雷电及防雷保护装置.ppt

1、第九章 雷电及防雷保护装置,（2学时）,9.1 雷云放电及雷电过电压,9.1.1 雷云的产生和雷电放电过程,电力系统在运行时，由于各种原因，系统中某些部分的电压可能升高，甚至大大超过正常工作电压，危及设备的绝缘。这种危及设备绝缘的过电压可能是大气过电压或内部过电压。其中，大气过电压是由于雷电而形成的，它是造成电力系统故障的主要原因之一。,雷电是由雷云放电引起的，关于雷云的聚集和带电至今还没有令人满意的解释，目前比较普遍的看法是：热气流上升时冷凝产生冰晶，气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云；较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降，或悬浮在空中形成一些局部带正电的

2、云区。整块雷云可以有若干个电荷中心。负电荷中心位于雷云的下部，离地大约50010000m。它在地面上感应出大量的正电荷。,随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度（大气中约为30kV/cm，有水滴存在时约为10kV/cm）时，就会发生云间或对大地的火花放电。在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电。 雷云对大地放电通常分为先导放电和主放电两个阶段。云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展，以逐级推进方式向下发展。每级长度约10200m，每级的伸展速度约107m/s，各级之间有10100s的停歇，所以平均发展速度只有（18）105m/s，这种放电称为先导

3、放电。当先导接近地面时，地面上一些高耸的物体（如塔尖或山顶）因周围电场强度达到了能使空气电离的程度，会发出向上的迎面先导。当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流（数十到数百千安），伴随着雷鸣和闪光，这就是雷电的主放电阶段。主放电的过程极短，只有50100s，它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发展，故又称“回击”，其速度高达21071.5108m/s。以上是负电荷雷云对地放电的基本过程，可称为下行负雷闪；对应于正电荷雷云对地放电的下行正雷闪所占的比例很小，其发展过程亦基本相似。,9.1.2 雷击时的等值电路,雷击地面发生主放电的开始，可以用图92中开关S的闭合来表示

4、。图中Z是被击物与大地（零电位）之间的阻抗，是先导放电通道中电荷的线密度，S闭合之前相当于先导放电阶段。S突然闭合，相当于主放电开始，如图92（b）所示。发生主放电时，将有大量的正、负电荷沿先导通道逆向运动，并中和雷云中的负电荷。由于电荷的运动形成电流i，因此雷击点A的电位也突然发生变化（u=iZ）。雷电流i的大小与先导通道的电荷密度以及主放电的发展速度有关（i=v）。 在防雷研究中，最关心的是雷击点A的电位升高，而可以不考虑主放电速度、先导电荷密度及具体的雷击物理过程，因此可以从A点的电位出发来把雷电放电过程简化为一个数学模型，如图92（c）所示；进而得到其彼得逊等值电路，如图92中（d）、

5、（e）所示。图中，Z0表示雷电通道的波阻抗（我国规程建议取300400）。需要说明的是：尽管雷云有很高的初始电位才可能导致主放电，但地面被击物体的电位并不取决于这一初始电位，而是取决于雷电流与被击物体阻抗的乘积。所以，从电源的性质看，雷电具有电流源的性质。,研究表明，尽管先导放电是不规则的树枝状，但它还是具有分布参数的特征，作为粗略估计一般假设它是一个具有均匀电感、电容等分布参数的导电通道，即可以假设其波阻抗是均匀的。,图92 雷电放电模型和等值电路,在雷击点A与地中零电位面之间串接着一个阻抗，它可以代表被击中物体的接地电阻R，也可以代表被击物体的波阻抗Z。从图92（e）中可以看出，当Z=0时

6、，i=2i0；若ZZ0（如Z30），仍然可得i2i0。所以国际上习惯于把流经波阻抗为零（或接近于零）的被击物体的电流称为“雷电流”。从其定义可以看出，雷电流i的幅值恰好等于沿通道Z0传来的流动电流波i0的幅值的两倍。,9.2 雷电参数及雷电活动特性,9.2.1 雷电流幅值和波形,雷电放电涉及气象、地貌等自然条件，随机性很大，关于雷电特性的诸参数因此具有统计的性质，需要通过大量实测才能确定，防雷保护设计的依据即来源于这些实测数据。在防雷设计中，最关心的是雷电流波形、幅值分布及落雷密度等参数。,(1) 幅值分布的概率 雷电流是单极性的脉冲波。对一般地区，我国现行标准推荐雷电流幅值分布的概率如下：,

