接地电阻测量的辅助极布点：电位极与电流极的位置

一、布点要解决的是什么问题

接地电阻测量的三极法，做法是把电流注入被试接地装置，让电流经大地流回电流极，再测被试装置与远处某点之间的电位差。这个“远处某点”由电位极代表。布点做的全部事情，便是给电流极与电位极各找一个位置，使测到的电位差真正等于被试装置的电位升。

电流从被试装置散入大地时，地面电位随距离衰减。衰减到一定程度会出现一段几乎不再变化的区间，工程上称为零电位区或平坦段。电位极落在这一段里，测到的才是装置的对地电位。电位极离得太近，落进装置自身电位的抬升区，测到的电位差偏小，算出的接地电阻随之偏小。电位极离得太远，靠近电流极，又被电流极的散流场抬起来，读数同样失真。两头都不行，只有中间那段可用。

布点涉及三个变量：方向、距离、相对位置。方向决定电流线与电位线是否平行、夹角多大，影响两线之间的互感耦合。距离决定电位极是否进入零电位区，是误差的主要来源。相对位置指的是电位极在电流极与被试装置之间的哪个点上，通常用电流极距离的比例来表示。

规程里三极法包含几种实现，布点要求并不完全一样。电位降法把电位极沿射线逐点移动，画出电位差随距离变化的曲线，取平坦段读数，测点多、信息全，适合地网。电流-电压表三极法用独立的电压表与电流表，分直线法与夹角法两种布线，测点少、效率高，是现场用得较多的一种。接地阻抗测试仪法把电源与测量做成一体，接线简化，规程对它的适用范围有明确限定：接地装置较小时。三者共用同一套几何逻辑，区别在于测点的疏密与仪器的能力，布点的基本原则不变。

把这件事说透一点：接地装置散流时，地面电位并不是单调下降的曲线。靠近装置的一段，电位随距离快速衰减，这一段的斜率由装置尺寸与土壤电阻率共同决定。再往外，衰减变缓，进入一段平缓区。到了电流极附近，电位又被电流极自身的散流场抬起来。三段拼在一起，中间那段平缓区才是可用的区间。装置越大，平缓区的位置越远，范围也越宽。这也是为什么大接地网必须把电流极放得很远：不是规程偏爱大数字，而是平缓区本身被推到了远处。

这三个变量里，距离容易被简化成一句口诀。口诀有用，但它省略了前提。前提一变，口诀跟着失效，而现场往往正是在前提不成立的时候出问题。

二、两个距离的基准不同，混用会差出半个对角线

翻开 DL/T 475-2017，会看到两个距离符号：dCG 与 dPG。前者是电流极与被试接地装置中心的距离，后者是电位极与被试接地装置边缘的距离。一个量到中心，一个量到边缘，基准不同。

这个差别在小型接地极上可以忽略，在大接地网上不能忽略。一个两百米见方的地网，中心到边缘的距离是一百米左右。把“距中心 4D”当成“距边缘 4D”来放线，电流极实际要多放一百米。反过来把“距边缘”当成“距中心”，则少放一百米。前者浪费线材与人力，后者直接让电流极进入地网的影响区，读数偏小。

现场还有第三种量法：从近处的接地体边缘量。地网形状不规则时，同一方向上“边缘”的位置并不单一，不同的人量出来能差几十米。稳妥的做法是先在地网平面图上标出中心点，用皮尺或测距仪按中心点定位电流极，再按边缘定位电位极，两个基准分别记录在原始记录里。记录只写“电流极 200 米”而不写从哪儿量起，这份数据日后无法复核。

量距这一步看着简单，实际有三个容易出岔子的地方。一是水平距离与斜距之分。山坡上的地网，皮尺贴着地面拉出来的是斜距，规程要的是水平投影距离。差一个坡度，几十米的放线能差出好几米。二是皮尺的垂曲。长距离拉尺，中间不下垂支撑，读数会偏大。三是绕行。遇到围墙、沟渠、铁路，实际放线沿路绕过去，直线距离与放线长度不是一回事。记录里写的是哪一个，必须说清楚。有条件时用测距仪或卫星定位打点，比拉皮尺稳。

表 1 把两个距离的基准与量法摆开。

表1 电流极与电位极的距离基准

三、D 怎么取：地网、杆塔、独立接地极各有一套

D 是接地装置对角线的长度。矩形地网量对角线，形状不规则的地网取其外包轮廓的对角线。这一条在变电站地网上争议不大。

杆塔不一样。DL/T 475-2017 在杆塔这一节里明确，被测杆塔接地装置有射线时，基准量取射线长度。射线是杆塔接地体向外伸出的那几根水平接地带，长度往往十几米到几十米，与“对角线”完全不是一个量级。这一步取错，放线距离会差一个数量级：按对角线算可能只要三十米，按射线算要一百多米。

