JPH0644024B2 - 接地抵抗測定装置 - Google Patents

接地抵抗測定装置

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JPH0644024B2
JPH0644024B2 JP21908087A JP21908087A JPH0644024B2 JP H0644024 B2 JPH0644024 B2 JP H0644024B2 JP 21908087 A JP21908087 A JP 21908087A JP 21908087 A JP21908087 A JP 21908087A JP H0644024 B2 JPH0644024 B2 JP H0644024B2
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禮三 賀谷
光夫 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、接地抵抗測定装置に係り、特に発電所、変電
所等の大形電気施設に敷設される接地抵抗を測定する接
地抵抗測定装置に関する。
(従来の技術) 電気施設には公衆の保安や、機器の保護のため、接地電
極を備えることが義務づけられており、詳細は電気設備
技術基準により定められている。この接地電極の接地抵
抗は、電気施設の大小により定められており、小さな施
設にあっては単に接地棒を大地に差込む程度の簡単なも
ので十分にその目的を達することができるが、大きな電
気施設では地中のある深さに数百メートルから数千メー
トルの導体、網目状の金網、更にはこれらの組合わせを
したものを備えなければその目的を達することができな
いものもある。
ところでこのような接地抵抗を測定するには大地を流れ
る電流と地表面上の電圧分布により算出されるため、誤
差が生じ易い。そのため電気施設に応じて近似値を求め
るための種々の測定方法がとられており小さな施設にあ
っては直読式接地抵抗計により、また大きな施設では電
圧降下法による測定が採用されている。
これら測定法の概略を説明する。
まず第7図の直読式接地抵抗計について説明する。この
接地抵抗計が使われるものとしては数キロワットの電動機
か、変圧器のように比較的に小さな電気施設である。こ
れに敷設される接地電極も簡単な板金状の被測定接地電
極10を用いる。この被測定接地電極10には約10m
の間隔をおいて電圧検出用補助電極11と電流供給用補
助電極12を設ける。これら電極10、11、12に
は、電源13、変流器14、可変抵抗15、整流器1
6、直流検流器17、直流阻止用コンデンサ18により
構成した直読式接地抵抗計19の接地端子20を被測定
接地電極10に、接地端子21を電圧検出用補助電極1
1に、また接地端子22を電流供給用補助電極12に夫
々接続したものである。
この直読式接地抵抗計19で接地抵抗を測定するには、
電源13を付勢し、可変抵抗15を調整し、直流検流器
17の指針が零の値を示すダイヤル目盛りを読めばその
値が接地抵抗を示すようになっており、作業者が簡単に
かつほぼ正確に測定できる。
しかしながら水力、火力、原子力の発電所や、超高圧変
電所では、電気施設が大きいのとその接地抵抗が小さい
ため電圧降下法により接地抵抗を測定する。この方法に
よる測定は第8図、第9図および第10図に示すような
ものである。
まず第8図において被測定接地電極30としては大地中
のある深さのところに数百メートルから数千メートルの
導体か、金網を埋設する。この被測定接地電極30から
数百メートルの距離をおいて電流供給用補助電極31を
設けると共にこれ等を結ぶ直線の間に移動自在な電圧検
出用補助電極32を配設する。しかしてこれら電極3
0、31、32は、電源回路に接続する。即ち、電源3
3を絶縁変圧器34の一次巻線に接続し、その二次巻線
には、巻線の端子を切替可能にした切替スイッチ35を
接続する。この切替スイッチ35の一方の端子35aに
は前記被測定接地電極30と電圧計36を介して前記電
圧検出用補助電極22を夫々接続する。また切替スイッ
チ35の他方の端子35bには電流計37を介して前記
電流供給用補助電極31を接続したものである。
このように構成した電圧降下法による測定法は、切替ス
