接地電阻及跨步電壓的計(jì)算實(shí)用教案

1、 預(yù)備知識(shí)接地技術(shù)是保障人身和設(shè)備的一項(xiàng)電氣(dinq)安全措施，為電力系統(tǒng)正常工作提供了零電位基準(zhǔn)參考點(diǎn)。計(jì)算接地體的接地電阻是恒定電場(chǎng)計(jì)算的一項(xiàng)重要工作。 接地體：在工程上，為了接地，將金屬導(dǎo)體埋于地內(nèi)，將系統(tǒng)中需要接地的部分(b fen)與該導(dǎo)體相連接，這種埋入地內(nèi)的導(dǎo)體系統(tǒng)稱為接地體。 接地電阻：電流在流經(jīng)大地時(shí)遇到的電阻，包括接地器本身接地電阻：電流在流經(jīng)大地時(shí)遇到的電阻，包括接地器本身(bnshn)的電阻、接地導(dǎo)線的電阻、接地器和大地之間的接觸電阻，的電阻、接地導(dǎo)線的電阻、接地器和大地之間的接觸電阻，以及兩接地器之間土壤的電阻。以及兩接地器之間土壤的電阻。 危險(xiǎn)區(qū)：一些大功率電力設(shè)

2、備的接地電流太大，：一些大功率電力設(shè)備的接地電流太大， 流入大地后流入大地后還在地面上形成較強(qiáng)的電位分布，也會(huì)造成很大的跨步電壓，當(dāng)還在地面上形成較強(qiáng)的電位分布，也會(huì)造成很大的跨步電壓，當(dāng)其超過允許值時(shí)仍會(huì)威脅地面操作其超過允許值時(shí)仍會(huì)威脅地面操作 人員的安全，在實(shí)踐中必需計(jì)人員的安全，在實(shí)踐中必需計(jì)算出這一區(qū)域算出這一區(qū)域(稱為危險(xiǎn)區(qū)稱為危險(xiǎn)區(qū))，對(duì)其做出標(biāo)記或圍欄，以確保真正，對(duì)其做出標(biāo)記或圍欄，以確保真正的安全。的安全。 第1頁/共18頁第一頁，共19頁。接地(jid)體在工程實(shí)際中的作用考慮到一些電力設(shè)備可能會(huì)遇到很大的工作電流、短考慮到一些電力設(shè)備可能會(huì)遇到很大的工作電流、短路電流或

3、雷擊電流，在安裝路電流或雷擊電流，在安裝(nzhung)時(shí)必須配有接時(shí)必須配有接地裝置，以使這些短促而巨大的電流通過接地線送到地裝置，以使這些短促而巨大的電流通過接地線送到接地體，再分流入大地。接地體，再分流入大地。例如三相高壓變壓器中性例如三相高壓變壓器中性(zhngxng)工作接地、配電機(jī)房的防雷接地等工作接地、配電機(jī)房的防雷接地等第2頁/共18頁第二頁，共19頁。接地(jid)電阻的計(jì)算1.接地(jid)體深埋地下時(shí)的接地(jid)電阻接地體深埋于地下時(shí)，我們認(rèn)為接地體深埋于地下時(shí)，我們認(rèn)為(rnwi)其離地表面無窮其離地表面無窮遠(yuǎn)，基本不受接地電流的影響，該情況下接地電阻的計(jì)遠(yuǎn)，基本不

4、受接地電流的影響，該情況下接地電阻的計(jì)算十分簡單。算十分簡單。如圖，接地體是半徑為如圖，接地體是半徑為a的球形的球形良導(dǎo)體，土壤是電導(dǎo)率為良導(dǎo)體，土壤是電導(dǎo)率為的不的不良導(dǎo)體。良導(dǎo)體。此時(shí)電流可看做球形對(duì)稱分此時(shí)電流可看做球形對(duì)稱分布，對(duì)于距球心為布，對(duì)于距球心為r處的任一處的任一閉合球面，穿過它的體電流密閉合球面，穿過它的體電流密度為度為J第3頁/共18頁第三頁，共19頁。r2r2er4 eJ JIJr4JIsd由歐姆定律的微分形式由歐姆定律的微分形式這種情況下因?yàn)檫@種情況下因?yàn)?yn wi)接地體接地體離地面太遠(yuǎn)，對(duì)地表面影響微乎離地面太遠(yuǎn)，對(duì)地表面影響微乎其微，因此不必考慮其危險(xiǎn)區(qū)范其微

5、，因此不必考慮其危險(xiǎn)區(qū)范圍圍第4頁/共18頁第四頁，共19頁。2.接地體淺埋于地面(dmin)h深的情況在生產(chǎn)實(shí)踐中，從施工操作和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，不可能每次在生產(chǎn)實(shí)踐中，從施工操作和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，不可能每次都將接地體埋得非常深，因此對(duì)危險(xiǎn)隱患必須加以考慮并采都將接地體埋得非常深，因此對(duì)危險(xiǎn)隱患必須加以考慮并采取相應(yīng)的防范措施。取相應(yīng)的防范措施。設(shè)一個(gè)設(shè)一個(gè)(y )半徑為半徑為 a的球形接地體埋于地下的球形接地體埋于地下h深處有較大接深處有較大接地電流時(shí)它對(duì)地面地電流時(shí)它對(duì)地面 的影響不能忽略的影響不能忽略 ，且形成的電場(chǎng)已無對(duì)，且形成的電場(chǎng)已無對(duì)稱可言稱可言(必須考慮邊界條件必須考慮邊界條件

