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柴油發(fā)電機組接地電阻的要求和測量工具 |
摘要：接地電阻是指高壓柴油發(fā)電機組的附屬電氣設備接地電路中，接地電極與地之間的絕緣電阻。它是衡量接地電極與地之間電阻大小的指標，它越小，說(shuō)明接地電路越好，柴油發(fā)電機組的安全性就越高。因此，柴油發(fā)電機組的接地電阻，它是保證柴發(fā)配電系統安全運行的重要組成部分。在柴油發(fā)電機組的運行過(guò)程中，如果接地電阻不合格，會(huì )導致電氣設備的故障和安全事故的發(fā)生。
一、接地電阻國標接地要求
1、建筑物接地電阻的要求
依據GB50057-94（2000版）《建筑物防雷設計規范》第三章：建筑物的防雷措施；第二節：類(lèi)防雷建筑物的防雷措施要求，第3.2.1條：防雷電感應的接地裝置應和電氣設備接地裝置共用，其工頻接地電阻不應大于10Ω。
（1）第三節/第二類(lèi)防雷建筑物的防雷措施要求，第3.3.4條：每根引下線(xiàn)的接地電阻不小于10Ω，防直擊雷接地裝置宜和防雷電感應、電氣設備、信息系統等共用接地裝置。
（2）第三節/第二類(lèi)防雷建筑物的防雷措施要求，第3.3.9條：避雷器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。架空和直接埋地的金屬管道在進(jìn)出建筑物處應就近與防雷的接地裝置相連；當不相連時(shí)，架空管道應接地，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。
（3）本規范第.2.0.3條四、五、六款所規定的建筑物，引人、引出該建筑物的金屬管道在進(jìn)出處應與防雷的接地裝置相連；對架空金屬管道尚應在距建筑物約25m處接地一次，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。
（4）第四節/第三類(lèi)防雷建筑物的防雷措施要求，第3.4.2條：每根引下線(xiàn)的沖擊接地電阻不宜大于30Ω。第3.4.9條：避雷器、電纜金屬外皮和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于30Ω。
2、柴油發(fā)電機組接地電阻的要求
（1）依據JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規范》第14章接地與安全：第14.7.5.3條要求，當機房接地與防雷接地系統共用時(shí)，接地電阻要求小于1Ω。因此對于柴油發(fā)電機組的機房接地均應與建筑物防雷地等共用同一接地裝置，接地電阻要求小于1Ω。
（2）依據GB50089-98《民用爆破器材工廠(chǎng)設計安全規范》第12章：電氣。
① 第12.6.4條：在電纜與架空線(xiàn)連接處，應裝設避雷器。避雷器、電纜金屬外皮、鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于10Ω。
② 第12.7.2條：輸送危險物質(zhì)的各種室外架空管，應每隔20～25米接地一次，每處沖擊接地電阻不應大于10Ω。
③ 第12.7.3條：危險區域應采取相應的防靜電措施。凡生產(chǎn)、加工或儲存危險品的過(guò)程中，有可能積聚靜電電荷的金屬設備、金屬管道和導電物體，均應直接接地，接地電阻不應大于100Ω。
④ 第12.7.4條：低壓配電線(xiàn)路的接地應采用TN-S或TN-C-S系統，引入建筑物的電源線(xiàn)路，中性點(diǎn)應重復接地，接地電阻不應大于10Ω。
二、接地電阻測量的原理
