接地電阻及跨步電壓的計算

1、跨步電壓及其計算跨步電壓及其計算小組成員：宋坤儒小組成員：宋坤儒 李總李總 胡東陽胡東陽 韋松韋松 吳劍鋒吳劍鋒 預(yù)備知識預(yù)備知識接地技術(shù)是保障人身和設(shè)備的一項電氣安全措施，為是保障人身和設(shè)備的一項電氣安全措施，為電力系統(tǒng)正常工作提供了零電位基準(zhǔn)參考點。計算接地體電力系統(tǒng)正常工作提供了零電位基準(zhǔn)參考點。計算接地體的接地電阻是恒定電場計算的一項重要工作。的接地電阻是恒定電場計算的一項重要工作。 接地體：在工程上，為了接地，將金屬導(dǎo)體埋于地內(nèi)，：在工程上，為了接地，將金屬導(dǎo)體埋于地內(nèi)，將系統(tǒng)中需要接地的部分與該導(dǎo)體相連接，這種埋入地內(nèi)的將系統(tǒng)中需要接地的部分與該導(dǎo)體相連接，這種埋入地內(nèi)的導(dǎo)體系統(tǒng)稱

2、為接地體。導(dǎo)體系統(tǒng)稱為接地體。 接地電阻：電流在流經(jīng)大地時遇到的電阻，包括接地器：電流在流經(jīng)大地時遇到的電阻，包括接地器本身的電阻、接地導(dǎo)線的電阻、接地器和大地之間的接觸電本身的電阻、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。阻，以及兩接地器之間土壤的電阻。 危險區(qū)：一些大功率電力設(shè)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， 流入流入大地后還在地面上形成較強(qiáng)的電位分布，也會造成很大的大地后還在地面上形成較強(qiáng)的電位分布，也會造成很大的跨步電壓，當(dāng)其超過允許值時仍會威脅地面操作跨步電壓，當(dāng)其超過允許值時仍會威脅地面操作 人員的人員的安全，在實踐中必需計算出

3、這一區(qū)域安全，在實踐中必需計算出這一區(qū)域(稱為危險區(qū)稱為危險區(qū))，對其，對其做出標(biāo)記或圍欄，以確保真正的安全。做出標(biāo)記或圍欄，以確保真正的安全。 接地體在工程實際中的作用接地體在工程實際中的作用考慮到一些電力設(shè)備可能會遇到很大的工作電流、考慮到一些電力設(shè)備可能會遇到很大的工作電流、短路電流或雷擊電流，在安裝時必須配有接地裝置，短路電流或雷擊電流，在安裝時必須配有接地裝置，以使這些短促而巨大的電流通過接地線送到接地體，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。再分流入大地。例如三相高壓變壓器中性工作接地、配電機(jī)房的防雷接地等例如三相高壓變壓器中性工作接地、配電機(jī)房的防雷接地等接

4、地電阻的計算接地電阻的計算1.接地體深埋地下時的接地電阻接地體深埋于地下時，我們認(rèn)為其離地表面無窮接地體深埋于地下時，我們認(rèn)為其離地表面無窮遠(yuǎn)，基本不受接地電流的影響，該情況下接地電遠(yuǎn)，基本不受接地電流的影響，該情況下接地電阻的計算十分簡單。阻的計算十分簡單。如圖，接地體是半徑為如圖，接地體是半徑為a的的球形良導(dǎo)體，土壤是電導(dǎo)率球形良導(dǎo)體，土壤是電導(dǎo)率為為的不良導(dǎo)體。的不良導(dǎo)體。此時電流可看做球形對稱分此時電流可看做球形對稱分布，對于距球心為布，對于距球心為r處的任一處的任一閉合球面，穿過它的體電流閉合球面，穿過它的體電流密度為密度為Jr2r2er4 eJ JIJr4JIsd由歐姆定律的微分形

