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BS EN 50522:2022在上一版BS EN 50522:2010的基础上修订了什么?
- 修订了第三章关于接触电压的术语和定义
- 改进了第三章故障电流的相关配图
- 5.4节和图9明确了接地系统设计的流程图
- 对附录A和附录B进行了重新编排,包括预期接触电压允许值和跨步电压允许值。
- 附录C和附录D引入了不锈钢
- 附录G中提供了更多关于围栏的接地细节和配图。
- 附录I补充了关于架空线和电缆的减小系数(reduction factor)的数据
- 附录J(J.4和J.5)增加了新配图
- 附录L细化了土壤电阻率测量及接触电压测量,并新增了测量流程图
EN 50522:2022是欧洲对于接地标准的最新的一版修订,可以说,也是国际上接地的最新标准,可以作为理论上的了解和工程做法思路上的拓展。
目录
1 范畴
2 参考的标准
3 术语
3.1全局接地系统 GGS
3.2 接触电压 UT (从测量角度)
3.3 预期接触电压 UvT (从测量角度)
3.4接地故障电流(IF)
3.5电位梯度缓和接地极
4 基本要求
4.1通用要求
4.2电气要求
4.2.1中性点接地方式
4.2.2短路电流
4.3安全准则
4.4 功能性要求
5接地系统设计
5.1 尺寸 - 腐蚀和机械强度
5.2 尺寸 - 热效应强度
5.3 尺寸 -接触电压及设计流程
5.3.1 允许值
5.3.2允许接触电压的计算(附录A、附录B)
5.3.3 满足或遵循允许接触电压限值的措施
5.3.4 设计流程
6转移电位
6.1 高压系统向低压系统的转移电位
6.2电信系统
7安装
7.1接地极和接地导体的安装
7.2 雷电和瞬态过电压过电流
7.3设备和设施的接地
...
...
...
限于篇幅,第5章之后的内容,未完待续。
1
范畴
本标准为2022年最新的欧盟标准,标准号为EN 50522:2022。
BSEN50522:2022为英国对此欧盟标准的转化,BS为British standard缩写,正文基本上与EN标准完全一致,只是在附录的最后,针对本国情况做了区别于EN标准的三个附录NA NB NC,下图为NA,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/928e5889j00rv38et003hc000sr005nm.jpg)
本标准应用于交流标称电压>1kV的电气装置的接地,频率为50/60Hz。
本标准中“电气装置”指的是:
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/84aa0553j00rv38eu0068c000u000d2m.jpg)
以上,适用于本标准的是:
旋转电机
开关设备
变压器和电抗器
整流器
电缆
布线系统
电池
电容器
接地系统
封闭式电力作业区的建筑物和栅栏
相关的保护、控制和辅助系统;
空心电抗器
不适用于本标准的是:
独立电气装置之间的架空线和地下管路;
电气化铁路轨道和机车车辆;
采矿设备和装置;
荧光灯装置;
符合IEC 60092(所有部分)的船舶装置和符合IEC 61892(所有部分)的海上装置,这些装置用于海上石油工业的钻探、加工和储存;
静电设备(如静电除尘器、喷漆装置);
试验场;
医疗设备,如医用X射线设备。
2
参考标准
主要参考两个标准,
一个是IEC 61936-1:2021,交流电压大于1kV及直流电压大于1.5kV的电气安装(第一部分:交流)。
一个是IEC 60479-1:2018,电流对人体和家畜的效应。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/82419030j00rv38es004dc000u00083m.jpg)
其他参考标准
3
术语
3.1全局接地系统(GES)
这个术语GB标准中没有,然后EN 50522标准中的解释也不是很好理解,我搜了一篇论文。
先看标准解释,再看论文,最后再通篇联系整本标准相关条文。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/5c067a84j00rv38eu0089c000u0009rm.jpg)
BS EN 50522 全局接地系统的定义
翻译:
[全局接地系统] 通过局部接地系统的相互连接建立的等效接地系统,通过接地系统的靠近(地理上或电气上),以确保不超过接触电压允许值。
注1:全局接地系统允许接地故障电流的分流,通过这种方式,可以减少局部接地系统的地电位升(EPR),全局接地系统可以说是形成了一个地表准等电位。
