專利名稱：使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大地固有電阻測量，特別是涉及在配電工程施工作業(yè)中最基本的但是最容易被忽視的大地固有電阻測量中，只利用3電極法，不僅能夠測量接地電阻，也能夠測量大地固有電阻的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置及其方法。
背景技術(shù)：
—般地，在變電站接地、鐵塔接地等送變電系統(tǒng)的工程設(shè)計、施工時，作為求解大地固有電阻的方法有溫納(Wenner)的4電極法(1915年提出)。 但是，由于電極是4個以上(也有5個的)，安裝測量裝置不方便，而且，必須重復(fù)測量來求出平均值，根據(jù)電極的間隔不同大地固有電阻值也不相同，因此，4電極法對于測量大地固有電阻來說未必是合適的。因此，不適用于以接地棒為單位的配電工程的設(shè)計、施工，這次開發(fā)的配電用大地固有電阻測量器的優(yōu)點是能夠容易的測量埋設(shè)接地棒的地方的大地固有電阻。 在與送變電系統(tǒng)有關(guān)的接地工程中利用的4電極法，多次重復(fù)測量變電站接地、鐵塔接地等寬范圍的面積的大地固有電阻，并求出其平均值，但是，配電工程的現(xiàn)狀是，在其特性上，是以與埋設(shè)接地棒有關(guān)的非常小的面積為單位的工程，零散地涉及到較寬的范圍，利用4電極法是不方便的，因此現(xiàn)在基本不利用此方法。
圖1是基于以往的4電極法的大地固有電阻測量圖。 其中，cl c2是電源連接，pl p2是電位差測量，1是接地極的長度，a是接地極的電極間距離，V是電壓，I是電流。
益纟內(nèi)的4電極法(Wenner， s four electrode method)是弗蘭克 ？益纟內(nèi)(FrankWe皿er)在1915年發(fā)表的將4個電極按直線狀以相同間隔配置的方法，當(dāng)前，作為大地電阻率的測量方法，應(yīng)用得最多。 這是如圖1所示那樣，是將4個電極設(shè)置于大地，測量在兩側(cè)的外側(cè)的電極間流動的電流I和在內(nèi)側(cè)的2個電極間感應(yīng)的電壓V來計算出大地電阻率的方法。通過向外側(cè)的2個接地電極cl和c2之間提供電源，使電流流向大地，可以測量此時在內(nèi)側(cè)的2個接地電極pl和p2之間產(chǎn)生的電位差，根據(jù)V/I求出接地電阻R[ Q ]。而且，若將電極間隔設(shè)為a[m]，則可以根據(jù)下面的數(shù)學(xué)式l計算出大地電阻率P [Q.m]。
[數(shù)學(xué)式1]p= 2 ra' 7 這時，電阻R = V/I。而且，在測量用接地電極的埋設(shè)深度與電極間距離相比非常小的情況下，優(yōu)選適用4電極法(four electrode method)或4點法(four point method),因此，以a > 20d的條件測量大地電阻率是合適的。數(shù)學(xué)式1表示大體上深度是(0. 75 l)a的地點的土壤的平均大地電阻率(mean earth resistivity)。 計算與測量用電壓、電流接地電極cl、 c2、 pl、 p2的接地電阻無關(guān)的大地電阻率。若使電極間隔a增大，可以對測量用電流所浸透的深度的大地電阻率的平均值進行測量。如果在地中埋設(shè)有水道管或煤氣管等金屬管，測量用電流通過這些金屬導(dǎo)體而流動，所以會給測量帶來誤差。因此，為了使用4電極法正確地測量大地電阻率，優(yōu)選是使4電極排列方向和間隔變化來進行多次測量，并求出平均值。 圖2是表示一般的固有電阻(P)和電極間距離(a)的關(guān)系的曲線圖。如圖所示，根據(jù)電極間隔cl c2的間隔不同大地固有電阻值不同。 圖3是表示一般設(shè)計基準2601的大地固有電阻的表，圖4是表示一般的配電作業(yè)教材的大地固有電阻的表，圖5是表示一般的技術(shù)用語解說集(送變電領(lǐng)域)的大地固有電阻的表，圖6是表示電氣設(shè)備工業(yè)("大地電阻率和接地電阻"、平成4年7月)的大地固有電阻的表。 如圖3 圖6所示，在設(shè)計基準中明示的大地固有電阻是與土壤的種類相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)值，該數(shù)值的寬度較大，配電設(shè)計者難以適用。 只有在大地插入若干電極利用測量器來測量大地固有電阻的方法。 但是，在用途上，以往技術(shù)的4電極法，電極是4個以上，所以在配線時是不方便
