接地电阻及跨步电压的计算实用教案

1、 预备知识接地技术是保障人身和设备的一项电气(dinq)安全措施，为电力系统正常工作提供了零电位基准参考点。计算接地体的接地电阻是恒定电场计算的一项重要工作。 接地体：在工程上，为了接地，将金属导体埋于地内，将系统中需要接地的部分(b fen)与该导体相连接，这种埋入地内的导体系统称为接地体。 接地电阻：电流在流经大地时遇到的电阻，包括接地器本身接地电阻：电流在流经大地时遇到的电阻，包括接地器本身(bnshn)的电阻、接地导线的电阻、接地器和大地之间的接触电阻，的电阻、接地导线的电阻、接地器和大地之间的接触电阻，以及两接地器之间土壤的电阻。以及两接地器之间土壤的电阻。 危险区：一些大功率电力设

2、备的接地电流太大，：一些大功率电力设备的接地电流太大， 流入大地后流入大地后还在地面上形成较强的电位分布，也会造成很大的跨步电压，当还在地面上形成较强的电位分布，也会造成很大的跨步电压，当其超过允许值时仍会威胁地面操作其超过允许值时仍会威胁地面操作 人员的安全，在实践中必需计人员的安全，在实践中必需计算出这一区域算出这一区域(称为危险区称为危险区)，对其做出标记或围栏，以确保真正，对其做出标记或围栏，以确保真正的安全。的安全。 第1页/共18页第一页，共19页。接地(jid)体在工程实际中的作用考虑到一些电力设备可能会遇到很大的工作电流、短考虑到一些电力设备可能会遇到很大的工作电流、短路电流或

3、雷击电流，在安装路电流或雷击电流，在安装(nzhung)时必须配有接时必须配有接地装置，以使这些短促而巨大的电流通过接地线送到地装置，以使这些短促而巨大的电流通过接地线送到接地体，再分流入大地。接地体，再分流入大地。例如三相高压变压器中性例如三相高压变压器中性(zhngxng)工作接地、配电机房的防雷接地等工作接地、配电机房的防雷接地等第2页/共18页第二页，共19页。接地(jid)电阻的计算1.接地(jid)体深埋地下时的接地(jid)电阻接地体深埋于地下时，我们认为接地体深埋于地下时，我们认为(rnwi)其离地表面无穷其离地表面无穷远，基本不受接地电流的影响，该情况下接地电阻的计远，基本不

4、受接地电流的影响，该情况下接地电阻的计算十分简单。算十分简单。如图，接地体是半径为如图，接地体是半径为a的球形的球形良导体，土壤是电导率为良导体，土壤是电导率为的不的不良导体。良导体。此时电流可看做球形对称分此时电流可看做球形对称分布，对于距球心为布，对于距球心为r处的任一处的任一闭合球面，穿过它的体电流密闭合球面，穿过它的体电流密度为度为J第3页/共18页第三页，共19页。r2r2er4 eJ JIJr4JIsd由欧姆定律的微分形式由欧姆定律的微分形式这种情况下因为这种情况下因为(yn wi)接地体接地体离地面太远，对地表面影响微乎离地面太远，对地表面影响微乎其微，因此不必考虑其危险区范其微

5、，因此不必考虑其危险区范围围第4页/共18页第四页，共19页。2.接地体浅埋于地面(dmin)h深的情况在生产实践中，从施工操作和经济等方面考虑，不可能每次在生产实践中，从施工操作和经济等方面考虑，不可能每次都将接地体埋得非常深，因此对危险隐患必须加以考虑并采都将接地体埋得非常深，因此对危险隐患必须加以考虑并采取相应的防范措施。取相应的防范措施。设一个设一个(y )半径为半径为 a的球形接地体埋于地下的球形接地体埋于地下h深处有较大接深处有较大接地电流时它对地面地电流时它对地面 的影响不能忽略的影响不能忽略 ，且形成的电场已无对，且形成的电场已无对称可言称可言(必须考虑边界条件必须考虑边界条件