注2:全局接地系统可以通过对典型系统的测量或计算来确定,全局接地系统的典型例子是在市中心、城市或工业区的分散的高低压接地系统(见附录N)。
以上定义中,有几个关键词(标蓝),下面这篇论文正式是围绕这几个关键词对GES展开讨论。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/c9afb418j00rv38eu002qc000of00flm.jpg)
论文封面截图
文章标题中,Grounding是美国人的说法,Earthing是IEC的叫法,意思都是接地,不影响我们的讨论。认为,GES = GGS。
这个术语,从时间上,早就存在,并不是一个新术语。参考文献2和3中给出了定义,并且在诸多标准中可以看到这个术语的影子如下。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/1e6aa002j00rv38er0035c000u0004cm.jpg)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/6d65f28bp00rv38er000bc000dy001pm.png)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/8bd4876ej00rv38et0031c000dy00g8m.jpg)
以上标准中都提到过GGS
关键词1 interconnection(相互连接)
局部接地系统的相互连接可以通过以下方式实现:
- PEN导体;
- 中压或高压电缆的金属护套(Metal shields);
- 埋地裸导体(铜或钢导体直埋);
- 架空线中的地线(OHGWs);
- 金属水管、气管;
- 铁路和金属栅栏。
必须确保GGS系统的全生命周期中的互相连接和持续性。因此,配电系统运营商DSO(Distribution System Operators)应定期检查诸如电缆金属护套、PEN导体、接地导体的连续性。
之所以,GGS要维持这种相互连接,是为了实现等电位(或准等电位)。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/c1c0812ej00rv38eu004cc000u000dtm.jpg)
GGS系统的相互连接(Interconnection in a GGS)
我想,GGS的概念就相当于不同的接地系统之间通过电气的互连做了等电位联结,之后这几个接地系统可以看作一个整体,在这个整体范围内,可以实现准等电位,不存在电击风险。
这种想法,在后面的接地系统设计流程图中得到了印证,GGS系统(C1)已经实现了等电位,不需要按流程图再去校验是否满足允许接触电压值。从电击防护角度,基本可以把GGS系统视为安全型。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/b684bdb9j00rv38ev004lc000k300r6m.jpg)
该流程图下文详述
关键词2 proximity(靠近)
靠近包含两层含义:地理上的和电气上的。
地理上就是物理距离近;电气上的近是指实现电气连通的电气设备、设施或元件的串联阻抗低,可以泄放相当一部分入地电流(IE)。
以下是该论文中提到的一些物理上的距离:
- 中压/低压变电站的接地系统,接地极之间的距离一般是30~1000m;
- 工业区,额定功率高的用电设备非常集中,通常接入中压电网,范围内可能会有大量中压/低压变压站,工业区的变电站之间的距离一般为30~100m;
- 市区的特点是低压用户非常集中,在某些地区还有中压用户,在这些地区主要是DSO的变电站,之间的距离在100~400m之间;
- 最后,在城市以外的地区,中压/低压变电站的距离在300~1000m之间。
考虑到连接元件的串联阻抗,架空线地线(OHGW)和埋地裸导体的串联阻抗低于电缆金属护套,因此,架空线地线(OHGW)和埋地裸导体更容易对入地电流(IE)进行分流。
关键词3quasi-equipotenciality(准等电位)
准等电位是高压站区域的典型特性,与高压站类似,全局接地系统(GGS)也必须起到准等电位的作用,防止产生危险电位
准等电位的概念有两层:
- 接地系统和导电部分(外露可导电部分和外界可导电部分)进行电气连接
- 对于可能存在接地故障的区域或地点,地电位升(EPR)的值相对低,接触电压和跨步电压都在允许值内,不存在电击风险。
