第3-2章獨立接地與共用接地

1獨立接地和共用接地

Independentearthingandcommonearthing徐義亨2012年5月27獨立接地和共用接地

在許多信息、控制系統(tǒng)需要接地的場合，應(yīng)該是獨立接地還是共用接地，這個問題至今還在爭論，似乎沒有完全解決。

世界上一些一流的控制系統(tǒng)制造商還在要求用戶采用獨立接地。

本部分對有關(guān)獨立接地與共用接地的特點以及對它們的評價作一介紹。37.1接地方式的形態(tài)

如果有幾個并存的系統(tǒng)或設(shè)備需要接地時，接地的方式可以有如下圖所示的四種形態(tài)：1)各個設(shè)備獨立接地

42）將獨立接地的接地線連接在一起

53）共用接地

64）將接地線連接到共用接地網(wǎng)上

第一種為獨立接地,后三種均為共用接地.77.2獨立接地

控制系統(tǒng)采用了計算機等數(shù)字電路技術(shù)，各部分電路需要有統(tǒng)一的工作基準(zhǔn)電壓。即該工作基準(zhǔn)電壓起到建立一個統(tǒng)一的信號參考點的作用。如幾部分電路沒有統(tǒng)一的工作基準(zhǔn)電壓，就會造成系統(tǒng)工作異常。

理想的獨立接地應(yīng)該是那樣：如果有兩個接地極，其中一個電極中不論流過怎樣的電流，對另一個接地電極就不應(yīng)該發(fā)生電位上升的情況。

8

理想的獨立接地電位分布接地極電位上升V=0VS(無窮遠)I9如果電位的分布用雙曲線函數(shù)的曲線來擬合

V=k/s(對半球狀電極，s≥r)式中：V—電位，V；

V0—s=r時的最高電位，V；

s--距離，m；

k—常數(shù),V?m,對半球狀電極k=rV0。

理論上，在s=∞處，V=O。

rsVV010如果允許有個電位升高V，S應(yīng)該多少？

I電位分布接地極允許電位上升VVSAB11

在這里介紹以半球狀接地極為例，研究因接地電流I產(chǎn)生的電位上升（V）與間隔距離S的關(guān)系。12

因為土壤有一定的電阻率，在泄散電流過程中，電流將在土壤中建立起恒定電場。由圖可知，土壤中的電流密度在接地體處很大，隨著離開接地體距離的增加，電流密度逐漸減小。根據(jù)恒定電場理論,土壤中的電場強度E、電流密度和土壤電阻率的關(guān)系應(yīng)滿足：

E=ρj式中：ρ——土壤電阻率Ω·m；

J——土壤中的電流密度A/m2。13

接地體處的電位等于電場強度沿長度方向的積分：

式中：r——半球狀接地體的半徑,m。

所以離接地體距離為s處的電位得：

式中：I——接地電流，A。(對半球狀電極，s≥r)14

由上式可知，只有當(dāng)s為無窮遠處，電位才為零。根據(jù)式可得：由該式可計算出因接地電流I產(chǎn)生的電位上升（V）與間隔距離S的關(guān)系。15

在工程中只要把電位上升限制在一定范圍內(nèi)，就可以看成是相互獨立的。此時的接地極其間距S決定以下三個重要因素：1）發(fā)生的接地電流的波形和其最大值I；2）電位上升的容許值V；3）該地點的大地的電阻率ρ。16獨立接地的間隔距離S（m）接地電流I（A）電位上升的容許值V2V4V10V1841.6540208108040165040020080

注：本表相對于電阻率為ρ=100Ω·m。

17

如果大地的電阻率很高，即使接地電流很小，間隔距離也會增大。由表可知，在實施獨立接地時，必須采取很大的極間間隔。在有限的場地內(nèi)如有多個接地系統(tǒng)時，要找到足夠的接地施工的空間是很困難的。

