变频大地电网测试仪

LYBDJ-II变频大地电网测试仪目录

一、用途················································1

二、概述················································1

三、性能特点············································2

四、技术指标············································3

五、仪器内部结构和测试原理······························3

六、仪器面板说明········································4

七、仪器操作说明········································5

八、工频接地阻抗的测量··································6

九、场区地表电位梯度的测试······························8

十、跨步电位差、跨步电压、接触电位差、接触电压的测量····9

十一、异常处理··········································10

十二、土壤电阻率的测量··································11

十三、注意事项··········································11

十四、装箱单············································12

一、LYBDJ-II变频大地电网测试仪用途

LYBDJ-II适用于测试各类接地装置的工频接地阻抗、接触电压、跨步电压、转移电位、场区地表电位梯度等工频特性参数以及土壤电阻率。本仪器采用异频抗干扰技术，能在强干扰环境下准确测得工频50Hz下的数据。测试电流较小（大3A），不会引起测试时接地装置的电位过高，同时它还具有*的抗干扰能力，故可以在不停电的情况下进行测量。

二、LYBDJ-II概述

目前国内接地装置的测试工作比较薄弱，一些关键的技术观念比较模糊，技术手段落后。针对上述现状，我国制订了行业标准DL/T475-2006和国家标准GB/T17949.1-2000。新标准对旧标准做了很多重要改变。为了方便广大现场测试和研究人员，我们根据这些标准，结合我们多年研究大型地网测试的实际经验，研制成功本仪器。

工频接地阻抗，是指接地装置对远方电位零点间的电位差与通过接地装置流入地中的工频电流的比值。工频接地阻抗以往被习惯地称为“工频接地电阻”。此名称的纠正，在国家标准GB/T17949.1-2000“接地系统的土壤电阻率，接地阻抗和地面电位测量导则*部分：常规测量”以及电力行业标准“接地装置特性参数测量导则修订稿”（取代DL475-92）中作了阐述。本测量仪采用交流电流进行测试，故所测数值称为接地阻抗，而不再沿用以往的称呼“接地电阻”。在对接地装置进行测量时，由于受不平衡零序电流以及射频等各种干扰，使得测试结果产生很大的误差。特别是大型接地网的接地阻抗一般很小（一般在0.5Ω以下），干扰带来的相对误差更大。为了降低现场干扰的影响，目前采用的方法主要有两种，一种是增大测试电流，一种是使用异频法。*种方法是通过加大测试电流来加大信号电压和信号电流，从而提高信噪比，减小测量误差。这种方法由于采用了很大的测试电流（DL/T475-2006标准推荐不宜小于50A），使得设备非常笨重，且布线劳动强度很大，耗时耗力。而且，由于主要干扰与信号同频，无法从根本上消除干扰的影响。异频法则是通过改变测试电流的频率来避开工频干扰，由于信号频率与干扰频率不同，就可以通过滤波器来滤除干扰的影响，从而提高测量精度。异频法由于采用的测试电流较小，因此设备小巧，布线劳动强度也大大减轻。由于具有测试结果稳定可靠和省时省力的优点，异频法测试已被国内外专家广泛接受和采用。但是根据定义，工频接地阻抗是指接地装置在工频电流下呈现出的阻抗，而异频法采用的测试电流频率不为工频,因此测得的数值就会与工频电流下测得的值有偏差。理论和实践表明，产生偏差的原因是，接地装置的接地阻抗是复数阻抗，不仅包含电阻性分量，还含有与频率有关的电感性和电容性分量。采用的测试频率与工频相差愈远则等效性愈差，即测量误差越大。为了保证测试的准确性，测试频率与工频不能相差太远，且测试电流的波形应为正弦波（其他波形如方波含有丰富的谐波频率）。早在70年代，美国、日本等国就规定了测试频率与工频之差不能超过10Hz。中国国家标准GB/T17949.1-2000要求测试电流频率应该尽量接近工频，行业标准DL/T475-2006规定了测试电流频率宜在40～60Hz之间。本仪器采用45Hz和55Hz两种频率进行测量，再计算出50Hz下的等效阻抗，因此测量的准确性和等效性进一步得到提高。