判断是否是GGS系统,EN 50522只给出了定义,而论文中给了出了一个流程图,如下,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/1d1459ddj00rv38eu003cc000jl00r0m.jpg)
GGS系统判定流程图
流程图可见,GGS的判断,首先需要有一个准确且简化的电路模型,然后需要通过测量或计算得到基本的参数,最后通过软件模拟,最终判定的落脚点是是否满足安全要求,也就是小于接触电压和跨步电压的允许值要求。
接触电压和预期接触电压,概念完全不一样,下面主要关注两个概念的对比。
读了EN 50522,我发现理解这个两个术语比较好的方式是对其进行测量,搞明白测量方法(附录L的四个图及流程),自然理解其区别。
3.2接触电压UT
关键点:要触摸导电部分。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/24a18647j00rv38et002xc000s700akm.jpg)
图L.3 -接触电压UT的测量(没有额外电阻时)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/c86ece61j00rv38eu0045c000s000clm.jpg)
图L.4-接触电压UT的测量(有额外电阻时)
3.3预期接触电压UvT
关键点:不触摸导电部分。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/a95433f5j00rv38et001vc000s20095m.jpg)
图L.2-预期接触电压UvT的测量(没有额外电阻时)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/7334dd78j00rv38eu004jc000sz00dhm.jpg)
图L.5-预期接触电压UvT的测量(有额外电阻时)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/119aec4bj00rv38eu004sc000u000k1m.jpg)
测量UT或者UvT的流程图
测量UT的目的,是为了保证UT<UTp,UTp可以从下图8曲线上读数,也可以通过EN 50522附录A的公式计算(后文详述)。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/c6b2018cj00rv38ev0055c000ro00jym.jpg)
图8允许接触电压UTp
图8曲线是基于IEC 60479-1:2018中的数据:
- 人体阻抗ZT,根据IEC 60479-1:2018表1(不超过50%的人口)
- 允许人体电流IB,根据IEC 60479-1:2018中图20的C2曲线和表11(心室纤维性颤动的概率<5%)
- 心脏电流系数HF是根据IEC 60479-1:2018中表12
测量UT和UvT一般采用大电流注入法(Heavy-current injection method),详附录L。
测量UvT可以使用高内阻(>1MΩ)的电压表和一个打入地下10cm深的探针(图L.2 右)。
通常,UvT>UT,所以,可以先用UvT和UTp比较,若UvT≤UTp,则必有UT≤UTp,故满足要求。
测量UT:
1、模拟脚的测试接地极应满足(图L.3 右):
① 总面积400cm2;
② 平放在地面,对地的最小压力500N;
③ 放置在距离外露可导电部分1米的地方;
④ 对于混凝土或者干燥土壤,测试接地极应放在湿布或水膜上。
一种可以替代的测试接地极为打入地面下20cm深的探针。
2、模拟手的测试接地极是一个尖头电极,并且应能可靠地刺穿喷漆涂层(非绝缘)。
3、电压表的一端与模拟手的接地极连接,另一端根据测试条件(电流路径不同),与模拟手或模拟脚的接地极连接。
4、人体应由一个1000Ω的电阻来模拟。
3.4接地故障电流(IF)
IF的计算,我之前应力电压的文章有写过,这次看EN 50522的一点收获就是,很多地方修正了之前的认知。
下面灰色字是之前文章链接及部分内容:
安全(三) | 应力电压向量法的几点补充及注电真题汇总
单相接地故障电流的求法,大体下面几种情况
B.1不接地系统的故障电流
接地点故障电流等于电容电流。
B.2谐振接地的故障电流
假设,已知电容电流是20A,那么故障点的故障电流是多少?
应该是用1.35*Ic-Ic,因为故障点的剩余电流就是IL-Ic,
那么它就等于20*0.35=7A
关于谐振接地故障电流的求法,我个人还有一些疑问,欢迎后台留言探讨。(从EN50522来看,之前的理解可能是错的)
B.3 高阻接地的故障电流
仍然已知电容电流Ic,那么故障点的故障电流是多少?
