[发明专利]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

权利要求书

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。

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地体材料，根据现有城市输电钢管塔接地装置典型设计图所示的接地模型，搭建接地装置仿真模型；设置短路电流激励点及合理观测线，且观测线的覆盖范围需大于整个接地装置的大小

3)将上述定义以及模型更新变化到输入箱(InputToolbox)并返回MALZ的输入面板，点击运行按钮后，在查看输出中获取仿真结果。

5.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，雷电流入地故障参数利用FFTSES和HIFREQ模块计算，方法如下：

1)在FFTSES模块中添加一个时域雷电信号，即雷电流函数，该函数采用双指数函数波形，其数学表达式为：

i(t)＝kI_m(e^-αt-e^-βt) (8)

式中：i(t)为雷电流t时刻的瞬时值，I_m为雷电流幅值；k为雷电流峰值的调节系数，α和β是根据波前时间和波尾时间设置的参数，从而获得该模块推荐下的一些计算频率来求取电磁场的响应。

按行业标准，我国一般地区雷电流幅值超过I的概率P的经验公式为：

因此I的大小可按照雷电流的概率P进行取值(通过确定电力设施的防雷概率P₁，对应的P应在(1-P₁)以内)。由于雷电故障下的杆塔分流作用受到线路及杆塔分布参数的影响，因此输入的时域雷电信号幅值：

I_m＝KI (10)

式中：K即为杆塔接地装置雷电故障下的分流系数。

2)在HIFREQ模块中搭建城市输电钢管塔接地装置的模型，使用由FFTSES模块正向变换所推荐的计算频率得到接地装置的电场频域响应；

3)利用FFTSES模块的傅里叶反变换得到该雷电流函数下的电场时域响应，获得电场响应中所需的接触电压与跨步电压值。