三、LYBDJ-II性能特点

1、测量的工频等效性好。测试电流波形为正弦波，频率与工频之差仅为5Hz，使用45Hz和55Hz两种频率进行测量。

2、抗地电压干扰能力强。本仪器采用异频法测量，配合现代软硬件滤波技术，使得仪器具有很高的抗干扰性能，测试数据稳定可靠。20V工频干扰仅带来0.002Ω误差。

3、LYBDJ-II精度高。可用来测量接地阻抗很小的大型地网。

4、功能强大。可测量相关标准规定的接地装置的全部特性参数。不仅可测量接地阻抗，还可测量出电阻分量和电抗分量。

5、可测量现场干扰，方便用户估计测量误差。

6、具备断线报警功能，避免了错误测量。

7、操作简单。全中文菜单式操作，直接显示出测量结果。

8、可保存50组测量数据，且自带微型打印机可现场打印测量结果。

8、布线劳动量小，无需大电流线。

10、本仪器体积小、重量轻，方便携带。

四、LYBDJ-II技术指标

1、阻抗测量范围：0～200Ω；

2、分辨率：0.001Ω；

3、测量误差：±（读数×1％+0.001Ω）；

4、抗地电压干扰能力：20V工频干扰电压带来的误差仅为0.002Ω；

5、测试电流波形：正弦波；

6、测试电流频率：45Hz、55Hz双频；

7、大输出电流：3A；

8、大输出电压：120V；

9、测量线要求： 电流线铜芯截面积≥1.5mm2；

电压线铜芯截面积≥0.2mm2；

10、供电电源：AC220V±10％，50Hz；

11、使用环境：温度：-10℃～40℃；相对湿度：<90%；

12、外形尺寸：440×350×210；

13、仪器重量：8.5kg；

五、仪器内部结构和测试原理

LYBDJ-II主要由提供测试电流的异频电源、电流和电压测量电路以及微电脑测控系统组成。LYBDJ-II通过测量接地装置的电位升高与流入接地装置的电流之比来测量接地阻抗。仪器内部结构如图1所示。异频恒流电源可输出频率为45Hz或55Hz的正弦波测试电流，输出频率受微电脑系统控制。其输出经过隔离后通过仪器面板上的E、C两个端子输出。电压放大器为一个高输入阻抗放大器，它将P1、P2两端的电压放大后送给滤波器。电流放大器将从电流互感器取得的电流信号进行放大后送给滤波器。滤波器用于滤除干扰信号，只允许45Hz和55Hz信号通过。A/D转换器用于将电压和电流信号转换为数字信号以便微电脑系统进行分析处理。

用户启动接地阻抗测量后，LYBDJ-II首先开启异频电源使之输出频率为45Hz的电流，待电流稳定之后，微电脑系统通过A/D转换器取得电压和电流波形数据，进行数字滤波后计算出电压V45和电流I45及其相位差,再进一步计算出阻抗Z45、电阻分量R45和电抗分量X45。然后，切换异频电源的输出频率为55Hz，经过同样的步骤后可计算出阻抗Z55、电阻分量R55和电抗分量X55。取Z45 和Z55的平均值作为工频接地阻抗Z50。后，关闭异频电源，通过液晶屏显示测量结果。因此阻抗测量时，仪器测量的是两电压输入端P1、P2之间的电压与电源输出电流之比。

六、LYBDJ-II仪器面板说明

LYBDJ-II面板布置如图2所示

图2 面板图

1、接线端子：位于面板右侧，共有4个接线柱，分别是

E —电源输出端1，进行接地阻抗测量时接被测接地装置

C —电源输出端2，进行接地阻抗测量时通过电流线连接到电流极

P1—电压输入端1，进行接地阻抗测量时接被测接地装置

P2 —电压输入端2，进行接地阻抗测量时通过电压线连接到电位极

2、按键

共4个按键，位于面板中下部

3、微型打印机

位于面板之左上部

4、液晶显示器

液晶屏位于面板之中部偏右处。

七、LYBDJ-II使用说明

首先应根据实际需要，布置好测试回路并接好线，检查接线无误后方可打开仪器电源开关。注意，为了确保安全，接线时请将电源开关置于断开的位置。打开电源开关后，液晶屏首先显示“欢迎使用”约3秒，之后自动进入日期设置屏。此时可通过按键修改日期，按“确认”键后进入功能选择菜单。屏幕如下图所示：

