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帶電作業(yè)安全距離的確定（慣用法和統(tǒng)計(jì)法）

防止過電壓傷害的根本手段就是在不同電位的物體（包括人體）之間保持必要的距離，稱為安全距離。安全距離是指：為了保證人身安全，作業(yè)人員與帶電體之間所保持各種Z小空氣間隙距離的總稱。具體地說，安全距離包括下列五種間隙距離：Z小安全距離、Z小對地安全距離、Z小相間安全距離、Z小安全作業(yè)距離和Z小組合間隙。在規(guī)定的安全間距下，帶電作業(yè)中即使產(chǎn)生了Z髙過電壓，該間隙可能發(fā)生擊穿的概率總是低于預(yù)先規(guī)定的可接受值。安全距離的確定，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所能出現(xiàn)的Z大內(nèi)過電壓幅值和Z大外過電壓幅值求出其相應(yīng)的危險(xiǎn)距離，取其中Z大的數(shù)再增加20%的安全尺度來確定。

帶電作業(yè)安全距離的確定屬于絕緣配合的計(jì)算方法。絕緣配合就是按設(shè)備所在系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種過電壓和設(shè)備的耐壓強(qiáng)度來選擇設(shè)備的絕緣水平，以便把作用于設(shè)備上引起損壞或影響連續(xù)運(yùn)行的可能性，降低到經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上能接受的水平。常用的絕緣配合有慣用法和統(tǒng)計(jì)法兩種。慣用法是早期絕緣配合的習(xí)慣用法，主要適用于220kv及以下電壓等級(jí)中，在超高壓系統(tǒng)（330kv、500kv及以上系統(tǒng)中），如果利用慣用法來確定絕緣間隙的Z小安全距離，會(huì)將絕緣間隙的尺寸取得過大，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上都是行不通的。在超高壓系統(tǒng)中對自恢復(fù)絕緣應(yīng)用統(tǒng)計(jì)法來確定絕緣配合、安全距離。

慣用法

慣用法以作用于絕緣上的“Z大過電壓”和絕緣本身的“Z低耐受強(qiáng)度”為依據(jù)，使二者之間滿足預(yù)期的裕度，這個(gè)裕度的確定要考慮Z大過電壓和Z低耐受強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的偏差。

按慣用法作絕緣配合時(shí)，如果裕度過大，將為其選用的絕緣付出昂貴的代價(jià)，在帶電作業(yè)的絕緣配合中，裕度考慮過大，不僅操作距離遠(yuǎn)，手持絕緣工具過長，人為增加了作業(yè)難度，還會(huì)因設(shè)備條件的限制，影響帶電作業(yè)的開展；裕度考慮過小，則人身安全得不到保證。

應(yīng)用慣用法時(shí)，Z大過電壓應(yīng)考慮到操作過電壓和遠(yuǎn)方傳來的雷電壓。絕緣Z低耐受強(qiáng)度則按有關(guān)手冊的空氣間隙和絕緣子串的放電特性來求得。在以前，一般用典型間隙（如：“棒一棒”間隙）放電曲線來確定帶電作業(yè)間隙的耐壓水平。近些年來，人們開始采用典型間隙的操作波放電試驗(yàn)來確定帶電作業(yè)間隙的耐壓強(qiáng)度。在空氣間隙中，在波頭接近250μs的操作沖擊試驗(yàn)中，耐壓強(qiáng)度Z低，因而在確定帶電作業(yè)間隙耐壓強(qiáng)度的試驗(yàn)中，操作波一般采用標(biāo)準(zhǔn)操作波（250/2500μs)。

應(yīng)用慣用法確定帶電作業(yè)安全距離的步驟為：

確定系統(tǒng)Z大過電壓u0max：

Z大過電壓公式

公式中：uh：系統(tǒng)額定電壓（有效值）；k0：Z大過電壓倍數(shù)；kr電壓升高系數(shù)。

確定所需安全裕度系數(shù)a，自20世紀(jì)50年代開始安全裕度的預(yù)期值為1.2.

確定絕緣Z低耐受強(qiáng)度uw，uw=a·u0max

確定安全距離。考慮到絕緣間隙的放電電壓的偏差，一般取δ=6%，則間隙的50%放電電壓應(yīng)滿足：

絕緣間隙放電電壓

再查曲線或與真型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較來確定Z小安全距離。

統(tǒng)計(jì)法

在超高壓（330kv、500kv以上）系統(tǒng)中，對于自恢復(fù)絕緣，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)法來進(jìn)行絕緣配合，也同樣應(yīng)用統(tǒng)計(jì)法來確定帶電作業(yè)的安全距離。

統(tǒng)計(jì)法的基本原理是，承認(rèn)系統(tǒng)中的過電壓和絕緣的耐壓強(qiáng)度都是隨機(jī)變量，不同的絕緣、不同尺寸的空氣間隙在發(fā)生過電壓時(shí)都有發(fā)生放電的可能性，只不過它們發(fā)生的概率隨絕緣尺寸、絕緣種類等不同。在帶電作業(yè)時(shí)，如果發(fā)生了過電壓，并由此發(fā)生放電的概率，稱為危險(xiǎn)率。定量地確定某種具體的絕緣下的危險(xiǎn)率，只要其值在某個(gè)合適的范圍之內(nèi)，就可認(rèn)為是安全的。統(tǒng)計(jì)法就是以正態(tài)分布的隨機(jī)變量的模型來對危險(xiǎn)率進(jìn)行定量計(jì)算。按統(tǒng)計(jì)法確定的帶電作業(yè)安全距離，不僅不會(huì)造成“絕對安全”的錯(cuò)覺，還能避免不必要的（過大的）裕度，這是其優(yōu)點(diǎn)所在。但統(tǒng)計(jì)法只能應(yīng)用于自恢復(fù)絕緣。