的，而且，必須進行多次重復(fù)測量，適用于寬范圍的地域，相反，配電工程中，進行接地設(shè)計
和工程的單位設(shè)備與送變電設(shè)備相比其規(guī)模小，分散在各個地方，需要可以測量埋設(shè)接地
棒的單位場所的大地固有電阻，攜帶容易且測量便利的計量器具。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決上述以往的各問題而提出的。其目的是提供一種對于配電工程的施工作業(yè)中最基本的但是容易被忽視的大地固有電阻測量，只利用3電極法，不僅能夠測量接地電阻，也能夠測量大地固有電阻的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置及其方法。 本發(fā)明的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置，其特征在于，包括電源供給部，用于供給電源；螺旋式接地極，接受從所述電源供給部供給的電源，構(gòu)成為螺旋式，并用于基于3電極法的大地固有電阻的推定中；接地電阻值測量部，測量所述螺旋式接地極的接地電阻值；A/D轉(zhuǎn)換部，將利用所述接地電阻值測量部所測量的模擬接地電阻值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；3電極法推定部，利用所述A/D轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換出的接地電阻值，推定基于3電極法的大地固有電阻；顯示部，顯示所述3電極法推定部所推定的大地固有電阻。
另外，本發(fā)明的使用3電極的配電用大地固有電阻測量方法，其特征在于，包括以下步驟第一步驟，利用螺旋式接地極測量基于3電極法的接地電阻值；第二步驟，將在所述第一步驟中測量的模擬接地電阻值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字接地電阻值信號；第三步驟，使用在所述第二步驟中轉(zhuǎn)換的數(shù)字接地電阻值根據(jù)3電極法推定大地固有電阻。


圖1是基于以往的4電極法的大地固有電阻測量圖。 圖2是表示一般的固有電阻(P )和電極間距離(a)的關(guān)系曲線圖。 圖3是表示一般的設(shè)計基準2601的大地固有電阻的表。 圖4是表示一般的配電作業(yè)教材的大地固有電阻的表。
圖5是表示一般的技術(shù)用語解說集(送變電領(lǐng)域)的大地固有電阻的表。 圖6是表示電氣設(shè)備工業(yè)("大地電阻率和接地電阻"、平成4年7月)的大地固
有電阻的表。 圖7是本發(fā)明的一實施方式涉及的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置構(gòu)成方框圖。 圖8是表示圖7的螺旋式接地極的圖。 圖9是表示本發(fā)明的一實施方式涉及的使用3電極的配電用大地固有電阻測量方法流程圖。 圖10是表示使用本發(fā)明來測量大地固有電阻的例的測量圖。 圖11是表示利用本發(fā)明的3電極法逆運算大地固有電阻的例的表。 圖12是表示使用本發(fā)明的螺旋式、以往技術(shù)銅棒和以往技術(shù)的4電極法進行現(xiàn)場
實測的例的比較表。 圖13是圖12的大地固有電阻測量值的比較表。
