接地电阻及量测技术

1、时间就是金钱，效率就是生命！Chapter 11接地電阻及量測技術本章除了說明接地電阻的意義 、特性及重要性 ，並提出各種接地電阻的評估方法作為參考 ，最後提出準確 量測的技術。本章的內容包括：本章要點11-1 前言11-2 接地的設計11-3 技術標準11-4 測試方法及使用儀器11-5 接地電阻的量測11-6 接地電阻測試時應注意事項11-7 接地系統11-8 量測項目唯有惜时才能成功，唯有努力方可成就！11-2通訊實習11實習十一接地電阻及量測技術11-1前言接地 (Grounding) 是把各種電器、電子、通信等設備以金屬導體連接於大地 (Ground) 之意，接地端子稱為接地電極，一

2、般分為強電（電力）接地與弱電（信號）接地，前者主要功能為安全防護、突波之抑制與系統穩定為主要目的，後者以降低系統雜訊的干擾，維持信號之穩定與人員安全為訴求，各有相關法規規範接地之方式與接地電阻之大小。接地電阻的定義：接地電極注入電流I（ A ），接地電極因電流之效應，相對於周圍大地之電壓上升為E V ，此上昇電壓E V 與電流I （ A ）之比值即為接地電阻。理想的接地電阻為零，即電流注入接地電極後，相對於周圍大地之電壓並未產生電壓差，實際上不可能，接地電阻的大小與接地電極的導體材質、形狀、埋設深度、土壤種類與溫度（溫度越高，土讓的電阻率越小）有關。設備接地的電極必須為良導體，通常為裸銅線、金

3、屬板、金屬水管、建築物鋼架地基或其它合乎國家標準的金屬導體，但瓦斯管雖為金屬導管，為了防爆安全起見，嚴格禁止作為接地導管。接地電極的電阻大小端視電極的形狀、材質、埋設深度與埋設區域的土壤電阻係數而定。所謂電阻係數就是單位長度與單位截面積之圓柱體的電阻 ，不同區域由於土壤之狀況變化很大，例如濕度、土質、砂礫層、溫度等自然之改變，土壤電阻係數將有很大的變化。表 11.1 列出常見的幾種土壤電阻係數。CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-311表 11.1 多種土壤的電阻係數土壤種類電阻係數m沼澤土壤（ Marshy soils ）30黏土（ Loam ）20100濕泥煤土(Damp p

4、eat)5100腐植土(Humus)10150砂土 (Sandy clay)50500塑料土(Plastic Clay)50石灰土(Open chalk)100300矽泥土(Silica Clay)2003000緊密的石灰泥100200片巖50300雲母片巖800花崗石150010000為了避兔儀器設備受到外界電磁的于擾，並顧及操作人員的安全，系統需要良好的接地，不同用途的設備應符合該用途的接地需求。1、 機房接地系統，應符合以下之規格要求。a、 .接地線必須和任何導線完金隔離及絕緣。b、接地線不是電源中性線。必須與中性線分開。c、接地導線之線徑至少0.7mm X 8 股絞線以上。d、系統接地

5、阻抗在電源插座中性線與接地線聞之量測不得大於10 。2頭端機房的接地方式a、設備接地： : 高低壓用電設備非帶電金屬部份必須接地。亦即箱體外殼1111-4通訊實習11須接地。b、低壓電源系統接地：配電變壓器之三次側低壓線或中性線之接地。c、設備與系統共同接地：設備接地與用電設備之接地共用一接地線或同一接地電極。為了有效降低接地電阻，頭端機房最好應埋設接地電極群或接地網，接地電阻依有線電視系統工程技術管理規則需求，必須 <15 。接地線之埋設必須考慮安全牢固，埋入地下的銅線、電極銅棒 (或電鍍銅棒 )線徑必須足夠大。連接處須用模鑄焊或銀焊以保接續牢固，以避免腐蝕或因震動以致斷裂，失去接地效