所以說，在工業(yè)現(xiàn)場，不可能有真正放熱獨立接地。

187.3共用接地

7.3.1共用接地的優(yōu)點1）接地系統(tǒng)簡單，維修檢查容易；2）將各個接地電極并聯(lián)連接，此時比獨立接地的總電阻低。如果利用建筑結(jié)構(gòu)體，因接地電阻非常小，更能顯示出共用接地的優(yōu)點；3）即使有一個接地極失效，其它電極也能補充，提高了接地的可靠性；4）因為可以減少接地電極的總數(shù)，節(jié)省設(shè)備施工的費用；5）便于實現(xiàn)等電位連接有利于防雷和防爆；6）由于等電位，減小了進入控制系統(tǒng)電子線路的共模干擾，便于抗干擾。197.3.2共用接地存在的一個問題發(fā)生接地電流的設(shè)備I1I2R2I2R2I1R1R120

共用接地存在的一個主要問題就是電位上升而波及的危險。在共用接地的場合，如果在共有接地設(shè)備中有一個發(fā)生接地電流，就會流入大地。這時因各個接地電極總是有些接地電阻，就會使接地點的電位上升。如果是獨立接地，由接地電極引起的電位上升僅限于本身而不波及它極（這是理想的接地）。而如圖所示共用接地，由接地電流引起的電位上升會波及到共用接地的全部設(shè)備。21

所以在實施共用接地的場合，對于因共用接地而連接的全部設(shè)備必須要考慮發(fā)生的接地電流的性質(zhì)以及電位上升給系統(tǒng)帶來的影響。

接地電流的性質(zhì)包括接地電流的大小和波形、持續(xù)時間的長短以及發(fā)生的概率。例如，由直擊雷在外部避雷裝置的接地系統(tǒng)上可以產(chǎn)生的電流很大（如100kA），頻率也很高（高至1MHz），但持續(xù)時間很短(μs級)。又如在設(shè)備電路和大地之間有大電容濾波器，會有相當(dāng)大的位移電流流向大地。如果大電流高電壓的工頻用電設(shè)備，會有漏電流長時間地流向大地等等。下面就該問題提出幾個解決問題的方法。227.3.3如何解決共用接地系統(tǒng)的電位上升1）降低共用接地系統(tǒng)的接地電阻如果共用接地系統(tǒng)的接地電阻很低，那么電位上升波及的危險不會有太大的問題。由接地網(wǎng)的接地電阻的簡易公式可知：

要降低共用接地系統(tǒng)的接地電阻，是盡量將地網(wǎng)面積S做大。如果要把某共用接地網(wǎng)的接地電阻減小到原來的二分之一，則要將接地網(wǎng)面積增加到原來的四倍。

232）保持離大的接地電流系統(tǒng)的接地點有一定的距離

在共用接地網(wǎng)上建筑物避雷針的接地點和儀表的接地點，沿地下接地體的長度必須大于15米。即經(jīng)過15米的距離，一般能沿接地體傳播的雷電過電壓衰減到不足以危及設(shè)備的絕緣。土壤的電阻率愈低，該距離就愈小。在共用接地網(wǎng)上大電流、高電壓的用電設(shè)備的接地點和儀表的接地點，沿地下接地體的長度必須大于5米。

243）保證整個DCS系統(tǒng)的所有接地點都在同一個共用接地網(wǎng)上在工業(yè)裝置中，有許多高的金屬塔器是直接利用金屬塔器的金屬壁作引下線的，而金屬塔器上又有許多測量元件和變送器，高的金屬塔器一當(dāng)遭到雷擊，由于強大的雷電流通過金屬塔的接地裝置，使位于金屬塔上的變送器隨整個塔產(chǎn)生電位浮動，相對于儀表系統(tǒng)之間會產(chǎn)生很大的地電位差，隨即會產(chǎn)生閃絡(luò)（反擊）使變送器、DCS損壞。為了防止產(chǎn)生反擊（反擊的原理見后圖），應(yīng)把避雷針和儀表的接地裝置都連接到共用接地網(wǎng)上。25DCS地電位分布曲線地電位差接地干線信號線100kA的雷電流金屬塔器位于塔上的變送器法拉第籠和反擊的概念26電纜RL=1Ω法拉第孔100kA100kV法拉第籠（變送器）

