电位分布、跨步电压和接触电压试验

电位分布、跨步电压和接触电压试验
当发生接地故障时，若出现过高的接触电压或跨步电压，可能发生危及人身安全的事故。

所以对电压在1000V 以上的电气设备，应测量其接触电压和跨步电压。

在发电厂和变电所附近地区还应测量地面的电位分布。

一般将距接地设备水平距离为0.8m 处，及沿该设备外壳（或构架）垂直于地面的距离为1.8m 的两点间的电压，称为接触电压，人体接触该两点时就要承受接触电压。

测量接触电压，即测量这两点之间的电压如图15-11所示。

在接地体周围的电流密度大，致使电压降也大。

而电流密度的大小与距离接地体距离的平方成反比，因此在一定范围之外，由于电流密度接近于零，该处即可作为大地的零电位点。

当电流经接地装置时，在其周围形成的不同电位分布，可用下式表示，即
g g
X U x r U = （15-34）
式中 U X ——至接地体距离为x 处的电压；
U g ——接地体的电压；
r g ——接地体的半径；
x ——距接地体距离；
l 的跨步约为0.8m,所以在接地体径向地面上水平距离为0.8m 两点间的电压，
称为跨步电压。

人体两脚接触该两点时，就要承受跨步电压。

测量电压分布和跨步电压，应该选择经常有人出入的地区进行。

距接地体最近处，其测量间约为0.8m ，测量点数可选5-7点，以后的间距可增大到5-10m,一般测到25-50m 远处即可。

测量用的接地极，可用直径8-10mm,长约300mm 的圆钢，埋入地中50-80mm,若在混凝土或砖块地面测量时，可用26cm ×26cm 的铜板或钢板作接地体。

为使铜板或钢板与地接触良好，铜板或钢板上可压重物，板下的地也可用水浇湿。

一、用电流、电压表法测量
（一）测量接触电压
测量设备接触电压的试验接线如图15-11所示。

加上电压后读取电流和电压表的指示值，它表示当接地体流过电流为I 时的接触电压。

然后按下式推算出当流过大电流I max 时的实际接触电压
KU I
I U Ue ==m ax （15-35） 式中 Ue ——接地体流过电流为I max 时的设备接触电压；
U ——接地体流过电流I 时实测的接触电压，V ；
K ——系数，其值为I
I max ； max I ——发生接地时通过接地体的最大电流；
I ——测量时的实际电流。

图15-11 测量设备接触电压的试验接线
1－接地体； 2－电压极；3－电流极； 4－电气设备
（二）测量电位分布和跨步电压
测量电位分布和跨步电压的接线，如图15-12所示。

图15-12 测量电位分布和跨步电压接线之一
（a ）试验接线； （b ）电位分布
1-接地体； 2-电压极；3-电流极；0-表示零电位处
按图15-12（a ）加电压使流入接地体的电流为I 时，将电压极为2’插入零电位0处，即在该点对接地体1’往外延伸时，其电位差不再增加，此时，如沿直线方向朝接地体1’移动，并取等距离逐点测得电压U n ,U n-1,…,U 3,U 2,U 1。

然后，以U g 分别减去各点测得的电压值，即得出各点（对零电位点0）的电位分布，如图15-12（b ）所示。

接地体流过大电流
I max 时，的实际电位，应乘以系数K 确定。

得出各点的电位，相距0.8m 两点间的跨步电压为
Ua=K(U n -U n-1) (15-36)
式中 U a ——任意相距0.8m 两点间的实际跨步电压，V ；
U a -U n-1——任意相距0.8m 两点间测量的电位差，V ；
K ——系数，其值等于接地体流过的大电流Imax 与测量时通入的电流之比。

二、用接地电阻测量仪测量
用接地最阻测量仪测量电位分布和跨步电压的接线，如图15-13所示。

图15-13 测量电位分布和跨步电压接线之二
按测量接地电阻的方法，测得接地体的电阻R g ,然后将电压极2’移至1，2，…，n 各点，依次得r 1,r 2…，r n ，由此得
g
mxa e R U r U 1= （15-37） ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=g n n R r U U 1max （15-38） ()g mxa
n n k R U r r U 1--= （15-39）
式中 U e ——接触电压，V ；
U n ——任意点n 的电位，V ；
U k ——跨步电压，V ；
U max ——流经接地体的实际大电流为I max 时的对地电压，其值等于大电流与接体电阻R g 的乘积，V ；
R g ——接地电阻，Ω；
R n 、r n-1——电压极置于距接地体0.8m 的位置的1时，所测得的接地电阻。

r 1——电压极置于距接地体的0.8m 的位置1时，所测得的接地电阻。

在大接地短路电流系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电所，电气设备接地置的电压和跨步电压不应超过下列数值
t
U f
e ρ17.0174+= （15-40） t U f
k ρ17.0174+= （15-41）
式中 U e —— 接触电压，V ；
U K —— 跨步电压，V ；
f ρ——人脚站立处面的土壤电阻率，Ω；
t ——接地短路（故障）电流的特续时间，S 0。

在3-66kV 不接地，经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相地故障后，当不迅速切除故障时，此时发电厂、变电所接地的装置的接触电压和跨步电压不应超过下列数值。

U e =50+0.5f ρ (15-42)
Uk=50+0.2f ρ (15-43)
在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触电压和跨步电压的允许值宜适当降低。