单个接地装置的接地电阻对综合接地系统接地电阻的影响计算

傅志跃

(中国铁建股份有限公司房地产开发部监管处，北京　100085)

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

FU Zhiyue

单个接地装置的接地电阻对综合接地系统接地电阻的影响计算

傅志跃

(中国铁建股份有限公司房地产开发部监管处，北京100085)

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

FU Zhiyue

摘要建立铁路综合接地系统仿真计算模型，计算单个接地装置的接地电阻对综合接地系统电阻的影响：当单个接地装置之间的距离为100 m，单个接地装置的接地电阻R≤40 Ω时，可使综合接地系统的等效接地电阻小于1 Ω，满足相关文献的规定。

关键词接地电阻综合接地仿真分析

铁路综合接地系统是一种纵向贯通型大型水平接地体，通过沿线接地装置将长达数百公里乃至上千公里的高速铁路综合接地系统连成一体，其接地电阻测量方法有别于传统的测量方法[1-4]。根据相关文献规定，沿线任一点的综合接地电阻值应不大于1 Ω[5-6]。通过建立综合接地系统仿真计算模型，计算单个接地装置的接地电阻对综合接地系统接地电阻的影响。

1仿真模型建立

根据铁路综合接地系统的定义，综合接地系统的等效接地电阻为贯穿地线上任一点看进去的等效阻抗，即为综合接地系统的接地电阻。该等效阻抗是由贯穿地线本身的阻抗和两侧沿线配置接地装置的阻抗构成的链形回路组成。因此，可设想在贯穿地线的某个点通过施加一个交流电流源I，电流通过引出线、贯穿地线、接地装置以及大地构成回路，用电压表测这点的电位为U，U与I的比值即为综合接地系统的接地电阻值。

在两接地装置中间的贯通地线上接入电流源S，并测量这一点的电位，如图1所示。

图1　综合接地系统接地电阻的测量

不考虑铁路沿线必须接入综合接地系统的自然接地体，假设综合接地系统仅仅是由人工接地装置间隔一定距离组成，每隔100 m应设置一个接地装置，根据综合地线的装设形式，计算选取电缆模型，贯通地线采用截面为70 mm2铜导线。根据图1，可在综合接地系统中部建立ATP仿真计算模型。设综合接地系统中部的两侧分别接有9个接地装置，每两个接地装置之间的间隔为L，在综合接地系统中部线段的L/2处注入一个电流源，其频率为50 Hz，峰值为100 A；单个接地装置的电阻值依此取1 Ω、5 Ω、10 Ω、15 Ω。测量注入点的电压和一侧分别流过9个接地装置的电流。

2单个接地装置的电阻值对综合接地电阻的影响

当接地装置之间间隔100 m，电流源为100 A时，通过仿真计算，得到电压表的读数和流过综合地线同侧9个接地装置的电流大小(如表1)。

表1　电压表读数、同侧接地装置电流大小与

由表1仿真数据可以分析得到：当单个接地装置的电阻值为1 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.147 Ω；当单个接地装置的电阻值为5 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.364 Ω；当单个接地装置的电阻值为10 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.632 Ω；当单个接地装置的电阻值为15 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.905 Ω；当单个接地装置的电阻值为20 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=1.184 Ω。

当接地装置之间间隔200 m，电流源为100 A时，通过仿真计算，得到电压表的读数和流过综合地线同侧9个接地装置的电流大小(如表2)。

表2　电压表读数、同侧接地装置电流大小与

由表2仿真数据可以分析得到：当单个接地装置的电阻值为1 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.212 Ω；当单个接地装置的电阻值为5 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.467 Ω；当单个接地装置的电阻值为10 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.726 Ω；当单个接地装置的电阻值为15 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.991 Ω；当单个接地装置的电阻值为20 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=1.256 Ω。

当接地装置之间间隔300 m，电流源为100 A时，通过仿真计算，得到电压表的读数和流过综合地线同侧9个接地装置的电流大小(如表3)。

由表3仿真数据可以分析得到：当单个接地装置的电阻值为1 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.26 Ω；当单个接地装置的电阻值为5 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.566 Ω；当单个接地装置的电阻值为10 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.827 Ω；当单个接地装置的电阻值为15 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=1.085 Ω；当单个接地装置的电阻值为20 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=1.346 Ω。

当接地装置之间间隔400 m，电流源为100 A时，通过仿真计算，得到电压表的读数和流过综合地线同侧9个接地装置的电流大小(如表4)。

表3　电压表读数、同侧接地装置电流大小与

表4　电压表读数、同侧接地装置电流大小与

由表4仿真数据可以分析得到：当单个接地装置的电阻值为1 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.3 Ω；当单个接地装置的电阻值为5 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.656 Ω；当单个接地装置的电阻值为10 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=0.929 Ω；当单个接地装置的电阻值为15 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=1.182 Ω；当单个接地装置的电阻值为20 Ω时，在测量点得到的综合接地系统等效接地电阻R0=1.436 Ω。

按相关规范要求，铁路综合接地系统的等效接地电阻应小于或等于1 Ω，即R0≈R/2n≤1，式中R0是综合接地系统的等效接地电阻，R是单个接地装置的接地电阻，则有R≤2n，表明测量点左右两侧的接地装置的个数n大于单个接地装置接地电阻值的一半R/2时，就可满足综合接地系统的接地电阻不大于1 Ω。

当接地装置之间间隔100 m，电流源为100 A，R一定时，要满足综合接地系统等效接地电阻不大于1 Ω，所需最少接地装置个数n的仿真结果如表5。

表5　所需最少接地装置个数n、测量点电压V与

当接地装置之间间隔100 m，电流源I为100 A时，仿真计算中设接地装置左右分别为25个时，测量点电压V、综合接地系统等效接地电阻R0与单个接地装置的接地电阻R的关系的仿真结果如表6。

表6　电压表读数V与接地装置接地电阻R的关系

从表6可得知，若单个接地装置的接地电阻R≤40 Ω，而一条铁路综合接地系统的接地装置个数远远大于25，故在一般情况下可以满足综合接地系统的接地电阻不大于1 Ω的要求。

3结论

研究计算结果表明：当单个接地装置之间的间隔距离为100 m时，设计、施工保证单个接地装置的接地电阻R≤40 Ω，能使综合接地系统的等效接地电阻小于1 Ω，满足相关规定的要求。

参考文献

[1]陈家斌.接地技术和接地装置[M].北京:中国电力出版社，2006：430

[2]夏建国.提高大型地网接地电阻测量的准确性[J].湖北电力，2004(3)：61-62

[3]邹建明，蒋静坪，李杨春.大型地网接地电阻测试方法的探讨[J].电力建设，2003(3)：23-26

[4]李淳.接地电阻测量法的比较[J].武汉水利电力大学(宜昌)学报，2000(20):150-152

[5]铁建设[2007]39号铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定[S]

[6]TB10621—2009高速铁路设计规范[S]

中图分类号：TM862

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)04-0105-02

作者简介：傅志跃，男，1999年毕业于华东交通大学铁道电气化专业，高级工程师。

收稿日期：2015-04-24