一、測量接地電阻的基本原理
    根據(jù)接地電阻的意義，接地電阻是電流I經(jīng)接地體流入大地時(shí)接地電位U和I的比值。因此，為了測量接地電阻，首先在接地體上注入一定的電流。如圖1-1所示。
    為簡化計(jì)算，設(shè)接地體為半球形，在距球心X處的球面上的電流密度為
        J＝1／2πX²
    式中 J——距球心為X處的球面上電流密度,A/m2；
         I——接地體入地的電流；
         X——距球心的距離。

圖1-1 三極法測量接地電阻的試驗(yàn)接線

 我們知道，電場強(qiáng)度E=Jρ，ρ為土壤電阻率而電場中任意兩點(diǎn)間的電位差，等于電場強(qiáng)度在兩點(diǎn)之間的線積分。設(shè)無窮無遠(yuǎn)處的電位為零，所以距離接地體球心x(x，r_g)處所具有的電壓為
        U＝∫_∞^x－Edx＝∫_∞^x(－ρ／2πx²)dx＝(ρι／πx)_∞^x    (15-9)
    由式(15-9)可知，電極1、2、之間出現(xiàn)的電位差為
        U'＝Iρ／2π(1／r_g－1／d₁₂)    (15-10)
    電極3使1、2、之間出現(xiàn)的電位差為
        U”＝Iρ／2π(1／d₂₃－1／d₁₃)    (15-11)
    1、2電極之間的總電位等于U'與U”之和，即
        U＝U'＋U”＝Iρ／2π(1／r_g－1／d₁₂＋1／d₂₃－1／d₁₃)
    即因此1、2極之間呈現(xiàn)的電阻Rg為
        R_g＝U／I＝ρ／2π(1／r_g－1／d₁₂＋1／d₂₃－1／d₁₃)    (15-13)
    接地體1的接地電阻實(shí)際值為
        R＝ρ／2πr_g    (15-14)
    式中 R——接地體的實(shí)際電阻；
         r_g——接地體的半徑；
    要使測量的接地電阻Rg，等于接地體的實(shí)際接地電阻R，就必須使式(15-13)和式(15-14)兩式相等，即
        1／d₂₃－1／d₁₂－1／d₁₃＝0
    當(dāng)接地體為半球形，球形中心位已知，土壤的電阻率一致，鏡像的影響忽略不計(jì)的情況下，電壓極放在電流與被測接地體兩者之間，距接地體0.618d₁₃處，即可測得接地體的真實(shí)接地電阻值，此方法稱為0.618法或補(bǔ)償法。
    但實(shí)際情況與此有出入，如接地體幾乎沒有半球形，大多數(shù)為管狀、帶狀以及由管帶形成的接地網(wǎng)。測量結(jié)果的差別程度隨極間距離d₁₃的減小而增大。但不論接地體的形狀如何，其等位面距其中心越遠(yuǎn)，其形狀就越接近半球形，并在論證一個(gè)電極作用時(shí)，忽略了另一個(gè)電極的存在，也只在極距d₁₃足夠大的情況下才真實(shí)。
    實(shí)際的地網(wǎng)基本上是網(wǎng)格狀，它介于圓盤和圓環(huán)兩者之間，用上述論證方法，可以證明當(dāng)接地體的圓盤(圓盤半徑為r)，電極布置采用補(bǔ)償法時(shí)，其測量誤差ξ為
        ξ＝2r／π[1／d₂₃－1／d₁₃－(1／r)sin^-1r／d₁₂)]    (15-16)
    將不同的d₁₃代入式(15-13)可求得相應(yīng)的測量誤差，如表1-1所示，表中D為圓盤直徑。

 由表1-1看出，用2D補(bǔ)償法測量圓盤接地體的接地電阻時(shí)，其誤差比較小(小于1%)。
    如果地網(wǎng)是環(huán)形接地體，同理可證明，若采用補(bǔ)償法，當(dāng)接地導(dǎo)體的直徑d＝8mm，地網(wǎng)半徑r＝40m時(shí)，取不同的d13值，其相應(yīng)的測量誤差ξ，按式15-16計(jì)算的結(jié)果如表1-2所示。

