冲击接地电阻【优选课资】.ppt

第三章第三章 冲击接地电阻冲击接地电阻1教学类别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体呈现的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，而且冲击电流的且冲击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一系列复杂的过渡过程过渡过程2教学类别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3教学类别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）=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4教学类别5教学类别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6教学类别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8．5kV／cm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70cml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7教学类别冲击系数α 冲击接地电阻冲击接地电阻Rch与工频接地电阻与工频接地电阻Rg的比的比值，称为接地体的冲击系数值，称为接地体的冲击系数ααl对集中接地体来说，对集中接地体来说， αα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， αα也可能大于也可能大于1lαα值一般由实验方法求得值一般由实验方法求得8教学类别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；；ρρ——土壤电阻率，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．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，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对水平及闭合接地体有β=2.2，m＝0.9。

9教学类别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%10教学类别各种接地体的冲击系数11教学类别12教学类别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13教学类别(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14教学类别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ρρ为为1000010000Ω·m ，冲击电流的波，冲击电流的波头时间为头时间为2.6µs，地的相对介电系数，地的相对介电系数εε为为4—15时，传导电流和位移电流之比时，传导电流和位移电流之比K＝2.34—0.624。

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15教学类别16教学类别l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17教学类别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由接地体的电感和土壤的电导来决定电感和土壤的电导来决定的这个过程称为“电感一电感一电导电导”泄流过程泄流过程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趋近于稳态或工频接地电阻地电阻。

　18教学类别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““电感电感一电导一电导””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19教学类别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 20教学类别 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)21教学类别（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 22教学类别（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23教学类别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24教学类别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25教学类别 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R2.6是与ρ0.5成正比，而方孔地网的R2.6则与ρ0.3成正比，即后者对ρ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26教学类别3.4 外引接地装置l 在高土壤电阻率地区．为了有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27教学类别最大外延长度28教学类别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29教学类别 谢谢!30教学类别。