接触和跨步电压的现场测量.pdf

接触和跨步电压的现场测量 一 前言 流经变电所和电力线路接地装置上的短路 电流所形成的接触和跨步电压 可能对人产生 危险的电击 通过现场实测 可对这些 电压作 出准确的计算事实上 许多欧 洲 国家和地 区 如德国 斯堪的那维亚 波 兰 苏联和捷克斯 洛伐克等 早在二十多年前就推荐过这种测量 方法 定期地测量这些电压 不仅可以断定接 地系统 的安全系数 也能检测 出其防护质量的 任何改变 本文介绍 冲击接触电压和跨步 电压的测量 技术 并分析这种方法得到的测量结果 对接 触电压超过允许值的地方 也提出了一些廉价 地降低接触电压的措施 通流持续时间为一至几个小 时 高 压法 其电流从几千安到以上 通流持续时间则小于 甚或到 低 压法的电流源 可从发电厂 和变电所 的 辅助变压器的低压绕沮上取得 或从电压一 般 为一的移功式柴油发电机的低压配电 线上得到 为 了避免电流畸变 在蔺袄地网一 定距离上应选用一个辅助接地为 了限制回路 阻抗 连接两个接地网的线路 通常采用三根 并列 的低压线 一口一一一 二 一般测量原理二三 弓 旗 准确地测量冲击接触电压和跨步 电压 必 须 具备两个基本条件其一是为 了精确确定这 些有重要 意义的电压 要有一个足够大的电流 通过被试接地 系统而注人大地 以便产生一个 合适 的电压降 而又不 冒杂散 电流感生电压 的 危险 其二是设计和制作一些能考虑到各种参 数影响测量值的试验装置 注人电流 的大小与接地网的延伸范围有 关 例如对于输电线塔的接地装置 几个安培 就足够了但在延伸范 围较大时 如变 电所 的接地网 最小电流可 能要求 高达 试验装置应考虑到人体电阻和 接触电 阻 二 脚 与大地对测量值的影 响 该装置 利用了两个电极来代表人的双脚和一个电阻器 来代表人体的电阻 三 电流注入法 经验表明可以使用两种 电流注人法低 压法 其特点是电流适中最大为 图高压法测量接触与跨步电压的电路 一被试接地网 一高压变压 器 一电路开关 泥一辅助接地网 一高压线 低压法首先是由法国的和 德 国的 介绍 的 目前它已被很多国家采 用 但 是 如果打算用这个方法对所有可疑地 的电压 进行检查时 它是很 费时的 同时 在整个测 量期间 内 还 必须保持电流的恒定 有 时还要 特别小心防止 电极的发热和 电极周围土壤的干 燥 否则 就改变了其测试条件 低压法对于 小接地系统 的测量特别有 用如线路铁塔 中 小型变电所 其最大优点 是只要有一块电 压表 就可对接触和跨步电压进行测量 高压法 试验时 电流源是一条对接地网短 路的带 高压电 的线路 或 并由邻近变电所的变压器供电 其电流 通过接 地电极而扩散 在时 间小于到 内 如同实际短路情 况一样 由于通流时间短 要求在测量电压和 电流 时使用特殊的记录技术 如示波器或带有磁棒 的电极这些磁棒包含若干个磁化 金属 元件 通常是一束细铜丝线 它在短路期间内正 比于所被测 电压或 电流的磁通所饱和 高压法最大的特点是能够取得 与实际短路 故障情况相同的接触电压和跨步电压 但它又 被一些使用不方便的缺点所抵 消 即要求通流 时间短一和 比较复杂的记录设 备 高压法特别适用于 大型发电厂和超高压变 压电所的测量 这些场所的庞 大地下设施 会 使接地系统阻抗两端 的电压降很小 因而 采 用低压法来检测接触和跨步电压是 困难的 波 兰首先应 用了高压法 并 在许多连续性的测量 中得到 了确认 四 接触电压和跨步电压产 生的电击 图表示 由接触和跨步电压导致电击的典 型情况 通过分析表 明 人体电阻的压降仅 是总接触电压或 总跨 步 电压 的一部分 其 余部分则是脚与大地接触 电阻 二上 的压降 其电压 为 二 一 一 式 中 两端 的冲击接 触电压 刀 两端的 冲击跨步 电压 通 过人体电阻的电流 一只脚的接触 电阻 和式表 明 凡 对于限制冲击 电流和 有重大作用 两个电阻 上 的压降引起地面电压分布改变的情 况 示 于 图 中 降 丑 的标准值通常定为 则与许多 因素有关 其 中最重要的是地表面的电阻率 凡二随 而增加 脚与大地的接触面积 随而减小 两脚支撑的重量电极重量增 加时 非线性地减少以及 两脚之 间的 距离 心 下 二 图由接触与跨步电压 引起的电击 等值电路扔 和地面电压的分布 刀一通 过人体电阻 上的 电击电流 一代表 人脚 的 电极 一一只脚的接触电阻 和 夕一接触 与 跨步电压 犷 