 由表1-2看出，用2D(為圓環(huán)直徑)補(bǔ)償法測量圓環(huán)接地體的接地電阻時(shí)，其誤差亦小于1%。所以對于實(shí)際的接地網(wǎng)，用2D補(bǔ)償法測量接地電阻的誤差均在1%以下。此時(shí)測量電極的布置是電流極距離地網(wǎng)中心d₁₃＝2D，電壓極距地網(wǎng)中心是d₁₂＝0.618d₁₃＝1.235D。DL475—92《接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則》規(guī)定：當(dāng)被測接地裝置的面積較大而土壤電阻率不均勻時(shí)，為了得到較為可信的測試結(jié)果，建議把電流極離被測接地裝置的距離增大，例如增大到10km，同時(shí)，電壓極離被測接地裝置的距離也相應(yīng)增大。
    如果在測量工頻接地電阻時(shí)，d₁₃取(4-5)D值有困難，那么當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時(shí)，d₁₃可以取2D值，d₁₂取D值；當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻不均勻時(shí)，d₁₃可以取3D值，d₁₂取1.7D值。
    二、測量方法及接線
    測量接地電阻的方法最常用的有電壓、電流法，比率計(jì)法和電橋法。對大型接地裝置如110kV及以上變電所接地網(wǎng)，或地網(wǎng)對角線D≥60m的地網(wǎng)不能采用比率計(jì)法和電橋法，而應(yīng)采用電壓、電流表法，且施加的電流要達(dá)到一定值，測量導(dǎo)則要求不宜小于30A。
    (一)電壓、電流法
    采用電壓、電流法測量接地電阻的試驗(yàn)接線如圖1-2所示。這是一種常用的方法。施加電源后，同時(shí)讀取電流表和電壓表值，并按下式計(jì)算接地電阻，即
        R_s＝U／I    (15-17)
    式中 R_s——接地電阻，Ω；
         U ——實(shí)測電壓，V；
         I ——實(shí)測電流，A。

圖1-2 電壓電流法測接地電阻的試驗(yàn)接線
T1-隔離變壓器；T2-變壓器；1-接地網(wǎng)；
2-電壓極；3-電流極

 圖1-2中，隔離變壓器T1可使用發(fā)電廠或變電所的廠用變或所用變50～200KV，把二次側(cè)的中性點(diǎn)和接地解開，專作提供試驗(yàn)電源用；調(diào)壓器T2可使用50～200KVA的移圈式或其它形式的調(diào)壓器；電壓表PV要求準(zhǔn)確級不低于1.0級，電壓表的輸入阻抗不小于100kΩ，最好用的分辨率不大于1%的數(shù)字電壓表(滿量程約為50V)；電流表PA準(zhǔn)確級不低于1.0級。
    1、電極為直線布置
    發(fā)電廠和變電所接地網(wǎng)接地電阻采用直線布置三極時(shí)，其電極布置和電位分布如圖1-3所示，其原理接線如圖1-4所示。

圖1-3 測量工頻地裝置的直線三極法電極和電位分布示意圖

 直線三極法是指電流極和電壓極沿直線布置，三極是指被測接地體1、測量用的電壓極2和測量用的電流極3。一般，d₁₃＝(4～5)D，d₁₂＝(0.5～0.6)d₁₃，D為被測接地裝置最大對角線的長度，點(diǎn)2可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。
    實(shí)驗(yàn)步驟如下：
    (1)按圖1-2接好試驗(yàn)接線，并檢查無誤。  
    (2)用調(diào)壓器升壓，并記錄相對應(yīng)的電壓和電流值，直之升到預(yù)定值，比如60A，并記錄對應(yīng)的電壓值。
    (3)將電壓極2沿接地體和電流極方向前后移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離為d₁₃的5%左右，重復(fù)以上試驗(yàn)；三次測得的接地電阻值的差值小于5%時(shí)即可。然后三個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值，作為接地體的接地電阻。
    如令λ＝d₁₂／d₁₃，取λ＝0.5時(shí)，λ2＝0.7時(shí)，分別測得接地體的接地電阻為R_g1、R_g2、R_g3，則接地體的接地電阻R_g為
          R_g＝2.16 R_g1－1.9R_g2＋0.73R_g3            (15-18)

圖1-4 三極法的原理接線圖

 如果d₁₃取4-5D有困難時(shí)，在土壤電阻率較為均勻的地區(qū)可取d₁₃＝2D，d₁₂＝1.2D;土壤電阻率不均勻的地區(qū)可取d₁₃＝3D，d₁₂＝1.7D。