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接地極對接地系統作用

來源:德恩拓 發布時間:2011-12-17 10:36:12
   發變電站良好的接地是電力系統安全運行的根本保證。隨著電力系統電壓等級的不斷提高和系統容量的不斷增大,接地故障電流和發變電站接地網的面積也不斷增大,生產運行部門對于降低地網接地電阻、接觸電壓和跨步電壓,保障電力系統安全、可靠運行的呼聲越來越高。要確保人身和設備的安全,維護電力系統的可靠運行,垂直接地極降低接地電阻的作用以均勻土壤為例,討論垂直極對于降低地網接地電阻的作用。假設水平地網面積為150m×150m,網格間距取15m,土壤電阻率為200Ω.m,水平導體半徑r1=0.011m,垂直極長度L=50m。先分析在已有水平地網基礎上增設垂直極,考慮垂直極根數N變化對接地電阻R的影響。另外,垂直極顯然對水平網散流有抑制作用。即添加垂直極后接地系統總的接地電阻并不是垂直極與水平網的接地電阻的簡單并聯,而是存在一個屏蔽系數,垂直極的根數越多,屏蔽系數越大。垂直極半徑取3.5m時的降阻效果明顯比半徑取0.025m時要強。 垂直極半徑取3.5m是考慮到爆破制裂之后的效果。因此可以看出,采用爆破接地技術對垂直接地極進行施工,增大垂直接地極的半徑,能更有效地降低接地系統的接地電阻。垂直極對接觸電壓和跨步電壓的影響。增設垂直極對于降低地表面的最大接觸電壓和跨步電壓也具有較大的影響。水平網同上節討論的情況相同,垂直極計算半徑取0.025m 增設垂直接地極對于降低接觸電壓和跨步電壓具有非常顯著的作用,當垂直極為12根時,接觸電壓就可降低約40%;當垂直極為32根時,接觸電壓可降低63.49%。而降低接觸電壓正是電力系統接地安全設計的主要目標之一。增設垂直極對于降低接觸電壓的原因主要有兩點:一是垂直極的引入,降低了地電位升(GPR),而接觸電壓及跨步電壓均與GPR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極為12根時,水平網流散的電流為25%左右,而垂直極流散的電流大約為75%。而在土壤不均勻,特別是上層土壤電阻率明顯大于下層土壤電阻率時,這一趨勢更加明顯,垂直極中流散的電流可達到總電流的90%。因此在地面上引起的接觸電壓和跨步電壓也會相應有較大幅度的降低垂直極對消除季節因素影響的作用一般情況下,多孔含水巖石的電阻率可由以下經驗公式[4]求得:ρ=ρ0f-mS-n,(1)式中:ρ0為填充于巖石孔隙中水的電阻率;f為孔隙度(孔隙體積與總體積的比值);S為填充了水的孔隙空間與總孔隙空間的比值;約有30%以上的孔隙空間為水填滿時,n值接近于2;m值取決于巖石的固化程度或地質年代,對松散的沉積巖m1.3左右,對良好固結的古生代沉積巖m1.95左右。由上可以看出巖石的電阻率主要取決于它的含水量和水的電阻率。由于土壤的導電具有離子導電性能,因此其電阻率通常是隨著溫度的降低而增加。與沙混合的粘土含水量15%,0以上電阻率變化較緩,0時電阻率有一突變過程,而溫度在0以下時電阻率隨溫度的下降而急劇上升。隨著季節的變化,土壤溫度與土壤中的水分含量都將有很大的變化,因此在常規地網設計中,考慮到變電站所處的緯度及周邊環境不同,對于接地電阻都要乘一季節系數,視水平接地體埋深不同,取值不同。  在水平地網基礎上添加長垂直接地體以后,季節變化對于接地電阻的影響明顯減小。這主要是因為季節變化影響的土壤范圍在地表附近,對于深層幾乎沒有影響?;谝陨峡紤],以下面的模擬分析來探討垂直接地極對于降低季節系數的作用。假設地網面積為150m×150m,網格間距為15m,土壤電阻率ρ2=200Ω.m,水平導體半徑r1=0.011m,埋深為0.8m;垂直極長度L=50m,半徑r2=0.02m。假設表層由于冬季冰凍作用導致電阻率增加的土壤深度h1.0m,當其電阻率隨季節變化時,接地電阻隨季節變化的曲線如圖4所示,其中實線是沒有垂直接地極時的接地電阻,虛線是增設8根半徑為電源防雷器r2=0.025m的垂直極后的接地電阻,點線是增設8根半徑r2=3.5m的垂直極后的接地電阻沒有垂直接地極的接地電阻R1隨著上層土壤電阻率的增大而增大。取上層土壤電阻率為50800Ω.m這一常見范圍,僅僅表層1m深土壤的電阻率的變化就可以導致接地電阻從0.55Ω增加到0.8Ω,增幅達45%。而當增設8根深度為50m的垂直接地極以后,如上節討論結果,由于相當一部分故障電流經由垂直極流入大地,因此,接地系統接地電阻受上層土壤電阻率變化的影響將會顯著變小。采用半徑為0.025m的鋼管,接地電阻在同樣的土壤電阻率變化情況下,僅從0.5Ω增大到0.575Ω。尤其是采用爆破接地技術進行垂直接地極的施工后(計算半徑取3.5m),接地電阻基本上不受季節變化因素的影響,從而大大提高了接地系統的安全性。

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本文來自:  http://www.damehaciendo.com

 

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