独立接地极与小型接地装置又不一样。这类对象尺寸小，按倍数算出来的距离只有几米，落不进零电位区。规程对小型接地装置的处理是参照执行，实践中按固定距离放线，电流极放到数十米外，电位极按比例放在中间。这个“数十米”不是随便定的，它要大于小型接地极的影响半径，又与现场可放线长度相称。

布点前的准备比布点本身更影响结果。头一件事是确认被试范围：把被测接地装置与站内其他接地装置、避雷线、电缆金属护套的连接逐一断开，只留被测装置独立。不拆开而直接测，测到的是整个联合接地系统的接地阻抗，数值偏小，且无法判断是哪一部分的问题。第二件事是踏勘放线路径：哪一侧有围墙、哪一侧是农田、哪一侧埋着管线，走一遍比看图纸准。第三件事是确认电流极位置的接地条件，必要时先打好辅助极试一下能不能升到设定电流。这三件事做完再放线，能省掉大量返工。

D 的来源本身也要交代。新建站有设计图纸，图上标注的地网轮廓可以直接量对角线。运行多年的老站，图纸与实际往往对不上：扩建过、改造过、部分区域被地面硬化覆盖。这种场合要按现场可辨识的接地体轮廓估算，并在记录里注明“按实测轮廓”。杆塔的射线长度同样要实测，锈断、埋深不足、被施工挖断的情况并不少见，按图纸取值会把距离算多。基准量取错，后面所有比例都跟着错，且错得不容易被发现。

表 2 把三类对象的基准量与典型放线距离列出来。

表2 三类对象的基准量与放线距离

四、距离可以降档，但降档有前提

4D 至 5D 是常规值，不是固定值。规程给了一条降档路径：远距离放线确有困难时，土壤电阻率均匀的地区电流极距离可取 2D，不均匀地区可取 3D。三个档位对应三种场地条件，不是三个可以随便挑的数字。

判断土壤是否均匀，靠的是土壤电阻率测量。同一片场地按不同极距测几组，读数随极距变化平缓，可视为均匀。随极距剧烈变化，说明存在分层或岩层界面，属于不均匀。没有这组数据便降档，等于把误差的来源从“距离不足”换成了“土壤不均”，读数照样不可信。

降档之后通常还要做一步验证，看的是电位降曲线有没有平坦段。曲线走平，说明零电位区确实存在，距离也够用。曲线一路下滑或一路抬升，找不到平坦段，多半是距离不足，也可能地下情况复杂。遇到这种曲线，延长回路是一条路，换一种方法复核是另一条路。规程对这一点的表述很直接：平坦点难以确定时，考虑延长电流回路，或者改用其他方法测试与校验。

夹角法是降档之外的另一条路。土壤电阻率均匀时，可把电流极与电位极布置成等腰三角形，两边相等且不小于 2D，夹角约 30 度。这种布置让电流线与电位线分开走，削弱了两线之间的互感耦合，代价是占地更宽。夹角法测得的读数还要按夹角做修正，不能直接当结果用。

土壤电阻率的测法用温纳法，四根极等距排成一条直线，极距按 2 米、4 米、8 米、16 米、32 米逐级拉开，每个极距测一组，画出电阻率随极距变化的曲线。曲线平缓，说明各深度土层的电阻率接近，可按均匀处理。曲线在某处突然抬高，说明遇到了岩层或干燥层。曲线在某处突然下降，说明下面有低阻层，可能是含水层，也可能是埋地金属构筑物。这组数据同时也是判断能不能降档的依据，没有它而直接取 2D，等于用猜测替代测量。

表 3 把三种布线方式放在一起对照。

表3 三种布线方式的对照

五、电位极的位置：0.5 到 0.6 与 62% 是同一件事

直线法里，电位极距接地装置边缘的距离取电流极距离的 0.5 倍至 0.6 倍。国际导则给出的经典位置是 62%，即工程上常说的 0.618 法。这套比例在国内的落点是 GB/T 17949.1-2000，它等同采用的底本是 IEEE 81 的 1983 年版，条文里的 0.618 与 62% 讲的是同一件事。两个数字看着不同，来源相同：在土壤电阻率均匀、电流极距离足够的假定下，这个位置落在地电位分布曲线的平坦段上。

