CN110456164A - 一种接地电阻测量装置及测量方法 - Google Patents

一种接地电阻测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种接地电阻测量装置，包括MCU主控模块、交流电流发生模块、工频干扰分流模块、接地电阻检验模块和采集模块，所述接地电阻检验模块通过内部继电器的开断形成基准校验模式、标准校验模式以及地阻检测模式三种工作模式，分别检测接地电阻检验模块无载荷、附加标准电阻和接地时的电压值，然后将结果发送至MCU主控模块计算得到测量地阻值；本发明还公开了一种接地电阻测量装置的测量方法，分别进行三次测量，根据U=I*R+U0分别得到偏差电压、实际电流，从而得到测量地阻值。本发明在进行地阻测量时先通过基准校验和标准校验，有效避免了温度变换对测量结果造成的影响。

Description

一种接地电阻测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及防雷技术领域，具体涉及一种接地电阻测量装置及测量方法。
背景技术
对于防雷装置来说，接地电阻合格与否是非常重要的。接地电阻的测量严格意义上是要将接地体与负载隔离的情况下进行，但是对于现有设备大多都是24小时运行，为了安全起见不可能也不允许与接地体断开，所以有负载时在实际测量过程中接地体上有工频电流、电压的干扰，对测量结果会造成干扰误差；另外测量人员技术因素也会造成测量误差。这也是目前接地电阻在线测量的难点所在。本接地电阻在线测量装置在输入与输出电路部分对干扰源进行滤波和等电位处理；另外随着土壤温度变化接地电阻也会随之变化（变化较小），同时地表温度的变化也会引起测量仪器半导体器件的参数发生改变（变化相对较大），从而导致测量误差，这种情况又叫温度漂移，温度漂移将会导致对接地电阻的实际测量不准确，目前对于温度漂移的解决方式都是在电桥的供电上，采用恒流源供电方式的补偿电路，但是由于制作工艺等原因，电桥中的电阻是不相等的，有零位输出。所以，即使采用恒流源的供电方式，仍会有一定的温度误差。本接地电阻在线测量装置是采用标准电阻匹对的方式解决温度漂移问题；再者，本接地电阻在线测量装置从使用安装说明书规范安装要求，避免技术因素测量误差。综上所述，本接地电阻在线测量装置从三方面入手解决在线测量难题及测量误差。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种能够避免温度漂移对接地电阻实际测量值造成影响的接地电阻测量装置，其具体内容如下：
一种接地电阻测量装置，包括MCU主控模块、交流电流发生模块、工频干扰分流模块、接地电阻检验模块和采集模块；所述接地电阻检验模块包括P极、C极、E极以及P1极、C1级、E1极，所述P1极和C1极分别通过金属探棒插接在大地上，所述 E1极接入待检测地网引出端上，所述P极与工频干扰分流模块连接，所述C极与交流电流发生模块连接，所述E极与地线连接，所述P极与P1极之间连接有第一开关，所述C极与C1极之间连接有第二开关，所述E极与E1极之间连接有第三开关，所述C极与E极之间连接有标准电阻，所述P极与C极之间连接有第四开关，所述C极与E极之间连接有第五开关，所述标准电阻通过串联第六开关接入E极与C极之间，所述接地电阻检验模块通过各开关的通断分别形成基准校验模式、标准校验模式以及地阻检测模式三种工作模式，所述基准校验模式下测量无载荷情况下接地电阻检验模块的电压值，所述标准校验模式下测量附加标准电阻时接地电阻检验模块的电压值，所述地阻检测模式下测量接地时接地电阻检验模块的电压值；所述交流电流发生模块与MCU主控模块连接，且交流电流发生模块给接地电阻检验模块提供一个恒定的高频交流电流，所述工频干扰分流模块与采集模块连接，工频干扰分流模块将工频干扰进行过滤，所述采集模块与MCU主控模块连接，采集模块将测量结果发送至MCU主控模块处理得到测量地阻的阻值。
进一步的，所述接地电阻检验模块处于基准校验模式下时，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第六开关均断开，所述第四开关与第五开关闭合。
进一步的，所述接地电阻检验模块处于标准校验模式下时，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第五开关均断开，所述第四开关与第六开关闭合。
