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摘要:
对接地技术及各项接地电阻指标作出介绍，并对其测量方法及现场情况分析进行讨论。
关键词:
接地电阻检测;三极法;防雷接地电阻;影响因素
随着我国高速公路建设市场日新月异的发展，信息化、自动化的高规格标准要求，带来了机电工程各类设施种类丰富化及数量规模化的发展趋势，极大的满足了公路运营管理现代化的需求。与此同时，为了保障各类机电设施尤其是外场监控设施的电气安全，就要更加重视机电工程中尤为关键的一项指标———接地电阻。
1接地电阻的基础知识
1．1接地技术的引入以及接地电阻的概念
最初引入接地技术是为了防止电力或电子等设备遭受雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当出现诸如电线绝缘不良，线路老化等原因引起的相线直接和设备外壳碰触时，设备的外壳就产生危险电压，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。之后，随着电子通信和其它数字领域的发展，为了避免信号之间互相干扰等电磁兼容问题，在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备也都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。简单的说，在公路机电工程中，接地电阻是指电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻值能够体现出电气装置与“地”接触的良好程度和反映接地网的规模，它包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤间的接触电阻，以及土壤中的散流电阻。其中由于接地线电阻、接地体电阻、接触电阻相对较小，故通常近似以散流电阻代表接地电阻。
1．2几种主要的接地电阻指标
在2004年颁布实施的我国交通行业标准《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/2-2004第二册机电工程)(以下简称“检评标准”)中规定了工作接地电阻、安全接地电阻、联合接地电阻以及防雷接地电阻这几种接地电阻指标。工作接地，简单的来说就是用来保护设备安全的。通过工作接地，为电路提供一个基准电位，一般设定为零。它的作用是保持系统电位的稳定性，即减轻低压系统由高压窜入低压系统所产生过电压的危险性。在公路机电系统中，工作接地一般指交流工作地，把计算机系统中使用交流电的设备做二次接地或经特殊设备与大地作金属连接，其作用是确保人身和设备安全。安全接地，也叫保护接地。如之前所述，它是为了防止电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔这些平时正常情况下不带电，但由于绝缘材料损坏导致金属外壳等带电压而危及人身和设备安全而进行的接地。通常，将上述设备的金属外壳通过导线与可靠接地体正确连接，即构成安全接地。联合接地，也可以称之为单点接地方式，即所有的接地系统共用同一个“地”。它一般运用在大楼等集中式建筑物或设备接地设计上。它的特点是对雷击有较好的屏蔽效果，可有利于减少各接地体间的耦合影响，成本低廉，易于施工。防雷接地，它是组成高建筑物及外场机电设施防雷措施中非常重要的一部分，其作用是将雷击产生的巨大电流引入大地，从而保护建筑物、外场机电设备及人员安全。建筑物和电气设备的防雷主要是用避雷器(包括避雷针、避雷带、避雷网和消雷装置等)。避雷器的一端与被保护设备相接，另一端连接地装置。当发生直击雷时，避雷器将雷电引向自身，雷电流经过其引下线和接地装置进入大地。此外，由于雷电引起静电感应副效应，为了防止造成间接损害，如房屋起火或触电等，通常也要将建筑物内的金属设备、金属管道和钢筋结构等接地;雷电波会沿着低压架空线、电视天线侵入房屋，引起屋内电工设备的绝缘击穿，从而造成火灾或人身触电伤亡事故，所以还要将线路上和进屋前的绝缘瓷瓶铁脚接地。
2接地电阻测试方法及现场情况分析
在行业内以往的多篇著作、论文中有大量关于接地电阻指标的专业学术谈论。在本文中，将结合作者多年的现场检测工作经验，试图以较为浅显、明了的方式来介绍接地电阻的测试方法及一些需要注意的问题。
2．1测试方法