イッチ35を図における上方例えば絶縁変圧器の上方の
巻線側に倒し被測定接地電極30と電流供給用補助電極
31との間に電流Iを流す。次に電圧検出用補助電極3
2を被測定接地電極30と電流供給用補助電極31との
間で移動させ被測定接地電極30の零電圧の位置(電圧
変動の少ない場所)を捜し、この位置で電圧計36によ
り、その電圧Vs1を測定する。
また切替スイッチ35を図における下方側例えば絶縁変
圧器34の下方の巻線側に倒し被測定接地電極30と電
流供給用補助電極31との間に前と反対の方向に電流を
流し電流計37でその電流Iを測定する。この電流Iを
測定している間、電圧検出用補助電極32を被測定接地
電極30と電流供給用補助電極31との間で前述のよう
に移動させ零電圧の位置を捜し、その位置で電圧計36
により、電圧Vs2を測定する。
しかして上記電圧計36で測定した電圧Vs1とVs2には
夫々大地の浮遊電圧Vo を含んでいる。この浮遊電圧V
o は電流供給用補助電極31から被測定接地電極30に
電流を流していないときに電圧検出用補助電極32に生
じる電圧であるから、ある位相をもっている。そのため
この電圧Vs1およびVs2は、真の電圧Vs0と浮遊電圧V
o の合成電圧と考えるからこれをベクトルで示すと第1
0図のようになる。これをベクトル図に従って補正計算
をすると下式の通りである。
これらの電圧Vsoと前記電流Iから抵抗値Rを計算によ
り求める。
このようにして電流供給用補助電極31に沿って順次抵
抗値Rを求めたものを第9図で示した。この図は横軸を
距離「m」、縦軸を抵抗値「R」にとつた特性曲線であ
る。この結果、抵抗値が比較的一定な水平部R1〜R2
の部分が被測定接地電極30の電圧の影響を受けない真
の抵抗値Rであるとされている。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来の接地抵抗の測定は、比較的単純なもの
は直読式接地抵抗計で測定し、これにより概略値を得
る。しかし大きな電気施設では電圧降下法を用いて測定
しているが電流供給用補助電極を流れる電流によって生
じる誘導電圧あるいは大地中に存在する浮遊電圧の影響
を絶えず考慮し、これを補正しながら計算しなければな
らないが誘導電圧の補正計算が複雑であるので誘導電圧
の補正は不可能であった。
本発明は、これらの事項を考慮して誘導電圧を除去する
ようにして接地抵抗を測定し、補正計算を容易にするよ
うにしたものである。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明は、大きな電気施設に敷設される接地電極の接地
抵抗を測定するものであって少なくとも1本の比較的に
長い導体または金網を地中に埋設してなる被測定接地電
極と、この被測定接地電極から所定の距離をもって配設
され、この被測定接地電極との間に所定の電流を流す電
流供給用補助電極と、この電流供給用補助電極と前記被
測定接地電極との間に配設され、前記被測定接地電極と
前記電流供給用補助電極との間を流れる電流による電圧
を測定する電圧検出用補助電極と、前記電流供給用補助
電極を流れる電流と前記電圧検出用補助電極との間に生
じる電圧の位相を測定する測定装置とをそなえ、前記電
流供給用補助電極から前記被測定接地電極に流れる電流
によって電圧検出用補助電極に生じる誘導電圧と大地浮
遊電圧の影響を除去して接地抵抗を測定するようにした
ものである。
また少なくとも1本の比較的に長い導体または金網を地
中に埋設してなる被測定接地電極と、この被測定接地電
極から所定の距離をもって配設され、この被測定接地電
極との間に所定の電流を流す電流供給用補助電極と、こ
の電流供給用補助電極と前記被測定接地電極との間に配
設され、前記被測定接地電極と前記電流供給用補助電極
との間を流れる電流によって生じる電圧を測定する電圧
検出用補助電極とをそなえ、前記電圧検出用補助電極が
前記電流供給用補助電極から前記被測定接地電極または
その逆に流れる電流による誘導電圧の影響を少なくする
ように前記電圧検出用補助電極または前記電流供給用補
助電極からほぼ90度の角度をもって導電線を接続し、
これに前記電流供給用補助電極または前記電圧検出用補
助電極を接続して接地抵抗を測定するようにしたもので
