單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統接地電阻的影響計算

傅志躍

(中國鐵建股份有限公司房地產開發部監管處，北京　100085)

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

FU Zhiyue

單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統接地電阻的影響計算

傅志躍

(中國鐵建股份有限公司房地產開發部監管處，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仿真計算模型，計算單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統電阻的影響：當單個接地裝置之間的距離為100 m，單個接地裝置的接地電阻R≤40 Ω時，可使綜合接地系統的等效接地電阻小于1 Ω，滿足相關文獻的規定。

關鍵詞接地電阻綜合接地仿真分析

鐵路綜合接地系統是一種縱向貫通型大型水平接地體，通過沿線接地裝置將長達數百公里乃至上千公里的高速鐵路綜合接地系統連成一體，其接地電阻測量方法有別于傳統的測量方法[1-4]。根據相關文獻規定，沿線任一點的綜合接地電阻值應不大于1 Ω[5-6]。通過建立綜合接地系統仿真計算模型，計算單個接地裝置的接地電阻對綜合接地系統接地電阻的影響。

1仿真模型建立

根據鐵路綜合接地系統的定義，綜合接地系統的等效接地電阻為貫穿地線上任一點看進去的等效阻抗，即為綜合接地系統的接地電阻。該等效阻抗是由貫穿地線本身的阻抗和兩側沿線配置接地裝置的阻抗構成的鏈形回路組成。因此，可設想在貫穿地線的某個點通過施加一個交流電流源I，電流通過引出線、貫穿地線、接地裝置以及大地構成回路，用電壓表測這點的電位為U，U與I的比值即為綜合接地系統的接地電阻值。

在兩接地裝置中間的貫通地線上接入電流源S，并測量這一點的電位，如圖1所示。

圖1　綜合接地系統接地電阻的測量

不考慮鐵路沿線必須接入綜合接地系統的自然接地體，假設綜合接地系統僅僅是由人工接地裝置間隔一定距離組成，每隔100 m應設置一個接地裝置，根據綜合地線的裝設形式，計算選取電纜模型，貫通地線采用截面為70 mm2銅導線。根據圖1，可在綜合接地系統中部建立ATP仿真計算模型。設綜合接地系統中部的兩側分別接有9個接地裝置，每兩個接地裝置之間的間隔為L，在綜合接地系統中部線段的L/2處注入一個電流源，其頻率為50 Hz，峰值為100 A；單個接地裝置的電阻值依此取1 Ω、5 Ω、10 Ω、15 Ω。測量注入點的電壓和一側分別流過9個接地裝置的電流。

2單個接地裝置的電阻值對綜合接地電阻的影響

當接地裝置之間間隔100 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數和流過綜合地線同側9個接地裝置的電流大小(如表1)。

表1　電壓表讀數、同側接地裝置電流大小與

由表1仿真數據可以分析得到：當單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.147 Ω；當單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.364 Ω；當單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.632 Ω；當單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.905 Ω；當單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=1.184 Ω。

當接地裝置之間間隔200 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數和流過綜合地線同側9個接地裝置的電流大小(如表2)。

表2　電壓表讀數、同側接地裝置電流大小與

由表2仿真數據可以分析得到：當單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.212 Ω；當單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.467 Ω；當單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.726 Ω；當單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.991 Ω；當單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=1.256 Ω。

當接地裝置之間間隔300 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數和流過綜合地線同側9個接地裝置的電流大小(如表3)。

由表3仿真數據可以分析得到：當單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.26 Ω；當單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.566 Ω；當單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.827 Ω；當單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=1.085 Ω；當單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=1.346 Ω。

當接地裝置之間間隔400 m，電流源為100 A時，通過仿真計算，得到電壓表的讀數和流過綜合地線同側9個接地裝置的電流大小(如表4)。

表3　電壓表讀數、同側接地裝置電流大小與

表4　電壓表讀數、同側接地裝置電流大小與

由表4仿真數據可以分析得到：當單個接地裝置的電阻值為1 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.3 Ω；當單個接地裝置的電阻值為5 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.656 Ω；當單個接地裝置的電阻值為10 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=0.929 Ω；當單個接地裝置的電阻值為15 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=1.182 Ω；當單個接地裝置的電阻值為20 Ω時，在測量點得到的綜合接地系統等效接地電阻R0=1.436 Ω。

按相關規范要求，鐵路綜合接地系統的等效接地電阻應小于或等于1 Ω，即R0≈R/2n≤1，式中R0是綜合接地系統的等效接地電阻，R是單個接地裝置的接地電阻，則有R≤2n，表明測量點左右兩側的接地裝置的個數n大于單個接地裝置接地電阻值的一半R/2時，就可滿足綜合接地系統的接地電阻不大于1 Ω。

當接地裝置之間間隔100 m，電流源為100 A，R一定時，要滿足綜合接地系統等效接地電阻不大于1 Ω，所需最少接地裝置個數n的仿真結果如表5。

表5　所需最少接地裝置個數n、測量點電壓V與

當接地裝置之間間隔100 m，電流源I為100 A時，仿真計算中設接地裝置左右分別為25個時，測量點電壓V、綜合接地系統等效接地電阻R0與單個接地裝置的接地電阻R的關系的仿真結果如表6。

表6　電壓表讀數V與接地裝置接地電阻R的關系

從表6可得知，若單個接地裝置的接地電阻R≤40 Ω，而一條鐵路綜合接地系統的接地裝置個數遠遠大于25，故在一般情況下可以滿足綜合接地系統的接地電阻不大于1 Ω的要求。

3結論

研究計算結果表明：當單個接地裝置之間的間隔距離為100 m時，設計、施工保證單個接地裝置的接地電阻R≤40 Ω，能使綜合接地系統的等效接地電阻小于1 Ω，滿足相關規定的要求。

參考文獻

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[3]鄒建明，蔣靜坪，李楊春.大型地網接地電阻測試方法的探討[J].電力建設，2003(3)：23-26

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[6]TB10621—2009高速鐵路設計規范[S]

中圖分類號：TM862

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)04-0105-02

作者簡介：傅志躍，男，1999年畢業于華東交通大學鐵道電氣化專業，高級工程師。

收稿日期：2015-04-24