冲击接地电阻

冲击接地电阻第1页，共29页。冲击接地电阻第2页，共29页。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。第3页，共29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=2.6μs）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4页，共29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。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。第5页，共29页。第6页，共29页。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。第7页，共29页。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第8页，共29页。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第9页，共29页。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；ρ——土壤电阻率，kΩ·ml——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；β,m——与接地体形状有关的系数，对垂直接地体有β＝0.9，m=0.8,对水平及闭合接地体有β=2.2，m＝0.9。第10页，共29页。冲击接地电阻Rch为

Rch=αRg

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ηch求得，即

式中的ηch一般取为工频利用系数η的90%，但拉线棒拉线盘间，以及铁塔的各基础间应取η的70%。第11页，共29页。各种接地体的冲击系数第12页，共29页。第13页，共29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第14页，共29页。(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，而是表现为非线性第15页，共29页。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。第16页，共29页。第17页，共29页。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。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18页，共29页。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。第19页，共29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；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第20页，共29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。

第21页，共29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；

ρ——土壤电阻率，Ω.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22页，共29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23页，共29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ρ≤300Ω.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24页，共29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，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25页，共29页。1、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26页，共29页。

经理论和数学推导可以得出随着方孔地网的增大(Ａ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例如在ρ=100Ω.m时，长孔的R2.6为6.5Ω，而方孔地网的R2.6为2.6Ω；在ρ=1000Ω.m时二者的差别更大，长孔地网高达20.6Ω，是根本不能接受的，而方孔地网只有4.0Ω，符合安全要求。从数学公式还看出，长孔地网的R