静电感应原理与安全防范措施

(一)静电感应产生的物理现象

工频交流电场是一种缓慢变化的电场,可以视为静电场。因此,在工频电场中也存在静电感应问题。

当导体处于电场中,因静电感应时导体表面产生感应电荷。感应电荷形成的电场与原来的电场叠加,使原来的电场产生畸变。由电场的计算可知:导体所引起电场畸变部分的电场将增大。导体的曲率半径越小,其表面的电场强度增大越多。例如,在实测电场中人体表面场强时,人的鼻尖、手指尖、脚尖等部位的表面都比人体其他部位的体表场强高得多。

(二)表征静电感应的物理量

(1)电场强度E。由于静电感应是由电场引起的,因此为了便于描述输电变电设备周围静电感应的水平,通常都采用电场强度(E)这一物理量。

(2)感应电压Ui。在带电体周围的电场中,对地绝缘的导体因静电感应产生的感应电压值与导体的电压、导体的尺寸和几何形状、导体和带电体之间的电容、导体和接地体之间的电容与电阻等因素有关,可以根据电容分压原理求出导体上的感应电压Ui为:

式中 U——带电体上的电压,kV;

C1——导体对带电体之间的电容,pF;

C0——导体对地之间的电容,pF。

(3)感应电流Ii。地面上的人在电场中,因静电感应产生流经人体而入地的感应电流Ii,可以近似地由下式表示:

式中 U——带电体上的电压,kV;(www.xing528.com)

C′1——人与带电体之间的电容,pF。

由于人与带电体之间的电容很小,所以流经人体的感应电流也甚微,通常都为微安级。

杆塔上的带电作业人员一般离带电体较近,由于穿用绝缘胶底鞋,使人体与接地体具有一定的绝缘,人体上就会产生一定的静电感应电压。感应电压的高低取决于设备的电压和人体对带电体的距离。如果此时人体裸手触及接地体,就会产生一种脉冲放电电流(见表6-1),给人一种刺痛感。运行设备的额定电压越高,作业人员离带电体愈近,感觉愈强烈。

某单位在330～500kV输电线路上对塔上空间场强及人体感应电流进行了实测。结果为:

330kV塔上空间场强最高达30kV/m,最大人体感应电流为22μA。

表6-1　人体在塔杆上的感应电压

第一代500kV塔上空间场强最高达40kV/m,最大人体感应电流达370μA。第二代500kV塔宽尺寸较小,空间场强达58kV/m。

上述场强数值,均超过了国内、外规定允许值,可能带来以下两个后果:

(1)长期接触高场强,对人体可能会带来生理影响。

(2)由于感应电流对人体带来刺痛感,有可能造成高空摔跌的二次事故。

为克服上述可能带来的不良后果,《电业安全工作规程》和规定在330～500kV塔上或构架上作业,应采取防静电感应措施,如穿静电防护服及导电鞋。

绝缘架空地线上不仅有静电压感应电压,而且还有电磁感应电压,这两种电压相加可达几万伏,如果人体在杆塔上触及绝缘地线,将发生触电事故及高空摔跌事故。因此,应把绝缘架空地线视为带电体,并对其保持0.4m以上距离。如果要在这种地线上作业,则应用带电绝缘棒的合格接地线将架空地线妥善接地或等电位接触,才能保证安全。