图3

按一下  或者“光标”键可改变待执行的功能选项，按“确认”键后，仪器执行右箭头所指示的功能。

§7.1“测量接地阻抗”功能

本功能用于测量工频接地阻抗、接触电压、跨步电压、转移电位、场区地表电位梯度等工频特性参数和土壤电阻率。本文将在下面章节中详叙。

§7.2“测量土壤电阻率”功能

     此功能专门用于四极法测量土壤电阻率，输入电极间距后，仪器自动测量并计算出土壤电阻率。

§7.3 “测量干扰电压”功能

     启动此功能后，干扰电压将被不断地测量并将其有效值显示出来。按任意键可以退出此功能。

§7.4“历史数据”功能

选择“历史数据”菜单后，液晶屏上将显示出用户测量并存储的历史测量数据记录。屏幕显示如下所示

    屏幕先进行的“NO.01”表示后1次存储的数据，若为“NO.02”则表示是倒数第2次存储的数据。其后为年月日。按上箭头键或下箭头键可以查看其他数据记录。

屏幕第三行分别显示了45Hz和55Hz下的测试电流有效值。

屏幕第四行为功能菜单区，通过按“光标”键改变选择。选择“打印”菜单后，可打印出本条记录的全部数据。选择“删除”菜单后，可删除本条记录。当光标位于后的▼上时，按一下“确认”键可以查看本记录的其他参数，包括两种频率下的阻抗值、电阻分量、电抗分量等。如下例所示

第1行的数值分别为45Hz和55Hz下的阻抗（单位为Ω）。

第2行的数值分别为45Hz和55Hz下的电阻分量（单位为Ω）。

第3行的数值分别为45Hz和55Hz下的电抗分量（单位为Ω）。

上例中，45Hz下的阻抗、电阻分类、电抗分量分别为：     Z45=1.021Ω,R45=1.011Ω,X45=0.143Ω

按“确认”键可以退出本屏幕返回前一屏。

八、 工频接地阻抗的测量

接地阻抗的测量可按下面的步骤进行。

§8.1 布置测试回路

首先应根据现场的实际情况选择合适的测试回路布置。

图4为现场通常采用的电流－电压表直线三极法的布置图，电压线和电流线之间的夹角为零。采用夹角法时，电压线和电流线之间的夹角不为零。直线法可视为夹角法的特例。

辅助电流极应尽量远离被测接地装置，通常电流极与被测接地装置的距离应为被测接地装置大对角线长度D的4倍以上。

测试回路应尽量避开河流、湖泊；尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路；注意减小电流线和电位线之间的互感影响，当采用直线法时，应注意使电压线和电流线保持尽量远的距离。现场条件允许时，大型地网接地阻抗的测试采用夹角法。

一般情况下，可按下面的修正公式计算出接地装置的接地阻抗Z 。

           (8-1)

式中，Z´=V/I为仪器测量值,D为被测接地装置大对角线长度，dCG为电流极与接地装置边缘的距离，dPG为电位极与接地装置边缘的距离，θ为电流线与电位线的夹角。

三极直线法可看作是θ＝0时的特例。

由上式可看出，若满足条件

    （8-2）

则Z= Z´，也就是说无需对仪器测量结果进行修正。式（8-2）又被称为补偿条件。

当θ＝0时，补偿条件（8-2）变为

dPG=0.618dCG

(8-3)

此即直线法中著名的0.618法则，即电位极位于0.618 dCG处即可测得真值。关于电位极的位置。选取的电位极的位置应该尽量使得补偿条件（8-2）得到满足。确定了电流极和电位极位置后，将作为电流极和电位极的地桩分别打入地下，应使其与土壤紧密接触。

§8.2 接线

按照图4进行接线。

关于导线的选择。测量时，电流线中将流过大3A的电流，因此电流线应具有通3A电流的能力，选用铜芯截面积大于1.0mm2的导线即可。但是当电流线布得很长时，电流线的电阻会增加回路电阻，为了降低电流线的电阻，应该选用较粗的电流线。电压线中只流过微安级电流，因此不用考虑其通流能力。导线应具有良好的绝缘外皮，加接导线时，应用绝缘胶布包好连接点。