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明進行如下詳細說明。 圖7是本發(fā)明的一實施方式涉及的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置的構(gòu)成方框圖，圖8是表示圖7的螺旋式接地極的圖。 如圖所示，其特征在于，包括電源供給部(10)，用于供給電源；螺旋式接地極(20)，接受從所述電源供給部(10)供給的電源，構(gòu)成為螺旋式，并用于基于3電極法的大地固有電阻的推定中；接地電阻值測量部(30)，測量所述螺旋式接地極(20)的接地電阻值；A/D(Analogto Digital,模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換部(40)，將利用所述接地電阻值測量部(30)測量的模擬接地電阻值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；3電極法推定部(50)，利用所述A/D轉(zhuǎn)換部(40)轉(zhuǎn)換的接地電阻值，推定基于3電極法的大地固有電阻；顯示部(60)，顯示所述3電極法推定部(50)推定的大地固有電阻。 所述螺旋式接地極(20)，其特征在于，其材質(zhì)是由機械構(gòu)造用炭素鋼材構(gòu)成。所述3電極法推定部(50)，其特征在于，是利用
<formula>formula see original document page 5</formula> 來推定大地固有電阻，其中，R是接地電阻(Q)，P是大地固有電阻(Qm)，L是所
述螺旋式接地極(20)的長度(m) ， d是所述螺旋式接地極(20)的直徑(m)。 圖9是表示本發(fā)明的一實施方式涉及的使用3電極的配電用大地固有電阻測量方
法的流程圖。 如圖所示，其特征在于，包括如下步驟第一步驟(ST1)，利用螺旋式接地極(20)測量基于3電極法的接地電阻值；第二步驟(ST2)，將在所述第一步驟中測量的模擬接地電阻值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字接地電阻值信號；第三步驟(ST3)，使用在所述第二步驟中轉(zhuǎn)換的數(shù)字接地電阻值利用3電極法來推定大地固有電阻。
所述第三步驟，其特征在于，利用
<formula>formula see original document page 5</formula>
推定大地固有電阻，其中，R是接地電阻(Q)，P是大地固有電阻(Qm)，L是所述 螺旋式接地極(20)的長度(m) ， d是所述螺旋式接地極(20)的直徑(m)。
如下對這樣構(gòu)成的本發(fā)明涉及的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置及 其方法優(yōu)選的實施方式進行詳細說明。 在以下對本發(fā)明的說明中，當(dāng)判斷為針對相關(guān)聯(lián)的公知功能或構(gòu)成的具體的說明 有可能使本發(fā)明的主旨不清楚的情況下，省略其詳細的說明。另外，后述的用語，是考慮本 發(fā)明的功能而定義的用語，根據(jù)用戶、操作者的意圖或慣例等而變化。因此，必須根據(jù)本說 明書全體的內(nèi)容來解釋各用語的意思。 首先，本發(fā)明，只利用3電極法，不僅測量接地電阻還測量大地固有電阻。
圖10是表示使用本發(fā)明測量大地固有電阻的例的測量圖。 首先，本發(fā)明，將螺旋式接地極(20)，以容易插入大地且可重復(fù)使用的方式制作成 螺旋式，材質(zhì)使用KSD3752(機械構(gòu)造用炭素鋼材)中規(guī)定的SM45C。第二，在現(xiàn)場將螺旋 式棒和接地銅棒插入大地，利用接地電阻計測量的接地電阻值，使用逆推定一般的基于接 地電阻實驗式的大地固有電阻的方法，對針對各接地極的大地固有電阻值進行相互比較分 析。第三，開發(fā)了將逆推定式反映在已有的數(shù)字接地電阻計中的兼有大地固有電阻測量功 能的測量器。 螺旋式接地極(20)的制作標準如下。
1)到螺旋終止地點的直線長度430mm
2)沿螺旋面長度1401mm
3)螺旋外徑25mm
4)螺旋內(nèi)徑12. 5mm 5)螺旋截面面積55030mm2( = 2JiXRXh = 2Ji XRX430)6)換算直徑40. 736mm(直線長度和截面面積一定)(=55030/ (2 ji X 430)) 另外，基于3電極法的大地固有電阻逆運算，如下面的數(shù)學(xué)式2。[數(shù)學(xué)式2]R = ttV" In 其中，R是接地電阻(Q ) ， P是大地固有電阻(Qm) ， L是所述螺旋式接地極(20) 的長度(m) ， d是所述螺旋式接地極(20)的直徑(m)。 另外，所述數(shù)學(xué)式2可以如下的數(shù)學(xué)式3那樣以大地固有電阻為中心進行變形。[數(shù)學(xué)式3]
