發(fā)電站大型接地網(wǎng)跨步電壓的測量及降低方法

李 萍，張泉鋒，王婷婷，邱志鴻

（福建省三明市氣象局，福建 三明365000）

1 引言

跨步電壓即是人的兩腳站在電位不同的地面上的兩腳之間的電位差，這種電壓所造成的觸電事故就叫跨步電壓觸電［1］。而在發(fā)電站變壓器區(qū)域，電壓有的高達(dá)上百千伏，故障電流非常大，對工作人員構(gòu)成了生命威脅，因此跨步電壓的安全測量方法是非常必要的。本文主要根據(jù)DL/T475－2006《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》測量跨步電壓的方法，通過大電流發(fā)生器模擬一個(gè)故障電流給被測物體，再用內(nèi)置等效人體電阻的電壓表對模擬人體雙腳的電極進(jìn)行跨步電壓的測量，并由此實(shí)驗(yàn)找出其改進(jìn)措施，為以后跨步電壓的測量提供參考。

2 跨步電壓的形成

造成地面上各處電位不同的原因主要有：一是相線斷線，帶電一端觸地，即以觸地點(diǎn)為中心形成許多同心圓，在不同的同心圓上其電位也不相等，中心點(diǎn)的電位最高，相反遠(yuǎn)離中心點(diǎn)的電位也越低（圖1）。二是接地設(shè)備漏電時(shí)，接地線帶電或電線電纜絕緣破壞、接頭處包扎不嚴(yán)導(dǎo)致漏電等，也會(huì)以接地點(diǎn)或漏電點(diǎn)為中心，形成電位不同的同心圓。當(dāng)人的雙腳站在不同的同心圓上，跨步電壓加于雙腳時(shí)，就會(huì)有電流流過人體。設(shè)前腳的電位為U1，后腳的電位為U2，則跨步電壓U＝U1－U2。顯然距離電流入地點(diǎn)越近，跨步電壓越高，其危險(xiǎn)性亦越大。人體受到跨步電壓作用時(shí)，電流將從一只腳經(jīng)跨步到另一只腳與大地形成回路［2～8］。

當(dāng)跨步電壓達(dá)到40～50V時(shí)，人就有觸電的危險(xiǎn)。觸電者的癥狀是腳發(fā)麻、抽筋、跌倒在地［2］。人若能蹦出同心圓，就可脫離危險(xiǎn)，如果不能蹦出同心圓甚至被擊倒，會(huì)加大人體的觸電電壓，危險(xiǎn)性就會(huì)更大。這是因?yàn)楫?dāng)人站立時(shí)，電流途徑是流過雙腿，而倒地后，電流則通過大腦和心臟，可能會(huì)使人發(fā)生觸電死亡。

3 跨步電壓的測量原理

雷電流入地點(diǎn)周圍電位分布區(qū)行走的人，兩腳間（80cm）的電壓離落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，電流越分散，地面的電勢也越低，為了降低跨步電壓而需要人與雷電流入地點(diǎn)之間保持一定的安全距離，即防跨步電壓安全距離。

跨步電壓是電氣設(shè)備碰殼或電力系統(tǒng)一相接地短路時(shí)，電流從接地極四散流出，在地面上形成不同的電位分布，人在走近短路地點(diǎn)時(shí)，兩腳之間的電位差。

圖1 跨步電壓的形成

利用大電流發(fā)生器向被測物體輸入一個(gè)故障電流，利用兩個(gè)電極替代人體的雙腳，在電極之間并聯(lián)一個(gè)等效人體電阻1.5kΩ，利用選頻電壓表進(jìn)行測量。按公式Uk＝UImax/I推算跨步電壓?？绮诫妷簻y量示意如圖2所示。

圖2 跨步電壓測試示意圖

4 跨步電壓的測量方法

將大電流發(fā)生器輸出電流設(shè)置為2A，代替人體雙腳的電極可采用包裹濕布的直徑為20cm的金屬圓盤，并壓上重物。兩電極中心距離為1.0m，跨步電壓現(xiàn)場測量如圖3。

從測量區(qū)域接地體開始沿直線方向，每隔2.0m測量一點(diǎn)，直到地網(wǎng)邊緣為止，再按公式Uk＝UImax/I推算跨步電壓。對于被測試電氣設(shè)備跨步電壓抽查測試點(diǎn)的數(shù)值最大短路電流可由甲方提供。對計(jì)算的跨步電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并進(jìn)行校核，并判斷所測跨步電壓是否超過最大允許跨步電壓值。

圖3 跨步電壓現(xiàn)場測量圖

5 降低跨步電壓的方法

如果所測跨步電壓大于允許值，可以在發(fā)電站經(jīng)常維護(hù)的通道、保護(hù)網(wǎng)附近局部增設(shè)l～2m網(wǎng)孔的水平均壓帶，可直接降低大地表面電位梯度，此方法比較可靠，但需要增加鋼材消耗。

可以鋪設(shè)礫石地面或?yàn)r青地面，用以提高地表面電阻率，以降低人身承受的電壓。而此時(shí)地面的電位梯度并沒有改變?？赏ㄟ^①采用碎石、礫石或卵石的高電阻率路面結(jié)構(gòu)層時(shí)，其厚度不小于15cm。②采用瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層時(shí)，其厚度為不小于4cm。采用電阻率高的路面措施，在使用年限較久時(shí)若地面的礫石層充滿水泥或?yàn)r青地面破裂時(shí)，則不安全，因此，要定期維護(hù)。

可以增設(shè)垂直接地極來降低跨步電壓，增加垂直接地體具有非常顯著的作用，一是垂直極的引入，降低了地電位升，而跨步電壓均與地電位有著直接的關(guān)系。二是因?yàn)樵鲈O(shè)垂直極后，大部分故障電流通過垂直極流入大地，相應(yīng)減少了水平導(dǎo)體的散流量，因此地表面的水平方向電流密度大大減少，造成水平方向電場強(qiáng)度大大降低。

6 結(jié)語

通過大電流發(fā)生器模擬了一個(gè)故障電流給被測物體，再用內(nèi)置等效人體電阻的電壓表對模擬人體雙腳的電極進(jìn)行跨步電壓的測量，并提出了降低跨步電壓的一些方法，為今后跨步電壓的測量及降低方法提供參考?？绮诫妷嚎赡芤鹩|電危險(xiǎn)的現(xiàn)象可能無法完全避免，但若設(shè)法降低加在人體上的電壓（電勢差），并及時(shí)采取必要措施，則會(huì)有效降低觸電危險(xiǎn)。

［1］張藍(lán)丹.淺談跨步電壓觸電及預(yù)防措施［J］.電力科技，2012（10）：269.

［2］王 妍，孫奎明.跨步電壓和接觸電壓的限制措施［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（29）：80～81.

［3］趙德寧，黃國柱.一種消除跨步電壓威脅的大樓防雷接地方式［J］.山西建筑，2009，35（24）：179～180.

［4］張 曉，尹 晗，何金良，等.以降低跨步電壓為目標(biāo)的直流多環(huán)接地極電流配比的優(yōu)化［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（5）：1217～1223.

［5］任合明，周璧華，楊春山，等.地閃回?fù)綦娏鹘鼌^(qū)跨步電壓研究［J］.高電壓技術(shù)，2005，31（3）：4～6.

［6］中華人民共和國建設(shè)部.GB50057－2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

［7］中華人民共和國能源部.DL/T475－2006，接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則［S］.北京：中國電力出版社，2006.

［8］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T21431－2008，建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范［S］.北京：氣象出版社，2008.