接地电阻及跨步电压的计算

跨 步 电 压 及 其 计 算小 组 成 员 ： 宋 坤 儒 李 总 胡 东 阳 韦 松 吴 剑 锋 预 备 知 识接地技术是 保 障 人 身 和 设 备 的 一 项 电 气 安 全 措 施 ， 为电 力 系 统 正 常 工 作 提 供 了 零 电 位 基 准 参 考 点 。 计 算 接 地 体的 接 地 电 阻 是 恒 定 电 场 计 算 的 一 项 重 要 工 作 。 接地体： 在 工 程 上 ， 为 了 接 地 ， 将 金 属 导 体 埋 于 地 内 ，将 系 统 中 需 要 接 地 的 部 分 与 该 导 体 相 连 接 ， 这 种 埋 入 地 内 的导 体 系 统 称 为 接 地 体 。 接地电阻： 电 流 在 流 经 大 地 时 遇 到 的 电 阻 ， 包 括 接 地 器本 身 的 电 阻 、 接 地 导 线 的 电 阻 、 接 地 器 和 大 地 之 间 的 接 触 电阻 ， 以 及 两 接 地 器 之 间 土 壤 的 电 阻 。 危险区： 一 些 大 功 率 电 力 设 备 的 接 地 电 流 太 大 ， 流 入大 地 后 还 在 地 面 上 形 成 较 强 的 电 位 分 布 ， 也 会 造 成 很 大 的跨 步 电 压 ， 当 其 超 过 允 许 值 时 仍 会 威 胁 地 面 操 作 人 员 的安 全 ， 在 实 践 中 必 需 计 算 出 这 一 区 域 (称 为 危 险 区 )， 对 其 做 出 标 记 或 围 栏 ， 以 确 保 真 正 的 安 全 。 接 地 体 在 工 程 实 际 中 的 作 用考 虑 到 一 些 电 力 设 备 可 能 会 遇 到 很 大 的 工 作 电 流 、短 路 电 流 或 雷 击 电 流 ， 在 安 装 时 必 须 配 有 接 地 装 置 ，以 使 这 些 短 促 而 巨 大 的 电 流 通 过 接 地 线 送 到 接 地 体 ，再 分 流 入 大 地 。例 如 三 相 高 压 变 压 器 中 性 工 作 接 地 、 配 电 机 房 的 防 雷 接 地 等 接 地 电 阻 的 计 算1.接地体深埋地下时的接地电阻接 地 体 深 埋 于 地 下 时 ， 我 们 认 为 其 离 地 表 面 无 穷远 ， 基 本 不 受 接 地 电 流 的 影 响 ， 该 情 况 下 接 地 电阻 的 计 算 十 分 简 单 。如 图 ， 接 地 体 是 半 径 为 a的球 形 良 导 体 ， 土 壤 是 电 导 率为 的 不 良 导 体 。此 时 电 流 可 看 做 球 形 对 称 分布 ， 对 于 距 球 心 为 r处 的 任 一闭 合 球 面 ， 穿 过 它 的 体 电 流密 度 为 J r2r 2 er4 eJ J IJr4J Isd 由 欧 姆 定 律 的 微 分 形 式这 种 情 况 下 因 为 接 地 体 离 地 面 太远 ， 对 地 表 面 影 响 微 乎 其 微 ， 因此 不 必 考 虑 其 危 险 区 范 围 2.接地体浅埋于地面h深的情况在 生 产 实 践 中 ， 从 施 工 操 作 和 经 济 等 方 面 考 虑 ， 不 可 能每 次 都 将 接 地 体 埋 得 非 常 深 ， 因 此 对 危 险 隐 患 必 须 加 以考 虑 并 采 取 相 应 的 防 范 措 施 。设 一 个 半 径 为 a的 球 形 接 地 体 埋 于 地 下 h深 处 有 较 大 接地 电 流 时 它 对 地 面 的 影 响 不 能 忽 略 ， 且 形 成 的 电 场 已无 对 称 可 言 (必 须 考 虑 边 界 条 件 )。 若 还 用 常 规 方 法 去 计算 接 地 电 阻 与 地 面 上 危 险 区 ， 将 会 很 繁 琐 。