高电压综合实验报告(7)

Re?Uj Ie式中 Re — 接地电阻；

Ie — 接地电流；

Uj — 接地体对接地体无穷远处的电压。

图1 接地电阻和土壤电阻率的测量接线图

(a)接地电阻的测量 (b)土壤电阻率的测量

G－接地装置；P－电压极；C－电流极；d12－电压极与接地极间的距离；d13－电流极与接地极间的距离；

a－极间距离。

因此，为了测量接地电阻，首先要给接地体注入一定的电流，这就需要设置一个可提供电流回路的电流极，如图1(a)中的“C”，并用电流表测出该电流。为了用电压表测出接地体的电位，则需要一个处于零电位面上的电压极，如图1(a)中的“P”。这样测量接地电阻的方法通常称为电流电压表法。

由于受到现场地理件的限制，电流极和电压极的引线都不可能为无穷远。经理论分析和实验研究表明，只要电流极处于离接地体（4~5）D（D为接地体等值半径或接地网的最大对角线长度）的地方，电压位于离接地体（0.5~0.6）d13（d13为接地体与电流极之间距离）的地方，测量误差可在10%以内，这在工程上是可以接受的。

对大中型发、变电站接地电阻的测量普遍采用上述的电流电压表法。此时，可用厂用（或站用）配电变压器作为电源，电源电压为380V。为了能在低电压下获得尽可能大的测量电流（规程建议大于20A），则要求电流极的接地电阻（又称为辅助接地电阻）不能过大，最好在10 ?以下，同时还要考虑电流极引线的截面积。电压测量宜采用高内阻电压表，比如数字万用表。这时对电压极的接线电阻不作严格要求，只打一根测量电极即可。

对小型发、变电站和输电线路杆塔及独立避雷器接地电阻的测量，可以使用接地电阻测试仪。它采用手摇发电机作电源，因此在使用时要求转速匀速，约为120r/min。国产ZC-8

型接地摇表是一种电位计型接地电阻测试仪，它具有四个接线端钮，既可以用来测量接地电阻，又可用来测量土壤电阻率。当用其测量接地电阻时，如图1(a)所示，将图中的“C2”与“P2”两接线端钮用连接片短接即可。该仪器具有相敏整流器，以便将交流发电机发出的交流电压转换成检流计所需的直流电压，并可消除地中工频杂散电流对测量的影响。此外，在仪表的电压出线P1的回路还串接了一个电容C，用以隔断直流。

土壤电阻率是表征大地电学性质的重要参数之一，是决定接地电阻大小的主要因素。它依据土壤的类型、土壤中所含水分多少及性质而在很大范围内变化。由于实际情况的复杂性，土壤电阻率的确定主要靠实测。其测量方法有两种：三极法和四极法。

三极法是按接地体的接地电阻计算公式来反映土壤电阻率?的方法。它的最大缺点是在接地电阻Re的测量中包括了接地极与土壤间的接地电阻，后者又和接地极与土壤接触的紧密程度关系很大，因此，在使用三极法时往往会有较大的误差。另外，利用有关公式进行反推时，还需知道被测接地体的具体尺寸，才能推算出具体结果。

四极法是采用四根电极，每根电极的长度一般为50cm，其中两根电极作为电流极，另外两根电极作为电压极，如图1(b)所示。此法在现场测量中广泛应用。

在均匀土壤中，用四极法在不同间距a下所测的土壤电阻率?值相同，其测量值即为土壤电阻率?的实际值。但在不均匀土壤中，用四极法在不同间距a下测得的土壤电阻率不再是土壤的实际电阻率，而是代表地表面至对应深度（与相应的a对应）的地中土壤电阻率，必须将各测量值进行换算、处理，才能得到一个综合值，该综合值称为视在土壤电阻率，用?a表示。

将不同间距ai下测出的?a值，做出?i=f（ai）的关系曲线，可以对地下物质的属性做出定性地判断。

四、 实验装置和接线图

1．实验装置：避雷针（现场），接地摇表（ZC-8型）一块，导线2×100m，长度为50cm的接地电极4根，细砂布一张，铁榔头一个。

2．ZC-8接地摇表工作原理图：

图2 接地摇表工作原理图

ZC-8型接地电阻测量仪是按补偿法的原理制成的，内附手摇交流发电机作为电源，其工作原理如图所示。图（2）中，TA是电流互感器，F是手摇交流发电机，Z是机械整流器或相敏整流放大器，S是量程转换开关，G是检流计，Rs是电位器。该表具有3个接地端钮，它们分别是接地端钮E（E端钮是由电位辅助端钮P2和电流辅助端钮C2在仪表内部短接而成）、电位端钮P1以及电流端钮C1。各端钮分别按规定的距离通过探针插入地中，测量接于E、P1两端钮之间的土壤电阻。为了扩大量程，电路中接有两组不同的分流电阻R1～R3以及R5～R8,用以实现对电流互感器的二次电流I2以及检流计支路的三挡分流。分流电阻的切换利用量程转换开关S完成，对应于转换开关有三个挡位，它们分别是0～1Ω．1～10Ω和10～100Ω。

