆欧表进行定期校准，以确保仪表本身没有随时间发生变化。
1、接地电阻的选用原则
（1）合理选择接地电极：
接地电极是将电气系统与地面连接的关键部分。常见的接地电极包括金属棒、接地网和接地板等。选择合适的接地电极类型和数量，确保它们与地面充分接触，并具有良好的导电性能。
（2）提高接地电极的导电性能：
接地电极的导电性能直接影响接地电阻的大小。可以通过以下方法提高导电性能：
① 使用导电性能良好的材料，如铜或铜镀银电线。
② 清除接地电极周围的杂物和腐蚀物，确保良好的接触。
③ 在接地电极周围添加导电性能较高的物质，如盐或化学接地剂，以增加接地电极与土壤的接触面积和导电性。
（3）提高接地系统的布置方式：
合理的接地系统布置可以减小接地电阻。以下是一些布置方式的建议：
① 尽量减短接地电极与设备之间的距离。
② 避免接地电极之间的相互干扰，如并联接地电极时要保持足够的间距。
③ 在需要接地的设备周围形成良好的接地网，增加接地电极的数量和分布。
2、工作原理
兆欧表通过用一个电压激励被测装置或网络，然后测量激励所产生的电流，利用欧姆定律测量出电阻。其原理如图1所示，精密测量接地电阻采用三线连接，辅助接地棒、测试线都连接好后，切换功能测量电阻R模式，按键按“TEST”键开始测量，测量中LED指示灯闪烁，LCD倒计数显示，测量完成后指示灯灭，LCD显示测量值。从被测物体开始，每隔5～10米分别将辅助接地棒呈一直线插入大地，将接地测试线(红、黄、绿)从仪表的H、S、E接口开始对应连接到辅助电流极H、辅助电压极S、被测接地极E上。
优良的兆欧表校准器包括各种可选的电阻器，这点与现代校准器利用合成电阻功能提供的电阻器差别不大。兆欧表校准器与直流/低频校准器的不同之处在于所需的电阻器范围，以及耐受的电压能力不同。例如，与数字多用表（DMM）上配备的欧姆表功能相比，这些电气测试器在进行电阻测量时施加的电压要高得多。兆欧表采用的电压范围通常从50V到高达5kV；而典型数字多用表的电压一般小于10V。对于绝缘测试来说，需要测量的电阻值范围很大，其上限可达到10TΩ，所需的电压更高。
几乎所有的接地电阻测量仪都采用直流电压作为激励，所以兆欧表校准器的交流要求很少。许多兆欧表为两端设备，它提供一个电压，并测量由被测设备所决定的电流。量程达到1TΩ以及更高的兆欧表通常具有第三个端子，称为保护端（Guard），对于消除泄漏通路以及被测未知电阻Rx的并联元件非常有用。保护端的目的是消除可能会产生的泄漏电流来选择性地将输出寄生电阻性元件的影响减小为零，如图2所示。
护端将Rs2 两端的电压维持在零，使其没有电流通过。所有的激励电流如预期那样全部通过Rx。
3、仪器校准
校准这些仪器时的一个主要问题是找到合适的电阻器，当然是首先要足够精确；还需要电阻值足够大，使其能够承受高直流电压。此外，对于应该采用什么样的电阻值来进行校准，兆欧表制造商并没有统一的标准，所以就需要各种各样的电阻值。通过了解各种不同的接地电阻测量仪，可以知道它们需要不同的性能检查点。例如，某个测试仪需要测试50kΩ，而另一款测试仪则需要测试60kΩ，再一款又需要测试100kΩ等等。“通用”的多功能电气/电子校准器不能用于校准绝缘电阻测试仪，因为它们的电阻器通常仅仅能够处理有限的电压，常常最高不过20V。
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图1 接地电阻测量仪工作原理图 |
图2 接地电阻测量仪保护端电路图 |
三、接地电阻测量方法与维护
1、常见测量法
接地电阻测试仪测量方法通常有以下几种：单钳法、双钳法、两线法、三线法和四线法，各有各的特点，实际测量时，尽量选择正确的方式，才能使测量结果准确无误。接地电阻测试仪电路连接如图3所示。
（1）单钳测量
测量多点接地中各位置的接地电阻，不要断开接地连接，以防发生危险。适用于多点接地，不能断开。测量各连接点的电阻。
（2）双钳法
适用于多点接地，无辅助接地桩。使用接地电阻测试仪表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，两钳间的距离要大于0.25米。
（3）两线法
适用于必须有已知接地良好的地线，如PEN等。所测量的结果是被测地和已知地的电阻和，如果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。
（4）三线法
