跨步電壓和接觸電壓的限制措施

作者簡介：王妍，女，山東省電力學校電力系，講師，研究方向：電氣自動化。

孫奎明，簡介：男，山東省電力學校高級講師，研究方向：自動控制

摘要：當電氣設備發生碰殼故障、導線斷裂落地或線路絕緣擊穿而導致單相接地故障時，電流便經接地體或導線落地點呈半球形向大地流散，人觸及故障設備外殼或進入散流區域會發生接觸電壓或跨步電壓觸電。觸電傷害的結果與跨步電壓與接觸電壓的大小有著直接關系。本文主要介紹限制跨步電壓和接觸電壓的措施。

關鍵詞：跨步電壓 接觸電壓 計算 方法

中圖分類號：TM862文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

1 跨步電壓與接觸電壓

(1)接觸電壓及接觸電壓觸電。當電氣設備因絕緣損壞而發生接地故障時，如人體的兩個部分（通常是手和腳）同時觸及漏電設備的外殼和地面，人體兩部分分別處于不同的電位，其間的電位差即為接觸電壓，用表示。如圖1所示的觸電者手部電位為（即設備外殼電位）、腳部電位為，手腳之間的電位差便是該觸電者承受的接觸電壓。

顯然，接觸電壓的大小隨人體站立點的位置而異，人體距離接地極越遠，受到的接觸電壓越高。在電氣安全技術中是以站立在離漏電設備水平方向0.8m的人，手觸及漏電設備外殼距地面1.8m處時，其手與腳兩點間的電位差為接觸電壓計算值。由于受接觸電壓作用而導致的觸電現象稱為接觸電壓觸電。

(2)跨步電壓及跨步電壓觸電。電氣設備發生接地故障時，在散流區（電位分布區）行走的人，其兩腳處于不同的電位，兩腳之間（一般人的跨步約為0.8m）的電位差稱為跨步電壓。設前腳的電位為，后腳的電位為，則跨步電壓。顯然人體距電流入地點越近，其所承受的跨步電壓越高。人體受到跨步電壓作用時，電流將從一只腳經跨步到另一只腳與大地形成回路。觸電者的癥狀是腳發麻、抽筋、跌倒在地。跌倒后，電流可能改變路徑（如從頭到腳或手）而流經人體重要器官，使人致命。

圖1 電流入地點的電位分布

2 接觸電壓和跨步電壓的允許值

在大接地短路電流系統發生單相接地或同點兩相接地時，發電廠、變電站電力設備接地裝置的接觸電壓和跨步電壓不應超過下列數值：

式中 ——接觸電勢；

——跨步電勢；

——人腳站立處地表面的土壤電阻率，Ω·m。

——接地短路電流的持續時間，s。

以上兩式式按人體通過電流允許值（mA）和人體電阻為1500Ω導出的。接地短路電流持續時間t采用主保護動作時間加相應的斷路器全分閘時間。

如故障回路具有重合閘裝置時，兩次短路電擊之間的無電流時間不應計入，且間斷的兩次電擊對人體影響的嚴重程度比只承受一次嚴重，比兩次連續承受要輕。因此，t值可按一次電擊時間并適當加大。

在小接地短路電流系統發生單相接地接地時，一般不迅速切出故障，此時發電廠、變電站電力設備接地裝置的接觸電勢和跨步電勢不應超過下列數值：

在條件特變惡劣的場所，例如礦山井下和水田中，接觸電勢和跨步電勢的潤須知適當降低。

3 接觸電勢和跨步電勢的計算

3.1入地短路電流的計算

當在廠、站內發生接地短路時，流經接地裝置的電流可按下式計算：

當在廠、站外發生接地短路時，流經接地裝置的電流可按下式計算：

上兩式中 ——入地短路電流，A；

——接地短路時的最大接地短路電流，A；

——發生最大接地短路電流時，流經發電廠、變電站接地中性點的最大接地短路電流，A；

、——分別為廠、站內、外短路時，避雷線的工頻分流系數。

計算用的入地短路電流取上兩式中較大的值。

3.2避雷線的工頻分流系數計算

(1)接地網內部短路時，工頻分流系數可用下式計算：

初步估計時，。

(2)接地網外短路時，工頻分流系數可用下式計算：

初步估計時，。

上兩式中

——接地網的接地電阻，Ω；

——架空輸電線路導線與地線間平均檔距的零序互感抗，Ω；

3.3接地裝置的電位

發生接地故障時，接地裝置的電位按下式計算：

式中 ——計算用入地短路電流；

——接地裝置的接地電阻，Ω。

3.4接地網的最大接觸電勢

發生接地短路時，接地網表面的最大接觸電勢，即網孔中心對接地網接地體的最大電勢按下式計算：

式中 ——最大接觸電勢，V；

——接觸系數。

當接地體的埋深時，可按下式計算：

式中 ——均壓帶根數影響系數；

——均壓帶直徑影響系數；

——接地網面積影響系數。

3.5接地網的最大跨步電勢

發生接地短路時，接地網外的地表面的最大跨步電勢可按下式計算：

式中 ——最大跨步電勢，V；

跨步系數可按下式確定：

式中 ——接地網中接地體的總長度，；

——接地網中外緣邊線總長，；

——接地網的面積，

——接地網水平均壓帶的埋深，；

——接地網水平均壓帶的直徑，。

4 降低接觸電壓和跨步電壓的方法

4.1一般措施

當人工接地網的地面上局部地區的接觸電勢和跨步電勢超過規定值，因地形、地質條件的限制擴大接地網的面積有困難，全面增設均壓帶又不經濟時，可采取下列措施：

在經常維護的通道、操動機構四周、保護網附近局部增設1～2m網孔的水平均壓帶，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。

鋪設礫石地面或瀝青地面，用以提高地表面電阻率，以降低人身承受的電壓。此時地面的電位梯度并不改變。①采用碎石、礫石或卵石的高電阻率路面結構層時，其厚度不小于15～20cm。電阻率可取2500Ω·m。②采用瀝青混凝土結構層時，其厚度為4cm，電阻率取5000Ω·m。③為了節約。也可將瀝青混凝土重點使用。如只在經常維護的通道、操動機構的四周、保護網的附近鋪設，其他地方可用礫石和碎石鋪蓋。

采用電阻率高的路面措施，在使用年限較久時若地面的礫石層充滿水泥或瀝青地面破裂時，則不安全。因此，要定期維護。

4.2降低接觸電壓和跨步電壓的方法

(1)接地體形狀的選擇。最好采用水平接地體為主的人工接地網，而且使水平接地體成為閉合環形。同時，在環形網絡內部加設互相平行的均壓帶，均壓帶的距離一般為4～5m為宜。

(2)在一般情況下接地體的埋設深度不小于0.6m，為降低接觸電壓和跨步電壓，要求水平接地體局部埋設深度不應小于1m（環形或成排布設水平接地體埋設于凍土層以下），并應鋪設50～80cm厚的瀝青層或采用瀝青碎石地面，其寬度超出接地裝置2m左右。

(3)采用“帽檐式”均壓帶。“帽檐式”均壓帶的布置方式和安裝尺寸，如圖所示。附設兩條與接地網相連接的“帽檐式”均壓帶能顯著降低接觸電壓和跨步電壓。

參考文獻

[1] 陳家斌，等.接地技術與接地裝置.北京:中國電力出版社.2003.