ある。
(作 用) 電源に絶縁変圧器を接続し、この出力を切替スイッチを
介して地中に埋設した被測定接地電極と、この被測定接
地電極から所定の距離をもって配設した電流供給用補助
電極とに印加して大地に電流を流し、その電流を測定す
る。この被測定接地電極と電流供給用補助電極との間に
は移動自在な電圧検出用補助電極を設け、前記電流によ
って生じる電圧を測定する。これら電流回路と電圧回路
には電流と電圧の位相を測定する位相計、例えば2現象
オッシロスコープを設け、これでその位相を測定する。
これら電流、電圧および位相値を補正計算し電圧検出用
補助電極に生じる誘導電圧と大地浮遊電圧の影響を除去
して接地抵抗を測定する。
また電圧検出用補助電極を導く導電線を電流供給用補助
電極から離間するか電流供給用補助電極を導く導電線を
電圧検出用補助電極から離間し、これら相互に誘導電圧
が生じないようにして接地抵抗を測定する。
(実施例) 以下図面について本発明の実施例について説明する。先
ず第1図から第3図の2現象オッシロスコープを使用す
るものについて説明する。
第1図において50は、適当な交流電源であって、その
両端子を絶縁変圧器51の一次巻線52に接続する。こ
の絶縁変圧器51の二次巻線53を切替スイッチ54の
中央部端子54a,54bに接続する。この中央部端子
54a,54bには可動要素55を設け、上方側端子5
6a,56bと下方側端子57a,57bを交互に切替
え接続できるようにしている。この端子57aには導
線、計器用抵抗58を介して被測定接地電極59を接続
する。この被測定接地電極59としては地中に埋設した
比較的長い導体例えば数百メートルの放射状に配列した
電線か、または数百メートルの電線を網目状に配列した
ものである。この被測定接地電極59と計器用抵抗58
との中間から導線、電圧計60、導線を介して移動自在
の電圧検出用補助電極61を接続する。さらに端子57
bには導線、電流計62を介して電流供給用補助電極6
3を接続する。しかして電流供給用補助電極63は被測
定接地電極59から通常数百メートルから数千メートル
離れた位置に配置する。
この電気回路における計器用抵抗58の両端と、計器用
抵抗58および電圧計60の直列回路の両端には電流波
形、電圧波形とその位相を検出する測定器、例えば2現
象オッシロスコープ64を接続する。
このように構成した回路において接地抵抗を測定するに
は次のようにする。先ず可動要素55の切替操作によっ
て、切替スイッチ54を上方側端子56a,56bに接
続する。そして電源50を付勢すれば、絶縁変圧器5
1、切替スイッチ54、電流計62、電流供給用補助電
極63、大地E、被測定接地電極59、計器用抵抗58
を介して切替スイッチ54に至る大地帰路の第1の電流
Iを流し、その電流を電流計62で測定する。この第1
の電流Iが流れた状態で電圧計60により第1の方向の
電圧Vs1を測定する。この電流Iと電圧Vs1とを測定す
るときに2現象オッシロスコープ64によりその電流I
と電圧Vs1との位相β1 も測定する。
次に可動要素55を切替えて切替スイッチ54を下方側
端子57a,57bに接続し、前記とは逆に大地帰路の
第2の電流Iを被測定接地電極60から電流供給用補助
電極67に流し、これを電流計62でその電流Iを測定
すると共に電圧計60により第2の方向の電圧Vs2を測
定する。また2現象オッシロスコープ64によりその電
流Iと電圧Vs2との位相β2 も測定する。
このようにして測定した電圧Vs1とVs2とは大地帰路の
電流による誘導電圧および大地浮遊電圧を含んだもので
ある。即ち電流供給用補助電極63から大地Eを通り被
測定接地電極59に流れる電流Iにより電圧検出用補助
電極61には一般にVi=jωMLIの誘導電圧が誘起
される。ここにおいて、Viは誘導電圧、ω(=2π
f)は角速度、Mは電磁誘導係数、Lは被測定接地電極
59と電流供給用補助電極63との距離、Iは被測定接
地電極59から電流供給用補助電極63または電流供給
用補助電極63から被測定接地電極59に流れる電流で
ある。
これらの関係をベクトル図により示したものが第2図で
ある。このベクトル図において電圧検出用補助電極61
に生じる真の電圧をVsoとする。この電圧Vsoは、絶縁