27

一個孤獨的設(shè)備如果和空間其它的設(shè)備和人沒有接觸聯(lián)系的話，而所有的接地點僅通過一個接地參考點連接在共用接地網(wǎng)上，那么接地系統(tǒng)的電位上升對該設(shè)備的損壞不會產(chǎn)生影響，這就像水漲船高的原理一樣。問題就在DCS系統(tǒng)除了DCS本身的接地點外，還有變送器、執(zhí)行器等許多現(xiàn)場設(shè)備，這些設(shè)備大多都自然接地，如果這些自然接地體和共用接地網(wǎng)沒有連接而且又在外部防雷系統(tǒng)的附近，則在外部防雷系統(tǒng)接閃時，會因為地電位的升高而產(chǎn)生反擊。所以必須保證整個DCS系統(tǒng)（包括現(xiàn)場的變送器、執(zhí)行器）的所有接地點（包括自然接地點）都應(yīng)在同一個共用接地網(wǎng)上。287.4建筑結(jié)構(gòu)體的接地方法

在接地電極中，可以采用棒狀、線狀、板狀等人工接地極，也可利用水管等作自然接地極。以前所述的接地極都是人工接地極。

自然接地極并不是那種以接地為目的的施工物體，而是將與大地接觸的導(dǎo)電性物體來代替接地極使用的。這種物體以前使用的水管多半為金屬管，但近幾年來水管用合成樹脂制成，好多場合已經(jīng)不能作為代用接地電極了。于是有人就想利用建筑結(jié)構(gòu)體位地表下部分的鋼筋作自然接地極。最初提出該想法的是美國的H.G.Ufer,“Ufer電極”的名稱由此而來。29

建筑結(jié)構(gòu)體接地的必要條件是結(jié)構(gòu)體必須為鋼架、鋼筋混凝土制造，而不是砂漿或木造的。鋼架和鋼筋本身有很好的導(dǎo)電性，而且貫穿到整個建筑物并通過混凝土與大地接觸。只要混凝土不是絕對的絕緣物，從宏觀上可以認為結(jié)構(gòu)體就是一個接地電極。307.4.1建筑結(jié)構(gòu)體的電氣特性

在鋼架造、鋼筋混凝土造和鋼架-鋼筋混凝土造的建筑物中，其本體結(jié)構(gòu)無疑是牢固的，即柱或梁等都是相互緊密結(jié)合。但是建筑物結(jié)構(gòu)體的各個部分是否以很低的電阻互相連接著呢？換言之，建筑物結(jié)構(gòu)體是否是一個以導(dǎo)體構(gòu)成的“電籠”（cage）？31

鋼架造的大廈，因鋼架之間是用鉚釘或螺栓連接的，無疑是一個電籠。而對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的大廈，混凝土中主筋和箍筋就未必是連接的，所以有人就懷疑它不是電籠。在混凝土中鋼筋和鋼筋之間雖然是分離的，但是鋼筋之間卻充滿了混凝土。從外觀上看，混凝土如同堅硬的石頭，但它比一般的巖石吸水性大，因此，處于濕潤狀態(tài)的混凝土的電阻率相當(dāng)?shù)?。在加上軀體或柱有很大的截面積，所以即使是鋼筋混凝土造的大廈，結(jié)構(gòu)體的各部分也是以低電阻連接的，可以將它看成是電籠。32

實測某鋼架造的高層大廈結(jié)構(gòu)體電阻，從頂層到地下一層的直流電阻是10-3Ω。用雙電橋測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的三層樓結(jié)構(gòu)體的電阻的直流電阻是10-2Ω左右。所以“電籠”必須滿足下列的兩個條件:1)建筑物必須是鋼架造、鋼筋混凝土造、鋼架造-鋼筋混凝土造，而且要有相當(dāng)大的地下部分與大地接觸的面積。