7、其中，I为雷电流幅值（kA）；P为幅值大于I的雷电流概率。例如，当雷击时，出现幅值大于50kA雷电流的概率为33%，大于88kA的概率为10%。该公式是从1025个有效的雷电流观测数据中归纳出来的。,（91）,对年雷暴日数小于20的地区（我国除陕南以外的西北地区、内蒙古的部分地区），雷电流幅值较小，P可按下式计算：,（92）,(2) 波形和极性 虽然雷电流的幅值随各国气象条件相差很大，但各国测得的雷电流波形却是基本一致的。根据实测统计，雷电流的波头时间大多为15s，平均为22.5s。我国的防雷规程建议雷电流的波头时间取2.6s，此时雷电流的平均波头陡度与幅值成正比，即,（93）,kA/s,雷电

8、流的波长大多为20100s，平均约为50s，大于50s的仅占1830%。因此，在保护计算中，雷电流的波形可以采用2.6/50s的双指数波。,在线路防雷设计中，一般可取斜角平顶波头以简化计算，我国规程规定雷电波的波头时间采用2.6s。而在特高塔的防雷设计中，为更接近于实际，可取半余弦波头，其表达式为,（94）,其中，I为雷电流幅值；为角频率，=/f=1.2106s-1，f 为波头时间（2.6s）。 对半余弦波头，其最大陡度出现在t=f/2时，其值为平均陡度的/2倍。 根据国内外的实测统计，7590%的雷电流是负极性的。因此电气设备的防雷保护和绝缘配合一般都按负极性雷进行研究。,9.2.2 雷暴日

9、和雷暴小时,为了表征不同地区的雷电活动频繁程度，常用年平均雷暴日作为计量单位。雷暴日是一年中有雷电的天数，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。我国各地雷暴日的多少和纬度及距海洋的远近有关。海南岛及广东的雷州半岛雷电活动频繁而强烈，平均年雷暴日高达100133。北回归线（北纬23.5）以南一般在80以上（但台湾省只有30左右），北纬23.5到长江一带约为4080，长江以北大部地区（包括东北）多在2040，西北多在20以下。西藏沿雅鲁藏布江一带约达5080。我国把年平均雷暴日不超过15的叫少雷区，超过40的叫多雷区，超过90的叫强雷区。在防雷设计中，要根据雷暴日的多少因地制宜。 雷暴小时是一年中有

10、雷暴的小时数，在一小时内只要听到雷声就算一个雷电小时。据统计，我国大部分地区雷暴小时与雷暴日之比约为3。 我国规程建议采用雷暴日作为计算单位。,9.2.3 地面落雷密度和输电线路落雷次数,雷暴日和雷暴小时中，包含了雷云之间的放电，而防雷实际中关心的是云地之间的放电。地面落雷密度表征了雷云对地放电的频繁程度，其定义为每平方公里每雷暴日的对地落雷次数，用表示。世界各国根据各自的具体情况，的取值不同。根据我国标准规定，对雷暴日T=40的地区，=0.07次/平方公里雷暴日。 输电线路的存在，改变了雷云地之间的电场分布，有引雷作用。根据模拟试验及运行经验，线路每侧的引雷宽度为2h（h为避雷线的平均高度，

11、m）。因此，对雷暴日T=40 地区，避雷线或导线平均高度为h的线路，每100km每年雷击的次数,次,（95）,其中，b为两根避雷线之间的距离，m。,9.3 避雷针和避雷线,雷电过电压的幅值可高达数十万伏、甚至数百万伏，如不采取防护措施，电力设备的绝缘一般是难以耐受的。防直击雷最常用的措施是装设避雷针（线）。 当雷云的先导通道开始向下伸展时，其发展方向几乎完全不受地面物体的影响，但当先导通道到达某一离地高度，空间电场已受到地面上一些高耸的导电物体的畸变影响，在这些物体的顶部聚集起许多异号电荷而形成局部强场区，甚至可能向上发展迎面先导。由于避雷针（线）一般均高于被保护对象，它们的迎面先导往往开始得

12、最早、发展得最快，从而最先影响下行先导的发展方向，使之击中避雷针（线），并顺利泄入地下，从而使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护、免遭雷击。在先导放电的起始阶段，由于和地面物体相距甚远（雷云高度达数km），地面物体的影响很小，先导随机地向任意方向发展。当先导放电发展到距地面高度较小的距离H时，才会在一定范围内受到高度为h的避雷针（线）的影响，发生对避雷针（线）的放电。在传统的避雷针保护作用的模拟试验中，一般当h30m时，采用H20h；当h30m时，H600m。,避雷针（线）是接地的导电物，它们的作用就是将雷吸引到自己身上并安全地导入地中。 因此，避雷针（线）的名称其实并不确切，叫做“引雷针（线