6、果。對一個視訊傳送的有線電視(CATV) 系統而言，正確的接地措施可降低損害的影響程度，諸如：突波電壓(Surge) 、感應電壓、雷擊、電力公司的電力線掉落至有線電視纜線上而造成的高壓短路等。接地措施的目的是將以上情形所產生的電流導引至大地，避免經由CATV 網路的傳導，造成器材、用戶財物及人員的損傷，同時提升信號的穩定度。電信自由化的推動，促進行動通信業務的蓬勃發展，依電信法及固定網路通信業務管理規則之規定，CATV 業者得將網路出租給第一類與第二類電信事業，因應此項有利的發展商機，除了網路更新及頭端增加設備以符合現行電信服務品質規範外，接地品質更須大幅加強，避免雜訊的增加，以提升信號傳輸的

7、品質及穩定度，接地如何加強以達到電信服務需求，例如依電信總局84 年 7 月技 20-2(135) 號函 "電信機房接地系統設計規範 " 機房的接地電阻須小於2.5 歐姆，同時具有通信用單一接地(SinglePoint Grounding) 裝置，不與避雷接地共用，如何以較精確及可靠的方法量測接地電阻，在本實習中將加以說明。11-2接地的設計接地電阻愈低，雜訊愈小，系統特性穩定度也較高，受突波電壓的影CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-5響也小，但接地電阻愈低，困難度增加，施工不易，投資成本相對增加，11如何以較低的成本順利獲得低的接地電阻，必須事前仔細規畫，

8、適當的方法將能避免無謂的施工與浪費，也能有效地縮短施工的期限。一、設計步驟 (如圖 11.1 所示 )1.設計開始2.依建築圖，機房配置了解通信設備類別，終期容量3.現場查勘 (大地導電率測試、地形、土壤條件、水位等)4.取得鑽探資料決定接地方式5.接地極及接地引上線等材料選定、數量、配置等計算規劃6.參照規範編訂設計書接地工程設計流程設計開始依建築圖，機房配置了解通信設備類別，終期容量現場查勘(大地導電率測試，地形，土壤條件，水位等)取得鑽探資料決定接地方式1111-6通訊實習11接地極及接地引上線等材料選定，數量，配置等計算規劃參照規範編訂設計書圖 11.1接地的設計流程二、接地極接地電阻

9、之計算公式接地電極以金屬為之，型式很多，應視現場情況選用適當之型式，除接地棒、銅管、銅板、地網接地設施外，亦可採用旋轉式鑽井方式。各型接地極接地電阻計算公式分列於下，供作設計參考：1.直埋棒狀或管狀地極(a). 單極式：以同棒或銅管接地極單根打入或直埋，公式為R(1n 4L1)(1)2 Lr其中：R：單根接地棒或銅管之接地電阻值（）L ：接地棒或銅管長度（）：大地電阻率（ - ）r：接地棒或銅管外圍半徑（）接地棒可為銅棒或銅包鋼棒或不銹鋼棒等，銅管則為適當厚度銅管。(b). 多極直線並聯式公式為:14L1111(2)R=(1n1)(23.)n 2 LrSn其中：R：多極直線接地棒或銅管之接地電

10、阻值（）L ：接地棒或銅管長度(cm)CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-7：大地電阻率 (-cm)11n：接地棒或銅管數量S：接地棒或銅管間隔（）r ：接地棒或銅管外圍半徑（）(c). 多極環狀並聯式公式為：R"(1n 4L1L n 11)(3)2 nLrD m 1 sin mn其中：R：多極環狀接地棒或銅管之接地電阻值（）D ：環狀圓周半徑（）L ：接地棒或銅管長度（）：大地電阻率（ - ）n：接地棒或銅管數量r ：接地棒或銅管外圍半徑（）(d). 裸銅線之接地電阻計算公式:R= (ln2L(4)1)L2dr其中：R：裸銅線接地電阻（）：大地電阻率（-）L：埋入銅線