请选择一个可接触良好的待测接地装置的接地引下线（如镀锌扁铁），为电流注入点和电压测量点。用一根导线（上面要求的电流线）将仪器面板的C1端子与电流注入点可靠连接，再用一根导线（电压线）   

将仪器面板的P1端子与电压测量点可靠连接。

用电流线将电流极与仪器的C2端子可靠连接。

用电位线将电位极与仪器的P2端子可靠连接。

进行电连接时，注意首先去除接触处的锈蚀层。检查接线无误后，可进行下一步操作。

§8.3 启动测量

接通仪器电源后，按照第七章的方法启动“接地阻抗测量”功能。随后，屏幕提示您设置测试电流大小，可选择为“自动”、0.2A、0.5A、1.0A、2.0A、3.0A. 选择“自动”时，仪器将以尽可能大的电流进行测试。

按一下确认键后，仪器开始自动测试，测试完毕，屏幕将显示测量结果，如下图所示

屏幕先进行显示的是工频接地阻抗；第三行显示的是测试电流的有效值，前面的数值为45Hz下的电流值，后面的数值为45Hz下的电流值。屏幕后一行为功能菜单区，可实现保存数据、打印结果、退出测量、查看其他参数等功能。执行后的“▼”功能可以查看其他参数，包括45Hz、55Hz下的阻抗Z、电阻分量R、电抗分量X.

若液晶屏显示“测试电流偏小”，或者“电位极接地电阻偏大或电压线断线”请参考第十二章（异常处理）。

§8.4 测量结果的修正

若补偿条件（8-2）或（8-3）不能满足时，需对仪器测量结果按照§8.1中的修正公式（8-1）进行修正。

九、 场区地表电位梯度的测试

场区地表电位梯度的测试可按下述步骤进行。

1、在离接地装置较远处打一个地桩作为电流极，该电流极离接地装置边缘的距离仍取为接地装置大对角线长度D的4倍以上。请选择一个可接触良好的待测接地装置的接地引下线为电流注入点。用导线将仪器面板的C1端子与电流注入点可靠连接，再用导线将仪器面板的C2端子与电流极可靠连接。导线的选用参看§8.2节。

2、将被试场区合理划分，场区电位分布用若干条曲线来表述。在曲线路径上中部选择一条与主网连接良好的接地引下线为参考点，用导线将该参考点连接到仪器的P1端子。首先将电位极至于曲线的起点，并用导线连接至仪器的P2端子。

3、接通仪器电源，选择执行“测量接地阻抗”功能菜单，可测得阻抗值Z。则电位极处地面与参考点间的电压U可按下式算出：

U=Is•Z 式中，Is为被测接地装置内系统单相接地故障电流。记录位置和电压数据。

4、从该曲线的起点开始，等间距以移动电位极，重复步骤3，直至曲线终点，可测得多个位置和电压数据。将这些数据绘制成U-x曲线，即得到一条电位分布曲线。

5、更换曲线，与按上述同样的方法测出全部曲线。

当间距d取为1m时，场区地表电位曲线上相邻两点之间的电位差即为实际系统故障时的单位场区地表电位梯度UT电位极P可采用铁钎，如场区是水泥路面，可采用包裹湿布的直径20cm的金属圆盘，并压重物。

十、接触电压、接触电位差、跨步电压跨步电位差的测试

§10.1 接触电压、接触电位差的测试

接触电压的测量接线图如下图5所示。可按下述步骤进行测试。

在离接地装置较远处打一个地桩作为电流极，该电流极离接地装置边缘的距离仍取为接地装置大对角线长度D的4倍以上。

用导线将仪器面板的C端子与电流极可靠连接。再用导线将仪器的E端子接至被试设备的架构。导线的选用参看§8.2节。

仪器的P1端子接至设备架构上的Pa点，Pa距地面高度为1.8米。

仪器的P2端子接至模拟脚的电极Pb,该电极可采用包裹湿布的直径为20cm的金属圆盘，并压上重物。电极中心距设备边缘距离为1米。

仪器P1与P2端子间并联等效人体电阻Rm，一般取Rm=1.5KΩ.