13、）”更为合适。为了使雷电流顺利下泄，必须有良好的导电通道；因此，避雷针（线）的基本组成部分是接闪器（引发雷击的部位）、引下线和接地体。 避雷针（线）的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受雷击。由于雷电的路径受很多偶然因素的影响，要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实的，因此保护范围是按照99.9%的保护概率（即屏蔽失效率或绕击率为0.1%）而定的。保护范围是根据在实验室中进行的雷电冲击电压放电的模拟试验结果而求出的，并经多年实际运行经验的校核。,图93 单支避雷针的保护范围,9.3.1 避雷针的保护范围,单支避雷针的保护范围如图93所示，它是一个旋转的圆锥体。设避雷针的高度为h（m），

14、被保护物体的高度为hx（m），在hx高度上避雷针保护范围的半径rx由下述公式决定：,（96）,其中p是考虑避雷针高度影响的校正系数，称为高度影响系数。当h30m时，p=1；当30mh120m时， ；当h120m时，按120m计算。,工程上多采用两根或多根避雷针以扩大保护范围。两支等高避雷针相距不太远时，由于两针的联合屏蔽作用，使两针中间部分的保护范围比单针时要大，避雷针外侧的保护范围与单根避雷针时相同，保护范围如图94所示。两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点O的圆弧确定。O点的高度h0按下式计算：,（97）,其中D为两针间的距离（m），系数p与式（96）中相同。 两针间高度为

15、hx的水平面上的保护范围的截面如图94（c）所示，其最小宽度bx为,（98）,为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。,图9-4 两支等高避雷针的联合保护范围,当两支避雷针不等高时，两外侧的保护范围仍按单针方法求出。两针之间的保护范围可按如下方法（如图95所示）确定：首先按单针作出高针1的保护范围，然后由低针2的顶点作水平线与之交与3，再设3为一假想避雷针的顶点，按两根等高避雷针的方法，求出23之间的保护范围。 由于发电厂或变电站的面积较大，实际上都采用多支避雷针保护的方法。图96表示三支和四支等高避雷针的保护范围。对于三支避雷针的情况，其外侧的保护范围分别按两根避雷针的

16、方法确定，其内侧根据被保护物体的高度hx，分别计算各相邻两针之间的保护范围，只要内侧的最小宽度都满足bx0，那么三支针组成的三角形的中间部分都能受到三支针的联合保护。四支及以上多支避雷针的保护范围，可先将其分成两个或多个三角形，然后按三支等高针的方法计算。,图9-5 两支不等高避雷针1及2的保护范围,图9-6 三支（a）和四支（b）等高避雷针的保护范围,9.3.2 避雷线的保护范围,因为避雷线对雷云与大地间电场畸变的影响比避雷针小，所以其引雷作用和保护宽度比避雷针要小。但因避雷线的保护长度是与线等长的，故特别适于保护架空线路及大型建筑物，目前世界上大多数国家已转而用避雷线来保护500kV大型超

17、高压变电站。 单根避雷线的保护范围如图97所示，可按下式进行计算,（99）,式中，系数p与式（96）中相同。,图9-7 单根避雷线的保护范围,两根避雷线的保护范围如图98所示。其中外侧的保护范围按单线时确定，两线内侧的保护范围的横截面可通过1、O、2的圆弧确定。O点的高度h0为,（910）,式中，D为两线间的距离（m），系数p与式（96）中相同。,用避雷线保护输电线路时，常用保护角表示避雷线对导线的保护程度。保护角是指避雷线与所保护的外侧导线之间的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角，如图99中的。显然，越小，避雷线对导线的屏蔽保护作用越有效。,图9-8 两根平行避雷线的联合保护范围,图9-9

18、避雷线对导线的屏蔽保护,9.4 避雷器,避雷针和避雷线虽然可防止雷电对电气设备的直击，但被保护的电气设备仍然有被雷击过电压损坏的可能。当雷击线路和雷击线路附近的大地时，将在输电线路上产生过电压，这种过电压以波的形式沿线路传入发电厂和变电站，危及电气设备的绝缘。为了限制入侵波过电压的幅值，基本的过电压保护装置就是避雷器。 避雷器实质上是一种限压器，并联在被保护设备附近，当线路上传来的过电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先行放电，把过电压波中的电荷引入地中，限制了过电压的发展，从而保护了其它电气设备免遭过电压的损害而发生绝缘损坏。 为了达到预想的保护效果，必须使避雷器满足以下基本要求：,(1)具有