所 以 采 用 电 磁 场 理 论 的 镜 像 法 进 行 计 算 。 由 深 埋 时 的 计 算 情 况 我 们 可 知 ， 接 地 体 到 无 穷 远 处 电位 为 ， 此 时 由 于 镜 像 接 地 体 的 作 用 ， 接 地 体 的真 正 电 位 应 当 是 接 地 体 到 无 穷 远 处 电 位 和 镜 像 到 接 地体 上 电 位 的 相 互 叠 加由 第 一 问 可 知 ， 球 形 接 地 体 到 距 其 球 心 为r处 的 电 位 为 3.紧贴地面埋于大地的半球形接地体的接地电阻。由 镜 象 法 得 一 个 孤 立 球 ： 当 r a时 ririE riJiJr rcc 2u,2 2,24 2 22 drE (a) 电 流 线 J的 分 布 (b) 镜 象 法 图 示 图 半 球 形 接 地 器 土 壤土 壤a ai 2i土 壤由 良 导 体 与 不 良 导 体 边 界 面 条件 ， 良 导 体 球 内 部 场 强 与 外 部土 壤 场 强 相 比 很 小 ， 所 以 我 们可 以 把 导 体 球 看 作 等 势 体 ， 当ra时 ， 有 ai2u aiuR 2 1接 地 电 阻 为 riuR 21 接 地 电 阻 为 1.跨步电压的定义当 跨 步 电 压 超 过 允 许 值 时 ， 将 威 胁 人 的 生 命2.跨步电压的计算与危险区（以第三种情况为例） ao b rI J A B rP图 跨 步 电 压 与 危 险 区 的 分 析 riu 2r 2AB 2112 rIbrbrIU 设 U0为 人 体 安 全 的 临 界 跨 步 电 压（ 通 常 小 于 5070V） ， 可 以 确 定 危险 区 半 径 r0为 00 2 UIbr 00 URabIr 第二种情况下的跨步电压与危险区计算 有 跨 步 电 压 存 在 时 如 何 避 免 触 电 触 电 方 式一、直接接触触电1、 单 相 触 电（ 1） 中 性 点 接 地 系 统 中 的 单 相 触 电（ 2） 中 性 点 不 接 地 系 统 中 的 单 相 触 电2、 两 相 触 电二、间接接触触电1、 接 触 电 压 触 电2、 跨 步 电 压 触 电三、其它类型触电1、 剩 余 电 荷 触 电2、 雷 电 电 击3、 感 应 电 压 触 电4、 静 电 电 击 1.剩余电荷触电电 气 设 备 的 相 间 绝 缘 和 对 地 绝 缘 都 存 在 电 容 效 应 。 由 于 电容 器 具 有 储 存 电 荷 的 性 能 ， 因 此 在 刚 断 开 电 源 的 停 电 设 备上 ， 都 会 保 留 一 定 量 的 电 荷 ， 称 为 剩 余 电 荷 。 如 此 时 有 人触 及 停 电 设 备 ， 就 可 能 遭 受 剩 余 电 荷 电 击 。 另 外 ， 如 大 容量 电 力 设 备 和 电 力 电 缆 、 并 联 电 容 器 等 在 摇 测 绝 缘 电 阻 后或 耐 压 试 验 后 都 会 有 剩 余 电 荷 的 存 在 。 设 备 容 量 越 大 、 电缆 线 路 越 长 ， 这 种 剩 余 电 荷 的 积 累 电 压 越 高 。 因 此 ， 在 摇测 绝 缘 电 阻 或 耐 压 试 验 工 作 结 束 后 ， 必 须 注 意 充 分 放 电 ，以 防 剩 余 电 荷 电 击 。 2.感应电压触电由 于 带 电 设 备 的 电 磁 感 应 和 静 电 感 应 作 用 ， 能 使 附 近 的 停 电设 备 上 感 应 出 一 定 的 电 位 ， 其 数 值 的 大 小 决 定 于 带 电 设 备 电压 的 高 低 、 停 电 设 备 与 带 电 设 备 两 者 接 近 程 度 的 平 行 距 离 、几 何 形 状 等 因 素 。 