11、長度(cm)r：埋入銅線半徑(cm)d：銅板埋設深度（）1111-8通訊實習11(e). 銅板 (平埋 )之接地電阻計算公式 :R=ln(1d )(5)2 dr其中：R：單片銅板接地電阻（）：大地電阻率（-）：銅板埋設深度（）abr =( cm)2a：銅板寬（）b：銅板長（）(f). 銅帶（紫銅，立埋）接地電阻計算公式R=(1n 4L1)(6)2 Lr其中：R：銅帶接地電阻（）：大地電阻率（- ）L ：銅帶埋設長度（）r ：銅帶等效半徑w (w : 銅帶寬度 cm)(g). 多極並聯接地電阻計算公式R TRs(7)N其中：RT ：並連接地電阻()Rs：單一接地極之接地電阻()：並聯效應係數自1

12、.4-1.8 ，依土壤性質及街地排列間隔以CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-9及深度不同妥善選定，土壤電阻率越大則值越大。11N ：並聯接地電極數12-3技術標準基礎經濟之考慮，各機房接地電阻值之標準訂定如表11.2 。表 11.2機房接地電阻值機房種類接地電阻值 ( )備註交換機房 (10,000門以下 )5門號以最終容量為準交換機房 (10,000門以上 )0.5綜合機房0.5無線機房2.5拖車交換機5廠商另有規定者依其規定租用機房1012-4測試方法及使用儀器一、大地電阻率之測試1111-10通訊實習11在地線設計過程中，大地阻率之推定以及測定為設計重要數據取得之手段，通

13、常依據之原理為" 電位測定法 "，如圖11-2 之配置則可知 :P 1 之電位：V 111(8)a2a2P 2 之電位：V 211(9)2aa2P 1 、 P 2 兩點電位差則為:V= V1 V2亦即V(10)2 a *2 aR2aI式中 V 、 I 均可由電表測知，故大地電阻率即可求得。通常極間距離 a 應為埋設深度 d 之 20 倍以上。IVC1P1P2C2daGroundaa圖 11.2大地電阻率測定原理圖CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-11二、測試方法113244 型接地電阻定器，以表一般為簡化作業，採用11.3 分別求出 R'值，再依公式

14、算出值予以平均作為設計之依據。測試時請參考圖11.3 ，表中各欄所標之參數意義如下(單位為公尺 )。表 11.3大地電阻率量測記錄表aC1P1GP2C2R'6.28aR' 100 ( -cm)a：極間距離C1：O C1 距離P1： O P1 距離G：O-G 距離P2：O P2 距離C2： O C2 距離3244電阻量測器C 1P 1GP2C2O中da/2Grounda性a點a圖 11.3大地電阻率測試回路1111-12通訊實習1112-5接地電阻的量測法規建議之量測裝置，參見圖11.4 ，量測步驟如下為：1.在距離待測接地電阻20 公尺以上之適當位置，打入電流電極輔助接地棒，然

15、後利用金屬導線接至電壓降式接地電阻器C 端。2.在待測電阻和電流電極接地棒之中間位置附近，打入電壓電極輔助接地棒，然後利用金屬導線接至電壓降式接地電阻器P 端。3.調整測試供應電流至5 到20mA左右。4. 測試供應電流使用頻率需求：1kHz以下，且必須與周遭系統使用之頻率不同，不能用直流。5.由指示器讀出接地電阻值。圖11.4法規建議量測裝置圖一般而言，常見的較精確的量測，有以下兩種量測方式：一、 62% 量測法1.用較短的導線將接地棒連接到量測設備的電極X，另一電極Z 連接到輔助電極，接地棒與輔助電極之間隔約30 公尺。長距離的間隔促使電極產生的電場區域不至相重疊，以避免干擾，約略在中間位

