牵引变电所接地电阻值探讨.doc

牵引变电所接地电阻值探讨 2005年第3期科技交流总第147期 牵引变电所接地电阻值探讨 林志海 (铁道第一勘察设计院电气化处兰州730000) 摘要通过对牵引变电所接地电阻,反击过电压,接触电势,跨步电势等原理及相互 关系的分析,认为 现行设计规范的接地电阻值偏于保守,工程设计中变电所可根据具体情况,在采取 一定的技术措施并校 验接触电势,跨步电势合格后适当提高接地电阻值,以节约工程投资. 关键词接地电阻反击过电压接触电势跨步电势 1引言 根据《铁路电力牵引供电设计规范》 (TB1009—98)的规定,牵引变电所接地网 的接地电阻值一般按不大于0.512设计.位 于高土壤电阻率地区的牵引变电所,在不 采取任何降阻措施的情况下,要达到此要 求非常困难.多年来,设计人员大多采用外 引接地体(实为增大接地网面积),深埋接 地体,回填土,添加降阻剂,采用深井接地 勉强使变电所在 等手段来降低接地电阻, 开通初期达到规范规定的0.512,但随着时 间的推移,降阻手段将逐年失效,接地电阻 仍会逐年上升,突破规范规定.因此,高土 壤电阻率地区的接地设计如硬性采取各类 降阻措施,不一定能达到很好的效果且在 经济上极不合理,很有必要探讨不同地区, 不同条件的牵引变电所接地电阻统一采用 不大于0.512的标准是否合适. 2接地电阻的定义 工频电流从接地体向周围的大地散流 时土壤呈现的电阻称为接地电阻.接地电 阻的数值等于接地体的电位与通过接地体 流人地中电流的比值.根据静电比拟法,接 地电阻计算可以用相应条件下静电场的电 容计算来得到. 由高斯定理,穿过任一闭合表面的电 位移矢量等于包围在此表面所限定的空间 的电荷,即: fDds=fcEds=Q(1) 又,欧姆定律的微分形式: f浏s=f?Eds=I(2) 由电阻和电容的定义: (3) c=R=旱 把(3)代人式(1)及(2)得出: R=譬(4) p 牵引变电所的接地网一般以多根水平 接地体为主组成,可以近似地当作一块孤 立的平板,电容C的大小主要是由它的面 积尺寸来决定的,面积越大,电容越大,由 (4)式可以看出,e决定于地的电学性质,为 常数,故牵引变电所接地网的接地电阻R 由电阻率p和接地网的面积决定,根据平 板电容C=4e?及考虑垂直接地体的影7【 响,可推导出近似公式:R=0.5(5) 2005年第3期科技交流总第147期 A一接地网面积:由式(5)可看出,接地 电阻要达到0.5Q,所需接地网面积A: p2m2,接地网的面积受到配电装置面积的 限制一般不可能很大,当电阻率又很高时, 要达到此要求很困难. 降低接地电阻的主要目的是为了满足 设备及人身安全的要求,前者体现为降低 反击过电压,后者体现为满足接触电势及 跨步电势的要求,下面就这两个问题分别 进行探讨. 3接地网反击过电压 牵引变电所发生接地短路后,接地网 电位升高可分为三个阶段:瞬时电位,暂态 电位,稳态电位,按照最严重情况考虑可按 下列公式计算: 厂, 瞬时时位:E=(0.06,0.28)^/鲁VJ (6) 暂态电位:E:1.8IR(7) 稳态电位:E=IR(8) V一额定线电压I一流经接地剧 入地电流R一接地电阻 由上三式可见,接地网的瞬时电位比 工频稳态和暂态电位大得多,当牵引变电 所进线电压等级为1IOKV时,最大可达 29KV,其值相比于牵引供电高压设备内部 过电压及雷击过电压的绝缘水平值来说还 是很小的,所以接地网的瞬时电位一般只 会使低压及晶体管装置等弱电设备损坏或 发生误动,而不会损坏高压电气设备. 目前,接地电位升高后对低压和弱电 设备的反击还研究得很少,一般来说,在采 取一定的隔离措施以后(如对通信设备加 装隔离变压器等),接地网反击过电压对弱 电设备的危害也是可以降低或消除的.因 此,适当提高接地电阻值不会对牵引变电 ? 58? 所电气设备造成损坏. 4接触电势和跨步电势 接地短路发生在接地网内时,流经接 地网的入地短路电流产生的接地电位为: I=(1,一l)(1一)(9) l一入地短路电流 lmax一接地短路时的最大接地短路 电流 1z一流经变电所变压器接地中性点 的接地短路电流 K一分流系数 按铁道部标准《铁路电力牵引供电设 计规范》(TB10009—98)的规定,牵引变 电所110KV侧及27.5KV侧短路时,接触 电势及跨步电势应满足: Ejlt; 2 _ 50+0.25t~b(10) 4t Ek 2 — 5 — 0+ 一~ob(11) ?t E,一接触电势Ek一跨步电势p一 路面电阻率t一持续时间 另最大接触电势及跨步电势可按下式 计算: EJ=KJ.=Kj.I.R=