IEEE 81-2025 是现行版本，2025 年 12 月发布。这一版把平坦段的验证写成三点法：在 62% 的位置两侧，分别取 52% 与 72%，三个点各测一次，读数接近才认为落在平坦段。这与国内规程的三次移动法实质一致，只是取点方式不同。国内的做法是在 62% 附近每次移动约 5% 的电流极距离，连测三次，三次结果的误差在 5% 以内即可。一个按固定百分比取三点，一个按固定步长移动三次，判据都是“几个读数彼此接近”。

这里要提醒的是比例的适用边界。三条前提同时成立时，比例才有效：土壤电阻率均匀，电流极距离足够，被测装置与外部接地通路已断开。地下有金属管路、邻近有别的接地体、存在明显土层界面时，电位分布不再对称，按固定比例布极会带来可观偏差。比例是起点，不是终点。把电位极放在算出来的位置上测一次便收工，是这类测量常出现的失误。

三次移动法有一个容易被忽略的执行细节：移动的方向。规程要求在电位极与被试装置、电流极的连线方向上移动，不是横向偏移。横向偏移改变的是几何位置，测到的不是同一条电位分布曲线上的点，三个读数自然对不上。另一个细节是移动步长按电流极距离算，不是按电位极距离算。0.5 倍与 0.6 倍之间本身差着 10 个百分点的电流极距离，若再按电位极距离取 5%，步长会小一半，三个点全挤在一起，验证失去意义。

六、两个辅助极的要求方向相反

电流极与电位极看似对称，要求却相反。

电流极那一侧的接地电阻偏高，问题很少出在读数精度上，多数时候是整个回路的阻抗被抬了上来，仪器升不到设定的试验电流。规程反复讲电流极接地电阻要小，管的是回路能力，不是某一次读数的精细程度。异频电流法给的试验电流频率是 40 赫兹至 60 赫兹，幅值下限 3 安。工频电流法给的下限是 50 安。两个数字相差十几倍，共同点落在回路阻抗上。现场遇到电流极接地电阻降不下来，做法有几种：多根电流极并联打成一排，向坑里泼水，或者找近处不带避雷线的高压输电线路铁塔，把线接到塔脚。铁塔基础本身即是现成的大接地体。这条做法省事，也容易被忘在脑后。

电位极的要求反过来，它不需要小电阻，它需要稳定的接触。规程要求电位极紧密而不松动地插入土壤中 20 厘米以上。这个深度不是形式要求：电位极接触不良，相当于在测量回路里串进一个高值电阻，微弱电位差信号的信噪比随之下降，数字读数漂移或跳变。遇到干硬土、冻土、碎石地面，20 厘米往往插不进去，此时应当换点或浇水后再插，而不是硬压着测。

两线的敷设也有要求。电流线与电位线均应保持良好绝缘，接头连接可靠，避免裸露与浸水。试验期间电流线严禁断开，电流线全程与电流极处应有专人看护。这一条写进了安全条款，原因很直接：电流回路一旦断开，被试装置上的电压会突然升高，碰触任何一个中间点都可能出事。

试验电流的选法与布点直接相关。异频电流法用 40 赫兹至 60 赫兹的正弦电流，幅值通常不宜小于 3 安，靠频率错开躲开现场工频干扰，测完再等效回工频。工频电流法用独立电源或经隔离变压器供电，电流不宜小于 50 安，靠大电流硬顶干扰。两条路子的差别在抗干扰的思路，不在精度等级。无论走哪一条，电流极接地电阻偏大都会让仪器升不到设定值。仪器面板上如果显示实际输出电流明显低于设定值，先查电流极，不要急着怀疑仪器。测干扰电压这一步也别省：先把电流回路断开，测一下装置上的工频干扰电压与频率，读数偏大说明周围有强干扰源，此时换频率档或加大电流才有依据。

表 4 把两极的要求对照列出。

表4 电流极与电位极的要求对照

七、布点失效怎么认，怎么改

布点是否有效，现场有三条自查路径，按代价从低到高排列。

头一条是看曲线。电位降曲线如果出现明显的平坦段，布点基本成立。曲线一路下滑、找不到平稳区间，说明电流极还不够远，或者地下有低阻通路把电流引走了。曲线在靠近电流极处急剧抬升，属于正常现象，那是电流极自身的散流场，不影响平坦段的判读。

第二条是看重复性。直线法在电位极位置连测三次，三次结果的误差超过 5%，说明测点没落在平坦段，或者接触不良。此时先查电位极的入土状态，再考虑移动测点。

第三条是换方向复测。把电流极与电位极整体转到另一个方向，相隔九十度左右，重测一次。两个方向的读数如果差异很大，说明地下存在不对称的低阻体，比如金属管路、旧接地体、建筑基础。这种场合单方向的读数都不能直接用，应当多方向测量后综合判断，并在报告里写明各方向的读数与差异。