変圧器51の巻線方向を交互にかえるから「±」方向の
電圧として現れる。また誘導電圧はVi=jωMLIと
する。この誘導電圧もまた絶縁変圧器51の巻線方向を
交互にかえるから「±」方向の電圧として現れ、かつ真
の電圧Vsoと90゜の位相差を生じる。大地浮遊電圧V
o は、前述の電流供給用補助電極63から大地Eを通り
被測定接地電極59に流れる電流Iがない場合の電圧検
出用補助電極61に生じる電圧であるから誘導性と抵抗
性を有するものと考えられ、その位相角度をθとする。
これらの結果真の電圧Vsoはベクトル図から次のように
表わせる。
Vso=Vs1cos β1 −Vo cos θ… (2) Vso=Vs2cos β2 +Vo cos θ… (3) (2)、(3)式を相加え整理すると 2Vso=Vs1cos β1 +Vs2cos β2 … (4) 故に Vso=1/2 ・(Vs1cos β1 +Vs2cos β2 )…
(5) となり、電圧計60により測定した二方向の電圧Vs1と
Vs2と2現象オッシロスコープ64により測定した二方
向の電圧Vs1と電流I、電圧Vs2と電流Iの位相β1 、
β2 を求めれば計算により真の電圧値Vsoを知ることが
できる。この真の電圧値Vsoと電流Iとの比から接地抵
抗Rを求めることができる。
R=Vso/I= 1/2I・(Vs1cos β1 +Vs2cos β2 )… (6) なお第3図は、横軸を時間、縦軸を電流値および電圧値
とした電流波形および電圧波形である。
これらの結果、電圧計、電流計および2現象オッシロス
コープのような位相計によって基本的な値を測定し、こ
れを基に作業者が計算すれば誘導電圧と浮遊電圧の影響
を削除したかたちでほぼ正確に接地抵抗を求めることが
できる。
第4図は、他の実施例を示すものである。ここにおいて
電源70、絶縁変圧器71、切替スイッチ72および被
測定接地電極73の関係は、第1図で示したものと同様
である。
この回路構成において電流供給用補助電極74を導く導
電線と電圧検出用補助電極75を導く導電線の配置関係
を電磁誘導が少なくかつ接地抵抗の測定に誤差が生じな
いように選ばなければならない。この配置方法は電流供
給用補助電極74に対して電圧検出用補助電極75を
(1) 0゜の方向に配置する方法、(2) 90゜の
方向に配置する方法、(3) 180゜の方向に配置す
る方法が考えられる。即ち、 (1) 0゜方向に配置する方法は、電流供給用補助電
極74と電圧検出用補助電極75とが被接地電極73に
対して直線上にあるため電圧対電流の比、即ち抵抗値の
測定としては理想的であるが、両電極の導電線が接近し
て平行しているため電磁誘導電圧の影響が大きくなって
しまう。これは前記電圧降下法の従来の例で説明した。
(2) 90゜方向に配置する方法は、被接地電極73
と電流供給用補助電極74を結ぶ0゜方向に対し電圧検
出用補助電極75を90゜方向に配設するため、電流供
給用補助電極74に流れる電流による電圧検出用補助電
極75の導電線への電磁誘導の影響は少なくなるが、9
0゜方向では接地抵抗への真値が得られないが理論的に
証明されているので誤差を生じる。
(3) 180゜方向に配置する方法は、電流供給用補
助電極74と電圧検出用補助電極75とを逆方向に配設
するため電流供給用補助電極74と電圧検出用補助電極
75との相互関係はなくなる。そのため電磁誘導電圧の
影響は少なくなるが180゜方向では、接地抵抗の真値
が得られないことが理論的に証明されているので誤差を
生じる。しかし電磁誘導電圧の影響が少ないので大きな
電気施設では誤差を無視してこの方法が使用される例が
多くなっている。
その他としてこれらの中間のものも考えられないことも
ないが配線工事、電磁誘導電圧の影響が複雑になるため
採用されていない。
本発明は、上記各方法を検討した結果、電流供給用補助
電極74の導電線と電圧検出用補助電極75の導電線と
の間の距離を離間して両電極に生じる電磁誘導電圧の影
響が少ない状態で接地抵抗を測定できる(1)の0゜の
方法を改良して採用するものである。
この方法を達成するために切替スイッチ72に接続する
電流供給用補助電極74を被測定接地電極73から例え
ば数百メートルから数千メートルの導電線77を一方向