19、良好的伏秒特性 避雷器与被保护设备之间应有合理的伏秒特性的配合，要求避雷器的伏秒特性比较平直、分散性小，避雷器伏秒特性的上限应不高于被保护设备伏秒特性的下限。工程上常用冲击系数来反映伏秒特性的形状。冲击系数是指冲击放电电压与工频放电电压之比值，其比值越小，则伏秒特性越平缓。因此，避雷器的冲击系数越小，保护性能越好。 (2)具有较强的绝缘自恢复能力 避雷器一旦在冲击电压作用下放电，就会导致电压的突变。当冲击电压的作用结束后，工频电压继续作用在避雷器上，在避雷器中继续通过工频短路电流（称为工频续流），它以电弧放电的形式出现。当工频短路电流第一次过零时，避雷器应具有能自行截断工频续流、恢复绝缘强度的

20、能力，使电力系统能继续正常运行。 按其发展历史和保护性能的改进过程，避雷器可分为：保护间隙，管型避雷器，普通阀式避雷器，磁吹避雷器，金属氧化物避雷器等类型。,氧化锌（ZnO）避雷器是二十世纪七十年代初开始出现的一种新型避雷器。ZnO避雷器是由氧化锌非线性电阻片组成的。由于ZnO电阻片具有优异的非线性伏安特性，可以取消串联火花间隙，实现避雷器无间隙无续流，且造价低廉，因此ZnO避雷器已得到越来越广泛的应用，取代SiC避雷器是大势所趋。 一、ZnO非线性电阻片 ZnO非线性电阻片是在以ZnO为主要材料的基础上，附以微量的其它金属氧化物，在高温下烧结而成的，所以也叫金属氧化物电阻片，以此制成的避雷器

21、也称为金属氧化物避雷器（MOA）。 氧化锌电阻片的微观结构如图919所示。其结晶相包括三部分： (1) ZnO晶粒，粒径为10m左右，电阻率为110cm； (2) 包围着ZnO晶粒的Bi2O3晶界层，厚度为0.1m左右，电阻率大于1010cm； (3) 零散分布于晶界层中的尖晶石Zn7Sb2O12。,图919 氧化锌电阻片的微观结构图 920 氧化锌电阻片的等效电路,尖晶石在晶界层内部不是连续存在的，与电阻片的非线性性无直接关系。ZnO电阻片的非线性特性主要取决于晶界层，在低电场下其电阻率很高；当层间电位梯度达到104105V/cm时，其电阻率急剧下降到低阻状态。晶界层的介电常数约为10002

22、000，因此ZnO电阻片存在较大的固有电容。ZnO电阻片的等效电路如图920所示。 ZnO电阻片的伏安特性如图921所示，它在10-3104A的范围内呈现出良好的非线性，图中画出了SiC阀片的伏安特性曲线以进行比较。图中，ZnO电阻片的伏安特性可分为三个典型区域。区域为低电场区，电流密度与电场强度的开方成正比，非线性系数约为0.10.2；区域为中电场区，晶界层电阻Rv减小，非线性系数大为下降，约为0.010.04；区域为高场强区，ZnO本体电阻R起主要作用，电流与电压成正比，伏安特性曲线向上翘。,图 921 氧化锌电阻片的伏安特性,二 ZnO避雷器的主要优点 与普通阀型避雷器相比，ZnO避雷器

23、具有优越的保护性能。 (1)无间隙 在正常工作电压下，ZnO电阻片相当于一绝缘体，工作电压不会使ZnO电阻片烧坏，因此可以不用串联火花间隙。由于实现了无间隙，因此其结构简单，体积缩小，重量轻（较SiC同类产品轻50%），而且避免了SiC避雷器由于瓷套外污秽、内部气压变化等因素而使串联火花间隙电压分布不均、放电电压不稳的缺点。 同时，无间隙结构也大大改善了陡波响应特性，不存在间隙放电电压随雷电波陡度增大而增大的问题，提高了保护的可靠性，特别适合于伏秒特性平坦的SF6组合电器和气体绝缘变电站（GIS）的保护。,(2) 无续流 当电网中出现过电压时，通过避雷器的电流增大，ZnO电阻片上的残压受其良好

