6.4 接地电阻的测量（课件）-《电气测量技术》同步精品课堂（高教版）

《电气测量技术》（第4版）高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 项目6 电参数的测量 接地电阻的测量（第4课时） 知识目标 1.能够理解电压表 - 电流表法测量接地电阻的原理，掌握其测量步骤，熟知该方法中电压表内阻、电流表内阻以及仪表精度对测量结果产生误差的原因与影响规律。 2.深刻领会电桥法测量接地电阻的平衡条件，熟练掌握电桥法测量接地电阻的操作流程，能够准确根据电桥各臂电阻值计算接地电阻大小。 能力目标 1.能够运用所学的电压表 - 电流表法、电桥法、补偿法独立完成简单接地电阻测量的实验设计与操作，并能对测量结果进行初步的误差分析与数据处理。 2.具备正确操作接地电阻测量仪进行实地测量的能力，能够根据不同的测量环境与要求，合理选择测量方法与仪器，并能灵活应对测量过程中出现的各种问题。 情感目标 1.通过对不同接地电阻测量方法的学习与实践操作，激发对电气测量领域的好奇心与探索欲望，培养对电气专业知识的浓厚兴趣。 2.在小组合作进行实验操作与讨论交流过程中，增强团队协作意识与沟通能力，培养相互尊重、相互学习的良好品德。 学习目标 项目6 电参数的测量 导入情景 01 因接地不良导致电气设备故障 新知学习 02 一、接地电阻的测量 在电力系统中,为了防止电力设备的绝缘层被击穿和因漏电使电力设备的外壳带电，一般要把设备的外壳接地。此外,为了防止雷电袭击,高大建筑物的高压输电线等都需装设避雷装置(包括避雷针、避雷线、避雷器等),这些装置都要可靠接地。 接地是用导线的下端焊接金属管、金属棒或金属板等,然后埋入地下,构成接地体。 接地装置的接地电阻包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤之间的接触电阻和接地体与零电位点(大地)之间的散流电阻。其中大地散流电阻在接地电阻中起主要作用。 新知学习 02 一、接地电阻的测量 理论分析和实验证明：大地电阻主要集中于接地体电极附近很小的范围,距离接地体电极越远,其大地电阻就越小,在距接地点 20 m 以外,大地电阻几乎为零。因此实际测量中总是把靠近接地电极 20 m 左右所测得的电阻值作为接地电阻值。 此外,在测量时所使用的电源应是交流或断续直流电源,因为土壤的导电主要依靠地下电解质的作用,如果采用直流电源,直流电流通过大地时就会产生极化现象,产生极化电动势，从而影响测量结果。 新知学习 02 一、接地电阻的测量 接地装置必须十分可靠,其接地电阻必须保证在一定的范围之内。接地电阻是检验接地装置质量的主要项目,必须按照技术要求规定的标准进行检验,不可任意降低标准值。如果接地电阻不符合要求,不但不能保证安全,反而会造成安全的错觉。因此,定期测量接地电阻是安全用电的重要保证。各类接地装置的接地电阻合格值见表 6-5。 新知学习 02 二、电压表-电流表法 其测量接地电阻的线路如图 6 - 26 所示。 其中变压器起着隔离测量线路与交流电网的用;辅助电流电极 C 用以构成接地电流回路;辅助电位电 P 用以构成测量线路。两个助电极都要装置在距被测电极 A 20 m 以外的地方 PC 两电极之间还应保持一定的巨离。被测接地电阻 Rx就是指被测电极 A 与辅助电极 P之间的电阻。图 6 - 26 中电流表到量的是流过被测电极 A 的电流 I,而高内阻的电压表测量的是 Rx上的电压降 U,则按公式Rx=U/I 即可计算出被测接地电阻的数值。 新知学习 02 三、电桥法 其测量接地电阻的原理线路如图 6 - 27 所示。在测量中,需要二次对电桥进行平衡调节。首先把 S 接到位置“1”,调节可调电阻 R使指零仪指针指零,此时 R 被可动端分为两部分,设为 R11和 R12。然后将 S 接到位置“2”,重复上面的调节,可得相应的 R21和 R22,则被测接地电阻 R按下式计算. 其中 R11、R12、R21、R22可带有电读。接电就是根上述原理构成的。 新知学习 02 四、补偿法 其测量接地电阻的原理线路如图 6-28 所示。 图中 A是被测接地体电极,P和 C分别为电位辅助电极和电流辅助电极,它们别设接地体电 A 不小于 20 m 40 m处。被接地电阻 Rx是接地体 A 和电位辅助电极 P之间的电阻，而不括辅助电极 C的电阻 Rc。 新知学习 02 四、补偿法 其原理是:交流发电机输出电流 ,流经电流感器 TA 一绕组到接地体 A,经大地和辅助电流电极 C构成一个闭合回路。当接地电流流入地中后,接地电流在接地电阻 Rx上的压降为流经C的接地电阻 Rc时同样形成压降。调节补偿电阻 R,使电流 流过电极 AP之间的接地电阻 Rx后,且电流互感器二次绕组电流流过补偿电阻 R后,P 电极的电位与 R 可动端的电位相等,即检流计指零。 