电阻电流是电容电流的1.1倍,电阻电流和电容电流相位差是90度。
所以,该故障电流是[(1.1×Ic)²+ Ic²]^0.5
首先,接地故障发生时,故障电流IF,架空线和接地网对故障电流的分流等参数和计算逻辑见下图,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/7ea5a7bdj00rv38ev006mc000u000fkm.jpg)
接地故障时,电流电压的示意图A
- 3I0 架空线零序电流的三倍
- IN 通过变压器中性点的电流
- IF 接地故障电流
- IE 入地电流(不能被直接测量)
- IRS 通过接地网的接地电阻的电流
- rE 架空线的电流减小系数
- RES,RESx 接地网的接地电阻
- RET 杆塔的接地电阻
- Z∞ 链式阻抗(几个有接地电阻RET的杆塔)代表无限长的架空线的阻抗
- ZE 对地总阻抗
- UE EPR地电位升
- n 离开变电站的架空线数量(此例n=2)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/e4f2efa0j00rv38ev004uc000mv00fom.jpg)
架空线、接地极、架空线的杆塔基础对故障电流的分流
rE=IE/3I0
3I0+IN=IF
(IF-IN)×rE=IE,得到入地电流
ZE=1/(1/RES+n×1/Z∞),得到对地总阻抗
UE=EPR=IE×ZE,最终的目是求UE,即EPR
以下是不同中性点接地方式下的接地故障电流:
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/4a4886d1j00rv38eu0045c000u000gom.jpg)
中性点不接地系统的接地故障电流IF
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/657335f6j00rv38ev006pc000tj00l6m.jpg)
中性点谐振接地系统的接地故障电流IF
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/3129e82cj00rv38eu0054c000u000ilm.jpg)
中性点低阻接地系统的接地故障电流IF
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/999cb4b9j00rv38eu0044c000u000fcm.jpg)
中性点谐振接地+暂时低阻接地系统的接地故障电流IF
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/4741d29cj00rv38eu002kc000r800dim.jpg)
中性点不接地或谐振接地系统两次接地故障电流IF
两次接地故障讨论的都是非有效接地,这是因为有效接地(直接接地或低阻接地),故障发生后瞬间就切断,不会影响低压或者影响很小。但是,非有效接地(高阻接地、谐振接地、不接地)系统中,这种故障类型会持续几个小时,它会影响到低压侧,也就是说有一个相对长期的作用过程。
3.5电位梯度缓和接地极
[potencial grading earth electrode](国内标准没见过这个术语?)某种形状和布置的导体构成的接地极,它主要用于电位梯度缓和,而不是为了达到一定的接地电阻。
下图,左边没有电位梯度缓和接地极,而右边有,可以看到电位梯度的变化。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/8d31a02bj00rv38ev006sc000u000lem.jpg)
地表电位示意图
- E 接地极
- S1 S2 S3电位梯度缓和接地极
- UE EPR,地电位升
- UvS 预期跨步电压
- UvT 预期接触电压
- A 单侧电缆护套接地的转移电位引起的预期接触电压
- B 双侧电缆护套接地的转移电位引起的预期接触电压
- φ 地表电位
4
基本要求
4.1通用要求
本文件规定了接地系统的设计、安装、测试和维护标准,使其在所有条件下都能运行,并且在人员有合法进入权限的任何地方均能确保人的生命安全(safety of humanlife),同时,还规定了标准,以确保连接到接地系统的设备及接地系统附近的设备的完好并不受损坏(integrity),并得到维持和维护。
[integrity]多数情况下翻译为完整性,这里翻译为完好并不受损坏似乎更恰当。
电力装置和设备应能承受现场预期的电气、机械、气候和环境的影响。
总之,这本接地标准的主旨就是两方面,一是人确保人的安全,电击防护层面的要求,二是确保设备的完好。以下所有条文的出发点无外乎都是这两点。