感 应 电 压 往 往 是 在 电 气 工 作 者 缺 乏 思 想 准备 的 情 况 下 出 现 的 ， 因 此 ， 具 有 相 当 的 危 险 性 。 在 电 力 系 统中 ， 感 应 电 压 触 电 事 故 屡 有 发 生 ， 甚 至 造 成 伤 亡 事 故 。3.静电触电静 电 电 位 可 高 达 数 万 伏 至 数 十 万 伏 ， 可 能 发 生 放 电 ， 产 生 静电 火 花 ， 引 起 爆 炸 、 火 灾 ， 也 能 造 成 对 人 体 的 电 击 伤 害 。 由于 静 电 电 击 不 是 电 流 持 续 通 过 人 体 的 电 击 ， 而 是 由 于 静 电 放电 造 成 的 瞬 间 冲 击 性 电 击 ， 能 量 较 小 ， 通 常 不 会 造 成 人 体 心室 颤 动 而 死 亡 。 但 是 其 往 往 造 成 二 次 伤 害 ， 如 高 处 坠 落 或 其他 机 械 性 伤 害 ， 因 此 同 样 具 有 相 当 的 危 险 性 。 电 流 对 人 体 的 危 害电流对人体伤害的主要作用机理 心 室 纤 维 性 颤 抖 是 电 击 致 死 的 主 要 原 因 。 一 个 心 动 周期 由 产 生 兴 奋 期 、 兴 奋 扩 展 期 和 兴 奋 复 原 期 所 组 成 。 在 兴奋 复 原 期 内 有 一 个 相 对 较 小 的 部 份 称 为 易 损 期 ， 在 易 损 期内 ， 心 肌 纤 维 处 于 兴 奋 的 不 均 匀 状 态 ， 假 如 受 到 足 够 幅 度电 流 的 刺 激 ， 心 室 纤 维 发 生 颤 抖 和 血 压 降 低 ， 如 电 流 足 够大 将 导 致 死 亡 。 当 电 流 量 进 入 身 体 达 到 18 22毫 安 （ mA） 时 ， 会 引起 呼 吸 肌 不 能 随 意 收 缩 ， 致 使 呼 吸 停 止 ， 产 生 严 重 窒 息 ；如 电 流 量 超 过 22亳 安 以 上 ， 可 使 心 室 发 生 纤 颤 ， 造 成 心 泵排 血 困 难 ， 几 分 钟 内 即 可 停 止 心 脏 跳 动 。 所 以 心 室 纤 颤 是触 电 死 亡 的 主 要 原 因 。如 一 次 超 过 10安 培 的 电 流 量 就 会 把 皮 肉 击 穿 。 大 脑 和 其 它神 经 组 织 通 过 大 量 电 流 时 ， 都 会 失 去 所 有 的 正 常 兴 奋 性 ，而 使 伤 者 很 快 进 入 触 电 后 昏 迷 状 态 。如 受 到 过 大 电 流 的 损 害 ， 人 的 中 枢 神 经 系 统 会 立 即 产 生 强烈 反 应 ， 这 时 触 电 者 会 发 生 面 色 苍 白 、 呼 吸 急 促 、 心 跳 加快 、 血 压 下 降 和 神 志 不 清 等 症 状 ； 如 强 大 电 流 继 续 进 入 人体 ， 将 会 麻 痹 其 呼 吸 、 心 跳 中 枢 ， 使 呼 吸 、 心 跳 停 止 ， 如救 治 不 及 时 则 会 很 快 死 亡 。 影 响 电 流 对 人 体 危 害 程 度 的 因 素（ 1） 通 过 人 体 的 电 压 ； （ 36v以 下 ） （ 2） 通 过 人 体 的 电 流 ； （ 0.1A以 下 ）（ 3） 电 流 作 用 时 间 的 长 短 ； （ 4） 电 流 频 率 的 高 低 ； （ 工 频 最 危 险 ） （ 5） 电 流 通 过 人 体 的 途 径 ； （ 6） 触 电 者 的 体 质 状 况 ； （ 7） 人 体 的 电 阻 。 （ 1K10K欧 姆 之 间 ）