[理学]冲击接地电阻.ppt

第三章 冲击接地电阻 3.1 冲击接地电阻的物理意义 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冲击接地电阻。 冲击电流的幅值可能很大，会引起土壤放电，而且冲击电流的等效频率又比工频高得多。 当冲击电流进入接地体时，会引起一系列复杂的过渡过程。 为了使冲击接地电阻Rch有一明确的定义，通常令 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。 1. 土壤放电效应 土壤中的电场强度 式中：E 是土壤中的电场强度 ? 是土壤电阻率 J 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。 （土壤也有击穿强度） 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。 2. 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， 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。 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。 一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只有8．5kV／cm左右 实验表明：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70cm。 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ρ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电阻将比工频接地电阻小 冲击系数α 冲击接地电阻Rch与工频接地电阻Rg的比值，称为接地体的冲击系数α。 对集中接地体来说， α一般小于1，但对长度很大的延长接地体来说，由于其电感效应， α也可能大于1。 α值一般由实验方法求得 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 各种接地体的冲击系数 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ρ和εr (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 (3) 高频电流的集肤效应。（ 当ρ为100-500Ω·m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ρ和εr ,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性关系，而是表现为非线性 3.2 水平接地体上的波过程 当大地电阻率ρ为10000Ω·m ，冲击电流的波头时间为2.6μs，地的相对介电系数ε为4—15时，传导电流和位移电流之比K＝2.34—0.624。 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动过程。 当单位波投射到水平接地体的首端，在t＝o瞬间的冲击阻抗和接地体的电阻和电导无关，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。 冲击接地物理过程 冲击电流通过接地体的最初瞬间，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。 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壤的电导来决定的。这个过程称为“电感一电导”泄流过程。 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阻。　 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； 一般电阻率地区的水平长接地体，只考虑“电感一电导”泄流过程； 特高电阻率地区的水平接地体还应考虑波过程 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，Ω； α——冲击系数； ——杆塔接地装置的工频接地电阻，Ω。 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