16、置時，對應的CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-13電位差曲線較為平坦，如圖11-5所示。112.在距離接地棒72% 遠的位置( 約 22 公尺 ) ，量測設備的電極Y 用導線改接到輔助電極Y" ，接地棒與另二支輔助電極必須保持一直線，並且儘可能將接地電極打入地下，以增加接地的效果。依據儀器的操作手冊，調整量測設備的電流與電阻指示範圍，按下量測鍵，記錄讀值。3.重覆步驟2，此時之距離改變為52% 。4.重覆步驟2，此時之距離改變為62% 。5.步驟 2、 3 與 4 量測值如相當接近(誤差在5% 內 ) ，則接地棒的接地電阻可取三者之平均，如誤差太大，表示電極產生的電場

17、相互重疊，彼此干擾，必須再次調整接地棒 X 與輔助電極間的距離，重覆步驟 2-4 ，直到滿足需求。圖 11.5電位變化曲線圖二、正三角型法1111-14通訊實習11 如果接地棒附近係高密度建築群，無空曠區域，導致輔助電極無法插於遠處，或者三支電極無法成一直線排列，正三角形法是一適當量測接地電阻之技術。如圖11.6 之量測裝置，接地棒X 與接地電極Y 、 Z 構成正三角形，將電極棒Y 置於點 A ( 第一個正三角形) ，調整量測設備的電流與電阻指示範圍，然後按下開關，得到第一次讀值，然後置於點B(第二個正三角形)得到另一次讀值，比較二者之結果。如果相差很大，代表接地電極丫在電場影響區內，必須考慮

18、把電極Y 與Z 移動使之更遠離X ，然後再次量測，取得讀值，如二者讀值相當接近，誤差在數%內，方可考慮接受，差異還很大時，再移動電極Y 與Z ，直到讀值滿足須求為止。BY棒第一次讀值接地電極 X60 度Z 棒AY棒第二次讀值圖 11.6三角形量測技術12-6接地電阻測試時應注意事項1.輔助電極要儘量離開建築物，地下構造物。如地下有導體存在時，會把測試電流短路，測試值會顯示偏低。2.以接地電阻計測試時輔助電極不可接成形，應排成一直線。因接地電阻計的測試原理是"電壓電流表法"，故測電壓降輔助電極應在產生電壓降的電流路徑上。3.測試電流要儘量大，希望能達150mA 以上。因無論在

19、何時何地，大地內已有由電力系統的洩漏電流存在。如要測試接地網時，因習見接地CHAPTER11實習11接地電阻及量測技術11-15電阻測試儀器的測試電流只不過是幾十 mA ，大地裡面的許多因素恐有影 11 響。如在 60Hz 附近的電源，經由濾波器，亦可使用小電流測方式。4.輔助電極間的間隔要儘可能長，至少需要10m 以上。5.地下不得有洩漏電流及雜散電壓降。有時免不了些許存在，故在測試時電流要儘量大。6.需要使用交流電源以免造成電解質的水電解。7.使用接地電阻測試儀器的量測時，電流不能使用60Hz 電流。但以大電流測試時，因設備關係免不了使用60Hz 電源，故測試電流要儘量大。輔助電極的接地電阻對測試值的影響( 參考日本JECC-1304) 。例如被測接地電阻為 10，而輔助電極的接地電阻是 2K 以上就會出現誤差， 8K 時誤差可能會達到 (低 )約 1/2 刻度。通常認為輔助電極的接地電阻在500以下就可以了。12-7接地系統1.頭端機房接地系統，應符合以下之規格要求(a) 接地線必須和任何導線完全隔離及絕緣。(b) 接地線不是電源中性線，且必須與中性線分開。(c) 接地線徑至少在 5 的以上。(d) 系統接地阻抗在電源插座中，中性線與接地線間測量不得大於10。(e) 在電源輸出端 ，所測得中性線與接地線間電