五、 实验步骤

1. 避雷针接地电阻的测量

1) 选择一根避雷针（如教学大楼的避雷针），用ZC-8型接地摇表测量其接地电阻值。 2) 取电压极接线20m，电流极接线40m，连接被测接地体的引线4m，按图1(a)接线。 3) 将仪表水平放置，并熟悉其使用说明书。检查检流计指针是否指在中心线上，否则通过零位调节，使其调整到中心线上。

4) 适当选择“倍率标度”，慢慢转动摇表的摇柄，同时转动“测量标度盘”，使指针接近中心线，然后加快摇速，且控制在120r/min，精确调整“测量标度盘”，使指针指在中心线上。

5) 用“测量标度盘”的读数乘以“倍率标度”的倍数，即得到所测接地体的接地电阻值。

6) 移动电压极的位置（改变d12，每次移动5% d13的距离），测量相应的接地电阻值。 2. 土地电阻率的测量

1) 用ZC-8型接地摇表，按图1(b)接线，用四极法测量土壤电阻率?0。极间距离分别取5m、10m、20m；电极打入地中的深度不应超过a/20（m）。

2) 接地摇表的使用步骤与测量接地电阻时相同。所测土壤电阻率为

?0=2πaR（Ω·m）

式中 R——接地摇表的读数（Ω）； a——电极间的距离（m）。

3) 依次改变电极间的距离a，测量相应的?i值。

六、 实验报告要求

1. 绘制改变电压极距离d12与所测接地电阻Re的关系曲线Re =f（d12），并分析之。 2. 作出?0=f（a）的关系曲线，并分析ρ的测量结果。

3. 利用避雷针接地电阻的测量值Re算出的土壤电阻率与四极法的测量结果比较，并分析二者的差异。

七、 实验注意事项

1. 使用接地电阻测试仪时，按顺时针方向以120r/min的转速均匀地摇动手柄，读出稳定值。

2. 布置测量线时，应向开阔地带布线，不得跨入其它建筑物的接地范围内，以免影响测量结果。

3. 禁止在有雷电或试物带电的情况下进行测量。

八、 思考题

1. 测量土壤电阻率的方法有哪些？各有什么特点？ 2. 影响接地电阻测量值的因素有哪些？

实验六 液体电介质的击穿

一. 实验目的

了解工程用液体电介质的击穿过程。

二. 实验内容及要求

1．测量不同变压器油的工频耐受电压值，观察“小桥”击穿现象，掌握“小桥”击

穿理论。

2．加入极间障，测量相应情况下变压器油的工频耐受电压值，了解极间障的作用。 3．回答思考题

三. 实验装置及接线图：

K：开关 T1：调压器

T2：变压器 V：电压表（静电电压表） V1：测量回路电压表 R：保护电阻

四. 实验步骤及方法

1、 按照接线图接线，检查各个设备接线是否正确。

2、 往油杯中倒入纯净的变压器油，调节电极之间距离为2.5mm，缓慢升压，直到电

极之间发生击穿，记录击穿电压值，计算击穿场强。

3、 将极间障放置在电极之间，缓慢升压至略高于步骤2中击穿电压值，观察电极之

间是否发生击穿。

4、 调整油杯内的电极之间的距离为1cm，投入少量纸屑。

5、 缓慢升压，观察油杯内的纸屑运动情况。

6、 当电极之间形成碳黑色通道的时候，记录此刻的击穿电压值，计算击穿场强。 7、 将极间障放置在电极之间，重复步骤3－4。 8、 整理仪器设备。

五. 实验结果及分析

击穿电压 试品种类 无屏障 加入屏障 （高于击穿电压20％时） 无屏障 加入屏障 过程描述 纯净变压器油 含杂质的 变压器油 结论

六. 注意事项

1．试验之前一定要检查接地端是否可靠。 2．升压过程中细心观察油杯内的变化。

七. 思考题

１．影响液体电介质击穿电压的几个主要因素。 ２．如何提高液体电介质击穿电压。

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