选址上还有几条硬约束。测试回路应尽量避开河流、湖泊、道路口，尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路，避免与之长段并行，交叉时应垂直跨越。杆塔测试有额外的要求：不要把电位极与电流极布置在接地装置的射线上，也不宜与接地装置的放射延长线同方向布线。射线本身是低阻通路，辅助极压在射线上，等于把测量回路接进了被试装置的一部分。

改的顺序也要讲究。先换方向，代价低。再延长电流回路，代价是线材与人力。仍然不行，改夹角法或电位降曲线法。这几步都试过仍得不到稳定读数，说明该对象不适合用三极法，此时应当换方法，而不是继续加大电流硬测。

读数测出来之后，还有一个容易混淆的环节：判据。接地电阻的合格值不是一个通用数字，GB/T 50065-2011 走的是按接地故障电流与允许电位差反算的路子，有效接地系统给出的数值随故障电流变化。布点错了，读数本身不可信，再拿它去对判据，只能得出一个看起来合格的错误结论。

仪器这一端要说清楚能力边界。北京康高特（KGT）没有自研的接地电阻测试仪，也没有大型地网的异频或工频大电流测试系统，这一层走的是代理。代理的波兰 Sonel MRU-200 支持三线法、四线法与双钳法，分辨率可到 0.001 欧，频率档可在 16 赫兹、50 赫兹、60 赫兹、400 赫兹之间选择，还能测干扰电压与干扰电压频率，土壤电阻率按温纳法测量、地桩间距可设到 50 米。选档时要注意：规程要求的异频区间是 40 赫兹至 60 赫兹，MRU-200 的 50 赫兹与 60 赫兹两档落在这个区间内，16 赫兹与 400 赫兹两档在区间之外，现场应选前两档。另一款代理的 METREL MI2127 用四线法，量程到 19.99 千欧，频率 125 赫兹，短路电流小于 20 毫安，适合小接地极与土壤电阻率测量。这两款便携表对应的都是规程里“接地装置较小时”的那一条，输出电流与大型地网所需的安培级试验电流不在一个量级，不能按大型地网的路子使用。

记录与报告要能支撑复核。一份完整的布点记录，至少包含五样东西：接地装置的轮廓与中心点位置，电流极的方向与实际距离，电位极的方向、距离、在电流极连线上的比例，测试回路的布置方式（直线法、夹角法或电位降法），以及土壤电阻率的实测数据或均匀性判断依据。读数部分要写清试验电流的幅值与频率、干扰电压读数、每个测点的读数、三次重复的结果。这些内容凑在一起，别人才可能拿着报告回到现场重放一次线，验证结论是否站得住。只写一个电阻值和日期，等于把过程全部丢掉。

还有一层容易被跳过：分流系数。变电站接地网测试时，故障电流并不全部经地网入地，一部分经避雷线、电缆金属护套、通信光缆等通道分流。测到的电流是注入电流，真正入地的只是其中一部分，算接地阻抗时须按分流系数修正。这个修正与布点无关，但布点错了，修正也救不回来。记录里要把分流系数的来源写清楚，是实测相量还是估算。

八、结语：布点是几何问题，也是场地问题

辅助极布点看起来是记比例、拉皮尺的活，实际要同时回答三个问题。

头一个问题是基准。电流极量到中心，电位极量到边缘，D 在地网上取对角线、在杆塔上取射线长度。基准搞错，后面所有数字都建立在错误的位置上。

第二个问题是条件。4D 至 5D 是常规值，2D 与 3D 是降档值，降档要凭土壤电阻率的实测数据，还要靠曲线的平坦段来确认。比例 0.5 至 0.6 与 62% 都要落在平坦段上才有效，比例本身不保证正确。

第三个问题是场地。地下有什么、周围有什么、线能拉多远、人能不能看住电流线，这些现场条件决定了哪一种布线方式可行。规程给的是几种可选路径，选哪一条要看场地。

这三件事在报告里都要留痕。电流极距离、电位极距离、D 的取值来源、土壤电阻率的测点位置及实测数值、曲线平坦段的判读方式，缺哪一项，复核时都得重做一遍。现场记录写得细，争议也少，这一条比任何口诀都实用，也比任何仪器档位都管用。

三个问题答完，读数才有意义。布点这一步省下的时间，通常会在数据复核和结论争议上加倍还回来。

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