24、的非线性特性控制；当过电压作用结束后，ZnO电阻片又恢复绝缘体状态，续流仅为微安级，实际上可认为无续流。所以在雷电或内部过电压作用下，只需吸收过电压的能量，而不需吸收续流能量，因而动作负载轻；再加上ZnO阀片的通流容量远大于SiC阀片，所以ZnO避雷器具有耐受多重雷击和重复发生的操作过电压的能力。 (3)电气设备所受过电压能量可以降低 虽然在10kA雷电流下的残压值ZnO避雷器与SiC避雷器相同，但由于后者只在串联火花间隙放电后才有电流流过，而前者在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压幅值。例如，某500kV变电站的计算结果为：当雷电流是150kA（2/70s

25、）时，过电压下降6%13%；当雷电流是100kA时，过电压下降6%11%。如雷电流波头取为0.8s，过电压可下降13%20%。,(4) 通流容量大 ZnO避雷器的通流能力，完全不受串联间隙被灼伤的制约，仅与阀片本身的通流能力有关。实测表明：ZnO电阻片单位面积的通流能力要比SiC阀片大44.5倍，因而可用来对内部过电压进行保护。还可很容易地采用多阀片柱并联的办法进一步增大通流容量，制造出用于特殊保护对象的重载避雷器，解决长电缆系统、大容量电容器组等的保护问题。 (5)易于制成直流避雷器 因为直流续流不象工频续流一样存在自然零点，所以直流避雷器如用串联间隙就难以灭弧。ZnO避雷器没有串联间隙，所

26、以易于制成直流避雷器。,三、ZnO避雷器的电气性能 由于ZnO避雷器没有串联火花间隙，也就没有灭弧电压、冲击放电电压等特性参数，但也有某些独特的电气特性。 (1) 额定电压 指避雷器能短期耐受的最大工频电压有效值。在系统中发生短时工频电压升高时（此电压直接施加在ZnO电阻片上），避雷器应能正常可靠地工作一段时间（完成规定的雷电及操作过电压动作负载、特性基本不变、不会出现热损坏）。 (2) 最大持续运行电压 指避雷器能长期持续运行的最大工频电压有效值。它一般应等于系统的最高运行相电压。 (3) 起始动作电压（又称参考电压或转折电压） 大致位于ZnO电阻片伏安特性曲线由小电流区上升部分进人大电流区

27、平坦部分的转折处，可认为避雷器此时开始进入动作状态以限制过电压。通常以通过1mA工频阻性电流分量峰值或直流电流时的电压U1mA作为起始动作电压。,(4) 压比 指避雷器在波形为8/20s的冲击电流规定值（例如10kA）作用下的残压U10kA与起始动作电压U1mA之比。压比（U10kA/U1mA）越小，表明非线性越好，通过冲击大电流时的残压越低，避雷器的保护性能越好。目前产品制造水平所能达到的压比约为1.62.0。 (5) 荷电率 指最大长期工作电压的幅值与起始动作电压之比。它是表示电阻片上电压负荷程度的一个参数。设计ZnO避雷器时为它选择一个合理的荷电率是很重要的，应综合考虑电阻片特性的稳定度

28、、漏电流的大小、温度对伏安特性的影响、电阻片预期寿命等因素。选定的荷电率大小对电阻片的老化速度有很大的影响，一般选用45%75%或更大。在中性点非有效接地系统中，因一相接地时健全相上的电压会升至线电压，所以一般选用较小的荷电率。,(6) 工频耐受电压特性 这是考核ZnO避雷器对工频过电压的耐受能力。按我国技术条件规定，对中性点非有效接地系统，ZnO避雷器应在下列时间内耐受相应的工频过电压倍数： 1.2Um1000s 1.3Um100s 1.4Um1s 其中Um为系统最大允许工作电压。 (7) 保护比 指避雷器的额定残压与最大长期工作电压峰值之比。保护比越小，表明通过冲击大电流时的残压越低，避雷

29、器的保护性能越好。 我国国家标准所规定的ZnO避雷器的电气特性如表93所示。,表93 110kV500kV变电站用ZnO避雷器电气特性,9.5 接地技术与接地装置,9.5.1 接地和接地电阻的概念,接地是指把地面上的电气设备的一部分经埋入地中（包含水泥和水）的接地体（如金属棒、管、带、网等），与大地作电气连接，从而使接地点对地保持尽可能低的电位。各种防雷保护装置都必须配备合适的接地装置才能有效地发挥其保护作用。,电工中“地”的定义是地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。将电气设备导电部分和非导电部分（例如电缆外皮）的某一节点通过导体与大地进行人为连接，使该设备与大地保持等电位的方法，称为