这时有 所以 新知学习 02 五、接地电阻测量仪 常用的国产接地测量仪有 ZC-8型和ZC-29 型等几种。下面主要介绍的 ZC-8 型接地电阻测量仪的结构和工作原理。 (1) 结构。ZC-8型接地电阻测量仪如图 6-29 所示。考虑到被测接地电阻大小不同，量程有0~1~10~100 Ω 和0~10~100~1000Ω 两种。它带有一根电位探测针和一根电流探测针。 它由一只高灵敏度的磁电系检流计、手摇交流发电机、电流互感器以及调节电位器等组成。 新知学习 02 五、接地电阻测量仪 (2) 工作原理。ZC-8 型接地电阻测量仪是根据补偿法原理制成的。它的原理电路如图6 -30 所示。 图中电路有四个端钮,其中 P2和 C2 短接后,接至被测接地极;如果是三个端钮的测量仪,则 P2、C2内部已连通并引出一个端 E,可直接接至被测接地极。另外,P1和 C1 分别是电位辅助电极和电流辅助电极的端。 测量时,分别用导线将它们与电极探针连接,电极探针接至被测接地极 20 m 处和 40 m 处,两探针应保持 20 m的距离。 新知学习 02 五、接地电阻测量仪 ZC-8 型接地电阻测量仪有 0~1Ω 、0~10 Ω 和0~100 Ω三个量程,可以量不同接地电阻的大小,用联动的转换开关 S 同时改变互感器二次侧的并联电阻和检流计的并联电阻，即可改变量程。 如果互感器 TA 一次绕组的电流为二次绕组流经电位器 R 的电流则分流电阻 R1~R3的选择可以使得转换开关置于 1 挡时, =,即 K=1;置于2 挡时,=I/10,即K=1/10;置于3 挡时,=/100,即 K=1/100。调节仪表面板上电位器补偿电阻R的旋使检流计指使P1电极的电位与R可动端的电位相等就以由读数盘上读的值,则被测接地电阻为 新知学习 02 五、接地电阻测量仪 为了保证检流计的灵敏度不变,测量仪还设置了检流计的分流器电阻 R5~R8;为了隔断地中直流杂散电流，测量仪在 P1端用了电容 C。 一般接地电阻测量仪采用的是交流电源,但用作指零仪表的检流计是磁电系的,所以仪表备有机械整流器或相敏整流器,以便将交流发电机的交流电压整流为检流计所需的直流电压。 新知学习 02 六、接地电阻测量仪的使用 (1) 测量接地电阻,应选择在土壤导电率最低、土壤干燥的时期,如冬季最冷的时候或夏季进行。在测量时,应将接地装置的设备停电。为了防止其他接地装置影响测量结果,测量时应将待测接地极与其他接地装置临时断开,测量完毕再将断开处牢固连接。 (2) 测量前先将接地电阻测量仪放置到水平位置并调零,查检流计的指针是否指在中心线上(如不在中心线上,应调整到中心线上)。 新知学习 02 六、接地电阻测量仪的使用 (3)接线。 三端钮式测量仪接线如图 6 - 31(a)所示，四端测量仪接线如图6 - 31(b)所示，接线的具体方法是:将两根探测针分别插入地中,电位探针 P插在距被测接地装置 E20 处，电流探针 P΄插在距被测接地装置 E' 40 m 处。三者成一直线且彼此相距 20 m。 再用导线将E΄、P΄、C΄连接在仪器的相应端钮 E、P、C上。两根探测针都需垂直插人地下 400 mm 以上。 新知学习 02 六、接地电阻测量仪的使用 (4)将接地电阻测量仪的粗调倍率旋置于最大倍数位置，一面缓慢转动发电机的手柄，一面调节粗调旋钮,使检流计的指针接近中心红线位置,当检流计接近平衡时,再加快发电机手柄的转速使之达到 120 r/min;同时调节测量标度盘细调拨盘,使检流计指针直至居中，稳定地指在红线位置为止;这时,用测量标度盘(表头)的读数乘以粗调倍率旋钮的定位倍数，即为接地装置的接地电阻值。 (5)如果量标度盘的读小于 1Ω，则应将粗调倍率旋钮置于倍数较小的挡，并新测量和读数。 新知学习 02 六、接地电阻测量仪的使用 (6)为了保证测得的接地电阻值准确可靠,应在测量完毕后移动两根探测针,更换另一个地方进行再次测量,一般每次所测得的接地电阻值不会完全相同,最后取几个测得值的平均数，确定为该接地装置的电阻值。 电气设备接地电阻的测量应该定期进行。接地电阻按要求在一年中任何时候都不能大于规定的数值，所测接地电阻小于规定值才算真正符合要求。 小试牛刀 题目 1： 采用电压表 - 电流表法测量接地电阻，已知电压表读数为U=100V，电流表读数为I=10A，则接地电阻近似为（ ） A. 10Ω B. 1Ω C. 0.1Ω D. 100Ω 答案：A 解析：根据欧姆定律R=U/I，将U=100V，I=10A代入可得R=100/10=10Ω。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 用电压表 - 电流表法测接地电阻，若电压表精度较低，会导致接地电阻测量值（ ） A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 不确定 答案：A 解析：如果电压表精度低，测量的电压值比实际值偏大，根据R=U/I，在电流测量准确的情况下，电压偏大，则计算出的接地电阻偏大。