关于对接地装置的安全技术探讨

【摘要】电力系统为工作、保护、防雷的需要，将系统或电气设备的某部分，通过接地装置与大地中零电位处相连接，称为接地。文中对接地装置的安全技术进行分析。

【关键词】接地装置；安全技术；探讨

所谓接地，是指设备与大地作电气连接或金属性连接。电气设备的接地，通常的方法是将金属导体埋入地中，并通过导体与与设备作电气连接。这种埋入地中直接与地接触的金属物体称为接地体，而连接设备与接地体的金属导体称为接地线，接地体与接地线的连接组合就称为接地装置。

1.接地装置的接触电压和跨步电压

确定10kv接地装置的型式和布置时，考虑保护接地的要求应降低接触电位差和跨步电位差，并应符合下列要求。

1.1 10kv低电阻接地系统发生单相接地或两相短路接地时接地装置的接触电位差和跨步电位差应不超过下列数值：

式中 Ut——接触电位差，V；

Us——跨步电位差，V；

Ρf——人脚站地处地表面土壤电阻率，Ω·m；

t——接地故障电流持续时间，s。

1.2 3—66kv不接地、经消弧线圈接地线高电阻接地系统，发生单相接地故障后，当不能迅速切除故障时，此时接地装置的接触电压和跨步电压应不超过下列数值：

Ut=50+0.05ρf

Us=50+0.2ρf

2.接地参数的数值计算方法

2.1 近似计算阶段

对于较复杂的电极，由于边界条件在用数值计算之前很难得到它的精确解。因此，长期以来，许多文献在分析、计算接地电阻、跨步电势、接触电势这些接地参数时，都做了相应的一些近似，主要有如下两种近似处理方法：（1）将接地体几何形状做某些改变使之便于进行数学分析；（2）假设电流在接地体上均匀分布。

2.2 工频接地电阻的计算

20世纪50年代以前，发电厂和变电所接地装置主要是由垂直接地导体所构成。但实际运行结果表明。垂直接地体的作用远没有过去所估计的那么大，因此，20世纪50年代初期，首先在美国，后来在欧洲一些国家中开始使用以水平接地体为主的接地装置。于是，这种电极的接地电阻的各种近似计算公式也相继产生。常用几个近似算法如下：

（1）利用屏蔽系数A计算接地电阻R：

（1）

式中：L——水平接地体总长度，m；

h——水平接地体埋设深度，m；

d——水平接地体直径或等值直径，m；

A——水平接地体屏蔽系数。

（1）式是通过假定电流在接地体上均匀分布而得到的。经在工程中使用，尚负荷实际，但仅限于几种接地体的形状，才能查得系数A的值，因此，使用受到限制，且不适用于大型接地网。

（2）我国现行接地规程中所采用的的地网接地电阻的计算公式：

（2）

式中：S——接地网总面积，m2；

L——接地体的总长度，包括垂直接地体在内，m；

d——水平接地体的直径或等值直径，m；

h——水平接地体埋设深度，m。

（2）式是根据圆环接地电阻理论公式和回盘接地电阻理论公式，用线性内插法求得。采用的回盘公式考虑了埋深的影响，并将圆环公式的对数项改用面积表达，得到的接地电阻表达式较（2）式精确些，但接地电阻随均压导体的增加而呈下降的趋势，使计算结果偏高。

2.3 跨步电势Estep、接触电势Etouch或网孔电势Emesh的计算

随着电力系统容量的增加，地网面积愈来愈大。流经地网的大地短路电流大大增加，即使将接地电阻降到0.5Ω以下，地网电位压有时也高达5000v以上，而且在高电阻率地区，发电厂、变电所耗用了大量钢材也难达到0.5Ω的要求。为确保人身安全，必须将接触电势、跨步电势控制在人体所允许的安全值以内。对于按等间距布置的接地网，地网外跨步电势达到最大。因此，常常用网孔电势来代替接触电势。网孔电势是指接地导体与地表面网孔中心之间的电位差，是地网网孔内可能出现的最大接触电势。目前，网孔电势，是接地导体与地表面网孔中心之间的电位差，是地网网孔内可能出现的最大的接触电势，因此常常用网孔电势来代替接触电势。

3.接地计算研究的第二阶段——数值计算、计算机辅助法

3.1 恒定电流场理论

没有一恒定电流流入埋在电阻率为ρ的均匀土壤中的电极，若以无穷远处为参考点，根据恒定电流场理论，应用格林函数的原理，可以得到电极泄漏电流在求解空间中任一点P产生的电位为：

式中，J（Q）表示电极表面S上Q点的泄露电流密度，G（P，Q）是相应于电极几何形状的格林函数，代表单位电流通过电极表面Q点在P点产生的点位。接地极对于土壤而言，可看成良导体，因此在土壤中通常假设为等电位电极。该条件作为数值计算的边界条件。

3.2 计算方法及程序流程图

（1）地网均压导体的不等间距自动布置。由于发变电站的站址的限制，并不是所有的接地网都是规则矩形，而是可能出现一些凹凸多边形的情况。自动布置导体时，必须满足在各种地网形状的情况下，既能按要求布置，而且能使布置的导体超出限定的范围。一般来说，只要能够确定水平地网的边框，其内部的均压导体布置是可以通过复杂的算法按要求实现的。布置的要求可以以外部文件的形式存放，布置导体时加以读取，所以一些过去按等间距布置设计的接地网，可用等间距布置的要求文件更换按不等间距布置要求的文件，实现对等间距布置下的自动布置。输入水平接地网边框值，以水平接地网的某一直角边建立坐标系，输入地网水平地网边框交点的坐标，即可确定水平接地网的范围。

（2）一次分段的形成。在分段过程中，必须满足各一次分段中无分段相交情况。

（3）微分段的划分。将微分段长取为定值，将每一次分段长度除以微分段长就是其二次分段数值。不能整除时，余段长超过微分段长的一半，算作一个微分段，否则忽略不计。由于各微分段大小相等，因此不用对每一次分段计算其各微分段的自电阻与互电阻，只需计算最长一次分段中各微分段的互电阻，其他一次分段上的微分段可根据各微分段之间的相隔的微分段数情况通过直接赋值得到。

参考文献

[1]邓华.关于接地装置测试的探讨[J].云南电力技术，1999（02）.

[2]苏宇燕，胡必常.防雷接地装置的结构探讨[J].广东技术师范学院学报，1995（04）.