2）施工地點的土壤電阻率要低到一定的程度。337.4.2建筑結(jié)構(gòu)體的接地電阻

建筑結(jié)構(gòu)體如下圖所示。A地上建筑部分地下建筑部分34

建筑結(jié)構(gòu)體的地表下部分與大地接觸著，設(shè)結(jié)構(gòu)體與大地的接觸面積（包括結(jié)構(gòu)體的底面積與側(cè)面積的總和）為A(m2)，土壤電阻率為ρ（Ω·m），則其接地電阻為：

由式可知，結(jié)構(gòu)體與大地的接觸面積A愈大，接地電阻就愈小。

35結(jié)構(gòu)體接地的實測例子（日本）大廈名層數(shù)總建筑面積m2地下層的地面面積m2

結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體的接地電阻Ω

新大谷飯店地上17層地下3層

102,5009,470鋼架鋼筋混凝土造

0.31東京電業(yè)會館

地上4層地下1層1,767480鋼筋混凝土造0.6千葉大學(xué)工學(xué)部

地上4層地下1層2,354576鋼筋混凝土造1.04大阪合同廳舍3號樓

地上15層地下3層39,5793,405鋼架鋼筋混凝土造0.21迎賓館地上2層地下1層15,3555,260鋼架磚砌0.35東亞不動產(chǎn)新僑大廈地上15層地下3層52,0154,742鋼架鋼筋混凝土造0.01367.4.3建筑物防雷區(qū)等電位連接及共用接地系統(tǒng)

下圖為《GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的建筑物防雷區(qū)等電位連接及共用接地系統(tǒng)。建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)總的等電位接地端子板，每層豎井內(nèi)設(shè)置樓層等電位接地端子板，各設(shè)備機房設(shè)置局部等電位接地端子板。

37

當(dāng)建筑物采取總等電位連接措施后，各等電位連接網(wǎng)絡(luò)均與共用接地系統(tǒng)有直通大地的可靠連接，每個電子信息系統(tǒng)的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，不宜再設(shè)單獨的接地引下線接至總等電位接地端子板，而宜將各個等電位連接網(wǎng)絡(luò)用接地線引至本樓層或電氣豎井內(nèi)的等電位接地端子板。3839

圖中，工作地總干線和各樓層的鋼筋實行了等電位連接，而保護地總干線卻沒有和各樓層的鋼筋進行等電位連接。為此，有人提出異議：一種認為，兩條總干線均應(yīng)和各樓層的鋼筋實行等電位連接；還有一種觀點認為，保護地總干線應(yīng)和各樓層的鋼筋實行等電位連接，而工作地不應(yīng)該。IEEE

Std1050-2004電站儀表控制系統(tǒng)的接地規(guī)范40保護地匯總板工作地匯總板共用接地網(wǎng)就近接地417.5運動系統(tǒng)的接地技術(shù)

船舶、機器人乃至飛機等物體都是以一定速度與陸地作相對運動的運動系統(tǒng)，它的內(nèi)部又裝備著密集的電子、電氣設(shè)備。為保證人體和設(shè)備的安全，也為了滿足電子、電氣設(shè)備的電磁兼容性、特別是抗干擾的要求，必須設(shè)置專門的接地系統(tǒng)。42

從電氣特性來看，作為運動系統(tǒng)接地裝置的“地”，它也應(yīng)該具備兩個條件：

1）導(dǎo)電。

2）具有相對大的容電量。對船舶和飛機，無疑應(yīng)該選擇金屬船體或飛機的殼體作為“地”；對機器人，一般選擇固定電子線路板的金屬支架作為“地”。為了有別于常見于地面上的接地系統(tǒng)，我們把運動系統(tǒng)上的接地系統(tǒng)稱作為“懸浮接地系統(tǒng)”。43

懸浮接地系統(tǒng)的特點：

1）是不可能與大地相連接的。

2）在這種接地系統(tǒng)中，不存在“電位為零的遠方接地極”。所有的電子、電氣設(shè)備只有相對的零電位。對運動系統(tǒng)的接地裝置，接地電阻的大小已不是那么重要，所以在實施過程中，我們強調(diào)的是電子、電氣設(shè)備的“等電位連接”。44懸浮接地系統(tǒng)的保護地根據(jù)《Q/SWS46-003-2003，船舶電氣設(shè)備和電纜接地工藝規(guī)范》的規(guī)定，工作電壓超過50V的電氣設(shè)備、電纜，均予以保護接地。一般而言，機器人內(nèi)部不存在上述的危險電壓，故無須考慮保護地的設(shè)置。45