4.2电气要求
4.2.1中性点接地方式
中性点接地方式影响故障电流大小和故障电流持续时间,也对以下几方面有影响:
- 绝缘水平的选择
- 过电压特性(放电间隙 避雷器)
- 保护继电器的选择
- 接地系统的设计
中性点接地方式:
- 不接地
- 谐振接地
- 高阻接地
- 直接(低阻)接地
接地方式的选择通常基于以下判断标准:
- 当地要求(若有);
- 电网供电的持续性要求;
- 对接地故障引起的设备损坏的限制;
- 有选择的消除电网中的故障部分;
- 探测故障位置;
- 接触电压和跨步电压;
- 感应干扰;
- 操作和维护。
一个电气系统只有一种中性点接地的方式,不同且独立的电气系统可能有不同的中性点接地方式。
如果,在正常或故障运行条件下,可能出现不同的中性点接地方式时,设备和保护装置的设计和选型应满足在各自条件(不同中性点接地方式)下的运行。例如下图,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/bf3dd54aj00rv38eu003bc000rg00e1m.jpg)
谐振接地和暂时低阻接地下的对地故障电流
4.2.2短路电流
电气装置的设计、建造、安装应能承受短路电流引起的机械效应和热效应(即满足动稳定和热稳定)。
本文件考虑了所有短路电流的类型:
- 三相
- 相对相
- 相对地
- 两次相对地
三相和相对相短路应由自动装置进行保护并切断电源;接地故障(相对地或两次相对地)应由自动装置进行保护并切断电源或指示接地故障状态(不切断电源)。保护装置或故障指示装置的选择取决于中性点接地方式。
故障持续时间的标准(典型)值是1s,除了1s以外,有如下推荐值,0.5s,2s,3s。故障持续时间包含故障的消除时间。
IEC 60909给出了短路电流计算的方法。
4.3安全准则
对人体的危害是,电流将流经心脏区域,足以引起心室纤维性颤动。人体电流的限值由IEC 60479-1中的曲线定义(下图中心室纤维性颤动概率为5%的C2曲线)。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/e37ce171j00rv38eu005ac000nv00fym.jpg)
IEC 60479-1 图20
为了便于与接触电压和跨步电压的允许值(计算得到,后文详述)进行比较,人体电流限值被转化为电压限值,同时考虑到以下因素:
- 流经心脏的电流百分比 HF
- 电流路径上的人体阻抗
- 电流路径上的额外电阻(手套、鞋、站立的地面)
- 故障持续时间
还应认识到,故障的发生、故障电流的大小、故障持续时间和人的存在都是概率性的。
接地设计参数(相关的基本要求,如故障电流、故障持续时间)应在供应商(电网)和用户之间达成一致。
允许接触电压曲线(前文图8 允许接触电压UTp)是根据附录A和附录B的方法计算得出(计算方法后文详述)。
流经心脏的电流百分比,这个单独拿出来说一说。
流经心脏的电流百分比和心脏电流系数HF(heart factor)是同一个意思,也是HF的本质内涵。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/5778dd89j00rv38et001uc000rf00bqm.jpg)
IEC 60479-1:2018中表12,不同电流路径的心脏电流系数HF
- 胸到左手是最危险的,系数为1.5,代表有150%的电流流过心脏;
- 左手到左脚、左手到右脚、左手到双脚是基准,系数为1,代表有100%的电流流过心脏;
- 右手到左脚、右手到右脚、右手到双脚,系数为0.8,代表有80%的电流流过心脏;
- 左脚到右脚是最安全的,系数为0.04,仅有4%的电流流过心脏。
- 这也可以解释跨步电压允许值比接触电压允许值大很多的原因。
由于电流路径的不同,通常,当满足接触电压限值的要求时,一般会满足跨步电压限值要求。只有当EPR很大时,才需要考虑校验跨步电压,例如,UE(EPR)>20*UTp时。
4.4功能性要求
接地系统及其组件和连接导体应能对故障电流进行分流和泄放,且在后备保护动作时间之内,故障电流产生的热效应和机械效应应满足规定的限制要求。
接地系统应在预期的电力装置的寿命内保持其完整性,并适当考虑为腐蚀和机械束缚(长时间的机械束缚?松动?截面减小?)留有余量。
接地系统的性能应避免,由于过度的电位升、过度的电位差及本不用作承载故障电流的附属路径中流过过量电流等原因,对设备造成的损害。
接地系统可与适当的措施相结合(如电位控制、局部隔离),确保在保护继电器和断路器的正常动作时间内,跨步电压、接触电压和转移电位均保持在允许的电压限值范围内。
允许接触电压限值不适用于暂时性的接地连接或移动接地设备。