进一步的，所述接地电阻检验模块处于地阻检测模式下时，所述第一开关、第二开关以及第三开关均闭合，所述第四开关、第五开关以及第六开关断开。
进一步的，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关以及第六开关均为继电器。
进一步的，所述交流电流发生模块包括比较器和电压电流转换器，所述比较器与电压电流转换器连接，比较器将MCU主控模块产生的脉冲信号转换成交流电压信号并传送至电压电流转换器，电压电流转换器将交流电压信号转换成交流电流信号。
进一步的，所述工频干扰分流模块包括滤波电路，所述滤波电路过滤工频50HZ的信号。
另外本发明还提供一种接地电阻测量装置的测量方法，具体包括如下步骤：
步骤一、通过交流电流发生模块给接地电阻检验模块提供恒定的高频交流电流；
步骤二、将接地电阻检验模块切换至基准校验模式，采集模块得到无负载状态下接地电阻检验模块的偏差电压值U0；
步骤三、将接地电阻检验模块切换至标准校验模式，采集模块得到附加标准电阻R1状态下接地电阻检验模块的标准电压值U1；
步骤四、将接地电阻检验模块切换至地阻检测模式，采集模块得到接地状态下接地电阻检验模块的实际电压值U；
步骤五、采集模块将步骤二、步骤三以及步骤四中得到的各电压值传送至MCU主控模块，MCU主控模块根据各电压值以及标准电阻值计算得到测量地阻R的阻值。
进一步的，所述步骤五中测量地阻R的阻值计算步骤如下：
S1、根据欧姆定律，在电流恒定的情况下，电路中电压与电阻符合线性关系，建立方程U=I*R+U0；
S2、将步骤二中标准电阻的阻值以及标准校验模式下测得的标准电压值代入S1中的方程中，得到U1=I*R1+U0，得到电路中的实际电流值I，I=（U1-U0）/R1；
S3、根据步骤四中测得的实际电压值以及S2中得到的实际电流值代入S1的方程中得到测量地阻R的阻值，R=（U-U0）*R1/（U1-U0）。
进一步的，所述步骤二、步骤三以及步骤四中采集模块采集电压前，通过工频干扰分流模块将50HZ的工频信号过滤。
有益效果：本发明通过将接地电阻检验模块分为基准校验模式、标准校验模式和地阻检测模式，在检测地阻阻值之前首先通过基准校验模式排除偏差电压的干扰，再通过标准校验模式的测量值计算得到实际电流，从而来计算地阻阻值。本发明测量地阻需要经过三次测量，每次得到的都是当前时间下的偏差电压和实际电流，并且三次测量之间时间间隔短，因此可以有效的排除温度漂移对测量带来的影响，得到的测量地阻值更加准确，并且本发明接地电阻检验模块的三种模式之间切换简单并利用工频干扰分流模块对工频和二次谐波进行过滤，实现了接地电阻的在线监测，易用于生产实践。
附图说明
图1为本发明具体实施例中接地电阻测量装置的结构框图；
图2为本发明具体实施例中接地电阻检验模块处于基准校验模式时的示意图；
图3为本发明具体实施例中接地电阻检验模块处于标准校验模式时的示意图；
图4为本发明具体实施例中接地电阻检验模块处于地阻检测模式时的示意图。
附图标记：1-第一开关；2-第二开关；3-第三开关；4-第四开关；5-第五开关；6-第六开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐述。
根据图1所示，一种接地电阻测量装置，包括MCU主控模块、交流电流发生模块、工频干扰分流模块、接地电阻检验模块以及采集模块，所述交流电流发生模块分别与MCU主控模块以及接地电阻检验模块连接，MCU主控模块为接地电阻检验模块提供恒定的高频交流电流，所述交流电流发生模块包括比较器和电压电流转换器，所述比较器与电压电流转换器连接，比较器将MCU主控模块产生的脉冲信号转换成交流电压信号并传送至电压电流转换器，电压电流转换器将交流电压信号转换成交流电流信号。所述工频干扰分流模块分别与采集模块和接地电阻检验模块连接，工频干扰分流模块包括一个滤波电路，将电路中频率为50~150HZ的低频信号过滤。由于地阻的实际检测环境中会存在低频信号的干扰，因此检测的电路通入高频电流，再通过工频干扰分流模块将低频信号过滤，得到的检测数据更加准确。