检测接线无误后，接通仪器电源，选择执行“接地阻抗测量”，再设置好测试电流，仪器开始测量，测量完毕，可从液晶屏上读取到阻抗值Z.

后根据下式计算出接触电压Uj

Uj=Z•Is

式中Is为被测接地装置内系统单相接地故障电流。

上述测量中，若仪器电压输入端不并联等效人体电阻Rm，则所得结果为接触电位差。

§10.2 跨步电压、跨步电位差的测试

接触电压的测量接线图如图6所示。可按下述步骤进行测试。

在离接地装置较远处打一个地桩作为电流极，该电流极离接地装置边缘的距离仍取为接地装置大对角线长度D的4倍以上。

用导线将仪器面板的C端子与电流极可靠连接。再用导线将仪器的C1端子接至设备的接地引下线。导线的选用参看§8.2节。

仪器的P1、P2端子分别接至模拟人脚的电极Pc、Pd,该电极可采用包裹湿布的直径为20cm的金属圆盘，并压上重物。两电极中心距离为1米。仪器P1与P2端子间并联等效人体电阻Rm，一般取Rm=1.5KΩ.

检测接线无误后，接通仪器电源，选择执行“接地阻抗测量”，再设置好测试电流，仪器开始测量，测量完毕，可从液晶屏上读取到阻抗值Z.

后根据下式计算出跨步电压Uk

Uk=Z•Is

式中Is为被测接地装置内系统单相接地故障电流。

上述测量中，若仪器电压输入端不并联等效人体电阻Rm，则所得结果为跨步电位差。

十一、 土壤电阻率的测量

使用本仪器，可以采用四极法（非等间距法或者等间距法）来测量土壤电阻率。下面以四极法为例来说明。测量土壤电阻率的接线如图7所示。

图中，四根测试电极排列于一条直线上，a为电流极与电位极的间距，b为两电位极的间距，h为电极埋设深度。当a=b时即为四极等距法（或  

称温纳法）。为了计算方便，请让电极间距a、b远大于埋设深度h,一般应满足a、b>10h.测试电极宜采用直径不小于15mm的圆钢或25mm×25mm×4mm的角钢，其长度均不小于40cm。埋设好电极并接好线后即可开始测量。此时仪器要求输入电流极至电位极的距离a和两电位极间距b,若 b 值小于0.1m，仪器将退出测量。正确设置好上述电极间距参数后，仪器进入测试电流设置屏幕，设置好测试电流后，仪器开始测量。测量完毕，屏幕将直接显示出土壤电阻率。

若液晶屏上显示“测试电流偏小”或者“电位极接地电阻偏大或电压线断线”请参考第十二章（异常处理）。

十二、LYBDJ-II异常处理

若LYBDJ-II液晶屏上显示“测试电流偏小”，说明E、C间开路或阻抗过大，超出了异频电源的负载能力 ,致使异频电源输出电流过小。出现这种情况时，首先应检查接线是否牢靠，若还不能解决问题，则可尝试采用多个电流极并联或者向其周围泼水的方式降阻。若显示的电流值较小，未达到预期的数值（如1A），同样可采用上述的方法进行降阻。较大的测试电流利于抑制现场干扰。若液晶屏上显示“电位极接地电阻偏大或电压线断线”，说明接至仪器电压输入端子P1、P2的电压线有断线处或者电位极未良好接地。出现这种情况时，首先应检查电压输入线有无断线处，若还不能解决问题，则可尝试加深辅助电位极接地桩向其周围泼盐水来降低其接地电阻。

十三、LYBDJ-II注意事项

为了安全起见，LYBDJ-II供电电源应该具有地线。LYBDJ-II进行测试时，面板接线端子上可能会有100V以上的电压，使用时请勿触摸面板接线端子以及引线的裸露部分。电流极在测量时应有专人看管以防无关人员触电。

十四、LYBDJ-II装箱单

1、测试仪                       1台

2、电源线                       1根

3、连接线                       1套

4、接地桩                       4跟

5、备用保险管（3A）             5只

6、使用说明书                   1本