一种城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定法，该方法包括：以现有输电钢管塔典型接地设计为模型，结合相关规程和人体短路电阻参数，提出输电杆塔接地装置的安全指标(跨步电压和接触电压)；利用CDEGS接地计算软件对其雷电冲击短路以及工频短路下的安全指标值进行仿真计算；通过对比目标值和实际值，得到影响杆塔接地安全性的关键指标，并为安全设计提供目标参数。并为安全设计提供目标参数。

【技术实现步骤摘要】
一种城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定法


[0001]本专利技术设计城市输电线路钢管塔的接地装置安全设计领域。

技术介绍

[0002]现阶段的城市输电网由于考虑到经济效益等问题，仍然较多采用架空线路的形式。钢管塔是城市输电线路杆塔的典型塔型。城市输电钢管塔大都分布在马路边或马路中央的花坛中，属于人流密集区域。当城市输电钢管塔发生工频或雷击接地短路故障时，会造成杆塔周围地电位的急剧升高，在杆塔周围产生危险的跨步电压和接触电压，从而威胁人身安全。因而，对于城市钢管塔的接地指标，除了接地电阻之外，还应注重考虑接触电压和跨步电压等安全性指标。针对城市输电钢管塔接地装置的安全设计，对确保周围人员安全具有重要意义。
[0003]国内外对接地装置的安全性设计和研究主要针对发电厂、变电站的接地网。通过对矩形地网内部网格调控，地表铺设沥青、砾石等方法，使得周边电位梯度、设备接触电压和跨步电压等接地安全参数满足安全值的要求。对于输电线路杆塔接地的研究主要集中在高土壤电阻率地区(尤其是山岩地区)接地降阻方面，提出了针刺式接地装置、柔性石墨接地极、长垂直接地极和空腹式接地装置等新型接地降阻方法。
[0004]但目前城市输电杆塔安全优化设计缺少针对性的指标参数，如雷击或者工频接地短路所造成的接地安全指标，即接地安全指标优化设计对象不明确。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定方法，用以作为城市输电线路钢管塔接地装置在安全设计阶段的参考指标，从而确保接地装置的设计符合安全规范，并为接地装置的后续优化过程提供合理的优化目标值。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种确定城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定方法，包括：
[0008]以现有输电钢管塔典型接地设计为对象，结合相关规程和人体短路电阻参数，提出输电杆塔接地装置安全指标(跨步电压和接触电压)的目标值；利用CDEGS接地计算软件对其雷电冲击短路以及工频短路下的安全指标实际值进行仿真计算；通过对比目标值和实际值，得到影响杆塔接地安全性的关键指标，并为安全设计提供目标参数。
[0009]综上，本专利提出的确定方法分3个步骤：
[0010]步骤1：城市钢管塔接地装置安全指标目标值的计算：
[0011](1)工频接地短路时的安全指标-工频跨步电压和工频设备接触电压
[0012]根据电击事故时人体的分布参数等效电路，当人在地面行走时，人的两脚和地面的接触电阻R
F
及人体电阻R
B
串联，得到两脚间的耐受跨步电压U
s
为：
[0013]U
s
＝(R
B
+6ρ)
×
I
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014]式中：R
B
为人体电阻，ρ为表层土壤电阻率，I
k
为不同体重k下人体的安全电流。因此
当没有人站立于地面时，两脚所对应的两点间的电位差，即跨步电压V
s
为：
[0015][0016]当人站立地面用手去接触接地体的金属导体时，人的两只脚和土壤间的接触电阻是并联的，人的手和脚间所受的实际电压即耐受接触电压U
T
为：
[0017]U
T
＝(R
B
+1.5ρ)
×
I
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]式中：R
B
为人体电阻，ρ为表层土壤电阻率，I
k
为不同体重k下人体的安全电流。因此当人没有站立该处时，该两点间电位差即接触电压V
T
为：
[0019][0020]根据公式(2)和(4)，可以计算出工频跨步电压和工频设备接触电压的目标值。
[0021](2)雷电流入地时的安全指标
[0022]根据相关研究结果显示，人体在工频50Hz-60Hz的电流作用下的伤害最为严重，当电流频率低于或高于50Hz-60Hz时其伤害会降低很多。根据雷电流的幅频特性可知，雷电流的能量主要集中在几万Hz以下的中低频部分，因此可以选择10kHz作为人体安全电流的计算参考点。