接地系統(tǒng)的連接必須遵循的一個原則就是接地連線要盡可能的短，避免形成回路，以免將空間的電磁干擾通過接地連線引入到系統(tǒng)中去。所以，對船舶、飛機而言，保護接地線可以就近掛接到船體、飛機的永久結(jié)構(gòu)與船體、飛機相焊接的金屬基座或支架上。46懸浮接地系統(tǒng)工作地的連接

懸浮接地系統(tǒng)的工作地不能像保護地那樣，和就近的金屬結(jié)構(gòu)相連就算了事。因為無論是機器人的金屬骨架，或者是金屬船體、飛機，它們不是一塊完整的導(dǎo)電體，往往是有許多塊金屬通過鉚接、焊接以及螺絲等方法連接起來的，在這些金屬塊的連接處都存在一定的接觸電阻。再則，和“地”相連接的電子、電氣設(shè)備又有一定的接地電流流向“地”，故很難保證接地平面有一個穩(wěn)定的電位參考點。曾經(jīng)有人對金屬板上的“地”的電位分布作過研究（見圖），可見如何保證有一個相對穩(wěn)定的電位參考點是十分重要的。47金屬材料上典型的地電位分布

48

所以，對懸浮接地系統(tǒng)的工作地，應(yīng)該設(shè)置一個基準(zhǔn)接地面，它應(yīng)該像工業(yè)接地裝置中的總接地板那樣，按不同種類的接地要求，采用分類匯總的方式進行連接，這樣可避免彼此間的耦合。工作地匯流排工作地匯流排工作地匯流排工作地匯流排總接地板船體49

圖中的總接地板應(yīng)設(shè)置兩根接地干線和船體殼體相連，以保證接地系統(tǒng)的可靠性。工作地匯流排和總接地板應(yīng)用絕緣支架固定，以避免重復(fù)接地。在懸浮接地系統(tǒng)中，工作地不得與保護地共用。對機器人，可以直接選擇一塊整體的金屬骨架（最好是用銅制作）作為工作地的基準(zhǔn)接地面，需要接地的地方，通過接地連線和基準(zhǔn)接地面相連。為了保證等電位的實現(xiàn)，金屬構(gòu)架上的任何兩點間的連接電阻宜控制在0.1Ω以下。50基準(zhǔn)接地面和其它“地”之間的安全距離

我們在處理運動系統(tǒng)上控制系統(tǒng)工作地的安全距離時，可以參考《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范（GB50169-2006）》的規(guī)定。在共用接地網(wǎng)上，外部防雷裝置的接地點和控制系統(tǒng)的接地點，沿地下接地體的長度必須大于15米，即經(jīng)過15米的距離，一般能沿接地體傳播的雷電過電壓能衰減到不足以危及設(shè)備的絕緣。大電流、高電壓用電設(shè)備的接地點和控制系統(tǒng)的接地點，沿接地體的長度必須大于5米。518接地技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

接地作為由中國人開創(chuàng)的一種應(yīng)用技術(shù)，在電氣、電子、控制等行業(yè)里的功能似乎是無可非議的。但是近些年，在這個古老而又在不斷發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，在中國的接地工程界里卻出現(xiàn)了一些令眾家而爭鳴的大問題?，F(xiàn)不妨簡要地予以介紹。

528.1“接地電阻不可測，應(yīng)予廢除”