に延長し、電圧検出用補助電極75を被測定接地電極7
3から電流供給用補助電極74の導線線77に対して9
0゜の方向の導電線76aを設ける。この長さは約50
メートルとする。この先端から導線線77とほぼ平行に
第二の導電線76bを設け、その先端から更に90゜の
方向で電圧検出用補助電極75に延びる第三の導電線7
6cを設け、その先端に電圧検出用補助電極75を接続
する。
このように電圧検出用補助電極75の導電線76aおよ
び76cを導電線77から90゜の角度を以て配設した
から電圧検出用補助電極75には電流供給用補助電極7
4から被測定接地電極73に流れる電流によっては電磁
誘導が生じないし、また導電線76bは導電線77から
離れているので前記電流によって電磁誘導の生じるおそ
れがない。
このように配置した電圧検出用補助電極75の先端に
は、電流供給用補助電極74と被測定接地電極73との
間を順次移動する探索用電極78を設ける。これは適宜
長さ1の探索電線79a.79bの間に電圧計80を設
け、その両端に探索用電極78a,78bを取付けたも
のである。
次に第4図、第5図および第10図を参照しながら接地
抵抗の測定を説明する。まず探索電極78a,78bを
被測定接地電極73と電流供給用接地電極74との間を
順次移動し、小区分ごとの電圧V′1,V′2,V′3,
…を測定する。これは被測定接地電極73が電圧検出用
補助電極75および電流供給用接地電極74の電圧の影
響がない位置を探索するものである。この測定結果は第
5図のように横軸を被測定接地電極73と電流供給用接
地電極74との距離、縦軸を小区分ごとの電圧V′で示
した。この図から電圧変化が少ない点Pの位置は被測定
接地電極73に及ぼす電圧変化の少ないところであるの
で、零電位点となる。
この場所に電圧検出用補助電極75を決めてから、切替
スイッチ72を図における上方側に倒し、電源70を付
勢し、電流供給用補助電極74から被測定接地電極73
に電流を流し、そのときの電流Iと電圧検出用補助電極
75の一の方向の電圧Vs1を測定する。
次に切替スイッチ72を図における下方側に倒し、電源
70を付勢し、被測定接地電極73から電流供給用補助
電極74に電流を流し、そのときの電流Iと電圧検出用
補助電極75の他方向の電圧Vs2を測定する。
これらの測定により得られた電圧Vs1,Vs2は前述のよ
うに電磁誘導の影響は除去される。しかし浮遊電圧Vo
は、この測定値には含まれているので補正する必要があ
る。しかるに浮遊電圧Voは前述の通りであるため抵抗
性と誘導性を有する。そのため電圧Vs1,Vs2は浮遊電
圧Vo と真の電圧Vsoの合成値である。これをベクトル
で示すと前記第10図に示したものと同様な関係であ
り、このベクトル図から補正により真の電圧Vsoを求め
ると下式の通りになる。即ち、 この値Vsoが求まるとこれと前記電流Iとの比から真の
抵抗値Rを求めることができる。
R=Vso/I… (8) なお、この場合では電圧検出用補助電極75を電流供給
用補助電極74から離間するようにしたが、これとは逆
に第6図に示すように電流供給用補助電極74の導電線
を電圧検出用補助電極75の導電線から90゜の方向に
離間しても全く同じにような測定をすることができる。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば大規模な電気施設に敷設され
る接地電極の抵抗を測定するに際し、電流供給用補助電
極、電圧検出用補助電極および2現象オッシロスコープ
等の位相計に生じる電流、電圧および位相を測定するだ
けで電磁誘導電圧、浮遊電圧の影響を除去してほぼ正確
に測定することができる。この測定は大地の形状、接地
電極の接地線の配置構成に影響されないから極めて効果
的である。
また電圧検出補助電極および電流供給用補助電極を90
゜の方向に離間して配置し、電流供給用補助電極に生じ
る電流により電圧検出用補助電極には電磁誘導電圧が発
生しないから、接地抵抗を測定するに当り、補正計算を
簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、2現象オッシロスコープを使用した接地抵抗
測定器の電気的回路図、第2図および第3図は第1図の