必须有一个辅助地和一个探测电极组合的两个接地棒，各个接地电极间的距离不小于20米。原理是在辅助接地与被测地之间加电流。测量被测地与探头电极之间的电压降测量结果。包括测量电缆本身的电阻。
（5）四线法
基本上是相同的三线法，代替三线法测量时，消除了测量电缆电阻对低接地电阻测量结果的影响。在测量时，e和es必须分别直接连接到被测地，这在所有接地电阻测量方法中都是非常准确的。
2、接地电阻值的计算方法
如图4所示，接地电阻的测量是向地面插入两根接地棒，在接地棒E及C之间，加入交流电压，产生电流Ⅰ，通过E-C之间产生的电压即可检测接地电阻。但是上述方法算出的接地电阻值R值中。不仅有接地电极E的接地电阻，还有接地电极C的接地电阻，因此需要在E-C的接地电级间建立第三根接地电极，从E-P之间的电压Vp和电流Ⅰ，可以算出接地电极E的接地电阻RE的值。
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图3 接地电阻测量仪接线图（大于1欧姆时） |
图4 接地电阻测量原理图 |
3、不同接地方式的测量
（1）发电机房接地电阻的测量
发电机房接地通常构成二点接地系统，如图5所示。如果接地电阻测试仪的测量值小于接地电阻的允许值，那么发电机房的接地电阻都是合格的。如果接地电阻测试仪的测量值大于允许值，请按单点接地进行测量。
（2）防雷接地系统的电阻测量
对于采用防雷网的发电机房，其建筑物的接地极如互相独立，各接地极的接地电阻测量如图6所示。
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图5 发电机房接地电阻的测量方法 |
图6 防雷架空线的接地电阻的测量方法 |
四、接地电阻维护方法与使用注意事项
1、定期维护和检查接地系统
定期检查和维护接地系统可以确保其正常运行和有效降低柴油发电机接地电阻。以下是一些常见的维护措施：
（1）清除接地电极周围的杂物和腐蚀物。要保持接地电极的清洁，避免积尘和氧化。
（2）要定期检查接地电极和接地线路的连接情况，确保连接牢固。
（3）定期进行柴油发电机接地电阻测试，以确保接地系统的性能符合要求。
2、使用注意事项
在降低柴油发电机接地电阻值的工作中，需要注意避免的工作误区：
（1）忽视接地系统的设计：
有时候，设计人员可能只关注接地电极的数量和类型，而忽视了接地系统的整体设计。接地系统的设计应考虑接地电极的布置、连接方式、导电性能等因素，而不仅仅是简单地增加接地电极的数量。忽视接地系统的设计可能导致柴油发电机接地电阻无法有效降低。
（2）错误选择接地电极材料：
接地电极的材料对柴油发电机接地电阻的大小有重要影响。选择导电性能较差或不适合的材料，如使用不锈钢或铁质电线作为接地电极，会增加柴油发电机接地电阻。正确选择导电性能良好的材料，如铜或铜镀银电线，对降低柴油发电机接地电阻至关重要。
（3）忽视接地系统的维护和检查：
接地系统需要定期进行维护和检查，以确保其正常运行和有效降低柴油发电机接地电阻。然而，有时人们可能忽视了这一点，导致接地电极周围堆积了杂物或腐蚀物，连接松动或损坏等问题。定期的维护和检查对于保持接地系统的良好性能至关重要。
（4）不合理的接地电极布置：
接地电极的布置方式对柴油发电机接地电阻的大小有直接影响。一些常见的误区包括将接地电极布置在拥挤的区域或与其他电气设备过近的位置，或者将接地电极相互并联时间距不足。这些不合理的布置方式会增加柴油发电机接地电阻，降低接地系统的效果。
（5）忽视柴油发电机接地电阻测试的重要性：
柴油发电机接地电阻测试是评估接地系统性能的关键步骤，但有时人们可能忽视了这一点。没有进行定期的柴油发电机接地电阻测试，就无法准确评估柴油发电机接地电阻的大小，也无法及时发现接地系统存在的问题。
降低柴油发电机接地电阻值是一个综合性的工程问题，需要根据具体情况进行设计和实施。在进行接地系统的设计和改进时，建议咨询专业的电气工程师或相关领域的专家，以确保安全和可靠性。
总结：
接地电阻是指接地系统中的电阻值，它对于柴油发电机组的安全运行至关重要。较低的接地电阻可以提供更好的电气保护，减少电击风险，并确保设备的正常运行。 因此，柴油发电机组的接地电阻是保证电气设备安全运行的重要组成部分。我们必须要重视柴油发电机接地电阻的检测和维护，确保其合格，从而保障电气设备的安全性。
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