6、 )。 若還用常規(guī)方法去計(jì)算接地電若還用常規(guī)方法去計(jì)算接地電阻與地面上危險(xiǎn)區(qū)，將會(huì)很繁瑣。阻與地面上危險(xiǎn)區(qū)，將會(huì)很繁瑣。所以采用電磁場(chǎng)理論的鏡像法進(jìn)行計(jì)算。所以采用電磁場(chǎng)理論的鏡像法進(jìn)行計(jì)算。第5頁/共18頁第五頁，共19頁。由深埋時(shí)的計(jì)算情況我們可知，接地體到無窮遠(yuǎn)處電位由深埋時(shí)的計(jì)算情況我們可知，接地體到無窮遠(yuǎn)處電位為為 ，此時(shí)由于鏡像接地體的作用，此時(shí)由于鏡像接地體的作用(zuyng)，接，接地體的真正電位應(yīng)當(dāng)是接地體到無窮遠(yuǎn)處電位和鏡像到地體的真正電位應(yīng)當(dāng)是接地體到無窮遠(yuǎn)處電位和鏡像到接地體上電位的相互疊加接地體上電位的相互疊加由第一問可知，球形接地體到距其球心為由第一問可知，球形接地

7、體到距其球心為r處的電位為處的電位為第6頁/共18頁第六頁，共19頁。3.緊貼地面(dmin)埋于大地的半球形接地體的接地電阻。由鏡象法得一個(gè)孤立球： 當(dāng)ra時(shí) ririEriJiJrrcc2u,22,24222drE(a) 電流線J的分布 (b) 鏡象法圖示 圖 半球形接地器 土壤土壤aai2i土壤由良導(dǎo)體與不良導(dǎo)體邊界面條件，良導(dǎo)體球內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)與外部土壤場(chǎng)強(qiáng)相比很小，所以我們可以(ky)把導(dǎo)體球看作等勢(shì)體，當(dāng)ra時(shí)，有 ai2u aiuR21接地電阻為接地電阻為riuR21 接地電阻為接地電阻為第7頁/共18頁第七頁，共19頁。 1.跨步電壓的定義電力系統(tǒng)接地體一旦有電流通過，由于接地電阻的

8、存在，在地面上存在電位分布(fnb)。此時(shí)，人體跨步的兩足之間的電壓稱為跨步電壓。當(dāng)跨步電壓超過允許值時(shí)，將威脅人的生命。2.跨步電壓的計(jì)算與危險(xiǎn)區(qū)（以第三種情況為例） aobrIJAB rP圖 跨步電壓與危險(xiǎn)區(qū)的分析 riu2r2AB2112rIbrbrIU設(shè)U0為人體安全的臨界跨步電壓(ku b din y)（通常小于5070V），可以確定危險(xiǎn)區(qū)半徑r0為 002UIbr00URabIr第8頁/共18頁第八頁，共19頁。第二種情況下的跨步電壓(ku b din y)與危險(xiǎn)區(qū)計(jì)算第9頁/共18頁第九頁，共19頁。第10頁/共18頁第十頁，共19頁。有跨步電壓(ku b din y)存在時(shí)如何

9、避免觸電第11頁/共18頁第十一頁，共19頁。觸電(ch din)方式一、直接接觸觸電1、單相觸電（1）中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的單相觸電（2）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的單相觸電2、兩相觸電二、間接接觸觸電1、接觸電壓觸電2、跨步電壓觸電三、其它類型觸電1、剩余(shngy)電荷觸電2、雷電電擊3、感應(yīng)電壓觸電4、靜電電擊第12頁/共18頁第十二頁，共19頁。1.剩余電荷觸電電氣設(shè)備的相間絕緣和對(duì)地絕緣都存在電容效應(yīng)。由于電容器具有儲(chǔ)存電荷的性能，因此在剛斷開電源的停電設(shè)備上，都會(huì)保留一定量的電荷，稱為剩余電荷。如此時(shí)有人觸及停電設(shè)備，就可能遭受剩余電荷電擊。另外(ln wi)，如大容量電力設(shè)備和電力電纜、

10、并聯(lián)電容器等在搖測(cè)絕緣電阻后或耐壓試驗(yàn)后都會(huì)有剩余電荷的存在。設(shè)備容量越大、電纜線路越長，這種剩余電荷的積累電壓越高。因此，在搖測(cè)絕緣電阻或耐壓試驗(yàn)工作結(jié)束后，必須注意充分放電，以防剩余電荷電擊。第13頁/共18頁第十三頁，共19頁。2.感應(yīng)電壓觸電由于帶電設(shè)備的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)作用，能使附近的停電設(shè)備上感應(yīng)出一定的電位，其數(shù)值的大小決定于帶電設(shè)備電壓的高低、停電設(shè)備與帶電設(shè)備兩者接近程度的平行距離、幾何形狀等因素。感應(yīng)電壓往往是在電氣工作者缺乏思想準(zhǔn)備的情況下出現(xiàn)的，因此，具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性。在電力系統(tǒng)中，感應(yīng)電壓觸電事故屢有發(fā)生，甚至造成傷亡事故。3.靜電觸電靜電電位可高達(dá)數(shù)萬伏至數(shù)十萬伏