6、 )。 若还用常规方法去计算接地电若还用常规方法去计算接地电阻与地面上危险区，将会很繁琐。阻与地面上危险区，将会很繁琐。所以采用电磁场理论的镜像法进行计算。所以采用电磁场理论的镜像法进行计算。第5页/共18页第五页，共19页。由深埋时的计算情况我们可知，接地体到无穷远处电位由深埋时的计算情况我们可知，接地体到无穷远处电位为为 ，此时由于镜像接地体的作用，此时由于镜像接地体的作用(zuyng)，接，接地体的真正电位应当是接地体到无穷远处电位和镜像到地体的真正电位应当是接地体到无穷远处电位和镜像到接地体上电位的相互叠加接地体上电位的相互叠加由第一问可知，球形接地体到距其球心为由第一问可知，球形接地

7、体到距其球心为r处的电位为处的电位为第6页/共18页第六页，共19页。3.紧贴地面(dmin)埋于大地的半球形接地体的接地电阻。由镜象法得一个孤立球： 当ra时 ririEriJiJrrcc2u,22,24222drE(a) 电流线J的分布 (b) 镜象法图示 图 半球形接地器 土壤土壤aai2i土壤由良导体与不良导体边界面条件，良导体球内部场强与外部土壤场强相比很小，所以我们可以(ky)把导体球看作等势体，当ra时，有 ai2u aiuR21接地电阻为接地电阻为riuR21 接地电阻为接地电阻为第7页/共18页第七页，共19页。 1.跨步电压的定义电力系统接地体一旦有电流通过，由于接地电阻的

8、存在，在地面上存在电位分布(fnb)。此时，人体跨步的两足之间的电压称为跨步电压。当跨步电压超过允许值时，将威胁人的生命。2.跨步电压的计算与危险区（以第三种情况为例） aobrIJAB rP图 跨步电压与危险区的分析 riu2r2AB2112rIbrbrIU设U0为人体安全的临界跨步电压(ku b din y)（通常小于5070V），可以确定危险区半径r0为 002UIbr00URabIr第8页/共18页第八页，共19页。第二种情况下的跨步电压(ku b din y)与危险区计算第9页/共18页第九页，共19页。第10页/共18页第十页，共19页。有跨步电压(ku b din y)存在时如何

9、避免触电第11页/共18页第十一页，共19页。触电(ch din)方式一、直接接触触电1、单相触电（1）中性点接地系统中的单相触电（2）中性点不接地系统中的单相触电2、两相触电二、间接接触触电1、接触电压触电2、跨步电压触电三、其它类型触电1、剩余(shngy)电荷触电2、雷电电击3、感应电压触电4、静电电击第12页/共18页第十二页，共19页。1.剩余电荷触电电气设备的相间绝缘和对地绝缘都存在电容效应。由于电容器具有储存电荷的性能，因此在刚断开电源的停电设备上，都会保留一定量的电荷，称为剩余电荷。如此时有人触及停电设备，就可能遭受剩余电荷电击。另外(ln wi)，如大容量电力设备和电力电缆、

10、并联电容器等在摇测绝缘电阻后或耐压试验后都会有剩余电荷的存在。设备容量越大、电缆线路越长，这种剩余电荷的积累电压越高。因此，在摇测绝缘电阻或耐压试验工作结束后，必须注意充分放电，以防剩余电荷电击。第13页/共18页第十三页，共19页。2.感应电压触电由于带电设备的电磁感应和静电感应作用，能使附近的停电设备上感应出一定的电位，其数值的大小决定于带电设备电压的高低、停电设备与带电设备两者接近程度的平行距离、几何形状等因素。感应电压往往是在电气工作者缺乏思想准备的情况下出现的，因此，具有相当的危险性。在电力系统中，感应电压触电事故屡有发生，甚至造成伤亡事故。3.静电触电静电电位可高达数万伏至数十万伏