接地系统的性能应有助于确保高压系统的电气和电子设备之间的电磁兼容(EMC),电磁兼容应符合IEC TR 61000-5-2标准要求。
5
接地系统设计
与接地系统的尺寸相关的参数:
- 故障电流IF
- 故障持续时间tf
- 土壤特性
IF和tf主要取决于高压系统的中性点接地方式。
5.1尺寸 - 腐蚀和机械强度
5.1.1接地极
- 直接与土壤接触的接地极应能承受腐蚀(化学或生物侵蚀、氧化、构成电解对、电解等)的材料。
- 接地极应能承受安装过程中及正常使用过程中的机械(外力)影响。
- 允许使用埋设于混凝土地基中的结构配筋、钢结构柱或其他自然接地极作为接地系统的一部分。
- 机械强度和腐蚀因素决定了附件C表C.1中给出的接地极的最小尺寸。
- 若使用其他材料,材料及其尺寸应满足功能性要求(4.4节)。
5.1.2接地导体和连接导体
考虑机械强度和抗腐蚀稳定性,最小截面为:
- 铜 16mm2(同时满足附录G.5)
- 铝 35mm2
- 钢 50mm2
5.2尺寸 - 热效应强度
需要考虑流过接地导体和接地极的电流,见下表,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/9c1dba4ej00rv38ev008vc000ti00ovm.jpg)
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/f009e0a3j00rv38ev0081c000u000dfm.jpg)
接地系统设计的相关电流(表 IE)
注某些情况下,确定相关接地系统的尺寸时,要考虑稳态零序电流。
在设计中,计算接地导体尺寸的电流应考虑到未来增长的可能性。
通常,故障电流会在接地极系统中分流。因此,每个接地极和接地导体尺寸的选择可以只考虑故障电流的一部分。
设计文件及附件D中的最终温度的选择,应避免降低材料强度和对周围材料造成损坏,例如混凝土或其他绝缘。
本文件没有给出接地极周围土壤的允许温升,经验表明,土壤温升通常不大,可以不予考虑。
- 接地导体或接地极的截面计算取决于故障电流及其持续时间(附录D)。
- 故障电流持续时间<5s(绝热温升)和>5s的情况有区别,最终温度的选择要考虑材料和周围环境,最小截面尚应满足5.1.2节之规定。
- 应考虑连接部件(如接头)的载流量,由短路电流持续时间和电流强度决定。[如:4kA(50Hz)/1s/300°C]
5.3尺寸 -接触电压及设计流程
5.3.1允许值
接触电压(UT)的限值是允许接触电压(UTp),下图8给出了UTp的值,曲线代表了基于故障持续时间tf下的允许接触电压(UTp)。
当故障电流持续时间>10s时,UTp取80V。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/c6b2018cj00rv38ev0055c000ro00jym.jpg)
图8 允许接触电压UTp
允许跨步电压(跨步电压限值),通常不需要考虑,原因上文已明确。
由于同时触及的可导电部分导致的施加在人体(皮肤到皮肤)上的任何电压应≤图8曲线上的值。
图8仅仅基于手到手或手到脚的电流路径上的接触(直接皮肤接触,不考虑额外电阻),同时,允许采用附录A和附录B中的计算方法,也可以考虑额外电阻(如高电阻率的手套、鞋、及站立位置的地表材料)。
这就是说,图8中曲线查到的UTp是未考虑额外电阻时的值,这是一条相对严格的曲线,而实际工程中,若按图8的曲线不满足,可以根据附录A或附录B的计算公式,并考虑手套、鞋、站立位置的地面等额外电阻。
5.3.2接触电压允许值的计算(UTp和UvTp)
附录A:
A.1接触电压允许值UTp的计算
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/063ddf11j00rv38et0040c000u00072m.jpg)
附录A的层次和UTp计算的原理
UTp的计算原理就是欧姆定律。
- 先根据故障电流持续时间tf,以发生心室纤维性颤动的概率为5%为上限,得到人体电流限值IB(tf),然后,根据心脏电流系数HF(基于心室纤维性颤动危险性)对IB进行修正,得到电流。
- 再根据接触电压UT,得到人体阻抗ZT,实际计算时,是根据故障电流IB(tf)来得到ZT,然后,根据电流路径对ZT进行修正(人体系数BF),得到阻抗。
- 最后,两者相乘得到UTp。
将以上原理反映到计算公式中,如下,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/0031c75ep00rv38er000uc000gx0039m.png)
式A.1 UTp的计算公式