和 一由 的电压降而定义 的妾 触和跨 步电压 五 测量条件 保证准确测量 冲击接触和跨步电压 的首要 条件是在测量 期间 要使用一些能反映各种 参数对 上所 测 电压具有影 响 的装置见 图 这要求有一个总 冲击电流 从其上通过 的电阻器来代表人体的标准电阻 刀 用 两 个 电极来代表脚与大地的接触电阻 凡 上 的电压 一只脚电极的而积从 欠 到大约 成年人的标准值可 取 一 如 用 的等值圆面积来代 替 那么 算出 万而 到阅积附羊检 叫田二 砚 一落 曾进行过长期 的测量 来判定人体重量对 接触电阻兄 尸以及 和 的影响 代表 一只 人腿 电极质量从增加到时后者相 当于 成年男子体重的一 半 其测量结果示于图 和 图中 卜 浓 互 几几日 日 口口 下下下下下下日日日日日门门日日 一一一一一一一一一 一刊 刊 一一一户 尸产 目尹洲 洲州户产产户户脚一一一一一 林 一一一一一 叮叮 一口口声口 尸 曰曰 卜月 月 矛矛沪沪沪沪沪沪沪 户 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一多二二 二二二二 曰神臼户曰一一一一一一 户户夕 口口口口口口 声二叫叫叫叫 曰曰曰 一一 州州 一 口胡 胡 尸 二 二 一一一一 口口 一 州州卜一州州尸厂 一一一一 口口口口口口口口口口 二二二 刁刁刁 尹尹尹尹尹尹尹沪一一一 尸碑口尸 心名 艺孟 图测量 的冲击接触电压 和冲击电流 与脚电极质量之间的关系 试验 时 采 用 图的接线 在下列地面上进行的 一沥青 一碎石 一炉渣一卵 石 一沙 一 水泥 平板 一长满草的矿 渣 厂 彻 当电极质量从增加到左右时 测试结果表 明在人体电阻 一 时 产生 的压降有着显著的变化 最大的差别范围 为一 且均由 的变化所致 相反 地 一个较大质量的电极与相比 在电压 和 电流 中产生的增长量将 不超过 从而可以断定电极最适合的重 量为质量为 它不仅使 电极轻而 便于移动 同时 也保证了测量 的准确度 图表示 当 刀 从一时 通过 二 中 的几 的变化情 况 这些试验是假定 不变时 利 用图中的装置进行的 结果表 明当凡 二 时 达到最大值 但随着 的上升而 迅速地下降 产 砚一人 门门门门二二口 口 团团团 团曰曰 口口口口口口 口口口口口口口口 口口 尸 一 一一 厂了了曰 曰口 口口口 门 门门 泣泣泣泣二二口 口口 口口口 尸尸产 一一 卜一一巴竺竺竺一一 一一飞 飞 弓弓 二二二 一一门门门 门门 口口 声二二 二曰 曰 护产 产 尸尸尸洲户一一 曰州目口 口口 户州州州州 二二 一 竺竺 沪月甲甲甲阵产 尸州州巨峪峪 洲尸尸尸叮 叮口 口口口口口 口口口 口口口 一一 创创 口口口口巨巨巨巨厂厂厂厂日日 二二二 一 下二 二 二 一丁 丁丁 卜卜卜 尸尸 门门门 门 尸尸尸尸尸尸厂厂厂厂厂门门日日 之之 厂厂 厂厂厂厂厂厂日日 决决饭 饭饭饭饭饭饭饭饭饭 长长长人 人 一 晰 厂厂人 人 州州目目 丈州州 队队门 门门门入入入入日日目目 冷 冷溉溉阅阅 又又 交交交交交交月 月气气 决决 低低戈 戈 人人人 工 吸飞 一 图测量 的冲击跨步电压 和 冲击电流 与脚电极质量之间的关系 采用图 的接线 地面情 况与图相同 曾将电极放置在各种地 面上 来进行试验 如沥青 碎 石 炉渣 卵石 沙 水泥以及长 草 的矿渣等 沥青层厚为 一 其他铺层 为 一 这些铺层在试前 至少三个月就已 设置好 为 了检测气候湿 度 雨 雪和污 染 的影 响 测量进行了整一年的时 间 测量 对 假定接触电压和跨步电压稳定不 变 图采用 图的接线测量的与 间 的 关系 凡 从一变化 电极静置于 图 所示 的一地面上 为消除电极导人地中电流的相 互影响 电 极间的距离至少为其 直径的倍 它可以使这 种影响不超过 如果电极的半径为 那么 测 量接触电压时的距离应为 在带 电接地体和人脚间的距离为时进行测量 在跨步电压测量中 两个电极之间的距离采用 了的标准步距 六 标准装置 满足上迷冲击接触电压 和跨步 电压测量规 定的标准装置示于图 人体电阻通常 用 钓电阻器来代表 由图中的结果可以看出 从安全观点出发 这 个值是合适的 而且 如 采 用 与 伏特数相对应 的电 流几 系以毫安为单 位 为了不致影 响 测量结 果 电压表应有一个 至少为主的 内阻抗 同时 由于试验时所 注入的 电流小于预 期的最大短路电 流 那么 