我們在前面，介紹了由日本高橋健彥對接地電阻所作出的定量的定義。在這個定義里，實際上存在著兩個值得思考的問題：1）電阻的最初概念是來自歐姆定律，即R=U/I。歐姆定律的適用范圍是金屬導(dǎo)體，而土壤并不是金屬導(dǎo)體，所以用歐姆定律來定義接地電阻是不適宜的。2）歐姆定律只用于電路，而土壤層不是“路”，而應(yīng)該是“場”。532002年黑龍江省防雷中心六名技術(shù)人員用一臺從日本進口的高級地阻測試儀對一個建筑物地網(wǎng)進行了28次測量，測得的數(shù)據(jù)共14組，最小值為0.7Ω，最大值為100Ω，兩者相差竟達140倍。對此，有人對“接地電阻”這個已經(jīng)沿襲100多年的概念產(chǎn)生了懷疑。其代表人物是清華大學(xué)的虞昊教授。他認為（見《中國防雷》2006年NO.1）：541）文獻上對應(yīng)于不同形狀的接地極的接地電阻計算公式都是立足于這樣的一個假設(shè)：接地電流從接地極進入地下深處，沿著半徑的輻射方向均勻流向無窮遠。而迄今為止的任何測量，都是測量兩個電極之間流過的有限范圍的地表介質(zhì)的電阻狀態(tài)，以至把對象給置換了。2）“電路”的概念是不能代替“電磁場”的概念去解釋接地電流的流動狀況，接地電流中包括了高頻成分，高頻電流必有趨膚效應(yīng)，若認定土壤為導(dǎo)體，則電流必沿地表面流動。553）國際上目前之所以還沒有各國公認的“接地電阻”標(biāo)準(zhǔn)件，不僅現(xiàn)在沒有，而且永遠也不可能有，其原因就是“接地電阻”是不可測的。4）只有用Maxwell的電磁場理論才能夠真正檢驗和解釋有關(guān)接地的電磁現(xiàn)象。56

虞昊教授認為，之所以出現(xiàn)上述黑龍江省防雷中心測量接地電阻時讀數(shù)相差一百多倍的問題，其原因就在每次測量時，因輔助電極在土壤中的深淺不一而導(dǎo)致電流流動的分布發(fā)生重大的變化，從而導(dǎo)致測量的不確定性，除非將電流的回歸電極即輔助接地體A做成大面積并埋在幾十米以下的深度，但有哪家儀表廠肯如此規(guī)定呢？所以他認為：“接地電阻不可測，應(yīng)予廢除?！?78.2人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，總是呈螺旋式的上升當(dāng)初人們基于土壤的導(dǎo)電性和具有無限大的容電量，所以把土壤地層理解為等電位點或等電位面，把它作為電路或電子系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，用來保護人身和設(shè)備的安全以及抑制干擾。之后，人們又發(fā)現(xiàn)，在接地系統(tǒng)本身，也存在著許多電磁干擾，它可以通過各種耦合途徑去影響電子系統(tǒng)的正常工作。于是就想到“浮地”。讓電子系統(tǒng)的地線在電氣上與建筑物的接地保持絕緣。這樣，建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾不會傳遞到電子設(shè)備上去；地電位的浮動對設(shè)備也沒有影響。但是浮地又帶來了新的問題，如容易產(chǎn)生靜電積累；當(dāng)雷電感應(yīng)較強時，外殼和其內(nèi)部電子電路間可能會出現(xiàn)很高的電壓將兩者之間的絕緣擊穿，造成電子電路的損壞。

58

于是人們又在想，減少干擾的關(guān)鍵不僅是減小接地電阻值，更重要的是設(shè)法減小系統(tǒng)漏向接地系統(tǒng)中去的電流。我國接地防雷界的前輩，中科院電工所的馬宏達在《關(guān)于防雷接地問題的探討》（見“中國防雷“2005年第5期）一文中強調(diào)：“電子地穩(wěn)定的關(guān)鍵條件是使接地連線中的電流為零?！?9

許多DCS、PLC產(chǎn)品，對接地電阻值大小的要求，相差甚遠。要求高的如1歐姆，要求低的只要100歐姆即可。其原因就是存在于系統(tǒng)的絕緣性能和漏電流上的差異。

任何一種電子信息產(chǎn)品，包括控制系統(tǒng)在內(nèi)，對正常工作條件（包括自然環(huán)境條件、電氣工作條件以及機械工作條件）的要求愈高，就意味著產(chǎn)品本身的性能和可信性愈差。60

