接地网安全判据：接地电阻与网格电压的综合考量

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：换而言之,仅以接地电阻值作为接地网运行的安全判据。但是对于大型接地网,很难同时满足上述条件,所以不能再以单纯的接地电阻值作为接地网的安全判据。事实上影响变电所能否安全运行的是能否始终保持整个地网为同一电位。我国可以此作借鉴,在充分调查研究的基础上,把地网接地电阻和网格电压作为接地网的安全判据。

变电所接地网的主要电气参数是接地电阻、接触电位差和跨步电位差。

我国电力行业标准《交流电气装置的接地》(DL/T 621—1997)(以下简称“接地标准”)规定:

(1)在110kV及以上有效接地系统和6～35kV低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时,发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

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式中 Ut——接触电位差,V;

Us——跨步电位差,V;

ρf——人脚站立处地表面的土壤电阻率,Ω·m;

t——接地短路 (故障)电流的持续时间,s。

(2)3～66kV不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统,发生单相接地故障后,当不迅速切除故障时,此时发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

式 (9-1)、式 (9-2)、式 (9-3)和式 (9-4)既然规定了允许的接触电位差和跨步电位差,实际上也就规定了接地电阻值。因此,由所设计的接地网,可以算出接触电位差和跨步电位差为

式中 Up——接地网的电位,Up=IR;

Kt——接触系数;

Ks——跨步系数。

令式 (9-1)和式 (9-2)、式 (9-3)和式(9-4)分别与式 (9-5)和式 (9-6)相等,电击时间取为1s,故可写出允许的接触电位差和跨步电位差所要求的接地电阻R 为

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式中 I——计算用的流经接地装置的入地短路电流,A。

由于接地电阻是以允许的接触电位差和跨步电位差为依据决定的,所以现场往往只监测接地电阻而忽视其他参数。换而言之,仅以接地电阻值作为接地网运行的安全判据。这种做法对地网附近大地为纯电阻 (即可忽略地网导体的电感压降)和短路电流足够小时是有效的。但是对于大型接地网,很难同时满足上述条件,所以不能再以单纯的接地电阻值作为接地网的安全判据。国内外运行经验表明,变电所接地电阻值低,并不能保证安全。这是因为:

(1)接地系统的总接地电阻与可能遭受到的最大冲击电流之间不存在简单的关系,即使对接地电阻值比较低的变电所,在某些情况下可能是危险的;而对某些接地电阻值很高的变电所,只要精心设计,仍然是安全的或者可以使之达到安全。

(2)当人接触接地物体时,人体可能承受的电压和许多因素有关:如流经接地体的电流、电流的持续时间、接地体的结构、土壤电阻率等。计算表明,在一定的条件下,接触接地体的安全性,甚至当接地电阻值超过0.5Ω 时,也能得到保证。所以国际上许多国家一般不在设计标准中对接地网的接地电阻值作规定。

在我国变电所事故调查中曾发现有四个变电所,当发生单相接地或两相接地故障时,共烧毁控制电缆5500多米,实测变电所的接地电阻值分别仅为0.24Ω、0.15Ω、0.155Ω 和0.15Ω。究其原因主要是接地网内各点电位分布不均匀所致。事实上影响变电所能否安全运行的是能否始终保持整个地网为同一电位。所以为保证接地网的安全运行,应该以控制地电位升高甚至主要以控制网内电位分布为主,充分考虑接地网电位梯度所带来的危险。目前,在美国变电所安全接地导则中,在对接触电压、跨步电压和网格电压 (见图9-1)进行比较后,认为网格电压是影响地网安全运行的主要因素。我国可以此作借鉴,在充分调查研究的基础上,把地网接地电阻 (决定着地网的最大电位升)和网格电压 (人站于地网范围内地面上可能遭受的最大接触电压)作为接地网的安全判据。

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图9-1　变电所内施加于人体的电压概念图

接地网安全判据：接地电阻与网格电压的综合考量

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