本发明所公开的接地电阻测量装置采用三级法进行地阻测量，如图2~4所示，所述接地电阻检验模块包括P极、C极和E极以及P1极、C1极和E1极，所述P极与P1极之间连接有第一开关1，所述C极与C1极之间连接有第二开关2，所述E极与E1极之间连接有第三开关3，所述C极与E极之间连接有标准电阻，所述P极与C极之间连接有第四开关4，所述C极与E极之间连接有第五开关5，所述标准电阻通过串联第六开关6接入E极与C极之间，上述开关均采用继电器。在进行地阻检测的过程中，所述 P1极和C1极分别通过金属探棒插接在大地上， E1极接入待检测地网引出端上；所述 P极为电压极并与工频干扰分流模块连接，将接地电阻检验模块产生的电压信号传递至工频干扰分流模块，C极为电流极并与交流电流发生模块连接，接收交流电流发生模块提供的电流，所述E极为接地极，E极与地线连接。
通过继电器的开断状态将接地电阻检验模块分为基准校验模式、标准校验模式以及地阻检测模式三种工作模式，当接地电阻检验模块处于基准校验模式下时，如图2所示，所述第一开关1、第二开关2、第三开关3以及第六开关6均断开，所述第四开关4与第五开关5闭合，C极与E极之间形成回路，此时采集模块所测量的结果为无外加负载时的电压值。所述接地电阻检验模块处于标准校验模式下时，如图3所示，所述第一开关1、第二开关2、第三开关3以及第五开关5均断开，所述第四开关4与第六开关6闭合，C极、标准电阻至E极之间形成回路，此时采集模块所测量的结果为以标准电阻为外加负载时的电压值。所述接地电阻检验模块处于地阻检测模式下时，如图4所示，所述第一开关1、第二开关2以及第三开关3均闭合，所述第四开关4、第五开关5以及第六开关6断开，C极、大地至E极之间形成回路，此时采集模块所测量的结果为接地时的电压值。所述MCU主控模块还包括一个通信接口，MCU主控模块通过通信接口与远程通信装置连接，所述采集模块与MCU主控模块连接，采集模块将测量结果发送至MCU主控模块处理得到测量地阻的阻值，MCU主控模块将结果发送至远程通信装置。
本发明还提供了一种接地电阻测量装置的测量方法，具体包括如下步骤：
步骤一、通过交流电流发生模块给接地电阻检验模块提供恒定的高频交流电流；
步骤二、将接地电阻检验模块切换至基准校验模式，采集模块得到无负载状态下接地电阻检验模块的偏差电压值U0；
步骤三、将接地电阻检验模块切换至标准校验模式，采集模块得到附加标准电阻R1状态下接地电阻检验模块的标准电压值U1；
步骤四、将接地电阻检验模块切换至地阻检测模式，采集模块得到接地状态下接地电阻检验模块的实际电压值U；
步骤五、采集模块将步骤二、步骤三以及步骤四中得到的各电压值传送至MCU主控模块，MCU主控模块根据各电压值以及标准电阻值计算得到测量地阻R的阻值。
根据欧姆定律在外部电阻上加一个标准电路产生的电压降就是与电阻值成正比例的值。U=IR，当外部电阻为0时，理论上测量到的电压值应该是0V，但是由于电路具有一定的离散型，不可能到绝对的0V，假设外部电阻为0的时候有一个固定的电压偏差U0，当我们采用基准校验时，就是把外部的电阻短路后测量电压，这个值就是U0，这里就是我们所说的基准偏差，那么整个测量电路不管加什么外部阻型负载，电压和电阻是呈线性关系的，因此在上述步骤五中测量地阻R阻值的计算过程如下：
S1、根据欧姆定律，在电流恒定的情况下，电路中电压与电阻符合线性关系，建立方程U=I*R+U0；
S2、将步骤二中标准电阻的阻值以及标准校验模式下测得的标准电压值代入S1中的方程中，得到U1=I*R1+U0，得到电路中的实际电流值I，I=（U1-U0）/R1；
S3、根据步骤四中测得的实际电压值以及S2中得到的实际电流值代入S1的方程中得到测量地阻R的阻值，R=（U-U0）*R1/（U1-U0）。
进一步的，所述步骤二、步骤三以及步骤四中采集模块采集电压前，通过工频干扰分流模块将50~150HZ的工频信号过滤。