30、接地。接地起着维持正常运行、保安、防雷、防干扰等作用。,9.5.2 接地的分类,电力系统中的接地可分为三类： (1) 工作接地 根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平。工作接地要求的接地电阻一般为0.510。在工频对地短路时，要求流过接地网的短路电流I在接地网上造成的电位差IR不致太大。在中性点直接接地的系统中，要求IR2000V；如I4000A时，可取R0.5。在土壤电阻率值太高，按R0.5的条件在技术经济上极不合理时，允许将R值提高到R5，但在这种情况下，必须验证人身的安全。 (2

31、) 保护接地 不设这种接地，电力系统也能正常运行，但为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地。这样可以保证金属外壳处于地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时，不致有危险的电压升高对人身安全造成威胁。,对人身安全造成威胁的电位差包括接触电位差和跨步电位差。人所站立的地点与接地设备之间的电位差称为接触电位差（取人手摸设备的1.8m高处，人脚离设备的水平距离0.8m），如图922中的Uj；人的两脚着地点之间的电位差称为跨步电位差（取跨距为0.8m），如图922中的Uk。它们都有可能达到很高的数值而使通过人体的电流超过危险值（一般规定为10mA）。减小接地电阻或改进接地装置的结构形状可以降低接触电

32、位和跨步电压，通常要求两电位不超过 V（t为作用时间，单位为s）。高压设备要求保护电阻约为110。 (3) 防雷接地 这是针对防雷保护的需要而设置的，目的是减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。,从物理过程看，防雷接地与前两种接地有两点区别：一是雷电流的幅值大，二是雷电流的等值频率高。雷电流的幅值大，就会使地中电流密度增大，从而提高了土壤中的电场强度（E=），在接地体附近尤为显著。若此电场强度超过土壤击穿场强（约612kV/cm）时，在接地体周围的土壤中便会发生局部火花放电，使土壤导电性增大，其效果犹如增大了接地电极的尺寸，使接地电阻减小。因此，同一接地装置在幅值甚高的冲击电流作用下，其接地电

33、阻要小于工频电流下的数值，这种效应称为火花效应。 另一方面，由于雷电流的等值频率较高，这就使接地体自身电感的影响增加，阻碍电流向接地体远端流通。对于长度较大的接地体，这种影响更加明显。其结果会使接地体得不到充分利用，使接地装置的电阻值大于工频接地电阻值。这种现象称为电感影响。接地体越长，土壤电阻率越小及雷电流波前越陡，则冲击电阻值增大越多。 因此，同一接地装置在冲击和工频电流作用下，将分别具有不同的电阻值，分别用Rch和Rg表示。通常用冲击系数表示两者的关系,（911）,9.5.3 工程实用的接地装置,工程实用的接地装置主要是用扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋于地表面下0.51m处。水平接地体多

34、用宽度为2040mm、厚度不小于4mm的扁钢，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体一般用角钢（2020350505mm）或钢管，长度约为2.5m。根据敷设地点的不同，接地装置可分为输电线路接地和发电厂及变电站接地。 一 典型接地体的接地电阻 根据恒流场与静电场的相似性，可以将静电学中电容的计算公式，改换为计算接地电阻的公式。,（912）,其中，jn为电流密度（A/m2）；En为电场强度（V/m）；为土壤电阻率（m）；为土壤的介电常数（F/m）；C为接地体对无穷远处的电容（F）。,下面介绍一些典型接地体的接地电阻计算公式。 (1) 垂直接地体 设垂直接地体的长度为l（m），直径为d（m）。当ld时，单根垂直接地体（如图923所示）的接地电阻为,（913）,当用宽度为b的扁钢时，d=b/2；当用边长为b的角钢时，d=0.84b。 当有n根垂直接地体时，总接地电阻R可按并联电阻计算，但需考虑到各根接地极间的屏蔽效应，如图924所示。R为,（914）,其中，R为每根垂直接地体的接地电阻。称为接地体的利用系数。由于屏蔽效应，1。接地体间距离a与接地体长度l的比值越小，就越小，一般0.650.8。,图9-23 单根垂直接地体 图9-24 三根垂直接地体的屏蔽效应,(2) 水平接地体,（915