接地電阻測量?jì)x通常被稱(chēng)為兆歐表或高阻計（Meggers），廣泛用于測量柴油發(fā)電機組及其電氣裝置（如控制、信號、通信和電源的電纜）的絕緣電阻。它除了在新機交付前進(jìn)行驗收測試外，往往被用于柴油發(fā)電機組例行維護程序中來(lái)指示發(fā)電機在數月或數年內絕緣電阻的變化。絕緣電阻發(fā)生大的變化，就可能預示著(zhù)潛在的故障。所以，就需要對兆歐表進(jìn)行定期校準，以確保儀表本身沒(méi)有隨時(shí)間發(fā)生變化。
1、接地電阻的選用原則
（1）合理選擇接地電極：
接地電極是將電氣系統與地面連接的關(guān)鍵部分。常見(jiàn)的接地電極包括金屬棒、接地網(wǎng)和接地板等。選擇合適的接地電極類(lèi)型和數量，確保它們與地面充分接觸，并具有良好的導電性能。
（2）提高接地電極的導電性能：
接地電極的導電性能直接影響接地電阻的大小?？梢酝ㄟ^(guò)以下方法提高導電性能：
① 使用導電性能良好的材料，如銅或銅鍍銀電線(xiàn)。
② 清除接地電極周?chē)碾s物和腐蝕物，確保良好的接觸。
③ 在接地電極周?chē)砑訉щ娦阅茌^高的物質(zhì)，如鹽或化學(xué)接地劑，以增加接地電極與土壤的接觸面積和導電性。
（3）提高接地系統的布置方式：
合理的接地系統布置可以減小接地電阻。以下是一些布置方式的建議：
① 盡量減短接地電極與設備之間的距離。
② 避免接地電極之間的相互干擾，如并聯(lián)接地電極時(shí)要保持足夠的間距。
③ 在需要接地的設備周?chē)纬闪己玫慕拥鼐W(wǎng)，增加接地電極的數量和分布。
2、工作原理
兆歐表通過(guò)用一個(gè)電壓激勵被測裝置或網(wǎng)絡(luò )，然后測量激勵所產(chǎn)生的電流，利用歐姆定律測量出電阻。其原理如圖1所示，精密測量接地電阻采用三線(xiàn)連接，輔助接地棒、測試線(xiàn)都連接好后，切換功能測量電阻R模式，按鍵按“TEST”鍵開(kāi)始測量，測量中LED指示燈閃爍，LCD倒計數顯示，測量完成后指示燈滅，LCD顯示測量值。從被測物體開(kāi)始，每隔5～10米分別將輔助接地棒呈一直線(xiàn)插入大地，將接地測試線(xiàn)(紅、黃、綠)從儀表的H、S、E接口開(kāi)始對應連接到輔助電流極H、輔助電壓極S、被測接地極E上。
優(yōu)良的兆歐表校準器包括各種可選的電阻器，這點(diǎn)與現代校準器利用合成電阻功能提供的電阻器差別不大。兆歐表校準器與直流/低頻校準器的不同之處在于所需的電阻器范圍，以及耐受的電壓能力不同。例如，與數字多用表（DMM）上配備的歐姆表功能相比，這些電氣測試器在進(jìn)行電阻測量時(shí)施加的電壓要高得多。兆歐表采用的電壓范圍通常從50V到高達5kV；而典型數字多用表的電壓一般小于10V。對于絕緣測試來(lái)說(shuō)，需要測量的電阻值范圍很大，其上限可達到10TΩ，所需的電壓更高。
幾乎所有的接地電阻測量?jì)x都采用直流電壓作為激勵，所以兆歐表校準器的交流要求很少。許多兆歐表為兩端設備，它提供一個(gè)電壓，并測量由被測設備所決定的電流。量程達到1TΩ以及更高的兆歐表通常具有第三個(gè)端子，稱(chēng)為保護端（Guard），對于消除泄漏通路以及被測未知電阻Rx的并聯(lián)元件非常有用。保護端的目的是消除可能會(huì )產(chǎn)生的泄漏電流來(lái)選擇性地將輸出寄生電阻性元件的影響減小為零，如圖2所示。
護端將Rs2 兩端的電壓維持在零，使其沒(méi)有電流通過(guò)。所有的激勵電流如預期那樣全部通過(guò)Rx。
3、儀器校準
