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柴油發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，說明接地電路越好，柴油發電機組的安全性就越高。因此，柴油發電機組的接地電阻，它是保證柴發配電系統安全運行的重要組成部分。在柴油發電機組的運行過程中，如果接地電阻不合格，會導致電氣設備的故障和安全事故的發生。
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/第二類防雷建筑物的防雷措施要求，第3.3.4條：每根引下線的接地電阻不小于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出建筑物處應就近與防雷的接地裝置相連；當不相連時，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/第三類防雷建筑物的防雷措施要求，第3.4.2條：每根引下線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，接地電阻要求小于1Ω。因此對于柴油發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《民用爆破器材工廠設計安全規范》第12章：電氣。
① 第12.6.4條：在電纜與架空線連接處，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、加工或儲存危險品的過程中，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：低壓配電線路的接地應采用TN-S或TN-C-S系統，引入建筑物的電源線路，中性點應重復接地，接地電阻不應大于10Ω。
二、接地電阻測量的原理
接地電阻測量儀通常被稱為兆歐表或高阻計（Meggers），廣泛用于測量柴油發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行驗收測試外，往往被用于柴油發電機組例行維護程序中來指示發電機在數月或數年內絕緣電阻的變化。絕緣電阻發生大的變化，就可能預示著潛在的故障。所以，就需要對兆歐表進行定期校準，以確保儀表本身沒有隨時間發生變化。
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鍵部分。常見的接地電極包括金屬棒、接地網和接地板等。選擇合適的接地電極類型和數量，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。可以通過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。
② 清除接地電極周圍的雜物和腐蝕物，確保良好的接觸。
③ 在接地電極周圍添加導電性能較高的物質，如鹽或化學接地劑，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，如并聯接地電極時要保持足夠的間距。
③ 在需要接地的設備周圍形成良好的接地網，增加接地電極的數量和分布。
2、工作原理
兆歐表通過用一個電壓激勵被測裝置或網絡，然后測量激勵所產生的電流，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連接，輔助接地棒、測試線都連接好后，切換功能測量電阻R模式，按鍵按“TEST”鍵開始測量，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。從被測物體開始，每隔5～10米分別將輔助接地棒呈一直線插入大地，將接地測試線(紅、黃、綠)從儀表的H、S、E接口開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。
優良的兆歐表校準器包括各種可選的電阻器，這點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行電阻測量時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。對于絕緣測試來說，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儀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端子，稱為保護端（Guard），對于消除泄漏通路以及被測未知電阻Rx的并聯元件非常有用。保護端的目的是消除可能會產生的泄漏電流來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，使其沒有電流通過。所有的激勵電流如預期那樣全部通過Rx。
3、儀器校準
校準這些儀器時的一個主要問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進行校準，兆歐表制造商并沒有統一的標準，所以就需要各種各樣的電阻值。通過了解各種不同的接地電阻測量儀，可以知道它們需要不同的性能檢查點。例如，某個測試儀需要測試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20V。
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圖1 接地電阻測量儀工作原理圖 |
圖2 接地電阻測量儀保護端電路圖 |
三、接地電阻測量方法與維護
1、常見測量法
接地電阻測試儀測量方法通常有以下幾種：單鉗法、雙鉗法、兩線法、三線法和四線法，各有各的特點，實際測量時，盡量選擇正確的方式，才能使測量結果準確無誤。接地電阻測試儀電路連接如圖3所示。
（1）單鉗測量
測量多點接地中各位置的接地電阻，不要斷開接地連接，以防發生危險。適用于多點接地，不能斷開。測量各連接點的電阻。
（2）雙鉗法
適用于多點接地，無輔助接地樁。使用接地電阻測試儀表廠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）兩線法
適用于必須有已知接地良好的地線，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）三線法
必須有一個輔助地和一個探測電極組合的兩個接地棒，各個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）四線法
基本上是相同的三線法，代替三線法測量時，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，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，產生電流Ⅰ，通過E-C之間產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 接地電阻測量儀接線圖（大于1歐姆時） |
圖4 接地電阻測量原理圖 |
3、不同接地方式的測量
（1）發電機房接地電阻的測量
發電機房接地通常構成二點接地系統，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，請按單點接地進行測量。
（2）防雷接地系統的電阻測量
對于采用防雷網的發電機房，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 發電機房接地電阻的測量方法 |
圖6 防雷架空線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電機接地電阻。以下是一些常見的維護措施：
（1）清除接地電極周圍的雜物和腐蝕物。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路的連接情況，確保連接牢固。
（3）定期進行柴油發電機接地電阻測試，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：
有時候，設計人員可能只關注接地電極的數量和類型，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電機接地電阻無法有效降低。
（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電線作為接地電極，會增加柴油發電機接地電阻。正確選擇導電性能良好的材料，如銅或銅鍍銀電線，對降低柴油發電機接地電阻至關重要。
（3）忽視接地系統的維護和檢查：
接地系統需要定期進行維護和檢查，以確保其正常運行和有效降低柴油發電機接地電阻。然而，有時人們可能忽視了這一點，導致接地電極周圍堆積了雜物或腐蝕物，連接松動或損壞等問題。定期的維護和檢查對于保持接地系統的良好性能至關重要。
（4）不合理的接地電極布置：
接地電極的布置方式對柴油發電機接地電阻的大小有直接影響。一些常見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近的位置，或者將接地電極相互并聯時間距不足。這些不合理的布置方式會增加柴油發電機接地電阻，降低接地系統的效果。
（5）忽視柴油發電機接地電阻測試的重要性：
柴油發電機接地電阻測試是評估接地系統性能的關鍵步驟，但有時人們可能忽視了這一點。沒有進行定期的柴油發電機接地電阻測試，就無法準確評估柴油發電機接地電阻的大小，也無法及時發現接地系統存在的問題。
降低柴油發電機接地電阻值是一個綜合性的工程問題，需要根據具體情況進行設計和實施。在進行接地系統的設計和改進時，建議咨詢專業的電氣工程師或相關領域的專家，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，它對于柴油發電機組的安全運行至關重要。較低的接地電阻可以提供更好的電氣保護，減少電擊風險，并確保設備的正常運行。 因此，柴油發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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