=2兀L i
— , 4 L 例如，在施工用地內(nèi)打入接地棒(1 1000X U/14)的結(jié)果，在測量出各個電阻值 350 Q 、400 Q 、280 Q的情況下，可以根據(jù)如下的數(shù)學(xué)式4計算大地固有電阻。
[數(shù)學(xué)式4]<formula>formula see original document page 7</formula>
數(shù)學(xué)式4是電阻是350Q的情況。
圖11是表示利用本發(fā)明的3電極法逆運算大地固有電阻的例子的表。在圖11中， 了在電阻是350 Q 、400 Q 、280 Q的情況下逆運算出的大地固有電阻值。
另一方面，對利用本發(fā)明的螺旋式接地極并基于3電極法的大地固有電阻推定 于一般的接地實驗式的大地固有電阻值、和基于以往技術(shù)的4電極法的大地固有電 第1、基于一般的接地電阻實驗式的情況。 推定將一般配電用接地銅棒作為接地極的基于3電極法的大地固有電阻。 為了能重復(fù)進行w 14①1000mm標準的接地銅棒的設(shè)置和撤去并進行測量，以打入
700mm為條件。其中，1 = 0.7[m]、d = 0.014[m]。 *測量器模式數(shù)字接地電阻計TK-2040。 w大地固有電阻根據(jù)接地電阻一般式逆推定接地電阻值。 第2，基于以往技術(shù)的4電極法的大地固有電阻測量的情況。 *測量器模式Earth Insulator Tester (MI-2088) 、 METRELHor jul社。 w大地固有電阻基于4電極法的現(xiàn)場直接測量器(溫納的4電極法)。 第3、利用本發(fā)明的螺旋式接地極并基于3電極法的大地固有電阻推定的情況。 1吏用制作成40.736①430mm(適用換算直徑和直線長度)螺旋式的棒。其中，1
=0. 43[m]、d = 0. 040736 [m]。 *測量器模式數(shù)字接地電阻計TK-2040。 w大地固有電阻接地電阻一般式逆推定接地電阻值。 另外，大地固有電阻成為所述數(shù)學(xué)式3那樣。 圖12是表示使用本發(fā)明的螺旋式、以往技術(shù)的銅棒和以往技術(shù)的4電極法進行現(xiàn) 場實測的例子的比較表。 配電用大地固有電阻測量器和接地銅棒的比較結(jié)果如圖12所示，基于4電極法的 測量，由于接地棒單位不是小面積，所以只是作為參考。 其中，通過對現(xiàn)場實測結(jié)果進行分析，可以知道，本發(fā)明的螺旋式和一般的銅棒測 量值相關(guān)關(guān)系如下數(shù)學(xué)式5，大約為0. 8。 [數(shù)學(xué)式5] 另外，如根據(jù)圖12的結(jié)果表可知，針對要測量的接地棒單位的大地固有電阻測 量，如根據(jù)本發(fā)明的螺旋式和一般的銅棒的測量平均值可知那樣，幾乎在近似值內(nèi)相接近。
圖13是圖12的大地固有電阻測量值的比較表。 這樣，本發(fā)明，對于配電工程的施工作業(yè)中最基本的但是容易被忽視的大地固有 電阻測量，只利用3電極法，不僅能夠測量接地電阻，也能夠測量大地固有電阻。
以上，只是限定于本發(fā)明優(yōu)選的實施方式而進行的說明，本發(fā)明并不受此限定，可 以使用各種變化和變更以及均等物。因此，本發(fā)明可以對所述的實施方式進行適當(dāng)?shù)淖冃?而加以應(yīng)用，這樣的應(yīng)用只要是基于權(quán)利要求的范圍所記載的技術(shù)的思想，則應(yīng)該看成屬 于本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍。 本發(fā)明的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置及其方法，達到了如下的技 術(shù)效果，即，對于配電工程的施工作業(yè)中最基本的但是容易被忽視的大地固有電阻測量，只 利用3電極法，不僅能夠測量接地電阻，也能夠測量大地固有電阻。 對于開發(fā)配電用大地固有電阻測量器(3電極)，作為接地極，以能夠重復(fù)活用的 方式制作成螺旋式棒狀，并將逆推定的算法反映在數(shù)字接地電阻計中，可以使接地電阻和 大地固有電阻測量器兼用。 作為配電用大地固有電阻測量器開發(fā)的優(yōu)點，由于接地電阻計和大地固有電阻測 量功能的兼用，可以容易地活用，由于攜帶容易具有優(yōu)良的活用性，可以直接活用于提高配 電設(shè)計/工程施工質(zhì)量上。
