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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
Rchn
?
Rch
n? ch
式中的η ch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%。
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
源自文库
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 E ? ?J
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。
α——冲击系数；
Rg ——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
a ? 0.74 ? ?0.4 (7.0 ?
L)
??1.56
Rch
?
Um Im
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。
? 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
? 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 。
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。
R ch ? aR g 式中 Rch ——杆塔接地装置的冲击接地电阻，Ω；
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。
? 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
I——冲击电流幅值．kA； ρ ——土壤电阻率，kΩ·m l——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。
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
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。
(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
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
3.1 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
Rchn
?
Rch
n? ch
式中的η ch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%。
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
源自文库
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 E ? ?J
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。
α——冲击系数；
Rg ——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
a ? 0.74 ? ?0.4 (7.0 ?
L)
??1.56
Rch
?
Um Im
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。
? 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
? 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 。
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。
R ch ? aR g 式中 Rch ——杆塔接地装置的冲击接地电阻，Ω；
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。
? 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
I——冲击电流幅值．kA； ρ ——土壤电阻率，kΩ·m l——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。
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
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。
(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
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