11、，可能发生放电(fng din)，产生静电火花，引起爆炸、火灾，也能造成对人体的电击伤害。由于静电电击不是电流持续通过人体的电击，而是由于静电放电(fng din)造成的瞬间冲击性电击，能量较小，通常不会造成人体心室颤动而死亡。但是其往往造成二次伤害，如高处坠落或其他机械性伤害，因此同样具有相当的危险性。第14页/共18页第十四页，共19页。电流(dinli)对人体的危害电 流 对 人 体 伤 害 的 主 要 作 用 机 理 心 室 纤 维 性 颤 抖 是 电 击 致 死 的 主 要 原 因 。 一 个 心 动 周 期 由 产 生 兴 奋 期 、 兴 奋 扩 展 期 和 兴 奋 复 原 期 所

12、 组 成 。 在 兴 奋 复 原 期 内 有 一 个 相 对 较 小 的 部 份 称 为 易 损 期 ， 在 易 损 期 内 ， 心 肌 纤 维 处 于兴 奋 的 不 均 匀 状 态 ， 假 如 受 到 足 够 幅 度 电 流 的 刺 激 ( c j ) ， 心 室 纤 维 发 生 颤 抖 和 血 压 降 低 ， 如 电 流 足 够 大 将 导 致 死 亡 。 第15页/共18页第十五页，共19页。 当 电 流 量 进 入 身 体 达 到 1 8 2 2 毫 安 （ m A ） 时 ， 会 引 起 呼 吸 肌 不 能 随 意 收 缩 ， 致 使 呼 吸 停 止 ， 产 生 严 重 窒 息 ；如

13、 电 流 量 超 过 2 2 亳 安 以 上 ， 可 使 心 室 发 生 纤 颤 ， 造 成 ( z o c h n ) 心 泵 排 血 困 难 ， 几 分 钟 内 即 可 停 止 心 脏 跳 动 。 所 以 心 室 纤 颤 是 触 电 死 亡 的 主 要 原 因 。如 一 次 超 过 1 0 安 培 的 电 流 量 就 会 把 皮 肉 击 穿 。 大 脑 和 其 它 神 经 组 织 通 过 大 量 电 流 时 ， 都 会 失 去 所 有 的 正 常 兴 奋 性 ， 而 使 伤 者 很 快 进 入 触 电 后 昏 迷 状 态 。如 受 到 过 大 电 流 的 损 害 ， 人 的 中 枢 神 经

14、 系 统 会 立 即 产 生 强 烈 反 应 ， 这 时 触 电 者 会 发 生 面 色 苍 白 、 呼 吸 急 促 、 心 跳 加 快 、 血 压 下 降 和 神 志 不 清 等 症 状 ； 如 强 大 电 流 继 续 进 入 人 体 ， 将 会 麻 痹 其 呼吸 、 心 跳 中 枢 ， 使 呼 吸 、 心 跳 停 止 ， 如 救 治 不 及 时 则 会 很 快 死 亡 。 第16页/共18页第十六页，共19页。影响电流对人体危害程度(chngd)的因素（ 1 ） 通 过 人 体 的 电 压 ； （ 3 6 v 以 下 ） （ 2 ） 通 过 人 体 的 电 流 ； （ 0 . 1 A 以 下 ）（ 3 ） 电 流 作 用 时 间 的 长 短 ； （ 4 ） 电 流 频 率 的 高 低 ； （ 工 频 最 危 险 ） （ 5 ） 电 流 通 过 人 体 的 途 径 ； （ 6 ） 触 电 ( c h d i n ) 者 的 体 质 状 况 ； （ 7 ） 人 体 的 电 阻 。 （ 1 K 1 0 K 欧 姆 之 间 ）第17页/共18页第十七页，共19页。谢谢您的观看(gunkn)！第18页/共18页第十八页，共19页。No