第25卷第3期1992年6月武汉水利电力学院学掖J.orwuhanunivorHydr.吕.E一eeE:19.Vol.25人u.3Jun.!992超高压变电站内人体感应电流的计算`刘会金杨宪章(电力工程系)摘.要:本文提出了一种应用拉普拉斯方程解析法计算超高压变电站内地面人体和人体登杆感应电流的实用方法,解决了计算人体登杆感应电流的数学模型问题。关键词:超高电压;变电所;感生电流;电场强度/人体登杆;旋转椭球体中图分类号:MT723引言超高压变电站内人体感应电流的计算对于决定静电感应容许水平至关重要。感应电流的计算涉及到两个方面的问题—空间场强的计算和人体计算模型的确定。对于空间场强的计算,由于变电站内设备繁多且布线复杂因而计算相当困难。同样,人体计算模型的确定涉及到处于超高压变电站内人体对原空间电场的扰动情况和人体内部组织电参数的确定,这也是目前国内外研究人员感到棘手的问题。本文从基本假设出发,应用拉普拉斯方程的解析法推导出与人体感应电流有关的物理量(频率、介电常数、人体的计算尺寸和空间场强的三个分量)以及它们之间的关系式,即得出计算变电站内人体感应电流的数学模型。根据本文提出的数学模型对500kv超高压变电站内的人体感应电流进行了实算,同时也做了相应的模拟试验,结果表明,理论计算和模拟试验测量的结果(包括人体感应电流的变化趋势以及工程上最关心的最大值和它的空间位置)基本一致,能满足工程上的要求。1基本假设计算人体在工频电场中的感应电流时,作了如下假设:1.1人体周围的外加电场为均匀电场变电站内的空间场强是分布十分复杂的三维空间场强,在计算人体感应电流时,必须考虑空间场强三个坐标分量分别作用于人体时产生的感应电流,然后再进行叠加得出总的感应电流。对于每一坐标分量的场强,假定人体周围是均匀分布的,且平行或垂直于人体的轴线。1.2满足似稳条件在分析有限空问范围(变电站)内的工频电场时,认为满足似稳条件,这就可以应用静电场的研究方法和计算公式。另外,人体在电场中产生的感应电荷不影响变电站内出线或母线的电诊脚扒.1987年12月1日,在原水利电力部科技司主持的鉴定会上,通过了对该项科研成果的鉴定本稿于1992年1月16日收到。第3期刘会金等:超高压变电站内人体感应电流的计算荷分布。1.3人体为完全的导电体人体是一个十分复杂的有机体,它包括细胞组织、支持结构(骨头)和表皮等等,各部分的电参数是不一样的,要想准确地确定某个人的电参数相当困难,而且往往因人而异。但是在工程计算和理论分析时,通常认为人体的电阻率p=IQ·m,电容率为。=80。。(e。为真空中的电容率,。。=8.85义10一’ZF/m,导磁率为群=群。(产。为真空中的导磁率,户。=12.56x10一,H/m)。当电力频率为50Hz时,按以上确定的人体电参数可把人体作为完全的导电体。1.4人体计算模型为旋转椭球体为了能基本上反映人体的形状和综合考虑空间场强三个坐标分量对人体的作用以及计算上的方便,将人体的几何形状等效为旋转椭球体.椭球体的长半轴为al(取人体身高的一半),椭球体的短半轴取为bl(取人体胸围的半径),见图1(a)。在计算人体感应电流时,涉及到人体的计算模型,所谓计算模型是指模型人体(旋转椭球体)在外加电场的作用下人体表面所携带的感应电荷的数量和分布情况(即感应电流的大小)应与实际情况相同,这种模型称为计算模型。在确定人体的计算模型时,地面对人体表面电场分布的影响可用镜象人体代表,一而人体的计算模型取长半轴为。(a二2a`)、短半轴为b(b二Zb,)的旋转椭球体,见图l(b)。){兮E。:人体感应电流的计算模型地面人体感应电流的计算.旋转椭球导电体在均匀电场中的电场计算在计算地面人体感应电流时,认为外加场强仅为垂直于地面的均匀场强,如果在均匀电场E。吕中放一旋转椭球导电体,如图2所示。在球外,由于没有电荷存在,电位必满足拉普拉斯方程72必~O问题中的唯一边界是导体的椭球面,故选用旋转椭球坐标,旋转椭球坐标系中的拉普拉斯方程为呆「(1一梦)婴1十粤「(护一,)婴飞+05LOSJ口甘`口IJ护一护(1一刀2)(考2一l)(1)边界条件:椭球面上的边界条件为叫;一;。~0(2)无穷远条件:球面上的感应电荷在无穷远处产生的场强趋于零,故在无穷远处只有原来的均匀电场,当武汉水利电力学院学报1992心ùō...