现在主流的接地电阻测试原理方法为电流—电压表三极法，即利用在被测装置接地极旁的土壤里插入电压辅助极和电流辅助极，利用电位差产生电流，从而计算出电阻值。市场上常见的接地电阻测试仪也均是遵循三极法原理，通常会采用典型的四导线地桩法，其中电压导线的长度为电流导线的0．618倍。在辅助极(桩)布线过程中，具体有两种方法，一种是直线法，即将电流导线与电压导线沿同一方向布点，布线长度一般为被测试接地装置最大对角线长度D的4至5倍(即4D至5D)［3］;另一种是夹角法，即将电流导线与电压导线沿同一方向，以夹角30°进行布线，布线长度也一般为4D至5D。经计算，当布线长度不断加大时，测试值无限接近于真实值，故两种方法的布线长度在导线允许范围长度内越长越好。当现场布点受局限时，可根据实际情况进行调整，若土壤电阻率较为均匀，布线长度可取2D。不过由于直线法布线在地形较为复杂地区测试时零电位不好选择，且测试时电流导线与电压导线由于同时产生流，有可能会因为距离过近发生相互互感的问题，从而影响到测试结果的准确性，所以一般来说，现场多采用夹角法进行布线［4］。辅助极(桩)布线结束后，为了尽量消除测试夹与被测电极之间的接触电阻，需将两根测试导线的夹头同时夹在待测装置电极上。接线布点及设备连接完成后，就可以进行通电检测了。
2．2现场情况分析
具体到公路机电工程现场检测，要注意以下一些问题:在收费站相关机电设施接地施工时，机电单位通常会利用房建单位预留的大型接地网，将监控室、收费车道上的相关机电设备接地极并入接地网，形成联合接地。所以在检测时，可通过分别检测综合楼监控室、UPS室、房建配电箱地极以及收费车道设施的安全接地电阻进行验证。若结果值相近，则符合联合接地，在结果判定时应以联合接地电阻≤1Ω作为技术要求。在外场机电设施接地施工中，正常情况下，施工单位会把设备的安全接地极与电缆的地线进行连接，也就是利用了外场低压配电设施的接地进行施工。而防雷接地施工方案通常为地极埋入法，即将数量不等的角钢等导电金属材料埋入待接地设备基础外数十米范围内，作为地极，并用扁钢条带将设备避雷接地引线与地极串联起来，从而达到接地效果。但在近几年的检测中发现，个别施工单位为了达到所谓低电阻的效果，将安全接地和防雷接地进行了联合接地处理，这是严重违反《检评标准》等相关规范安全规定的，一旦设施遭遇雷击，很有可能对外场低压配电设施带来严重损坏。另外，个别施工单位在防雷接地施工时不做或者少做金属地极掩埋焊接工作，甚至是将避雷接地引线与立柱法兰焊接，即将立柱基础钢筋网架作为防雷接地的接地极，这也是违反设计的。所以在外场机电设施接地电阻检测时，除了要关心指标的合格与否，更要留意安全接地及防雷接地的施工方式方法是否符合规范要求。在检测过程中，接地电阻指标会受多方面因素的影响，除了人为因素以外，最大的干扰因素就是气候环境因素。简单地说，接地电阻和土壤电阻之间呈现正比例关系，即土壤当电阻率越大，接地电阻的结果也会越大。土壤电阻率受土壤湿度和温度所造成的影响最大，土壤当中的电阻率和土壤当中的水分含量呈现反比例关系，即伴随着土壤当中水分含量的增加，土壤电阻率会显著下降［5］。土壤当中温度和电阻率同样呈现反比例关系，即在温度提高的状况下，电阻率也会明显降低，但因为土壤中水分受热蒸发会导致电阻率升高，故此变化后的作用会相互抵消。所以为了保证检测结果的真实有效，接地电阻的检测工作应选在天气晴朗的枯水季节，连续无雨水天数应在一周以上。并且由于地表面土壤因温度过低形成冰体构造从而导致土壤电阻率升高，所以严冬季节也不宜开展接地电阻检测工作［4］。
3结论
合格的接地电阻保障了机电设施的安全运营，正确理解各类接地电阻概念，掌握指标测试理论及方法，增强现场检测情况分析能力，可以更好的服务于公路机电工程接地电阻指标的检测、分析工作。
参考文献:
［1］翁小熊．公路工程质量检验评定标准(第二册)机电工程技术手册［M］．北京:人民交通出版社，2004．
［2］韩文元，朱立伟．公路水运工程试验检测专业技术人员职业资格考试用书交通工程［M］．北京:人民交通出版社，2016．
［3］徐程，庞亮．直线三极法接地电阻测试原理与方法［J］．科技创业月刊，2010(10):177-179．
［4］吕东波，钱眺，吴岩．接地电阻测试夹角法的布线方法分析［J］．科技情报开发与经济，2010(22):170-173．
［5］孟卫东，马勇，王成香．防雷检测中接地电阻的重要性及其影响因素［J］．现代农业科技，2012(13):258-261.
作者:丁亮 单位:甘肃省交通科学研究院有限公司
