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1、冲击接地电阻冲击接地电阻第1页，本讲稿共30页3.1 冲击接地电阻的物理意义l冲击电流或雷电流通过接地体流向大地时，接地体呈现的冲击电流或雷电流通过接地体流向大地时，接地体呈现的电阻叫电阻叫冲击接地电阻冲击接地电阻。l冲击电流的冲击电流的幅值可能很大幅值可能很大，会引起，会引起土壤放电土壤放电，而且冲击，而且冲击电流的电流的等效频率又比工频高得多等效频率又比工频高得多。l当冲击电流进入接地体时，会引起当冲击电流进入接地体时，会引起一系列复杂的过渡过一系列复杂的过渡过程程。第2页，本讲稿共30页为了使冲击接地电阻Rch有一明确的定义，通常令由于Um和Im出现的时刻可能不同，所以Rch并无实际上的
2、物理意义（因电感作用，冲击电压幅值Um一般出现在电流幅值Im之前），但是这一定义在工程上使用很方便，因为我们感兴趣的是在一定的Im下接地体上的最大电压Um是多少，而这在 Rch已知的条件下马上可以算出来。在某些情况下，为了数字处理，有时也把在雷流波头时刻（t=2.6s）接地体呈现的电阻作为冲击接地电阻，而对于某一特定t值的冲击接地电阻将加以说明。第3页，本讲稿共30页冲击效应 冲击效应包括土壤的放电效应和接地体的分布参数效应。冲击效应包括土壤的放电效应和接地体的分布参数效应。1.土壤放电效应土壤放电效应土壤中的电场强度土壤中的电场强度式中：式中：E 是土壤中的电场强度是土壤中的电场强度 是土壤
3、电阻率是土壤电阻率 J 是土壤中的电流密度是土壤中的电流密度 如果土壤中的电场强度很高，也会使土壤击穿。如果土壤中的电场强度很高，也会使土壤击穿。（土壤也有击穿强度）（土壤也有击穿强度）l在土壤击穿区域，土壤的电阻率变得很小，导电性能增强，在土壤击穿区域，土壤的电阻率变得很小，导电性能增强，相当于接地体的横截面增大。相当于接地体的横截面增大。第4页，本讲稿共30页第5页，本讲稿共30页2.接地体的分布参数效应接地体的分布参数效应 雷电流波头很陡，等值频率很高，较长接地体在泄散雷电流时，雷电流波头很陡，等值频率很高，较长接地体在泄散雷电流时，它不仅具有电阻参数，还有电感和电容参数，并且沿接地体长
4、度它不仅具有电阻参数，还有电感和电容参数，并且沿接地体长度 方向分布存在。方向分布存在。第6页，本讲稿共30页l强大的冲击电流流入土壤后会形成很强的电场，使土壤发生强烈的局部放电现象。l一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只有85kVcm左右l实验表明：当单根水平接地体的电位为当单根水平接地体的电位为1000kV时，火花放电区域的直径可达时，火花放电区域的直径可达70cm。l土中形成的强烈放电可使土壤的等值电阻率大为减小，也可以认为不变，但接地体的等值直径已大为增加，所以此时接地体的冲击接地接地体的冲击接地电阻将比工频接地电阻小电阻将比工频接地电阻小第7页，本讲稿共30页冲击系数 冲击接地
5、电阻冲击接地电阻Rch与工频接地电阻与工频接地电阻Rg的比值，的比值，称为接地体的冲击系数称为接地体的冲击系数。l对集中接地体来说，对集中接地体来说，一般小于一般小于1，但对长度，但对长度很大的延长接地体来说，由于其电感效应，很大的延长接地体来说，由于其电感效应，也可能大于也可能大于1。l值一般由实验方法求得值一般由实验方法求得第8页，本讲稿共30页l在缺乏准确数据时，集中的人工接地体或自然在缺乏准确数据时，集中的人工接地体或自然接地体的冲击系数。可按下式计算接地体的冲击系数。可按下式计算I冲击电流幅值冲击电流幅值kA；土壤电阻率，土壤电阻率，kml垂直或水平接地体的长度或环形闭合接地体的直径