校準這些儀器時(shí)的一個(gè)主要問(wèn)題是找到合適的電阻器，當然是首先要足夠精確；還需要電阻值足夠大，使其能夠承受高直流電壓。此外，對于應該采用什么樣的電阻值來(lái)進(jìn)行校準，兆歐表制造商并沒(méi)有統一的標準，所以就需要各種各樣的電阻值。通過(guò)了解各種不同的接地電阻測量?jì)x，可以知道它們需要不同的性能檢查點(diǎn)。例如，某個(gè)測試儀需要測試50kΩ，而另一款測試儀則需要測試60kΩ，再一款又需要測試100kΩ等等。“通用”的多功能電氣/電子校準器不能用于校準絕緣電阻測試儀，因為它們的電阻器通常僅僅能夠處理有限的電壓，常常最高不過(guò)20V。
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圖1 接地電阻測量?jì)x工作原理圖 |
圖2 接地電阻測量?jì)x保護端電路圖 |
三、接地電阻測量方法與維護
1、常見(jiàn)測量法
接地電阻測試儀測量方法通常有以下幾種：?jiǎn)毋Q法、雙鉗法、兩線(xiàn)法、三線(xiàn)法和四線(xiàn)法，各有各的特點(diǎn)，實(shí)際測量時(shí)，盡量選擇正確的方式，才能使測量結果準確無(wú)誤。接地電阻測試儀電路連接如圖3所示。
（1）單鉗測量
測量多點(diǎn)接地中各位置的接地電阻，不要斷開(kāi)接地連接，以防發(fā)生危險。適用于多點(diǎn)接地，不能斷開(kāi)。測量各連接點(diǎn)的電阻。
（2）雙鉗法
適用于多點(diǎn)接地，無(wú)輔助接地樁。使用接地電阻測試儀表廠(chǎng)商指定的電流鉗接到相應的插口上。將兩鉗卡在接地導體上，兩鉗間的距離要大于0.25米。
（3）兩線(xiàn)法
適用于必須有已知接地良好的地線(xiàn)，如PEN等。所測量的結果是被測地和已知地的電阻和，如果已知地遠小于被測地的電阻，測量結果可以作為被測地的結果。
（4）三線(xiàn)法
必須有一個(gè)輔助地和一個(gè)探測電極組合的兩個(gè)接地棒，各個(gè)接地電極間的距離不小于20米。原理是在輔助接地與被測地之間加電流。測量被測地與探頭電極之間的電壓降測量結果。包括測量電纜本身的電阻。
（5）四線(xiàn)法
基本上是相同的三線(xiàn)法，代替三線(xiàn)法測量時(shí)，消除了測量電纜電阻對低接地電阻測量結果的影響。在測量時(shí)，e和es必須分別直接連接到被測地，這在所有接地電阻測量方法中都是非常準確的。
2、接地電阻值的計算方法
如圖4所示，接地電阻的測量是向地面插入兩根接地棒，在接地棒E及C之間，加入交流電壓，產(chǎn)生電流Ⅰ，通過(guò)E-C之間產(chǎn)生的電壓即可檢測接地電阻。但是上述方法算出的接地電阻值R值中。不僅有接地電極E的接地電阻，還有接地電極C的接地電阻，因此需要在E-C的接地電級間建立第三根接地電極，從E-P之間的電壓Vp和電流Ⅰ，可以算出接地電極E的接地電阻RE的值。
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圖3 接地電阻測量?jì)x接線(xiàn)圖（大于1歐姆時(shí)） |
圖4 接地電阻測量原理圖 |
3、不同接地方式的測量
（1）發(fā)電機房接地電阻的測量
發(fā)電機房接地通常構成二點(diǎn)接地系統，如圖5所示。如果接地電阻測試儀的測量值小于接地電阻的允許值，那么發(fā)電機房的接地電阻都是合格的。如果接地電阻測試儀的測量值大于允許值，請按單點(diǎn)接地進(jìn)行測量。
（2）防雷接地系統的電阻測量
對于采用防雷網(wǎng)的發(fā)電機房，其建筑物的接地極如互相獨立，各接地極的接地電阻測量如圖6所示。
