淺談發(fā)變電站碎石混凝土路面的設(shè)計(jì)

淺談發(fā)變電站碎石混凝土路面的設(shè)計(jì)

通常，在發(fā)交動(dòng)站的田地里鋪設(shè)5.20cm的礫石路面。這層高土壤電阻率路面提高了人體允許的接觸電位差和跨步電位差。但目前我國(guó)所用得計(jì)算方法,夸大了礫石層的作用,從而使計(jì)算結(jié)果偏于不安全側(cè)。本文詳盡的討論了目前所用計(jì)算方法存在的誤差。1加大土壤電阻率r0的影響由文獻(xiàn)知,在大接地短路電流系統(tǒng)中,人體允許的接觸電位差Vt和跨步電位差Vs分別為Vt=174+0.058R0√tVt=174+0.058R0t√(1)Vs=174+0.232R0√tVs=174+0.232R0t√(2)式中R0為人腳和土壤間的接觸電阻,Ω;t為接地短路電流持續(xù)時(shí)間,s。很顯然,人腳和土壤間接觸電阻R0對(duì)人體允許的接觸電位差和跨步電位差有較大影響。在計(jì)算R0時(shí),通常將人腳等值成一半徑r=0.08m的圓盤。由均勻土壤中圓盤的接地電阻計(jì)算公式知,在均勻土壤中R0=ρ4r≈3ρR0=ρ4r≈3ρ(3)式中ρ為土壤電阻率,Ω·m。將式(3)代入式(1)和式(2),即可得《交流電氣裝置的接地》推薦的計(jì)算公式Vt=174+0.17ρ√tVt=174+0.17ρt√(4)Vs=174+0.7ρ√t(5)由上述可見,加大土壤電阻率可以增大人腳和土壤間的接觸電阻,從而提高人體允許的接觸電位差和跨步電位差。最常采用的加大土壤電阻率的措施是在地表鋪一層厚度為5～20cm的礫石路面,因?yàn)榈[石路面即使在雨天仍能保持5000Ω·m的電阻率。鋪設(shè)礫石路面后,目前所用計(jì)算方法是用礫石層電阻率ρs直接代替式(4)和式(5)中的ρ值。顯然,當(dāng)?shù)[石層厚度h?r時(shí),這種簡(jiǎn)單替換是可行的。但在實(shí)際工程中,這一條件是不滿足的,因此這種簡(jiǎn)單替換夸大了礫石層對(duì)提高人體允許接觸電位差和跨步電位差的作用,使計(jì)算結(jié)果偏于不安全側(cè)。較準(zhǔn)確的計(jì)算方法是按雙層土壤模型來計(jì)算R0。2地表部分接觸電阻文獻(xiàn)用鏡象法(如圖1所示)推導(dǎo)得出的圓盤電極的電位v和人腳對(duì)大地的接觸電阻分別如式(6)和式(7)所示。V=Ι[2R+4∞∑n=1ΚnRm(2nh)](6)式中R為均勻介質(zhì)中圓盤的接地電阻,R=ρs/8r;K=(ρ-ρs)/(ρ+ρs);Rm(2nh)為鏡象圓盤和地表圓盤之間的互電阻。由式(6)可得考慮礫石層影響后R0的計(jì)算式為R0=2ρs8r+4∞∑n=1ΚnRm(2nh)=ρs4r[1+16rρs∞∑n=1ΚnRm(2nh)](7)由文獻(xiàn),在均勻介質(zhì)ρs中,將一半徑為r的圓盤水平放置于xoy平面,z軸通過圓心且與xoy平面垂直,取圓心為坐標(biāo)原點(diǎn),若圓盤的電位為V0,則空間任一點(diǎn)P(x,y,z)的電位V1可由下式計(jì)算V1=2V0πarctgr√12[x2+y2+z2-r2+√(x2+y2+z2-r2)2+4r2z2](8)將V0=ρs8rΙ代入上式得V1=ρsΙ4πrarctgr√12[x2+y2+z2-r2+√(x2+y2+z2-r2)2+4r2z2](9)所以當(dāng)?shù)趎個(gè)鏡象圓盤流過電流I時(shí),地表圓盤X軸上的一點(diǎn)Q(x,0,0)的電位為V=ρsΙ4πrarctgr√12{x2+(2nh)2-r2+√[x2+(2nh)2-r2]2+4r2(2nh)2}(10)由于地表x軸上各點(diǎn)的電位不等,采用平均電位法可得地表圓盤的平均電位V2為V2=1r∫r0ρsΙ4πrarctgrdx√12{x2+(2nh)2-r2+√[x2+(2nh)2-r2]2+4r2(2nh)2}(11)所以第n個(gè)鏡象圓盤和地表圓盤間的互電阻為Rm(2nh)=V2Ι=ρs4πr2∫r0arctgrdx√12{x2+(2nh)2-r2+√[x2+(2nh)2-r2]2+4r2(2nh)2}(12)將式(12)代入式(7),得考慮礫石層后接觸電阻電阻值R0為R0=ρs4r[1+4πr∫r0∞∑n=1Κn?arctgrdx√12{x2+(2nh)2-r2+√[x2+(2nh)2-r2]2+4r2(2nh)2}](13)式(13)結(jié)合式(1)和式(2)即可準(zhǔn)確的計(jì)算考慮礫石層影響后,人體允許的接觸電位差和跨步電位差。3礫石層厚度的影響下面以幾種典型情況來探討一下礫石層對(duì)提高人體允許接觸電位差和跨步電位差的作用,以及若直接用ρs代替式(1)和式(2)中的ρ值,計(jì)算人體允許接觸電位差和跨步電位差的誤差。假設(shè)大地土壤電阻率ρ為100Ω·m,礫石層電阻率ρs為5000Ω·m。表1列出了不同礫石層厚度下,人體允許的接觸電位差和跨步電位差。表中h=0時(shí),對(duì)應(yīng)于不鋪設(shè)礫石路面的情況。由表1可見,鋪設(shè)礫石路面后,可以顯著的提高人體允許的接觸電位差和跨步電位差。當(dāng)?shù)[石層厚度為5～20cm時(shí),提高允許接觸電位差3.1～4.6倍,提高允許跨步電位差7.9～12.5倍;按目前《交流電氣裝置的接地》推薦的方法進(jìn)行計(jì)算,即表1中h→∞時(shí)的情況,則礫石層的作用被夸大了。當(dāng)?shù)[石層厚度為5～20cm時(shí),計(jì)算允許接觸電位差,其作用被夸大了1.7～1.2倍,計(jì)算允許跨步電位差,其作用被夸大了1.9～1.2倍。所以目前所用的計(jì)算方法存在較大誤差。4接觸電位差和跨步電位差在發(fā)變電站中