6、或方垂直或水平接地体的长度或环形闭合接地体的直径或方形闭合接地体的边长，形闭合接地体的边长，m；,m与接地体形状有关的系数，对垂直接地体有与接地体形状有关的系数，对垂直接地体有0.9，m=0.8,对水平及闭合接地体有对水平及闭合接地体有=2.2，m0.9。第9页，本讲稿共30页冲击接地电阻Rch为 Rch=Rg 由n根接地体并联形成的复合接地体的冲击接地电阻Rchn，也可由各个接地体的冲击接地电阻Rch与冲击利用系数ch求得，即 式中的ch一般取为工频利用系数的90%，但拉线棒拉线盘间，以及铁塔的各基础间应取的70%。第10页，本讲稿共30页各种接地体的冲击系数第11页，本讲稿共30页第12页
7、，本讲稿共30页冲击电流通过接地体散流的特性(1)由于冲击电流相当于高频电流的情形，因此，除接地体的电阻外，接地体的电感和电容均对冲击阻抗发生作用。其作用的大小，决定于接地体的形状、冲击电流的波形幅值以及地的电气参数和r(2)当接地体表面的电流密度达到某一数值时，会产生火花放电现象，其结果相当于接地体的直径加大第13页，本讲稿共30页(3)高频电流的集肤效应。（当为100-500m时，大约在距地面20-50m范围内流动）(4)大地的两个电性能参数和r,特别是在高频的情况下，并非像工频那样可以近似为常数，而是在很大程度的往减小的方向变化(5)接地体周围的电场强度达到某一数值时，电压和电流不再是线
8、性关系，而是表现为非线性第14页，本讲稿共30页3.2 水平接地体上的波过程l 当大地电阻率当大地电阻率为为1000010000m，冲击电流的波头，冲击电流的波头时间为时间为2.6s，地的相对介电系数，地的相对介电系数为为415时，时，传导电流和位移电流之比传导电流和位移电流之比K2.340.624。l大地既是导体又是电介质。由于电感、电容的大地既是导体又是电介质。由于电感、电容的存在水平接地体的冲击阻抗呈现出复杂的波存在水平接地体的冲击阻抗呈现出复杂的波动过程。动过程。第15页，本讲稿共30页第16页，本讲稿共30页l当单位波投射到水平接地体的首端，在to瞬间的冲击阻抗和接地体的电阻和电导无
9、关，甚至在波走过不远的距离或在极短的时间内电阻和电导都还不能充分阻碍波动过程。因此，这时的冲击阻抗等于波阻Z。在经过较长的时间后，电阻和电导的作用已经充分阻碍波动过程，最后转变为传导电流在地中的流动。冲击阻抗趋近于稳态或工频接地电阻第17页，本讲稿共30页冲击接地物理过程l冲击电流通过接地体的最初瞬间最初瞬间，冲击阻抗与接地体的稳态或工频接地电阻无关。这时接地体的波过程起主要作用，冲击阻抗等于波阻冲击阻抗等于波阻。l当波往接地体深处运动时当波往接地体深处运动时，在波电流上将附加着土壤的传导电流，这时接地体的冲击阻抗主要由接地体的电感和土由接地体的电感和土壤的电导来决定壤的电导来决定的。这个过程
10、称为“电感一电导电感一电导”泄流过泄流过程程。l最后，当电流的变化率趋近于零，电感可以略去不计，冲击阻抗才表现出电阻的性质趋近于稳态或工频接地电趋近于稳态或工频接地电阻阻。第18页，本讲稿共30页冲击接地物理过程简化处理对于集中接地体，只考虑电阻过程；对于集中接地体，只考虑电阻过程；一般电阻率地区的水平长接地体，只考虑一般电阻率地区的水平长接地体，只考虑“电感一电电感一电导导”泄流过程；泄流过程；特高电阻率地区的水平接地体还应考虑波过程特高电阻率地区的水平接地体还应考虑波过程第19页，本讲稿共30页3.3架空线路杆塔接地的冲击接地电阻计算 架空线路杆塔接地的主要目的是防雷保护，那么就不能不关心