其中,确定人体阻抗ZT时,需要知道接触电压UT等。而UT的值是基于估计,并且按表格查出的ZT是统计学数值,所以该计算公式可以说是估值公式。
通过一个算例来看这个公式的使用:
某接地系统发生单相接地故障,已知,故障持续时间0.05s,故障路径分别为以下4种情况,
① 左手到脚;
②右手到脚;
③ 双手到脚;
④ 手到手。
计算这4种情况下的接触电压允许值UTp。
计算过程:
故障持续时间0.05s,查下图C2曲线,C2曲线对应着心室纤维性颤动的概率为5%,得到IB为900mA。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/e37ce171j00rv38eu005ac000nv00fym.jpg)
IEC 60479-1 图20
左手到脚时,查下表,HF=1,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/5778dd89j00rv38et001uc000rf00bqm.jpg)
IEC 60479-1:2018中表12,不同电流路径的心脏电流系数HF
查人体阻抗ZT取值,默认情况下,查IEC 60479-1的表1,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/6eb454c5j00rv38ev002yc000nr00i7m.jpg)
IEC 60479-1的表1,考虑不超过50%的人数
将上表第一例转化为电流,如下表,
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/e12c9c67j00rv38eu003hc000nr00i9m.jpg)
可以看到903mA时,对应的人体阻抗为775Ω,所以900mA电路时,人体阻抗取值约为775Ω。
根据电流路径对775Ω进行修正,修正系数为BF(body factor),该系数的取值原理如下:
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/2d9167ddj00rv38et002dc000e000jxm.jpg)
IEC 60479-1人体阻抗示意图
此图,四肢的阻抗为R,头部阻抗为R/5,基准是手到手,也就是2R,此时BF=1。
①左手到脚,阻抗为2R,BF=1;
②右手到脚,阻抗为2R,BF=1;
③ 双手到脚(指双脚),阻抗为R(手和手并联+腿和腿并联),阻抗为R,BF=0.5;
④ 手到手,阻抗为2R,BF=1。
因此,算例中的四种情况,根据式A.1,计算如下:
①左手到脚,0.9/1*775*1 = 697.5V
②右手到脚,0.9/0.8*775*1 = 871.875V
③双手到脚,0.9/1*775*0.5 = 348.75V
④手到手,0.9/0.4*775*1= 1743.75V
以上是,每种电流路径下的接触电压限值UTp。
而图8 允许接触电压UTp的曲线上的值,EN 50522定义了4种情况(同上面算例的4种情况),将这4种情况取加权平均值,就得到了图8 允许接触电压UTp的曲线。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/e51f0878j00rv38et003ac000u0007em.jpg)
四种情况下的允许接触电压取加权平均值
可以看到前三种情况的权值是1,最后一种情况的权重是0.7。
算例:
还是上面的算例,计算tf=0.05s的情况。
UvP=(697.5+871.875+348.75+1743.75*0.7)/4=784.69V
A.2预期接触电压允许值UvTp的计算
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/8ccfa337j00rv38et001uc000k500efm.jpg)
预期接触电压允许值UvTp
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/a12f4c4ep00rv38er000oc000hp001um.png)
对比UvT的计算,UvTp实际上多考虑了额外电阻(手套RH、鞋RF1、站立的地面RF2,RF=RF1+RF2)所产生的电压。
其中,RF2=1.5ρs,ρs为站立的地面的土壤电阻率。
其他参数的解释均与式A.1相同。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/9fa8d932p00rv38er000qc000gj002bm.png)
方法2为两项求和,前一项实际就是式A.1的计算值,后一项为额外电阻所产生的允许接触电压。
