單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統(tǒng)接地電阻的影響計算

傅志躍

(中國鐵建股份有限公司房地產(chǎn)開發(fā)部監(jiān)管處，北京　100085)

The Calculation of the Single Grounding Resistance’s Influence on Integrated Grounding Resistance

FU Zhiyue

單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統(tǒng)接地電阻的影響計算

傅志躍

(中國鐵建股份有限公司房地產(chǎn)開發(fā)部監(jiān)管處，北京100085)

The Calculation of the Single Grounding Resistance’s Influence on Integrated Grounding Resistance

FU Zhiyue

摘要建立鐵路綜合接地系統(tǒng)仿真計算模型，計算單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統(tǒng)電阻的影響：當(dāng)單個接地裝置之間的距離為100 m，單個接地裝置的接地電阻R≤40 Ω時，可使綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻小于1 Ω，滿足相關(guān)文獻(xiàn)的規(guī)定。

關(guān)鍵詞接地電阻綜合接地仿真分析

鐵路綜合接地系統(tǒng)是一種縱向貫通型大型水平接地體，通過沿線接地裝置將長達(dá)數(shù)百公里乃至上千公里的高速鐵路綜合接地系統(tǒng)連成一體，其接地電阻測量方法有別于傳統(tǒng)的測量方法[1-4]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定，沿線任一點的綜合接地電阻值應(yīng)不大于1 Ω[5-6]。通過建立綜合接地系統(tǒng)仿真計算模型，計算單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統(tǒng)接地電阻的影響。

1仿真模型建立

根據(jù)鐵路綜合接地系統(tǒng)的定義，綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻為貫穿地線上任一點看進(jìn)去的等效阻抗，即為綜合接地系統(tǒng)的接地電阻。該等效阻抗是由貫穿地線本身的阻抗和兩側(cè)沿線配置接地裝置的阻抗構(gòu)成的鏈形回路組成。因此，可設(shè)想在貫穿地線的某個點通過施加一個交流電流源I，電流通過引出線、貫穿地線、接地裝置以及大地構(gòu)成回路，用電壓表測這點的電位為U，U與I的比值即為綜合接地系統(tǒng)的接地電阻值。

在兩接地裝置中間的貫通地線上接入電流源S，并測量這一點的電位，如圖1所示。

圖1　綜合接地系統(tǒng)接地電阻的測量

不考慮鐵路沿線必須接入綜合接地系統(tǒng)的自然接地體，假設(shè)綜合接地系統(tǒng)僅僅是由人工接地裝置間隔一定距離組成，每隔100 m應(yīng)設(shè)置一個接地裝置，根據(jù)綜合地線的裝設(shè)形式，計算選取電纜模型，貫通地線采用截面為70 mm2銅導(dǎo)線。根據(jù)圖1，可在綜合接地系統(tǒng)中部建立ATP仿真計算模型。設(shè)綜合接地系統(tǒng)中部的兩側(cè)分別接有9個接地裝置，每兩個接地裝置之間的間隔為L，在綜合接地系統(tǒng)中部線段的L/2處注入一個電流源，其頻率為50 Hz，峰值為100 A；單個接地裝置的電阻值依此取1 Ω、5 Ω、10 Ω、15 Ω。測量注入點的電壓和一側(cè)分別流過9個接地裝置的電流。

2單個接地裝置的電阻值對綜合接地電阻的影響

當(dāng)接地裝置之間間隔100 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數(shù)和流過綜合地線同側(cè)9個接地裝置的電流大小(如表1)。

表1　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

由表1仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.147 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.364 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.632 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.905 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.184 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔200 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數(shù)和流過綜合地線同側(cè)9個接地裝置的電流大小(如表2)。

表2　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

由表2仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.212 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.467 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.726 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.991 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.256 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔300 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數(shù)和流過綜合地線同側(cè)9個接地裝置的電流大小(如表3)。

由表3仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.26 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.566 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.827 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.085 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.346 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔400 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數(shù)和流過綜合地線同側(cè)9個接地裝置的電流大小(如表4)。

表3　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

表4　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

由表4仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.3 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.656 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.929 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.182 Ω；當(dāng)單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.436 Ω。

按相關(guān)規(guī)范要求，鐵路綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻應(yīng)小于或等于1 Ω，即R0≈R/2n≤1，式中R0是綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻，R是單個接地裝置的接地電阻，則有R≤2n，表明測量點左右兩側(cè)的接地裝置的個數(shù)n大于單個接地裝置接地電阻值的一半R/2時，就可滿足綜合接地系統(tǒng)的接地電阻不大于1 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔100 m，電流源為100 A，R一定時，要滿足綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻不大于1 Ω，所需最少接地裝置個數(shù)n的仿真結(jié)果如表5。

表5　所需最少接地裝置個數(shù)n、測量點電壓V與

當(dāng)接地裝置之間間隔100 m，電流源I為100 A時，仿真計算中設(shè)接地裝置左右分別為25個時，測量點電壓V、綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0與單個接地裝置的接地電阻R的關(guān)系的仿真結(jié)果如表6。

表6　電壓表讀數(shù)V與接地裝置接地電阻R的關(guān)系

從表6可得知，若單個接地裝置的接地電阻R≤40 Ω，而一條鐵路綜合接地系統(tǒng)的接地裝置個數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25，故在一般情況下可以滿足綜合接地系統(tǒng)的接地電阻不大于1 Ω的要求。

3結(jié)論

研究計算結(jié)果表明：當(dāng)單個接地裝置之間的間隔距離為100 m時，設(shè)計、施工保證單個接地裝置的接地電阻R≤40 Ω，能使綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻小于1 Ω，滿足相關(guān)規(guī)定的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳家斌.接地技術(shù)和接地裝置[M].北京:中國電力出版社，2006：430

[2]夏建國.提高大型地網(wǎng)接地電阻測量的準(zhǔn)確性[J].湖北電力，2004(3)：61-62

[3]鄒建明，蔣靜坪，李楊春.大型地網(wǎng)接地電阻測試方法的探討[J].電力建設(shè)，2003(3)：23-26

[4]李淳.接地電阻測量法的比較[J].武漢水利電力大學(xué)(宜昌)學(xué)報，2000(20):150-152

[5]鐵建設(shè)[2007]39號鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定[S]

[6]TB10621—2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S]

中圖分類號：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)04-0105-02

作者簡介：傅志躍，男，1999年畢業(yè)于華東交通大學(xué)鐵道電氣化專業(yè)，高級工程師。

收稿日期：2015-04-24