利用图装置测量和记录 的 冲击接触电压 和跨 步电压 应乘以预 期最大短路电流与试验电流 之 比 接地网注人一个较小 的电流从到几十 安 当工作人员跨步通过试验区时 检测电 阻器两端压降的电子设备每当电压超过预定值 时 即以声或光 的信号发 出警告 然后 再用 低压或 高压法进行准确地 测量 无论采 用那种 方法对可疑地 点进行测试 都能节省工时 和 费用 百百百百争 了了 图测量 冲击接触电压 的标准 接线 以及冲击跨步电压 一人体电 阻 一脚 的电极 七 简化的辅助测量方法 在利 用上 述费时和费钱的低压 高压法测 量之前 最好能进行一 些简化测试 来检验可 能出现危 险接触和跨步电 压的地 点 即将很轻 的电极系在工作人员的绝缘靴上 按图的 所示方法连接一个的电阻器 并对 被侧 伙呱 八 现场测量 接触电压测量举例 多年来 中欧 国家利用上述方法已进行 过许多测试 特别在波兰 已对至少 个不同 发电厂的变电所或输电网的个接地装置进 行了测试 得到了万个以上的数据 尽管测 试条件各个不同 对这些结果作统计分析会冒 一定 的风险 但在统计分析的基础上 仍能对 各 个试体得出如下表所示 的基 本评价 对一个典型的变电所进行分析 的 例 子如下 用以评价现场测试结果的数值是 允 许的冲击接触电压 冲 击持续 时间为及以上时为 冲击持续时间小 于时 为训了 允许的冲击跨步电压 冲击持续时 间为及以上 时 为 冲击持续时间小 于时 为侧 这些数值与目前波兰标准 中实际 的规定以 及 德国标准 一 均是相同的 本文所举冲击接触电压测量的例子 是在 一个电压为八八 占地面积为 的变 电所中 采 用低压电流注入法电压 电流和使用 图中的标准装置来 进行的 当在硬质材料如沥青 水泥和砖上测 试 时 电极与地面间放置了一块导电橡皮垫 这些试验是在一次降雨后进行的 由于该站短 路电流的通流时间限制在 故其 冲 击 接 触 电压 的允许值为 测量结果的 统 计分析表明六组结果均呈正态分布 图和 图所示的累积分布函数在正态概率纸上 均呈 直线 洲洲洲 沙沙沙沙沙 飞 刀刀刀 留留留留留匕 欢欢 尸夕夕 差差 龟龟龟 梦梦梦梦刀刁刁 才才才才叨 洲洲洲洲尸 少乡乡匕匕匕 万万万妙 戈戈 彦彦 今今今今 份份口口口 在靠近汇流母线 避雷针 地线 的铁 塔以 及母线支持结构处 超过允许值 二 卜 的可能性最大见图曲线 在这些地点 上 矶 的置信水平的累积分布函数 和置 信区间示于图 其中超过的 概率为 写一 表 飞 在波兰的变电所内 外测到的冲击接 触电压 的 主要评价 位置超过允许值的 概 率 所内 线路塔和支持结构 附近 内围栏附 近避 雷 器 仪用互感器等 手 动操作 台 变 电所界栏附近 建筑 物 内部 车 间 浴室 变电所其它地方 所 外 连至变 电所接地 体的塔附近 配电台架连至变电所 的 中性线 地下设 施 的端 部 与变电所相连的电绷 水 气管道 带 有 高压 变电所的工 厂沁 细 知 别 别如黝湘刊 图在红 变电所有关设备附 近测到的冲去接触电压 的累积分布函 数 一线路塔及母线支持结构 一手动操 作合一内 围栏 一变电所边界 围栏一内部通道 一其它 地方 门门尸 夕 厂厂厂 厂厂厂厂厂冷 扩 犷犷 呢呢呢 叼叼叼叼 乙乙乙乙丫 尸尸尸 产 门门 九 接触电压的降低 降低接触电压有许多方法 并曾在许多标 准和 出版物 中推荐过 这里提出一些根据多年 经验而 得到的新方法 即在那些计算或已测出 其接触 电压较高的地面上 采用一种绝缘层或 加上 绝缘复盖物喷涂或填充一些固态物质 有些绝缘层可单独或配合使用 例如沥青 碎 石 水泥板 砖 砂 石 卵石 炉渣 沥青 焦油 柏油纸 塑料膜 等 厚度要求 从 沥青到碎 石 卵 石 炉 渣 采 用绝缘层的例子示于图 在一年 中各种不同的气候条件下 对这些 材料的绝缘特性进行了现场试验 试前这些绝 缘层已铺设三个月 试验目的是测定 电极静置 于不同绝缘层上 的接触电阻电极质 量 为 接触面积为 其结果以 二的 累 积分布函数形式示于图 中 测试结果表 明绝缘层是有效的 例如 与土壤接触面积 为的电极 其 为 二户 骊训 为 二 图在 八 八 变 电所中靠近线路 塔和母线支持结 构上 测 到的冲击接触电压 的累积分布函数和的置信区间 平均值的变 化一相 应于的发生概率 从 一 而组测试结果 的标准 偏差在琦和加 之间 图 不可绝象层结构 的举例 一水泥板一沥 青 一泥