11、，可能發(fā)生放電(fng din)，產(chǎn)生靜電火花，引起爆炸、火災(zāi)，也能造成對(duì)人體的電擊傷害。由于靜電電擊不是電流持續(xù)通過人體的電擊，而是由于靜電放電(fng din)造成的瞬間沖擊性電擊，能量較小，通常不會(huì)造成人體心室顫動(dòng)而死亡。但是其往往造成二次傷害，如高處墜落或其他機(jī)械性傷害，因此同樣具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性。第14頁/共18頁第十四頁，共19頁。電流(dinli)對(duì)人體的危害電 流 對(duì) 人 體 傷 害 的 主 要 作 用 機(jī) 理 心 室 纖 維 性 顫 抖 是 電 擊 致 死 的 主 要 原 因 。 一 個(gè) 心 動(dòng) 周 期 由 產(chǎn) 生 興 奮 期 、 興 奮 擴(kuò) 展 期 和 興 奮 復(fù) 原 期 所

12、 組 成 。 在 興 奮 復(fù) 原 期 內(nèi) 有 一 個(gè) 相 對(duì) 較 小 的 部 份 稱 為 易 損 期 ， 在 易 損 期 內(nèi) ， 心 肌 纖 維 處 于興 奮 的 不 均 勻 狀 態(tài) ， 假 如 受 到 足 夠 幅 度 電 流 的 刺 激 ( c j ) ， 心 室 纖 維 發(fā) 生 顫 抖 和 血 壓 降 低 ， 如 電 流 足 夠 大 將 導(dǎo) 致 死 亡 。 第15頁/共18頁第十五頁，共19頁。 當(dāng) 電 流 量 進(jìn) 入 身 體 達(dá) 到 1 8 2 2 毫 安 （ m A ） 時(shí) ， 會(huì) 引 起 呼 吸 肌 不 能 隨 意 收 縮 ， 致 使 呼 吸 停 止 ， 產(chǎn) 生 嚴(yán) 重 窒 息 ；如

13、 電 流 量 超 過 2 2 亳 安 以 上 ， 可 使 心 室 發(fā) 生 纖 顫 ， 造 成 ( z o c h n ) 心 泵 排 血 困 難 ， 幾 分 鐘 內(nèi) 即 可 停 止 心 臟 跳 動(dòng) 。 所 以 心 室 纖 顫 是 觸 電 死 亡 的 主 要 原 因 。如 一 次 超 過 1 0 安 培 的 電 流 量 就 會(huì) 把 皮 肉 擊 穿 。 大 腦 和 其 它 神 經(jīng) 組 織 通 過 大 量 電 流 時(shí) ， 都 會(huì) 失 去 所 有 的 正 常 興 奮 性 ， 而 使 傷 者 很 快 進(jìn) 入 觸 電 后 昏 迷 狀 態(tài) 。如 受 到 過 大 電 流 的 損 害 ， 人 的 中 樞 神 經(jīng)

14、 系 統(tǒng) 會(huì) 立 即 產(chǎn) 生 強(qiáng) 烈 反 應(yīng) ， 這 時(shí) 觸 電 者 會(huì) 發(fā) 生 面 色 蒼 白 、 呼 吸 急 促 、 心 跳 加 快 、 血 壓 下 降 和 神 志 不 清 等 癥 狀 ； 如 強(qiáng) 大 電 流 繼 續(xù) 進(jìn) 入 人 體 ， 將 會(huì) 麻 痹 其 呼吸 、 心 跳 中 樞 ， 使 呼 吸 、 心 跳 停 止 ， 如 救 治 不 及 時(shí) 則 會(huì) 很 快 死 亡 。 第16頁/共18頁第十六頁，共19頁。影響電流對(duì)人體危害程度(chngd)的因素（ 1 ） 通 過 人 體 的 電 壓 ； （ 3 6 v 以 下 ） （ 2 ） 通 過 人 體 的 電 流 ； （ 0 . 1 A 以 下 ）（ 3 ） 電 流 作 用 時(shí) 間 的 長 短 ； （ 4 ） 電 流 頻 率 的 高 低 ； （ 工 頻 最 危 險(xiǎn) ） （ 5 ） 電 流 通 過 人 體 的 途 徑 ； （ 6 ） 觸 電 ( c h d i n ) 者 的 體 質(zhì) 狀 況 ； （ 7 ） 人 體 的 電 阻 。 （ 1 K 1 0 K 歐 姆 之 間 ）第17頁/共18頁第十七頁，共19頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第18頁/共18頁第十八頁，共19頁。No