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(shí)，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(huì)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(dāng)沖擊電流進(jìn)入接地體時(shí)，會(huì)引起一系列復(fù)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(shí)刻可能不同，所以Rch并無實(shí)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?yàn)槲覀兏信d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(shí)也把在雷流波頭時(shí)刻〔t=2.6μs〕接地體呈現(xiàn)的電阻作為沖擊接地電阻，而對(duì)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(yīng)沖擊效應(yīng)包括土壤的放電效應(yīng)和接地體的分布參數(shù)效應(yīng)。1.土壤放電效應(yīng)土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)度式中：E是土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度很高，也會(huì)使土壤擊穿?！餐寥酪灿袚舸?qiáng)度〕在土壤擊穿區(qū)域，土壤的電阻率變得很小，導(dǎo)電性能增強(qiáng)，相當(dāng)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(yīng)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(shí)，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(qiáng)大的沖擊電流流入土壤后會(huì)形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，使土壤發(fā)生強(qiáng)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(qiáng)度只有8．5kV／cm左右實(shí)驗(yàn)說明：當(dāng)單根水平接地體的電位為1000kV時(shí)，火花放電區(qū)域的直徑可達(dá)70cm。土中形成的強(qiáng)烈放電可使土壤的等值電阻率大為減小，也可以認(rèn)為ρ不變，但接地體的等值直徑已大為增加，所以此時(shí)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(duì)集中接地體來說，α一般小于1，但對(duì)長度很大的延長接地體來說，由于其電感效應(yīng)，α也可能大于1。α值一般由實(shí)驗(yàn)方法求得編輯課件在缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數(shù)?？砂聪率接?jì)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(duì)垂直接地體有β＝0.9，m=0.8,對(duì)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(fù)合接地體的沖擊接地電阻Rchn，也可由各個(gè)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(yīng)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(dāng)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(duì)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(dāng)接地體外表的電流密度到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，其結(jié)果相當(dāng)于接地體的直徑加大編輯課件(3)高頻電流的集膚效應(yīng)?！伯?dāng)ρ為100-500Ω·m時(shí)，大約在距地面20-50m范圍內(nèi)流動(dòng)〕(4)大地的兩個(gè)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(chǎng)強(qiáng)度到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，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(dāng)大地電阻率ρ為10000Ω·m，沖擊電流的波頭時(shí)間為2.6μs，地的相對(duì)介電系數(shù)ε為4—15時(shí)，傳導(dǎo)電流和位移電流之比K＝2.34—0.624。大地既是導(dǎo)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(fù)雜的波動(dòng)過程。編輯課件編輯課件當(dāng)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(dǎo)無關(guān)，甚至在波走過不遠(yuǎn)的距離或在極短的時(shí)間內(nèi)．電阻和電導(dǎo)都還不能充分阻礙波動(dòng)過程。因此，這時(shí)的沖擊阻抗等于波阻Z。在經(jīng)過較長的時(shí)間后，電阻和電導(dǎo)的作用已經(jīng)充分阻礙波動(dòng)過程，最后轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)電流在地中的流動(dòng)。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(shí)接地體的波過程起主要作用，沖擊阻抗等于波阻。當(dāng)波往接地體深處運(yùn)動(dòng)時(shí)，在波電流上將附加著土壤的傳導(dǎo)電流，這時(shí)接地體的沖擊阻抗主要由接地體的電感和土壤的電導(dǎo)來決定的。這個(gè)過程稱為“電感一電導(dǎo)〞泄流過程。最后，當(dāng)電流的變化率趨近于零，電感可以略去不計(jì)，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(duì)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(dǎo)〞泄流過程；特高電阻率地區(qū)的水平接地體還應(yīng)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(jì)算架空線路桿塔接地的主要目的是防雷保護(hù)，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(dòng)十分強(qiáng)烈，而工頻接地電阻降低到合格范圍內(nèi)又非常困難。這時(shí)應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)算?！?〕鐵塔接地裝置(1-1)式中——流過桿塔接地裝置或單獨(dú)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(dú)接地極接地電阻的沖擊系數(shù)，可用式〔1-4〕-式〔1-5〕計(jì)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(shí)才加以考慮，其沖擊系數(shù)可用式〔1-6〕計(jì)算〔1-6〕式中——對(duì)鋼筋混凝土桿、鋼筋混凝土樁和鐵塔的根底〔一個(gè)塔腳〕為0.053；對(duì)裝配鋼筋混凝土根底〔一個(gè)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(shí)，接地電阻與地網(wǎng)面積的平方根呈正比，這是因?yàn)殡娢环植季鶆?，全部地網(wǎng)的導(dǎo)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(yuǎn)處電位很低，只有電流注入附近小范圍內(nèi)的導(dǎo)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(dòng)作將雷電從地網(wǎng)中心泄入大地。對(duì)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(diǎn)的情況。2、方孔地網(wǎng)對(duì)方孔地網(wǎng)來說，情況就好得多，當(dāng)雷擊地網(wǎng)中心0時(shí)，雷電流向前后左右四個(gè)方向流散，而且每遇一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)又可向幾個(gè)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(xué)推導(dǎo)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(shí)，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(shí)，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(shí)二者的差異更大，長孔地網(wǎng)高達(dá)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(xué)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(duì)ρ敏感度比前者小得多，此點(diǎn)在選擇采用長孔地網(wǎng)或方孔地網(wǎng)時(shí)應(yīng)當(dāng)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(duì)降低工頻接地電