[发明专利]一种降低城市输电钢管塔接地装置工频跨步电压的方法

说明书

本发明提供一种降低城市输电钢管塔接地装置工频跨步电压的方法，该方法包括：根据相关公式计算得到符合人体安全标准的工频跨步电压目标值；利用CDEGS软件对城市输电线路钢管塔接地装置的典型设计进行建模，得到仿真工频跨步电压分布的计算结果；分析仿真结果的相关规律，提出在接地装置的水平接地极末端添加水平夹角射线辅以垂直接地体的降压方式。考虑实际施工及接地电阻标准的要求，对水平夹角射线的长度以及角度、垂直接地体的长度及间隔实现优化，并提出安全设计的具体优化方法，将每次得到的优化模型利用CDEGS接地软件进行建模计算，直至计算得到的工频跨步电压小于目标值，则优化停止，工频跨步电压超标问题得以解决。

技术领域

本发明涉及城市输电线路杆塔接地装置的安全设计领域。

背景技术

钢管塔是城市输电线路杆塔的典型型式。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。

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。

对于城市输电杆塔的安全设计，相关规程仅建议其接地装置做成闭合矩形、环形等，该结构往往不适合位于道路边缘或中央花坛中的钢管塔，因此城市输电杆塔接地装置一般采用水平射线和垂直接地极组成的立体接地网。通常在实际施工中，接地电阻降至符合安全标准是接地装置安全设计的主要目标。研究表明，人体在工频50Hz或60Hz的电流作用下的伤害程度最为严重，人体对工频电流的耐受很低，而在高频下可以耐受高达13倍的电流。因此，城市输电线路钢管塔的接地装置的安全问题突出表现在工频入地线路电流下的跨步电压超出安全目标值，这将严重威胁到周围人员的人身安全。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种降低城市输电线路钢管塔接地装置工频跨步电压的方法，用以解决现存的城市输电线路钢管塔接地装置工频跨步电压超出安全目标值的问题，从而确保周围人员的人身安全。

为解决上述问题，本发明提出的技术方案为：

在钢管塔接地装置的水平末端安装夹角形水平射线辅以垂直接地体的结构，包括：

根据相关公式计算得到符合人体安全标准的工频跨步电压目标值；利用CDEGS接地计算软件对城市输电线路钢管塔接地装置的典型设计进行建模，得到仿真工频跨步电压分布的计算结果；分析仿真结果的相关规律，提出在接地装置的水平接地极末端添加水平夹角射线辅以垂直接地体的降压方式。考虑实际施工及接地电阻标准的要求，对水平夹角射线的长度以及角度、垂直接地体的长度及间隔实现优化，并提出安全设计的具体优化方法，将每次得到的优化模型利用CDEGS接地计算软件进行建模计算，直至计算得到的工频跨步电压小于目标值，则优化停止，工频跨步电压超标问题得以解决。

本专利提出的安全设计方法分3个步骤：

步骤1：计算工频跨步电压的标准值：

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：

U_s＝(R_B+6ρ)×I_k (1)

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。