接地電阻及跨步電壓的計(jì)算講解

1、跨步電壓及其計(jì)算跨步電壓及其計(jì)算 小組成員：宋坤儒小組成員：宋坤儒 李總李總 胡東陽(yáng)胡東陽(yáng) 韋松韋松 吳劍鋒吳劍鋒 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí) 接地技術(shù)是保障人身和設(shè)備的一項(xiàng)電氣安全措施，為是保障人身和設(shè)備的一項(xiàng)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(diǎn)。計(jì)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(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。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)，：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

2、 導(dǎo)體系統(tǒng)稱為接地體。導(dǎo)體系統(tǒng)稱為接地體。 接地電阻：電流在流經(jīng)大地時(shí)遇到的電阻，包括接地器：電流在流經(jīng)大地時(shí)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(xiǎn)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(huì)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(huì)造成很大的 跨步電壓，當(dāng)其超過(guò)允許值時(shí)仍會(huì)威脅地面操作跨步電壓，當(dāng)其超過(guò)允許值時(shí)仍會(huì)威脅地面操作 人員的人員的 安

3、全，在實(shí)踐中必需計(jì)算出這一區(qū)域安全，在實(shí)踐中必需計(jì)算出這一區(qū)域(稱為危險(xiǎn)區(qū)稱為危險(xiǎn)區(qū))，對(duì)其，對(duì)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(shí)際中的作用接地體在工程實(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、考慮到一些電力設(shè)備可能會(huì)遇到很大的工作電流、 短路電流或雷擊電流，在安裝時(shí)必須配有接地裝置，短路電流或雷擊電流，在安裝時(shí)必須配有接地裝置， 以使這些短促而巨大的電流通過(guò)接地線送到接地體，以使這些短促而巨大的電流通過(guò)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

4、性工作接地、配電機(jī)房的防雷接地等 接地電阻的計(jì)算接地電阻的計(jì)算 1.接地體深埋地下時(shí)的接地電阻 接地體深埋于地下時(shí)，我們認(rèn)為其離地表面無(wú)窮接地體深埋于地下時(shí)，我們認(rèn)為其離地表面無(wú)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(jì)算十分簡(jiǎn)單。阻的計(jì)算十分簡(jiǎn)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(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(guò)它的體電流閉合球面，穿過(guò)它的體電流 密度為密度為J

5、 r 2 r 2 e r4 eJ J IJr4J I sd 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)榻拥伢w離地面太這種情況下因?yàn)榻拥伢w離地面太 遠(yuǎn)，對(duì)地表面影響微乎其微，因遠(yuǎn)，對(duì)地表面影響微乎其微，因 此不必考慮其危險(xiǎn)區(qū)范圍此不必考慮其危險(xiǎn)區(qū)范圍 2.接地體淺埋于地面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(gè)半徑為設(shè)一個(gè)半徑為 a的球形接地體埋于地下的球形

6、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，且形成的電場(chǎng)已 無(wú)對(duì)稱可言無(wú)對(duì)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(jì)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。算接地電阻與地面上危險(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。 由深埋時(shí)的計(jì)算情況我們可知，接地體到無(wú)窮遠(yuǎn)處電由深埋時(shí)的計(jì)算情況我們可知，接地體到無(wú)窮遠(yuǎn)處電 位為位為 ，此時(shí)由于鏡像接地體的作用，接地體的，此時(shí)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(wú)窮遠(yuǎn)處

7、電位和鏡像到接地真正電位應(yīng)當(dāng)是接地體到無(wú)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(wèn)可知，球形接地體到距其球心為由第一問(wèn)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(gè)孤立球：由鏡象法得一個(gè)孤立球： 當(dāng)當(dāng)rara時(shí)時(shí) r i r i E r i JiJr r cc 2 u, 2 2 ,24 2 2 2 drE (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 aa i 2i 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(chǎng)強(qiáng)與外部件，良導(dǎo)體球內(nèi)部場(chǎng)

8、強(qiáng)與外部 土壤場(chǎng)強(qiáng)相比很小，所以我們土壤場(chǎng)強(qiáng)相比很小，所以我們 可以把導(dǎo)體球看作等勢(shì)體，當(dāng)可以把導(dǎo)體球看作等勢(shì)體，當(dāng) rara時(shí)，有時(shí)，有 a i 2 u ai u R 2 1 接地電阻為接地電阻為 ri u R 2 1 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(guò)允許值時(shí)，將威脅人的生命當(dāng)跨步電壓超過(guò)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） a o b r I J AB r P 圖 跨步電壓與危險(xiǎn)區(qū)的分析 r i u 2 r 2 AB 2 11 2r Ib rbr I U 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

9、（通常小于5050 70V70V），可以確定危），可以確定危 險(xiǎn)區(qū)半徑險(xiǎn)區(qū)半徑r r0 0為為 0 0 2U Ib r 0 0 U RabI r 第二種情況下的跨步電壓與危險(xiǎn)區(qū)計(jì)算 有跨步電壓存在時(shí)如何避免觸電有跨步電壓存在時(shí)如何避免觸電 觸電方式觸電方式 一、直接接觸觸電 1、單相觸電、單相觸電 （1）中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的單相觸電）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）中性點(diǎn)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

10、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(duì)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(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(kāi)電源的停電設(shè)備容器具有儲(chǔ)存電荷的性能，因此在剛斷開(kāi)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，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(cè)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(cè)絕緣電阻后 或耐壓試

11、驗(yàn)后都會(huì)有剩余電荷的存在。設(shè)備容量越大、電或耐壓試驗(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(zhǎng)，這種剩余電荷的積累電壓越高。因此，在搖纜線路越長(zhǎng)，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，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。以防剩余電荷電擊。 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

12、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(xiǎn)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(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。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(wàn)伏至數(shù)十萬(wàn)伏，可能發(fā)生放電，產(chǎn)生靜靜電電位可高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏至數(shù)十萬(wàn)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(duì)人體的電擊傷害。由電火花，引起爆炸、火災(zāi)，也能造成對(duì)人體的電擊傷

13、害。由 于靜電電擊不是電流持續(xù)通過(guò)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(guò)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(huì)造成人體心通常不會(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。他機(jī)械性傷害，因此同樣具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性。 電流對(duì)人體的危害電流對(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)

14、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(gè)相對(duì)較小的部份稱為易損期，在易損期奮復(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(shí)，會(huì)引）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；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

15、超過(guò)如電流量超過(guò)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(dòng)。所以心室纖顫是排血困難，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。觸電死亡的主要原因。 如一次超過(guò)如一次超過(guò)10安培的電流量就會(huì)把皮肉擊穿。大腦和其它安培的電流量就會(huì)把皮肉擊穿。大腦和其它 神經(jīng)組織通過(guò)大量電流時(shí)，都會(huì)失去所有的正常興奮性，神經(jīng)組織通過(guò)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)。而使傷者很快進(jìn)入觸電后昏迷狀態(tài)。 如受到過(guò)大電流的損害，人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)立即產(chǎn)生強(qiáng)如受到過(guò)大電流的損害，人的中樞神經(jīng)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。救治不