通过A.1和A.2可以看出,相同情况下,预期接触电压允许值>接触电压允许值,即UvTp>UvT,原因是由于多考虑了额外电阻。
A.3跨步步电压允许值的计算
通常情况下,不需要额外考虑跨步电压限值,因为,由于心脏电流系数的缘故(HF=0.04),跨步电压限值比接触电压限值大得多。
特殊情况下,地电位升UE(EPR)的值很高,如UE>20*UTp,这时候就需要考虑跨步电压限值。计算方法仍然为A.1式,只是电流路径变为脚到脚,并且跨步电压允许值的计算不需考虑加权平均。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/6b84ed91j00rv38ev007xc000u000mwm.jpg)
不同的额外电阻下,UvTp的曲线
RF1=1000Ω代表潮湿且穿的较久的鞋的电阻,也可以采用其他合适的鞋的电阻值。
这里可以用来解释BS 7671 2022年关于室外照明RCD的设置要求。为何柏油马路上的室外路灯不需要设置RCD作为附加防护,这里给出了答案。
因为,额外电阻越大(主要是柏油马路和地面铺装),UvTp越大,相对而言更安全。
公园的景观照明需要设置RCD作为附加防护,因为其下部通常是潮湿土壤,而柏油马路上的室外路灯不需要设置RCD作为附加防护,因为其下部是沥青,电阻相当高,如上图所示。
5.3.3满足足或遵循接触电压允许值的措施
接地系统的设计,首先要满足功能性要求(4.4节)的要求,同时也要满足接触电压不大于允许值(图8 允许接触电压UTp)。
通过下面的流程图,用来检查是否满足允许接触电压UTp的要求,需要说明的是,这里未考虑转移电位(还需要额外校验)。
首先,需要计算出UE,根据,
然后,需要做如下的判断,C1、C2、C3、C4,
- C1:装置是否是全局接地系统的一部分,若是,直接满足要求,若不是继续C2;
- C2:若UE(EPR)≤2×UTp,满足要求;若UE(EPR)>2×UTp,继续C3;
- C3:若UE(EPR)≤4×UTp,则采取措施M(见附录E,下篇再说,这个措施M比较长)后,则满足要求;若UE(EPR)>4×UTp,继续C4:
- C4:通过测量(本文3.2和3.2节)或者计算确定UT或UvT,通常采用测量法,然后判定(UT≤UTp或UvT≤UvTp),若满上述关系,则OK;若不满足,则考虑额外电阻以增大UvTp的值(附录A和附录B),继续判断上述不等式,若仍不满足,则需要采取改进措施),重复C2~C4。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/b684bdb9j00rv38ev004lc000k300r6m.jpg)
基于满足允许接触电压UTp条件的接地系统设计流程
同时,还要单独考虑转移电位是否满足要求,篇幅有限,这里先不展开说了,仅给出下面的表格(GB16895.10对此IDT)。
![](http://dingyue.ws.126.net/2023/0523/6f1e408fj00rv38ev00ccc000u000q8m.jpg)
表M高压系统故障对低压系统的转移电位
5.3.4设计流程
- a 数据收集,如接地故障电流IF、故障持续时间tf和接地网布局;
- b 按功能性要求对接地系统进行初步设计;
- c 确定它是否是全局接地系统的一部分;
- d 如果不是,确定土壤特性,例如,不同土层的土壤电阻率;
- e 根据接地故障电流IF,确定入地电流IE;
- f 根据布局、土壤特征和其他有联系的接地系统,确定对地总阻抗ZE;
- g 确定地电位升(EPR),UE,见示意图A;
- h 根据,图8 允许接触电压UTp,确定相关故障持续时间的允许触摸电压UTp;
- i 如果,UE≤UTp,且满足表M的要求,则设计完成;
如果,UE≤2*UTp,且满足表M的要求,则设计也完成。
如果,UE≤4*UTp,且满足表M的要求,且满足措施M,则设计也完成。
- j 如果不满足以上情况,判断接地系统内部及附近的接触电压是否满足,UT≤UTp。
- k 判断转移电位是否在电力设施的外部或内部构成危险,若是,则应采取限制措施;
- I 确定低压设备是否承受过高的应力电压,若是,继续采取限制措施,包括将高压和低压接地系统分离。
一旦满足了上述要求,必要时,可重复上述步骤来完善(refined)设计。深化设计(detailed design)是必要的,以确保所有的外露可导电部分均接地,如果合适的话,外界可导电部分也应接地。
有阴极保护的金属结构应与接地系统分开设置,并采取贴标识等措施,以确保在维护或改造中不会无意中使其失效。
未完待续......
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