5、式由歐姆定律的微分形式這種情況下因為接地體離地面太這種情況下因為接地體離地面太遠(yuǎn)，對地表面影響微乎其微，因遠(yuǎn)，對地表面影響微乎其微，因此不必考慮其危險區(qū)范圍此不必考慮其危險區(qū)范圍2.接地體淺埋于地面h深的情況在生產(chǎn)實踐中，從施工操作和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，不可能在生產(chǎn)實踐中，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，因此對危險隱患必須加以每次都將接地體埋得非常深，因此對危險隱患必須加以考慮并采取相應(yīng)的防范措施?？紤]并采取相應(yīng)的防范措施。設(shè)一個半徑為設(shè)一個半徑為 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它對地面地電流時它對地面 的影響不能忽略的影響

6、不能忽略 ，且形成的電場已，且形成的電場已無對稱可言無對稱可言(必須考慮邊界條件必須考慮邊界條件 )。 若還用常規(guī)方法去計若還用常規(guī)方法去計算接地電阻與地面上危險區(qū)，將會很繁瑣。算接地電阻與地面上危險區(qū)，將會很繁瑣。所以采用電磁場理論的鏡像法進(jìn)行計算。所以采用電磁場理論的鏡像法進(jìn)行計算。由深埋時的計算情況我們可知，接地體到無窮遠(yuǎn)處電由深埋時的計算情況我們可知，接地體到無窮遠(yuǎn)處電位為位為 ，此時由于鏡像接地體的作用，接地體的，此時由于鏡像接地體的作用，接地體的真正電位應(yīng)當(dāng)是接地體到無窮遠(yuǎn)處電位和鏡像到接地真正電位應(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體上電位的相互疊加由第一問可

7、知，球形接地體到距其球心為由第一問可知，球形接地體到距其球心為r處的電位為處的電位為3.緊貼地面埋于大地的半球形接地體的接地電阻。由鏡象法得一個孤立球：由鏡象法得一個孤立球： 當(dāng)當(dāng)rara時時 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)部場強(qiáng)與外部件，良導(dǎo)體球內(nèi)部場強(qiáng)與外部土壤場強(qiáng)相比很小，所以我們土壤場強(qiáng)相比很小，所以我們可以把導(dǎo)體球看作等勢體，當(dāng)可以把導(dǎo)體球看作等勢體，當(dāng)rara時，有時，有 ai2u aiuR21接地電阻為接地

8、電阻為riuR21 接地電阻為接地電阻為 1.跨步電壓的定義當(dāng)跨步電壓超過允許值時，將威脅人的生命當(dāng)跨步電壓超過允許值時，將威脅人的生命2.跨步電壓的計算與危險區(qū)（以第三種情況為例） aobrIJAB rP圖 跨步電壓與危險區(qū)的分析 riu2r2AB2112rIbrbrIU設(shè)設(shè)U U0 0為人體安全的臨界跨步電壓為人體安全的臨界跨步電壓（通常小于（通常小于5050 70V70V），可以確定危），可以確定危險區(qū)半徑險區(qū)半徑r r0 0為為 002UIbr00URabIr第二種情況下的跨步電壓與危險區(qū)計算有跨步電壓存在時如何避免觸電有跨步電壓存在時如何避免觸電觸電方式觸電方式一、直接接觸觸電1、單

9、相觸電、單相觸電（1）中性點接地系統(tǒng)中的單相觸電）中性點接地系統(tǒng)中的單相觸電（2）中性點不接地系統(tǒng)中的單相觸電）中性點不接地系統(tǒng)中的單相觸電2、兩相觸電、兩相觸電二、間接接觸觸電1、接觸電壓觸電、接觸電壓觸電2、跨步電壓觸電、跨步電壓觸電三、其它類型觸電1、剩余電荷觸電剩余電荷觸電2、雷電電擊、雷電電擊3、感應(yīng)電壓觸電感應(yīng)電壓觸電4、靜電電擊、靜電電擊1.剩余電荷觸電電氣設(shè)備的相間絕緣和對地絕緣都存在電容效應(yīng)。由于電電氣設(shè)備的相間絕緣和對地絕緣都存在電容效應(yīng)。由于電容器具有儲存電荷的性能，因此在剛斷開電源的停電設(shè)備容器具有儲存電荷的性能，因此在剛斷開電源的停電設(shè)備上，都會保留一定量的電荷，稱為

