第三章输电线路杆塔接地

1、第三章输电线路杆塔接地p降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少线路雷击跳闸率的主要措施p为减小具有高频率，陡波头的雷击大电流的各种危害，必须设置冲击接地装置p不能再用恒定电场的理论研究3.1冲击接地特性3.1.1冲击接地电阻的物理意义p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。p接地电阻与工频接地电阻不同，其主要原因是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，每一瞬间接地体呈现的等效电阻值都有可能有所不同，而且接地体上最大电压出现的时刻不一定就是电流最大的时刻。冲击接地物理过程

2、p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。p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：p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。对于集中接地体，只考虑电阻过程；一般电阻率地区的对于集中接地体，只考虑电阻过程；一般电阻率地区的水平长接地体，只考虑水平长接地体，只考虑“电感一电导电感一电导”泄流过程；特高电泄流过程；特高电阻率地区的水平接地体还应考虑

3、波过程、阻率地区的水平接地体还应考虑波过程、火化效应p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。p一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只有85kVcm左右p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。实际常遇到雷电流总在10kA或数十千安以上，这时在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电阻将比工频接地电阻小冲击系数p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。p对集中接地体来说， 一般小于1，但对长度很大的延长接地体来说，由

4、于其电感效应， 也可能大于1。p值一般由实验方法求得p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I冲击电流幅值kA；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或方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0.9，M=0.8 ,对水平及闭合 接地体有=2.2，M0.9。各种接地体的冲击系数i3.1.2冲击电流通过接地体散流的特性p (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p (2)当接地体表面

5、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。p (3)冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应，不像直流电那样可以穿透无限深处的地层，也不像工频电流那样可以穿透地的有限深度，而是在距地面不太深的范围内流动。（ 当为100-500m时，大约在距地面20-50m范围内流动）p (4)大地的两个电性能参数和 ，特别是地电阻率在高频的情况下，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p (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。3.1.3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

6、呈正比，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 经理论和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AAAA6 . 2R时，已下降到接近极限最小值，即再要用扩大地网面积的办法来降低冲击接地电阻，其收效将甚微这也说明，不论地网面积有多大，它在冲击下的有效是有限的，在此有效以外地网的冲击电压已接近于o，6 . 2R方孔地网的冲击接地电阻3.1.4冲击电位分布p 在独立避雷针附近和一些高层建筑物的进出口处为了验算冲击跨

7、步电势对人体的电击伤害，需要计算地面冲击电位分布。但由于受到接地体形状、地层电阻率和介电系数的分布以及雷电流波形和集肤效应等复杂因素的影响，要用解析的方法直接计算地面冲击电位的分布是比较困难的。因此常用试验的方法常用试验的方法是将测量的冲击电位分布和工频电位分布加以比较，以便是将测量的冲击电位分布和工频电位分布加以比较，以便得出冲击跨步电势的估算式。得出冲击跨步电势的估算式。p 试验证明：在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大这是因为冲击电流通过接地体时，接地体附近的阻抗区除有与工频电流相似的电阻分量外，由于磁场和集肤效应的作用，还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量，故电位梯度较

8、大；离开接地体愈远，由于电流通过的地层截面增大，这一分量所占的比例显著减小，因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。这种相似性提供了用测量工频接地电阻的方法来测量冲击接地电阻的可能性。p在距避雷针接地体3m的范围内，由于冲击电位梯度大，对人体有危险的是由跨步电压引起的电击伤害。p 因此，独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。p 针对冲击电流的冲击电位分布情况，对发电厂、变电所的接地网应采取针对性的措施。如：改善地网的均压； 在防雷设备，如构架避雷针、避雷线和避雷器的接地处，加强集中接地； 对电缆沟要另