[0023]由于当电流的频率为10kHz时，人体感觉电流的阀值可达工频时的13倍，因此相应的耐受电压为工频下的13倍。根据上述工频接触电压与跨步电压的计算公式，结合雷电流的频率特征，可得出雷电流入地时两点间人体允许的安全跨步电压计算公式为：
[0024][0025]式中：I
k
为不同体重k下人体的安全电流。
[0026]雷电流入地时两点间人体允许的安全接触电压计算公式为：
[0027][0028]式中：I
k
为不同体重k下人体的安全电流。
[0029]根据公式(5)和公式(6)可计算出雷击下跨步电压和雷击下设备接触电压的目标值。
[0030]步骤2：计算该接地装置典型设计时的实际安全指标值
[0031]根据现有的城市输电钢管塔接地装置的实际设计，以及相关土壤、材料等参数，利用接地计算软件CDEGS中的SESCAD模块搭建接地装置，计算该模型装置在工频接地短路和雷电流入地2种故障情况下钢管塔接地装置的跨步电压和接触电压。
[0032](1)工频短路时接地装置的跨步电压和接触电压的计算方法。
[0033]可采用CDEGS接地计算仿真软件的MALZ模块计算，该模块可实现对任意土壤结构的频域接地分析。
[0034]1)在SESCAD工具的定义选项中对土壤模型(电阻率)、计算频率、导体类型以及激励类型进行定义。其中土壤模型(电阻率)以实测接地装置所处土壤的模型(电阻率)为取值依据，频率取50Hz，导体类型以实际接地体的材料和尺寸为准，激励类型选择工频电流源，
其中工频电流的大小即为实际流入杆塔接地装置的入地短路电流I
r
。当系统发生工频接地短路故障时，一部分故障电流通过架空地线流向四周进行扩散；一部分故障电流由经架空地线后，通过杆塔接地装置泄入大地。经研究表明，杆塔接地装置的分流系数受到杆塔接地电阻、输电线路杆塔数量以及变电站接地电阻的影响，因此I
r
的计算方法如下：
[0035]I
r
＝(I
S-I
g
)
×
K
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0036]式中：I
S
为系统单相接地时的工频故障电流，I
g
为通过架空地线向四周扩散的电流，K
d
为杆塔接地装置入地短路电流分流系数，其取值可通过查阅相关文献资料获得。
[0037]2)通过SESCAD工具中的创建物体选项，以上述定义得到的导体材料作为接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定法，其特征在于，以现有输电钢管塔典型接地设计为模型，结合相关规程和人体短路电阻参数，提出输电杆塔接地装置的安全指标(跨步电压和接触电压)；利用CDEGS接地计算软件对其雷电冲击短路以及工频短路下的安全指标值进行仿真计算；通过对比目标值和实际值，得到影响杆塔接地安全性的关键指标，并为安全设计提供目标参数。2.根据权利要求1所述的城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定方法，其特征在于，根据电击事故时人体的分布参数等效电路，得到当没有人站立于地面时，两脚所对应的两点间的电位差，即跨步电压V
s
为：当人没有站立该处时，该两点间电位差即接触电压V
T
为：根据试验统计结果，工频下人体能承受很大的电流而不会出现心脏纤维性颤动的电流值I
k
满足以下公式：式中：t为工频故障持续时间；系数k为与人体体重有关的能量系数。3.根据权利要求1所述的城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定方法，其特征在于，雷电流入地时两点间人体允许的安全跨步电压计算公式为：式中：I
k
为不同体重k下人体的安全电流。雷电流入地时两点间人体允许的安全接触电压计算公式为：4.根据权利要求1所述的城市输电线路钢管塔接地装置安全设计指标的确定方法，其特征在于，工频短路时接地装置的跨步电压和接触电压的计算方法：1)CDEGS接地计算仿真软件的MALZ模块计算。利用SESCAD模块对土壤模型(电阻率)、计算频率、导体类型以及激励类型进行定义。其中土壤模型(电阻率)以实测接地装置所处土壤的模型(电阻率)为取值依据；导体类型以实际接地体的材料和尺寸为准，激励类型选择工频电流源，其中工频电流的大小即为实际流入接地装置的入地短路电流I
r
。I
r
的计算方法如下：I
r
＝(I
S-I
g
)
×
K
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：I
S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，陈静雯，杨泰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：