11、在雷电流作用下的冲击接地电阻。特别是在土壤电阻率高的山区，因雷电活动十分强烈，而工频接地电阻降低到合格范围内又非常困难。这时应经过技术经济比较，采取以防雷为主的措施，尽可能降低冲击接地电阻。式中 杆塔接地装置的冲击接地电阻，；冲击系数；杆塔接地装置的工频接地电阻，。第20页，本讲稿共30页 冲击系数与接地装置的型式、土壤电阻率和冲击电流有关，杆塔接地装置的接地冲击系数a，可用式(1-1）式（1-3）计算。（1）铁塔接地装置 (1-1)式中 流过杆塔接地装置或单独接地极的冲击电流,kA；土壤电阻率，.m。钢筋混凝土放射形接地装置 (1-2)钢筋混凝土杆环型接地装置 (1-3)第21页，本讲稿共3
12、0页（2）单独接地极接地电阻的冲击系数，可用式（1-4）-式（1-5）计算 垂直接地极 （1-4）单端流入冲击电流的水平接地极 （1-5）中部流入冲击电流的水平接地极 第22页，本讲稿共30页（3）杆塔自然接地极的冲击系数。杆塔自然接地极的效果仅在300.m时才加以考虑，其冲击系数可用式 （1-6）计算 （1-6）式中 对钢筋混凝土杆、钢筋混凝土桩和铁塔的基础（一个塔脚）为0.053；对装配钢筋混凝土基础（一个塔脚）和拉线盘（带线棒）为0.038。各种型式接地极的冲击利用系数可查看相关表格。第23页，本讲稿共30页网格式地网的冲击接地电阻 网格式地网在工频时，接地电阻与地网面积的平方根呈正比，
13、这是因为电位分布均匀，全部地网的导体都起散流作用 网格式地网在冲击电流作用下，由于电感作用，电位分布很不均匀，远处电位很低，只有电流注入附近小范围内的导体起散流作用第24页，本讲稿共30页1、长孔地网、长孔地网 我们先来讨论雷击地网中心，如变电所的构架避雷针遭雷击，或安装在变电所中心的避雷器动作将雷电从地网中心泄入大地。对于长孔地网而言，这是显然就是雷击一根水平伸长接地体中心点的情况。2、方孔地网、方孔地网 对方孔地网来说，情况就好得多，当雷击地网中心0时，雷电流向前后左右四个方向流散，而且每遇一个结点时又可向几个方向分流，因此，它呈现的冲击接地电阻要小得多。第25页，本讲稿共30页 经理论和
14、数学推导可以得出随着方孔地网的增大(为地网面积)，冲击接地电阻迅速下降到接近极限值，以为例，大约增大到时，已下降到接近极限最小值。方孔地网的冲击接地电阻方孔地网的冲击接地电阻例如在=100.m时，长孔的R2.6为6.5，而方孔地网的R2.6为2.6；在=1000.m时二者的差别更大，长孔地网高达20.6，是根本不能接受的，而方孔地网只有4.0，符合安全要求。从数学公式还看出，长孔地网的R2.6是与0.5成正比，而方孔地网的R2.6则与0.3成正比，即后者对敏感度比前者小得多，此点在选择采用长孔地网或方孔地网时应当充分注意。第26页，本讲稿共30页3.4 外引接地装置l 在高土壤电阻率地区为了有
15、效地解决接地在高土壤电阻率地区为了有效地解决接地电阻过高问题，往往采用外延接地的办法来降电阻过高问题，往往采用外延接地的办法来降阻阻l这对降低工频接地电阻是行之有效的，这对降低工频接地电阻是行之有效的，但对冲但对冲击电流来讲，不能无限制的外延击电流来讲，不能无限制的外延。l从杆塔或发变电地网的中心从杆塔或发变电地网的中心(或主设备接地处或主设备接地处起起)到外延地网的中心距离称为外延长度。到外延地网的中心距离称为外延长度。第27页，本讲稿共30页最大外延长度第28页，本讲稿共30页对发电厂、变电所，其外引接地的长度应在2000m以内；对输电线路杆塔的接地装置，其外延长度（射线长度的最大限度）如下表所示。在高土壤电阻率地区采用放射形接地装置时，如在杆塔基地的放射形接地极每根长度的1.5倍范围内，有土壤电阻率较低的地带时，可部分采用外引接地。第29页，本讲稿共30页 谢谢!第30页，本讲稿共30页