10、剩余電荷。如此時有人上，都會保留一定量的電荷，稱為剩余電荷。如此時有人觸及停電設(shè)備，就可能遭受剩余電荷電擊。另外，如大容觸及停電設(shè)備，就可能遭受剩余電荷電擊。另外，如大容量電力設(shè)備和電力電纜、并聯(lián)電容器等在搖測絕緣電阻后量電力設(shè)備和電力電纜、并聯(lián)電容器等在搖測絕緣電阻后或耐壓試驗后都會有剩余電荷的存在。設(shè)備容量越大、電或耐壓試驗后都會有剩余電荷的存在。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，在搖纜線路越長，這種剩余電荷的積累電壓越高。因此，在搖測絕緣電阻或耐壓試驗工作結(jié)束后，必須注意充分放電，測絕緣電阻或耐壓試驗工作結(jié)束后，必須注意充分放電，以防剩余電荷電擊。以防剩余電荷

11、電擊。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、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)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性。在電力系統(tǒng)備的情況下出現(xiàn)的，因此，具有相當(dāng)?shù)奈ｋU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。中，感應(yīng)電

12、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，可能發(fā)生放電，產(chǎn)生靜靜電電位可高達(dá)數(shù)萬伏至數(shù)十萬伏，可能發(fā)生放電，產(chǎn)生靜電火花，引起爆炸、火災(zāi)，也能造成對人體的電擊傷害。由電火花，引起爆炸、火災(zāi)，也能造成對人體的電擊傷害。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，而是由于靜電放電造成的瞬間沖擊性電擊，能量較小，電造成的瞬間沖擊性電擊，能量較小，通常不會造成人體心通常不會造成人體心室顫動而死亡。但是其往往造成二次傷害，如高處墜落或其室顫動而死亡。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)

13、的危險性。他機(jī)械性傷害，因此同樣具有相當(dāng)?shù)奈ｋU性。電流對人體的危害電流對人體的危害電流對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。一個心動周心室纖維性顫抖是電擊致死的主要原因。一個心動周期由產(chǎn)生興奮期、興奮擴(kuò)展期和興奮復(fù)原期所組成。在興期由產(chǎn)生興奮期、興奮擴(kuò)展期和興奮復(fù)原期所組成。在興奮復(fù)原期內(nèi)有一個相對較小的部份稱為易損期，在易損期奮復(fù)原期內(nèi)有一個相對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，心室纖維發(fā)生顫抖和血壓降低，如電流足夠電流的刺激，心室纖維發(fā)生顫抖和血壓降低，如電流足

14、夠大將導(dǎo)致死亡。大將導(dǎo)致死亡。當(dāng)電流量進(jìn)入身體達(dá)到當(dāng)電流量進(jìn)入身體達(dá)到1822毫安（毫安（mA）時，會引）時，會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；起呼吸肌不能隨意收縮，致使呼吸停止，產(chǎn)生嚴(yán)重窒息；如電流量超過如電流量超過22亳安以上，可使心室發(fā)生纖顫，造成心泵亳安以上，可使心室發(fā)生纖顫，造成心泵排血困難，幾分鐘內(nèi)即可停止心臟跳動。所以心室纖顫是排血困難，幾分鐘內(nèi)即可停止心臟跳動。所以心室纖顫是觸電死亡的主要原因。觸電死亡的主要原因。如一次超過如一次超過10安培的電流量就會把皮肉擊穿。大腦和其它安培的電流量就會把皮肉擊穿。大腦和其它神經(jīng)組織通過大量電流時，都會失去所有的正常興奮性，神經(jīng)組織通過大量電流時，都會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)。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)系統(tǒng)會立即產(chǎn)生強(qiáng)如受到過大電流的損害，人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)會立即產(chǎn)生強(qiáng)烈反應(yīng)，這時觸電者會發(fā)生面色蒼白、呼吸急促、心跳加烈反應(yīng)，這時觸電者會發(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，將會麻痹其呼吸、心跳中樞，使呼吸、心跳停止，如體，將會麻痹其呼吸、心跳中樞，使呼吸、心跳停止，如救治不及時則會很快死亡。救治不及時則會很快死亡