作用を説明するためのベクトル図および電圧、電流波形
図、第4図は、電圧降下法を使用した接地抵抗測定器の
電気的回路図、第5図は第4図の作用を説明するための
特性曲線図、第6図は、第4図に示した電圧降下法を使
用した接地抵抗測定器の他の実施例を示す電気的回路
図、第7図は、従来一般に使用している直読形接地抵抗
測定器の電気的回路図、第8図および第9図は、従来一
般に使用している電圧降下法を使用した接地抵抗測定器
の電気的回路図および特性図、第10図は浮遊電圧Vo
と真の電圧Vsoの関係を示す合成値ベクトル図である。 10……被測定接地電極、11……電圧検出用補助電
極、12……電流供給用補助電極、13……電源、14
……変流器、15……可変抵抗、16……整流器、17
……直流検流器、18……直流阻止用コンデンサ、19
……直読式接地抵抗計、30……被測定接地電極、31
……電圧検出用補助電極、32……電流供給用補助電
極、33……電源、34……絶縁変圧器、35……切替
スイッチ、36……電圧計、37……電流計、50……
電源、51……絶縁変圧器、54……切替スイッチ、5
8……計器用抵抗器、59……被測定接地電極、60…
…電圧計、61……電圧検出用補助電極、62……電流
計、63……電流供給用補助電極、64……2現象オッ
シロスコープ、70……電源、71……絶縁変圧器、7
2……切替スイッチ、73……被測定接地電極、74…
…電圧検出用補助電極、75……電流供給用補助電極、
76a,76b,76c……導電線、78a,78b…
…探索電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1本の比較的長い導体または金
    網を地中に埋設してなる被測定接地電極と、この被測定
    接地電極から所定距離の位置に配設され、この被測定接
    地電極との間に所定の電流を流す電流供給用補助電極
    と、この電流供給用補助電極と前記被測定接地電極との
    間に配設され、前記被測定接地電極と前記電流供給用補
    助電極との間を流れる電流によって生じる電圧を測定す
    る電圧検出用補助電極と、前記電流供給用補助電極を流
    れる電流と前記電圧検出用補助電極に生じる電圧の位相
    差を測定する測定装置とをそなえ、前記電流供給用補助
    電極から前記被測定接地電極に流れる電流によって前記
    電圧検出用補助電極に生じる誘導電圧と大地浮遊電圧を
    除去して接地抵抗を測定するようにしたことを特徴とす
    る接地抵抗測定装置。
  2. 【請求項2】前記測定装置として2現象オッシロスコー
    プを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の接地抵抗測定装置。
  3. 【請求項3】少なくとも1本の比較的長い導体または金
    網を地中に埋設してなる被測定接地電極と、この被測定
    接地電極から所定距離の位置に配設され、この被測定接
    地電極との間に所定の電流を流す電流供給用補助電極
    と、この電流供給用補助電極と前記被測定接地電極との
    間に配設され前記被測定接地電極と前記電流供給用補助
    電極との間を流れる電流によって生じる電圧を測定する
    電圧検出用補助電極とをそなえ、前記電圧検出用補助電
    極が前記電流供給用補助電極から前記被測定接地電極ま
    たはその逆に流れる電流による誘導電圧の影響を少なく
    するように前記電圧検出用補助電極または前記電流供給
    用補助電極からほぼ90度の角度をもって導電線を接続
    し、これに前記電流供給用補助電極または前記電圧検出
    用補助電極を接続して接地抵抗を測定するようにしたこ
    とを特徴とする接地抵抗測定装置。
  4. 【請求項4】前記電流供給用補助電極と前記被測定接地
    電極の間に探索電極を設け、これにより前記被測定接地
    電極の零電圧を探索するようにしたことを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の接地抵抗測定装置。
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