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圖5 發(fā)電機房接地電阻的測量方法 |
圖6 防雷架空線(xiàn)的接地電阻的測量方法 |
四、接地電阻維護方法與使用注意事項
1、定期維護和檢查接地系統
定期檢查和維護接地系統可以確保其正常運行和有效降低柴油發(fā)電機接地電阻。以下是一些常見(jiàn)的維護措施：
（1）清除接地電極周?chē)碾s物和腐蝕物。要保持接地電極的清潔，避免積塵和氧化。
（2）要定期檢查接地電極和接地線(xiàn)路的連接情況，確保連接牢固。
（3）定期進(jìn)行柴油發(fā)電機接地電阻測試，以確保接地系統的性能符合要求。
2、使用注意事項
在降低柴油發(fā)電機接地電阻值的工作中，需要注意避免的工作誤區：
（1）忽視接地系統的設計：
有時(shí)候，設計人員可能只關(guān)注接地電極的數量和類(lèi)型，而忽視了接地系統的整體設計。接地系統的設計應考慮接地電極的布置、連接方式、導電性能等因素，而不僅僅是簡(jiǎn)單地增加接地電極的數量。忽視接地系統的設計可能導致柴油發(fā)電機接地電阻無(wú)法有效降低。
（2）錯誤選擇接地電極材料：
接地電極的材料對柴油發(fā)電機接地電阻的大小有重要影響。選擇導電性能較差或不適合的材料，如使用不銹鋼或鐵質(zhì)電線(xiàn)作為接地電極，會(huì )增加柴油發(fā)電機接地電阻。正確選擇導電性能良好的材料，如銅或銅鍍銀電線(xiàn)，對降低柴油發(fā)電機接地電阻至關(guān)重要。
（3）忽視接地系統的維護和檢查：
接地系統需要定期進(jìn)行維護和檢查，以確保其正常運行和有效降低柴油發(fā)電機接地電阻。然而，有時(shí)人們可能忽視了這一點(diǎn)，導致接地電極周?chē)逊e了雜物或腐蝕物，連接松動(dòng)或損壞等問(wèn)題。定期的維護和檢查對于保持接地系統的良好性能至關(guān)重要。
（4）不合理的接地電極布置：
接地電極的布置方式對柴油發(fā)電機接地電阻的大小有直接影響。一些常見(jiàn)的誤區包括將接地電極布置在擁擠的區域或與其他電氣設備過(guò)近的位置，或者將接地電極相互并聯(lián)時(shí)間距不足。這些不合理的布置方式會(huì )增加柴油發(fā)電機接地電阻，降低接地系統的效果。
（5）忽視柴油發(fā)電機接地電阻測試的重要性：
柴油發(fā)電機接地電阻測試是評估接地系統性能的關(guān)鍵步驟，但有時(shí)人們可能忽視了這一點(diǎn)。沒(méi)有進(jìn)行定期的柴油發(fā)電機接地電阻測試，就無(wú)法準確評估柴油發(fā)電機接地電阻的大小，也無(wú)法及時(shí)發(fā)現接地系統存在的問(wèn)題。
降低柴油發(fā)電機接地電阻值是一個(gè)綜合性的工程問(wèn)題，需要根據具體情況進(jìn)行設計和實(shí)施。在進(jìn)行接地系統的設計和改進(jìn)時(shí)，建議咨詢(xún)專(zhuān)業(yè)的電氣工程師或相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家，以確保安全和可靠性。
總結：
接地電阻是指接地系統中的電阻值，它對于柴油發(fā)電機組的安全運行至關(guān)重要。較低的接地電阻可以提供更好的電氣保護，減少電擊風(fēng)險，并確保設備的正常運行。 因此，柴油發(fā)電機組的接地電阻是保證電氣設備安全運行的重要組成部分。我們必須要重視柴油發(fā)電機接地電阻的檢測和維護，確保其合格，從而保障電氣設備的安全性。
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