統(tǒng)計(jì)法計(jì)算危險(xiǎn)率的數(shù)學(xué)原理是：電力系統(tǒng)過電壓的幅值、波形、絕緣間隙的放電電壓都是“隨機(jī)變量”，它們基本遵循“正態(tài)分布”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在確定了其分布的均值和偏差這兩個(gè)基本參數(shù)之后，就可以據(jù)此計(jì)算危險(xiǎn)率。

正態(tài)分布的隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)為：
img030-1

公式中，μ為隨機(jī)變量χ的均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差。σ/μ為相對標(biāo)準(zhǔn)差。

該函數(shù)圖在水平χ軸上的位置由μ來確定，其形態(tài)的“胖瘦”由σ來確定。對上公式進(jìn)行積分，可以得到正態(tài)概率分布函數(shù)：

正態(tài)概率分布函數(shù)

由上式可見，f（χ）的含義是隨機(jī)變量χ出現(xiàn)在χ≤χ的區(qū)間的概率，即下左圖陰影部分的面積。概率分布函數(shù)如下右圖所示。

概率分布

空氣間隙的放電電壓符合正態(tài)分布，因而其概率密度函數(shù)為：

符合正態(tài)分布的空氣間隙放電電壓概率密度函數(shù)公式

其概率分布函數(shù)為：

符合正態(tài)分布的空氣間隙放電電壓概率分布函數(shù)公式

上兩式中u50%為絕緣50%放電電壓，σd時(shí)其標(biāo)準(zhǔn)偏差。

系統(tǒng)過電壓幅值出現(xiàn)的概率也基本符合正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為：

概率密度函數(shù)

上式中un為系統(tǒng)過電壓幅值的均值（數(shù)學(xué)期望），σ0為其標(biāo)準(zhǔn)偏差。則危險(xiǎn)率r可由下式得到：

危險(xiǎn)概率

其幾何意義如下圖所示。um與u50%的相對位置決定了絕緣配合的裕度，陰影部分的面積就是危險(xiǎn)率。此外，σd與σ0決定了二函數(shù)的形態(tài)，也對危險(xiǎn)率的值有影響。

危險(xiǎn)概率的幾何意義

危險(xiǎn)概率的幾何意義

上面的進(jìn)行式計(jì)算需要編制計(jì)算機(jī)程序利用計(jì)算機(jī)迅速得到答案，或按sd 119-1984的附件中的絕緣配合的方式來計(jì)算，在計(jì)算中，一般認(rèn)為空氣間隙放電電壓的相對標(biāo)準(zhǔn)小于0.06，即σd取0.06×u50%。而將系統(tǒng)過電壓的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差取為0.12，即σ0=0.12um。

絕緣的50%放電電壓u50%由絕緣的種類、尺寸、形狀決定，對于空氣間隙，可查經(jīng)驗(yàn)曲線，有條件的話也可以做模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。近些年來，一般都采用帶電作業(yè)的典型實(shí)驗(yàn)來確定u50%。系統(tǒng)過電壓均值um則由系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定，一般來說，對于確定的線路，um的取值是一D的，um與系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過電壓有如下關(guān)系：

um與系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)過電壓關(guān)系

而統(tǒng)計(jì)過電壓u2%通常用過電壓倍數(shù)k乘以系統(tǒng)Z高運(yùn)行相電壓來得到：

統(tǒng)計(jì)過電壓計(jì)算公式

上式與本文開頭第一道公式的區(qū)別在于上式中的k為統(tǒng)計(jì)過電壓倍數(shù)，而第一道公式中的k0位Z大過電壓倍數(shù)，兩者之間滿足如下關(guān)系：

統(tǒng)計(jì)過電壓與Z大過電壓關(guān)系

以往的經(jīng)驗(yàn)證明，將當(dāng)危險(xiǎn)率小于10-5時(shí)，是非常安全的。即帶電作業(yè)時(shí)，遇上系統(tǒng)中操作過電壓十萬次，其中發(fā)生了放電的概率小于一次。一般的設(shè)計(jì)考慮都將帶電作業(yè)危險(xiǎn)率考慮為10-5，這顯然是非常安全的。

上述計(jì)算中還存在各種潛在的安全裕度。例如，假設(shè)帶電作業(yè)時(shí)遇到了過電壓，而實(shí)際上帶電作業(yè)時(shí)很可能不會(huì)遇上過電壓；確定絕緣的放電電壓時(shí)，采用嚴(yán)格的正極性操作沖擊時(shí)的50%放電電壓，而實(shí)際上系統(tǒng)中出現(xiàn)正、負(fù)極性操作波的概率 是相同的；而且u50%的確定一般采用250/2500us的操作波下的值，這也是與實(shí)際操作波形出現(xiàn)的概率下相符合的�？紤]到這些因素，可將危險(xiǎn)率的安全范圍適當(dāng)放寬， 取（1~5)×10-5也可能是合適的，這由各系統(tǒng)的具體情況決定。

各電壓等級(jí)系統(tǒng)安全距離

國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》中，對帶電作業(yè)的安全間距做出了規(guī)定，其確定的原則就是前文所述慣用法或統(tǒng)計(jì)法，以及各種條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。各電壓等級(jí)下的詳細(xì)規(guī)定參見《電力安全工作規(guī)程》，下表僅列舉出常用電壓等級(jí)帶電作業(yè)的各種安全距離的規(guī)定。

首頁 > 電工基礎(chǔ) > 日期：2022-6-25 來源：www.anarchyalive.com 作者：呆呆 瀏覽量：