沖擊接地電阻

第三章沖擊接地電阻編輯課件3.1沖擊接地電阻的物理意義沖擊電流或雷電流通過接地體流向大地時，接地體呈現(xiàn)的電阻叫沖擊接地電阻。沖擊電流的幅值可能很大，會引起土壤放電，而且沖擊電流的等效頻率又比工頻高得多。當沖擊電流進入接地體時，會引起一系列復雜的過渡過程。編輯課件為了使沖擊接地電阻Rch有一明確的定義，通常令

由于Um和Im出現(xiàn)的時刻可能不同，所以Rch并無實際上的物理意義〔因電感作用，沖擊電壓幅值Um一般出現(xiàn)在電流幅值Im之前〕，但是這一定義在工程上使用很方便，因為我們感興趣的是在一定的Im下接地體上的最大電壓Um是多少，而這在Rch的條件下馬上可以算出來。在某些情況下，為了數(shù)字處理，有時也把在雷流波頭時刻〔t=2.6μs〕接地體呈現(xiàn)的電阻作為沖擊接地電阻，而對于某一特定t值的沖擊接地電阻將加以說明。編輯課件沖擊效應沖擊效應包括土壤的放電效應和接地體的分布參數(shù)效應。1.土壤放電效應土壤中的電場強度式中：E是土壤中的電場強度是土壤電阻率J是土壤中的電流密度如果土壤中的電場強度很高，也會使土壤擊穿。〔土壤也有擊穿強度〕在土壤擊穿區(qū)域，土壤的電阻率變得很小，導電性能增強，相當于接地體的橫截面增大。編輯課件編輯課件2.接地體的分布參數(shù)效應雷電流波頭很陡，等值頻率很高，較長接地體在泄散雷電流時，它不僅具有電阻參數(shù)，還有電感和電容參數(shù)，并且沿接地體長度方向分布存在。編輯課件強大的沖擊電流流入土壤后會形成很強的電場，使土壤發(fā)生強烈的局部放電現(xiàn)象。一般土壤由于是不均勻媒質(zhì)，所以其耐壓強度只有8．5kV／cm左右實驗說明：當單根水平接地體的電位為1000kV時，火花放電區(qū)域的直徑可達70cm。土中形成的強烈放電可使土壤的等值電阻率大為減小，也可以認為ρ不變，但接地體的等值直徑已大為增加，所以此時接地體的沖擊接地電阻將比工頻接地電阻小編輯課件沖擊系數(shù)α沖擊接地電阻Rch與工頻接地電阻Rg的比值，稱為接地體的沖擊系數(shù)α。對集中接地體來說，α一般小于1，但對長度很大的延長接地體來說，由于其電感效應，α也可能大于1。α值一般由實驗方法求得編輯課件在缺乏準確數(shù)據(jù)時，集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數(shù)。可按下式計算I——沖擊電流幅值．kA；ρ——土壤電阻率，kΩ·ml——垂直或水平接地體的長度或環(huán)形閉合接地體的直徑．或方形閉合接地體的邊長，m；β,m——與接地體形狀有關(guān)的系數(shù)，對垂直接地體有β＝0.9，m=0.8,對水平及閉合接地體有β=2.2，m＝0.9。編輯課件沖擊接地電阻Rch為

Rch=αRg

由n根接地體并聯(lián)形成的復合接地體的沖擊接地電阻Rchn，也可由各個接地體的沖擊接地電阻Rch與沖擊利用系數(shù)ηch求得，即

式中的ηch一般取為工頻利用系數(shù)η的90%，但拉線棒拉線盤間，以及鐵塔的各根底間應取η的70%。編輯課件各種接地體的沖擊系數(shù)編輯課件編輯課件沖擊電流通過接地體散流的特性(1)由于沖擊電流相當于高頻電流的情形，因此，除接地體的電阻外，接地體的電感和電容均對沖擊阻抗發(fā)生作用。其作用的大小，決定于接地體的形狀、沖擊電流的波形幅值以及地的電氣參數(shù)ρ和εr(2)當接地體外表的電流密度到達某一數(shù)值時，會產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，其結(jié)果相當于接地體的直徑加大編輯課件(3)高頻電流的集膚效應。〔當ρ為100-500Ω·m時，大約在距地面20-50m范圍內(nèi)流動〕(4)大地的兩個電性能參數(shù)ρ和εr,特別是在高頻的情況下，并非像工頻那樣可以近似為常數(shù)，而是在很大程度的往減小的方向變化(5)接地體周圍的電場強度到達某一數(shù)值時，電壓和電流不再是線性關(guān)系，而是表現(xiàn)為非線性編輯課件3.2水平接地體上的波過程當大地電阻率ρ為10000Ω·m，沖擊電流的波頭時間為2.6μs，地的相對介電系數(shù)ε為4—15時，傳導電流和位移電流之比K＝2.34—0.624。大地既是導體又是電介質(zhì)。由于電感、電容的存在．水平接地體的沖擊阻抗呈現(xiàn)出復雜的波動過程。編輯課件編輯課件當單位波投射到水平接地體的首端，在t＝o瞬間的沖擊阻抗和接地體的電阻和電導無關(guān)，甚至在波走過不遠的距離或在極短的時間內(nèi)．電阻和電導都還不能充分阻礙波動過程。因此，這時的沖擊阻抗等于波阻Z。在經(jīng)過較長的時間后，電阻和電導的作用已經(jīng)充分阻礙波動過程，最后轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗щ娏髟诘刂械牧鲃?。沖擊阻抗趨近于穩(wěn)態(tài)或工頻接地電阻編輯課件沖擊接地物理過程沖擊電流通過接地體的最初瞬間，沖擊阻抗與接地體的穩(wěn)態(tài)或工頻接地電阻無關(guān)。這時接地體的波過程起主要作用，沖擊阻抗等于波阻。當波往接地體深處運動時，在波電流上將附加著土壤的傳導電流，這時接地體的沖擊阻抗主要由接地體的電感和土壤的電導來決定的。這個過程稱為“電感一電導〞泄流過程。最后，當電流的變化率趨近于零，電感可以略去不計，沖擊阻抗才表現(xiàn)出電阻的性質(zhì)．趨近于穩(wěn)態(tài)或工頻接地電阻。編輯課件沖擊接地物理過程簡化處理對于集中接地體，只考慮電阻過程；一般電阻率地區(qū)的水平長接地體，只考慮“電感一電導〞泄流過程；特高電阻率地區(qū)的水平接地體還應考慮波過程編輯課件3.3架空線路桿塔接地的沖擊接地電阻計算架空線路桿塔接地的主要目的是防雷保護，那么就不能不關(guān)心在雷電流作用下的沖擊接地電阻。特別是在土壤電阻率高的山區(qū)，因雷電活動十分強烈，而工頻接地電阻降低到合格范圍內(nèi)又非常困難。這時應經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，采取以防雷為主的措施，盡可能降低沖擊接地電阻。式中——桿塔接地裝置的沖擊接地電阻，Ω；α——沖擊系數(shù)；——桿塔接地裝置的工頻接地電阻，Ω。