8
權(quán)利要求
一種使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置，其特征在于，包括電源供給部，用于供給電源；螺旋式接地極，接受從所述電源供給部供給的電源，構(gòu)成為螺旋式，并用于基于3電極法的大地固有電阻的推定中；接地電阻值測量部，測量所述螺旋式接地極的接地電阻值；A/D轉(zhuǎn)換部，將用所述接地電阻值測量部所測量的模擬接地電阻值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；3電極法推定部，根據(jù)所述A/D轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換出的接地電阻值，推定基于3電極法的大地固有電阻；顯示部，顯示所述3電極法推定部所推定的大地固有電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置，其特征在于，所述螺旋式接地極的材質(zhì)是由機械構(gòu)造用炭素鋼材構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置，其特征在于，所述3電極法推定部，利用<formula>formula see original document page 2</formula>推定大地固有電阻，其中，R是接地電阻(Q)， p是大地固有電阻(Qm)，L是所述螺旋式接地極的長度(m) ， d是所述螺旋式接地極的直徑(m)。
4. 一種使用3電極的配電用大地固有電阻測量方法，其特征在于，包括以下步驟第一步驟，利用螺旋式接地極測量基于3電極法的接地電阻值；第二步驟，將在所述第一步驟中測量的模擬接地電阻值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字接地電阻值信號；第三步驟，使用在所述第二步驟中轉(zhuǎn)換出的數(shù)字接地電阻值根據(jù)3電極法推定大地固有電阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用3電極的配電用大地固有電阻測量方法，其特征在于，所述第三步驟，利用<formula>formula see original document page 0</formula>推定大地固有電阻，其中，R是接地電阻(Q)， p是大地固有電阻(Qm)，L是所述螺旋式接地極的長度(m) ， d是所述螺旋式接地極的直徑(m)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用3電極的配電用大地固有電阻測量裝置及其方法，包括電源供給部，用于供給電源；螺旋式接地極，接受從所述電源供給部供給的電源，構(gòu)成為螺旋式，并用于基于3電極法的大地固有電阻的推定中；接地電阻值測量部，測量所述螺旋式接地極的接地電阻值；A/D轉(zhuǎn)換部，將用所述接地電阻值測量部所測量的模擬接地電阻值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；3電極法推定部，根據(jù)所述A/D轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換出的接地電阻值，推定基于3電極法的大地固有電阻；顯示部，顯示所述3電極法推定部所推定的大地固有電阻。
文檔編號G01R27/20GK101750543SQ20081018018
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者黃修天 申請人:韓國電力公社