9、附均压接地带，并每隔5m与电缆沟内的接地扁钢相连一次，对二次电缆，特别是屏蔽电缆的一点接地要正确。p 试验证明：屏蔽电缆的一点接地要选在低压控制仪器处，而在被控制的一次设备处悬空；反之，就可能把接地网的局部电位升高产生的高电压经屏蔽电缆的接地引到控制仪器，再经电容的藕合作用而将控制仪器击坏。3.2外引接地装置p 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阻，比如采用水平外延放射线来降低杆塔或发、变电所的接地电阻，如附近有可以利用的低土壤电阻率的地方可以用外延地网来降阻，这对降低工频接地电阻是行之有效的，但对冲击电流来讲，由于冲击电流的频率较高就应该考虑外延接地

10、体的电感、电容效应问题，而不能无限制的外延。p 从杆塔或发变电地网的中心(或主设备接地处起)到外延地网的中心距离称为外延长度。最大外延长度GB50057-94中相应的内容p第第434条条 第一款，IEC的81（Secretariat）131984年1月的文件（TC81第4工作组的进展报告），在其附件（防雷接地体的有效长度）中提及：“由于电脉冲在地中的速度是有限的，而且由于冲击雷电流的陡度是高的，一接地装置仅有一定的最大延伸长度有效地将冲击电流散流入地”。在该附件的附图中画出两条线，其一是接地体延伸长度最大值lmax，它对应于长波头，即对应于闪击对大地的第一次雷击；另一是最小值lmin，它对应于

11、短波头，即对应于闪击对大地在第一次雷击以后的雷击。将lmax和lmin这两条线以计算式表示，则可得出：lmax4 和lmin0.7 ，取其平均值，得p本款参考以上及其它资料，并考虑便于计算，故规定了“外引长度不应大于有效长度”，即2 。p当水平接地体敷设于不同土壤电阻率时，可分段计算。例如，一外引接地体先经50m长的2000m土壤电阻率，以后为1000m 。先按2000m算出有效长度为2 89.4m，减去50m馀39.4m，但它是敷设在1000m的而不是2000m的土壤中，故要按下式换算为1000m条件下的长度，即 。将以上数值代入，得 pm。因此，有效长度为502 7.97 7.9m，而不是

12、89m，其它情况类推。 235. 22minmaxll20002121ll 9 .27200010004 .391l水平接地体上的波过程p 当大地电阻率为10000m ，冲击电流的波头时间为26S，地的相对介电系数为415时，传导电流和位移电流之比K2340.624。p可见，位移电流已经达到不能忽略的程度，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。1。水平接地体的冲击阻抗p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

13、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2、水平接地体的作用p在地电阻率为10000m以上的地区，为了减小冲击接地阻抗，可以利用波过程的有利条件，将波过程转变到电阻过程的时间延长，而采用连续水平接地体。这段时间波阻小于稳态电阻p所谓连续水平接体是当冲击电流流过时的冲击阻抗，主要是由电容或位移电流来决定的。连续水平接地体的长度，至少应满足在冲击电流的波头时间范围内无终端反射 为了降低冲击接地电阻，应当采用多根有限长的水平接地体向四周辐射布置，而不应当采用连续伸长接地体。水平接地体的埋深不宜小于0.5m；对架空

14、线路杆塔在2000m的地区，可采用68根总长度不超过观500m的放射形接地体。为了防止末端反射波的影响，在水平接地极的终端应加垂地接地极。3.3输电线路杆塔的接地p一、架空线路杆塔接地的标准要求p1接地电阻的要求 对架空线路杆塔的接地电阻和型式在电力行业标准DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合、DL/T62l一1997交流电气装置的接地中都提出了具体的要求.是设计、安装和改造架空线路杆塔接地的依据。 2 杆塔接地型式二、架空线路杆塔接地电阻计算p 输电线路杆塔接地主要是以防雷为主要目的因而在架空线路杆塔接地装置的设计时就要考虑如何降低杆塔接地装置的冲击接地电阻，但在工程实际中因冲击接地电阻与诸多因素有关，不便于实际测量和控制。因而，在实际工程中仍以考核工频接地电阻为主，特殊地段，需要考虑冲击接地电阻值时，用工频接地电阻乘以冲击系数。或通过冲击接地电阻的计算求得。作业作业p名