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 电桥法测量接地电阻时，下列哪个元件用于调节电桥平衡（ ） A. 标准电阻 B. 电位器 C. 电容器 D. 电感线圈 答案：B 解析：电位器是一种可变电阻器，在电桥法中可以通过调节电位器的阻值来改变电桥各臂的电阻比例，从而使电桥达到平衡状态。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 在补偿法测量接地电阻中，检流计的作用是（ ） A. 测量接地电流 B. 测量补偿电流 C. 检测电路是否平衡 D. 测量接地电压 答案：C 解析：检流计是用来检测电路中是否有电流通过的仪器，在补偿法中，当检流计读数为零时，说明补偿后的电路达到平衡状态。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 如果电桥法测量接地电阻时电桥不平衡，说明（ ） A. 接地电阻为零 B. 接地电阻无穷大 C. 接地电阻测量值不准确 D. 测量电路短路 答案：C 解析：电桥不平衡意味着没有满足平衡条件，此时根据电桥法的测量原理，得到的接地电阻测量值是不准确的。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 接地电阻测量仪的结构中，一般不包括（ ） A. 手摇发电机 B. 电流互感器 C. 示波器 D. 电位器 答案：C 解析：接地电阻测量仪通常有手摇发电机提供电源，电流互感器用于测量电流等，电位器用于调节等，但一般不包括示波器，示波器主要用于观察电信号的波形。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 使用接地电阻测量仪时，正确的操作顺序是（ ） A. 接线 - 开机 - 调节 - 读数 B. 开机 - 接线 - 调节 - 读数 C. 调节 - 接线 - 开机 - 读数 D. 接线 - 调节 - 开机 - 读数 答案：A 解析：首先应该正确连接测量线路，然后开机，开机后可能需要根据实际情况进行一些调节，比如量程等，最后进行读数。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 接地电阻测量仪测量范围一般是（ ） A. 0 - 100Ω B. 0 - 1000Ω C. 根据仪器型号而定 D. 无限范围 答案：C 解析：不同型号的接地电阻测量仪其测量范围是不同的，有的可能测量范围较小，用于小型电气设备接地电阻测量，有的范围较大，用于大型接地系统的测量。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 说明电桥法测量接地电阻的基本步骤。 答案：首先，连接电桥电路，将接地电阻接入电桥的一臂，其他桥臂接入已知电阻和调节电阻（如电位器）；然后，接通电源，调节电桥中的调节电阻，使电桥达到平衡状态，此时电桥的输出电压为零（或检流计指针不偏转）；最后，根据电桥平衡条件（对边电阻乘积相等），通过已知电阻的阻值计算出接地电阻的大小。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 简述接地电阻测量仪的结构特点及其在使用过程中的注意事项。 答案：结构特点：一般包括手摇发电机（提供测量所需电源）、电流互感器（用于测量电流）、电位器（用于调节和校准）等部件。注意事项：使用前要检查仪器是否完好，指针是否能灵活转动；接线要正确，将被测接地极、辅助电极等按规定连接到相应的接线柱；测量时要先将指针调零；选择合适的量程，若量程选择不当可能会损坏仪器或导致测量不准确；测量过程中要避免外界干扰，如强电磁场等；手摇发电机的转速要均匀稳定，以保证测量的准确性。 尝试解答下面习题 课堂小结 03 1.电压表 - 电流表法。这是一种基于欧姆定律的基本测量方法，通过将电流表串联在接地极与电源之间以测量电流，电压表并联在接地极与测量点之间测量电压，然后由公式R=U/I计算接地电阻。 2.电桥法。其原理是利用电桥平衡条件，即对边电阻乘积相等，通过调节电桥中的电阻（如电位器）使电桥达到平衡状态（电桥输出电压为零或检流计指针不偏转），进而根据已知电阻计算出接地电阻。 3.接地电阻测量仪。其结构通常包含手摇发电机，为测量提供电源；电流互感器用于电流测量；电位器用于调节和校准等部件。工作原理依然基于欧姆定律，不过是通过内部设计巧妙地测量电压与电流并计算接地电阻。 作业布置 04 详细阐述电压表 - 电流表法测量接地电阻可能产生误差的原因及如何减小误差。 简述接地电阻测量仪的工作原理，并说明使用过程中的注意事项及其原因。 感谢观看 $$