本发明所公开的接地电阻测量装置和测量方法，在进行地阻测量时，通过了基准校验模式和标准校验模式，有效避免了温度变化对测量结果的影响，并且接地电阻测量装置中接地电阻检验模块的三种模式切换结构巧妙，易用于生产实践。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种接地电阻测量装置，包括MCU主控模块、交流电流发生模块、工频干扰分流模块、接地电阻检验模块和采集模块；其特征在于，所述接地电阻检验模块包括P极、C极、E极以及P1极、C1级、E1极，所述P1极和C1极分别通过金属探棒插接在大地上，所述 E1极接入待检测地网引出端上，所述P极与工频干扰分流模块连接，所述C极与交流电流发生模块连接，所述E极与地线连接，所述P极与P1极之间连接有第一开关，所述C极与C1极之间连接有第二开关，所述E极与E1极之间连接有第三开关，所述C极与E极之间连接有标准电阻，所述P极与C极之间连接有第四开关，所述C极与E极之间连接有第五开关，所述标准电阻通过串联第六开关接入C极与E极之间，所述接地电阻检验模块通过各开关的通断分别形成基准校验模式、标准校验模式以及地阻检测模式三种工作模式，所述基准校验模式下测量无载荷情况下接地电阻检验模块的电压值，所述标准校验模式下测量附加标准电阻时接地电阻检验模块的电压值，所述地阻检测模式下测量接地时接地电阻检验模块的电压值；所述交流电流发生模块与MCU主控模块连接，且交流电流发生模块给接地电阻检验模块提供一个恒定的高频交流电流，所述工频干扰分流模块与采集模块连接，工频干扰分流模块将工频干扰进行过滤，所述采集模块与MCU主控模块连接，采集模块将测量结果发送至MCU主控模块处理得到测量地阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的一种接地电阻测量装置，其特征在于，所述接地电阻检验模块处于基准校验模式下时，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第六开关均断开，所述第四开关与第五开关闭合。
3.根据权利要求1所述的一种接地电阻测量装置，其特征在于，所述接地电阻检验模块处于标准校验模式下时，所述第一开关、第二开关、第三开关以及第五开关均断开，所述第四开关与第六开关闭合。
4.根据权利要求1所述的一种接地电阻测量装置，其特征在于，所述接地电阻检验模块处于地阻检测模式下时，所述第一开关、第二开关以及第三开关均闭合，所述第四开关、第五开关以及第六开关断开。
5.根据权利要求1所述的一种接地电阻测量装置，其特征在于，所述交流电流发生模块包括比较器和电压电流转换器，所述比较器与电压电流转换器连接，比较器将MCU主控模块产生的脉冲信号转换成交流电压信号并传送至电压电流转换器，电压电流转换器将交流电压信号转换成交流电流信号。
6.根据权利要求1所述的一种接地电阻测量装置，其特征在于，所述工频干扰分流模块包括滤波电路，所述滤波电路过滤工频50HZ的信号。
7.一种使用权利要求1~6任一项所述的接地电阻测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过交流电流发生模块给接地电阻检验模块提供恒定的高频交流电流；
步骤二、将接地电阻检验模块切换至基准校验模式，采集模块得到无负载状态下接地电阻检验模块的偏差电压值U0；
步骤三、将接地电阻检验模块切换至标准校验模式，采集模块得到附加标准电阻R1状态下接地电阻检验模块的标准电压值U1；
步骤四、将接地电阻检验模块切换至地阻检测模式，采集模块得到接地状态下接地电阻检验模块的实际电压值U；
步骤五、采集模块将步骤二、步骤三以及步骤四中得到的各电压值传送至MCU主控模块，MCU主控模块根据各电压值以及标准电阻值计算得到测量地阻R的阻值。
8.根据权利要求7所述的一种接地电阻测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤五中测量地阻R的阻值计算步骤如下：
S1、根据欧姆定律，在电流恒定的情况下，电路中电压与电阻符合线性关系，建立方程U=I*R+U0；
S2、将步骤二中标准电阻的阻值以及标准校验模式下测得的标准电压值代入S1中的方程中，得到U1=I*R1+U0，得到电路中的实际电流值I，I=（U1-U0）/R1；
S3、根据步骤四中测得的实际电压值以及S2中得到的实际电流值代入S1的方程中得到测量地阻R的阻值，R=（U-U0）*R1/（U1-U0）。
9.根据权利要求7所述的一种接地电阻测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤二、步骤三以及步骤四中采集模块采集电压前，通过工频干扰分流模块将50HZ的工频信号过滤。
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