編輯課件沖擊系數(shù)與接地裝置的型式、土壤電阻率和沖擊電流有關(guān)，桿塔接地裝置的接地沖擊系數(shù)a，可用式(1-1〕~式〔1-3〕計算?！?〕鐵塔接地裝置(1-1)式中——流過桿塔接地裝置或單獨接地極的沖擊電流,kA；ρ——土壤電阻率，Ω.m。鋼筋混凝土放射形接地裝置(1-2)

鋼筋混凝土桿環(huán)型接地裝置

(1-3)編輯課件〔2〕單獨接地極接地電阻的沖擊系數(shù)，可用式〔1-4〕-式〔1-5〕計算垂直接地極〔1-4〕

單端流入沖擊電流的水平接地極〔1-5〕中部流入沖擊電流的水平接地極

編輯課件〔3〕桿塔自然接地極的沖擊系數(shù)。桿塔自然接地極的效果僅在ρ≤300Ω.m時才加以考慮，其沖擊系數(shù)可用式〔1-6〕計算〔1-6〕式中——對鋼筋混凝土桿、鋼筋混凝土樁和鐵塔的根底〔一個塔腳〕為0.053；對裝配鋼筋混凝土根底〔一個塔腳〕和拉線盤〔帶線棒〕為0.038。各種型式接地極的沖擊利用系數(shù)可查看相關(guān)表格。編輯課件網(wǎng)格式地網(wǎng)的沖擊接地電阻

網(wǎng)格式地網(wǎng)在工頻時，接地電阻與地網(wǎng)面積的平方根呈正比，這是因為電位分布均勻，全部地網(wǎng)的導體都起散流作用

網(wǎng)格式地網(wǎng)在沖擊電流作用下，由于電感作用，電位分布很不均勻，遠處電位很低，只有電流注入附近小范圍內(nèi)的導體起散流作用編輯課件1、長孔地網(wǎng)我們先來討論雷擊地網(wǎng)中心，如變電所的構(gòu)架避雷針遭雷擊，或安裝在變電所中心的避雷器動作將雷電從地網(wǎng)中心泄入大地。對于長孔地網(wǎng)而言，這是顯然就是雷擊一根水平伸長接地體中心點的情況。2、方孔地網(wǎng)對方孔地網(wǎng)來說，情況就好得多，當雷擊地網(wǎng)中心0時，雷電流向前后左右四個方向流散，而且每遇一個結(jié)點時又可向幾個方向分流，因此，它呈現(xiàn)的沖擊接地電阻要小得多。編輯課件

經(jīng)理論和數(shù)學推導可以得出隨著方孔地網(wǎng)的增大(Ａ為地網(wǎng)面積)，沖擊接地電阻迅速下降到接近極限值，以為例，大約增大到時，已下降到接近極限最小值。方孔地網(wǎng)的沖擊接地電阻例如在ρ=100Ω.m時，長孔的R2.6為6.5Ω，而方孔地網(wǎng)的R2.6為2.6Ω；在ρ=1000Ω.m時二者的差異更大，長孔地網(wǎng)高達20.6Ω，是根本不能接受的，而方孔地網(wǎng)只有4.0Ω，符合平安要求。從數(shù)學公式還看出，長孔地網(wǎng)的R2.6是與ρ0.5成正比，而方孔地網(wǎng)的R2.6那么與ρ0.3成正比，即后者對ρ敏感度比前者小得多，此點在選擇采用長孔地網(wǎng)或方孔地網(wǎng)時應當充分注意。編輯課件3.4外引接地裝置在高土壤電阻率地區(qū)．為了有效地解決接地電阻過高問題，往往采用外延接地的方法來降阻這對降低工頻接地電