科學(xué)的真理往往被少數(shù)人掌握，而檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)只能是實踐。接地技術(shù)雖然古老，但還沒有達到“自由王國”的地步。孰是孰非，讓我們拭目以待。61附錄3A接地裝置電氣連續(xù)性的測量電路VA測量端220VACLPENS1T（220/24）ES2R62圖中:S1----空氣開關(guān),250V,脫扣器額定電流3A；

T----220/24V短路安全型變壓器，200VA；

V----電壓表，30V，1.5級；

A----電流表，10A，1.5級；

E----熔斷器，15A；

R----可變繞線電阻器，4.7Ω，120W；

S2----按鈕開關(guān)，15A。63測量步驟：1）將測量端連接到被測鋼筋上的預(yù)埋件上；2）斷開S2，將串入的可變繞線電阻器R調(diào)至最大值；3）合上變壓器T一次側(cè)電源后，從電壓表V上讀取U1；4）合上S2后，調(diào)節(jié)R使電流表A上的讀數(shù)為1A左右，并讀取I和U2值；5）按下式計算測量電阻r:r=(U1-U2)/I-RL（注：RL為測量連接線的電阻。）64附錄3B接地電阻的測量誤差

3B.1測量誤差的形成120AV電源65

根據(jù)前述接地電阻的定義，需要在土壤中打入供測量電位與電流用的電壓極和電流極，其原理布置如圖所示，其中0為接地極，1為電流極，2為電壓極。該三電極系統(tǒng)的各電極之間存在著互電阻。以I0、I1、I2和U0、U1、U2分別代表接地極0、電流極1和電壓極2中的電流和電位。于是可寫出如下方程：U0=R0I0+R10I1+R20I2U1=R10I0+R1I1+R12I2

U2=R20I0+R12I1+R2I266式中：R0、R1、R2---接地極0，電流極1，電壓極2各自的接地電阻；

R10、R20、R12---相應(yīng)電極之間的互電阻。

67

由圖可知，測量電流從接地級0注入，取該方向為電流的正方向，電流從電流極1流出，此方向取為電流負方向。因為電壓表的內(nèi)阻很大，流過的電流可以忽略，于是得：

I0=-I1，I2=0。代入可得：U0=R0I0-R10I0U1=R10I0-R1I0

U2=R20I0-R12I068可得：

U02=U0-U2=I0（R0+R21-R10-R20）上式中的電壓U02和電流I0分別由圖中的電壓表和電流表測出因此，按圖所示的電極布置方式測出的接地電阻的實際值應(yīng)為

R=U02/I0=R0+R21-R10-R2069

上式給出的測量值R與接地體真實接地電阻值R0之間存在一個誤差，該誤差是由測量造成的，稱為測量誤差，記為

ΔR=R-R0=R21-R10-R20如用δ表示ΔR的相對值，則

δ=ΔR/R0=（R21-R10-R20）/R070

由上式可見，接地電阻的測量誤差直接來源于接地體與電流極和電壓極之間的互電阻，而這些互電阻又取決于三個電極之間的相對位置。作為實用的接地電阻的測量方法，應(yīng)如何保證測量誤差δ接近于零。下面介紹直線布電極法和三角形布電極法。713B.2直線布電極法（0.618法）電源AVr0d02d12d0121I0I0072

直線布電極法就是將接地極0和電流極1、電壓極2布置成一直線。如果我們假定電極之間的距離比電極本身的長度要大得多，則我們可以把電極0看成是半球狀電極，而后就可利用前面在討論半球狀電極的接地電阻的公式來討論三電極之間的互電阻。因為半球狀電極的接地電阻為R=ρ/2πr0,所以，如果電流I0流入電極0，以無限遠點的電位為基準(zhǔn)，電極0的電位上升為ρI0/2πr0（V）。由I0在土壤中產(chǎn)生的恒定電場使電流極1和電壓極2帶上的電位分別為

U01=ρI0/2πd01U02=ρI0/2πd0273

則接地極0與電流極1和電