發電站大型接地網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］。而在發電站變壓器區域，電壓有的高達上百千伏，故障電流非常大，對工作人員構成了生命威脅，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DL/T475－2006《接地裝置特性參數測量導則》測量跨步電壓的方法，通過大電流發生器模擬一個故障電流給被測物體，再用內置等效人體電阻的電壓表對模擬人體雙腳的電極進行跨步電壓的測量，并由此實驗找出其改進措施，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，中心點的電位最高，相反遠離中心點的電位也越低（圖1）。二是接地設備漏電時，接地線帶電或電線電纜絕緣破壞、接頭處包扎不嚴導致漏電等，也會以接地點或漏電點為中心，形成電位不同的同心圓。當人的雙腳站在不同的同心圓上，跨步電壓加于雙腳時，就會有電流流過人體。設前腳的電位為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越近，跨步電壓越高，其危險性亦越大。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［2～8］。

當跨步電壓達到40～50V時，人就有觸電的危險。觸電者的癥狀是腳發麻、抽筋、跌倒在地［2］。人若能蹦出同心圓，就可脫離危險，如果不能蹦出同心圓甚至被擊倒，會加大人體的觸電電壓，危險性就會更大。這是因為當人站立時，電流途徑是流過雙腿，而倒地后，電流則通過大腦和心臟，可能會使人發生觸電死亡。

3 跨步電壓的測量原理

雷電流入地點周圍電位分布區行走的人，兩腳間（80cm）的電壓離落地點越遠，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。

跨步電壓是電氣設備碰殼或電力系統一相接地短路時，電流從接地極四散流出，在地面上形成不同的電位分布，人在走近短路地點時，兩腳之間的電位差。

圖1 跨步電壓的形成

利用大電流發生器向被測物體輸入一個故障電流，利用兩個電極替代人體的雙腳，在電極之間并聯一個等效人體電阻1.5kΩ，利用選頻電壓表進行測量。按公式Uk＝UImax/I推算跨步電壓。跨步電壓測量示意如圖2所示。

圖2 跨步電壓測試示意圖

4 跨步電壓的測量方法

將大電流發生器輸出電流設置為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，跨步電壓現場測量如圖3。

從測量區域接地體開始沿直線方向，每隔2.0m測量一點，直到地網邊緣為止，再按公式Uk＝UImax/I推算跨步電壓。對于被測試電氣設備跨步電壓抽查測試點的數值最大短路電流可由甲方提供。對計算的跨步電壓進行數據整理并進行校核，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，可以在發電站經常維護的通道、保護網附近局部增設l～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。

可以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。而此時地面的電位梯度并沒有改變。可通過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15cm。②采用瀝青混凝土結構層時，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。

可以增設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系。二是因為增設垂直極后，大部分故障電流通過垂直極流入大地，相應減少了水平導體的散流量，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度大大降低。

6 結語

通過大電流發生器模擬了一個故障電流給被測物體，再用內置等效人體電阻的電壓表對模擬人體雙腳的電極進行跨步電壓的測量，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。跨步電壓可能引起觸電危險的現象可能無法完全避免，但若設法降低加在人體上的電壓（電勢差），并及時采取必要措施，則會有效降低觸電危險。

［1］張藍丹.淺談跨步電壓觸電及預防措施［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］.科技創新導報，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的直流多環接地極電流配比的優化［J］.高電壓技術，2012，38（5）：1217～1223.

［5］任合明，周璧華，楊春山，等.地閃回擊電流近區跨步電壓研究［J］.高電壓技術，2005，31（3）：4～6.

［6］中華人民共和國建設部.GB50057－2010，建筑物防雷設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

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

［8］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T21431－2008，建筑物防雷裝置檢測技術規范［S］.北京：氣象出版社，2008.