傅志躍

(中國(guó)鐵建股份有限公司房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)部監(jiān)管處，北京　100085)

The Calculation of the Single Grounding Resistance’s Influence on Integrated Grounding Resistance

FU Zhiyue

單個(gè)接地裝置的接地電阻對(duì)綜合接地系統(tǒng)接地電阻的影響計(jì)算

傅志躍

(中國(guó)鐵建股份有限公司房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)部監(jiān)管處，北京100085)

The Calculation of the Single Grounding Resistance’s Influence on Integrated Grounding Resistance

FU Zhiyue

摘要建立鐵路綜合接地系統(tǒng)仿真計(jì)算模型，計(jì)算單個(gè)接地裝置的接地電阻對(duì)綜合接地系統(tǒng)電阻的影響：當(dāng)單個(gè)接地裝置之間的距離為100 m，單個(gè)接地裝置的接地電阻R≤40 Ω時(shí)，可使綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻小于1 Ω，滿足相關(guān)文獻(xiàn)的規(guī)定。

關(guān)鍵詞接地電阻綜合接地仿真分析

鐵路綜合接地系統(tǒng)是一種縱向貫通型大型水平接地體，通過(guò)沿線接地裝置將長(zhǎng)達(dá)數(shù)百公里乃至上千公里的高速鐵路綜合接地系統(tǒng)連成一體，其接地電阻測(cè)量方法有別于傳統(tǒng)的測(cè)量方法[1-4]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定，沿線任一點(diǎn)的綜合接地電阻值應(yīng)不大于1 Ω[5-6]。通過(guò)建立綜合接地系統(tǒng)仿真計(jì)算模型，計(jì)算單個(gè)接地裝置的接地電阻對(duì)綜合接地系統(tǒng)接地電阻的影響。

1仿真模型建立

根據(jù)鐵路綜合接地系統(tǒng)的定義，綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻為貫穿地線上任一點(diǎn)看進(jìn)去的等效阻抗，即為綜合接地系統(tǒng)的接地電阻。該等效阻抗是由貫穿地線本身的阻抗和兩側(cè)沿線配置接地裝置的阻抗構(gòu)成的鏈形回路組成。因此，可設(shè)想在貫穿地線的某個(gè)點(diǎn)通過(guò)施加一個(gè)交流電流源I，電流通過(guò)引出線、貫穿地線、接地裝置以及大地構(gòu)成回路，用電壓表測(cè)這點(diǎn)的電位為U，U與I的比值即為綜合接地系統(tǒng)的接地電阻值。

在兩接地裝置中間的貫通地線上接入電流源S，并測(cè)量這一點(diǎn)的電位，如圖1所示。

圖1　綜合接地系統(tǒng)接地電阻的測(cè)量

不考慮鐵路沿線必須接入綜合接地系統(tǒng)的自然接地體，假設(shè)綜合接地系統(tǒng)僅僅是由人工接地裝置間隔一定距離組成，每隔100 m應(yīng)設(shè)置一個(gè)接地裝置，根據(jù)綜合地線的裝設(shè)形式，計(jì)算選取電纜模型，貫通地線采用截面為70 mm2銅導(dǎo)線。根據(jù)圖1，可在綜合接地系統(tǒng)中部建立ATP仿真計(jì)算模型。設(shè)綜合接地系統(tǒng)中部的兩側(cè)分別接有9個(gè)接地裝置，每?jī)蓚€(gè)接地裝置之間的間隔為L(zhǎng)，在綜合接地系統(tǒng)中部線段的L/2處注入一個(gè)電流源，其頻率為50 Hz，峰值為100 A；單個(gè)接地裝置的電阻值依此取1 Ω、5 Ω、10 Ω、15 Ω。測(cè)量注入點(diǎn)的電壓和一側(cè)分別流過(guò)9個(gè)接地裝置的電流。

2單個(gè)接地裝置的電阻值對(duì)綜合接地電阻的影響

當(dāng)接地裝置之間間隔100 m，電流源為100 A時(shí)，通過(guò)仿真計(jì)算，得到電壓表的讀數(shù)和流過(guò)綜合地線同側(cè)9個(gè)接地裝置的電流大小(如表1)。

表1　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

由表1仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為1 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.147 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為5 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.364 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為10 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.632 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為15 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.905 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為20 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.184 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔200 m，電流源為100 A時(shí)，通過(guò)仿真計(jì)算，得到電壓表的讀數(shù)和流過(guò)綜合地線同側(cè)9個(gè)接地裝置的電流大小(如表2)。

表2　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

由表2仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為1 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.212 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為5 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.467 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為10 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.726 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為15 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.991 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為20 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.256 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔300 m，電流源為100 A時(shí)，通過(guò)仿真計(jì)算，得到電壓表的讀數(shù)和流過(guò)綜合地線同側(cè)9個(gè)接地裝置的電流大小(如表3)。

由表3仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為1 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.26 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為5 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.566 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為10 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.827 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為15 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.085 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為20 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.346 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔400 m，電流源為100 A時(shí)，通過(guò)仿真計(jì)算，得到電壓表的讀數(shù)和流過(guò)綜合地線同側(cè)9個(gè)接地裝置的電流大小(如表4)。

表3　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

表4　電壓表讀數(shù)、同側(cè)接地裝置電流大小與

由表4仿真數(shù)據(jù)可以分析得到：當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為1 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.3 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為5 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.656 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為10 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=0.929 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為15 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.182 Ω；當(dāng)單個(gè)接地裝置的電阻值為20 Ω時(shí)，在測(cè)量點(diǎn)得到的綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0=1.436 Ω。

按相關(guān)規(guī)范要求，鐵路綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻應(yīng)小于或等于1 Ω，即R0≈R/2n≤1，式中R0是綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻，R是單個(gè)接地裝置的接地電阻，則有R≤2n，表明測(cè)量點(diǎn)左右兩側(cè)的接地裝置的個(gè)數(shù)n大于單個(gè)接地裝置接地電阻值的一半R/2時(shí)，就可滿足綜合接地系統(tǒng)的接地電阻不大于1 Ω。

當(dāng)接地裝置之間間隔100 m，電流源為100 A，R一定時(shí)，要滿足綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻不大于1 Ω，所需最少接地裝置個(gè)數(shù)n的仿真結(jié)果如表5。

表5　所需最少接地裝置個(gè)數(shù)n、測(cè)量點(diǎn)電壓V與

當(dāng)接地裝置之間間隔100 m，電流源I為100 A時(shí)，仿真計(jì)算中設(shè)接地裝置左右分別為25個(gè)時(shí)，測(cè)量點(diǎn)電壓V、綜合接地系統(tǒng)等效接地電阻R0與單個(gè)接地裝置的接地電阻R的關(guān)系的仿真結(jié)果如表6。

表6　電壓表讀數(shù)V與接地裝置接地電阻R的關(guān)系

從表6可得知，若單個(gè)接地裝置的接地電阻R≤40 Ω，而一條鐵路綜合接地系統(tǒng)的接地裝置個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25，故在一般情況下可以滿足綜合接地系統(tǒng)的接地電阻不大于1 Ω的要求。

3結(jié)論

研究計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)單個(gè)接地裝置之間的間隔距離為100 m時(shí)，設(shè)計(jì)、施工保證單個(gè)接地裝置的接地電阻R≤40 Ω，能使綜合接地系統(tǒng)的等效接地電阻小于1 Ω，滿足相關(guān)規(guī)定的要求。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)04-0105-02

作者簡(jiǎn)介：傅志躍，男，1999年畢業(yè)于華東交通大學(xué)鐵道電氣化專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-04-24