接地网格的雷电冲击特性_高延庆

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浅析110kV输电线路防雷技术

浅析110kV输电线路防雷技术引言：110kV输电线路防雷技术应用是非常复杂的，其中涉及到的内容众多。

相关的工作人员需要110kV输电线路运行中雷电风险进行深入分析，积极的找寻有效的措施对其进行改善，提升输电线路运行的安全性和稳定性。

相关人员需要对110kV输电线路防雷技术应用的重要性有所认知，对110kV输电线路防雷技术措施进行深入分析，全面性的提升110kV输电线路的防雷性能，下面就对相关内容进行深入分析。

一、110kV输电线路应用防雷技术措施的重要性现阶段全球范围的气候条件逐渐恶化，雷电自然天气发生的概率也在逐渐的提升，同时雷电的强度也在有所增长。

雷天自然天气会对110kV输电线路运行的稳定性和可靠性造成非常不良的影响，很有可能或导致接地导线断裂、绝缘子闪络等不良安全问题产生。

还需要注重的是110kV输电线路跨越的区域范围防范，很多的输电线路建设在地势环境非常复杂的区域，这些区域因为地势地貌的特点没有良好的交通环境，一旦输电线路发生不良故障，维修工作的开展存在很高的难度。

同时相关的技术人员也不能时常的对该区域输电线路，进行相关的巡视工作，导致输电线路受雷击破坏后存在的不良安全隐患不能及时的发现，最终很可能会造成严重的经济损失。

我国110kV输电线路主要采用的是架空设计的形式，无论是输电线路的总体布局，还是线路架设的原理，都会导致110kV输电线路防雷性能的提升受到异性的阻碍，这也是我国110kV输电线路雷击不良事故发生概率，高于电力输送系统其它位置的重要因素。

二、110kV输电线路防雷技术措施分析（一）线路避雷器的设置受到土壤电阻率，雷电自然天气频繁以及地势地貌等自然环境因素的影响，110kV输电线路杆塔常会会设置在孤立的山丘上，因为杆塔设置的位置较高，不良雷击事故发生的概率也会有所增加。

对于该位置必须要增设避雷器，从而提升110kV输电线路的防雷性能。

在雷电自然天气输电线路杆塔受到雷击，雷击电流会经过避雷线和导线，因为输电导线之间存在一定的电磁感应，同时以耦合分量的形式依附于避雷线和输电导线上，受到这种情况的影响避雷器的电流分量会明显高于避雷线中分流出来的雷电流。

1m级间隙正极性雷电冲击闪络判据海拔校正方法的适用性

1m级间隙正极性雷电冲击闪络判据海拔校正方法的适用性刘柏炫;韩永霞;何少敏;蔡汉生;刘刚;冯瑞发【期刊名称】《高电压技术》【年(卷),期】2024(50)2【摘要】绝缘子及空气间隙的雷电冲击闪络判据是评估输电线路耐雷性能的重要仿真模型之一,同一间隙的闪络判据在不同海拔地区应用需要进行海拔校正。

绝缘子及空气间隙的雷电冲击U50%闪络判据可以采用g参数进行海拔校正,但是更加精确的闪络判据如伏秒特性及先导发展模型法尚缺乏有效的海拔校正方法。

该文针对110kV线路用复合绝缘子及1m棒-板间隙,分别在平原和高海拔地区开展了正极性标准雷电冲击试验,对比了海拔对冲击闪络特性的影响,分析了现有海拔校正方法在U50%及伏秒特性散点校正中存在的问题。

然后,拟合了适用于不同海拔的110 kV单支复合绝缘子及1 m棒-板间隙的正极性标准雷电波先导发展模型,并将该模型计算得到的U-t曲线与试验所得的伏秒特性散点进行对比分析,验证了先导发展模型通过改变相对空气密度开展闪络判据海拔校正的适用性。

最后,通过对比分析不同先导发展模型对计算110kV输电线路耐雷水平的影响,证明了先导发展模型闪络判据海拔校正的精确性。

【总页数】7页(P825-831)【作者】刘柏炫;韩永霞;何少敏;蔡汉生;刘刚;冯瑞发【作者单位】华南理工大学电力学院;南方电网科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TM7【相关文献】1.海拔4000m以上地区4种合成绝缘子覆冰交流闪络特性及电压校正2.正棒-板短间隙雷电冲击放电电压的海拔修正3.高海拔、污秽、覆冰环境下超高压线路绝缘子交直流放电特性及闪络电压校正研究4.1m棒-板空气间隙正极性操作冲击放电特性及电压校正5.紧凑型多腔室并联间隙雷电冲击闪络路径约束研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

保护间隙高电压技术雷电放电特性及防雷装置作用原理

雷电放电特性及防雷装置

（2）阀片电阻（SiC)——非线性电阻
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
工作原理：

（1）正常UN下：间隙不击穿，将带电体与阀片电阻绝缘（2）过电压时：间隙击穿，电阻Z非常小，将I冲导入大地，电阻上的残压<被保护设备的冲击耐压值
（3）过电压后：阀片电阻Z增大，限制过电流（工频续流）半个周期内电弧熄灭，保护来不及动作，电网恢复正常
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
优点：结构简单、制造方便缺点：
（1）灭弧能力低，造成误跳闸（有工频续流）
措施：与ZCH配合使用
（2）伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理想
1—被保护绝缘的伏秒特性， 2—均匀电场间隙的伏秒特性， 3—极不均匀电场间隙的伏秒特性
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置

2、管型避雷器
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
避雷器应用于室内变电站入口处
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
悬挂式避雷器应用于变电站

优缺点：
（1）熄弧能力比保护间隙要强（2）伏秒特性较陡且放电分散性大（3）会形成截波只用在线路保护和变电所进线段保护
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置

3、阀型避雷器
分类：普通式、磁吹式
结构：火花间隙 + 阀片电阻
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置

（1）火花间隙
电场均匀，伏秒特性平坦
高电压技术

高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
ZnO和SiC非线性电阻片的U－I特性的比较
高电压技术

关于110KV输电线路防雷措施分析

关于110KV输电线路防雷措施分析摘要：随着电力建设的快速发展，电网实现了优化配置，目前电网的运行安全系数有了较大的提高，配电线路把优质的电能送到了千家万户。

但输电线路中仍有一些故障时常发生，影响着电网的安全运行，其中以雷击跳闸所造成的故障所占比重更大，因此为了降低输电线路中雷击跳闸的发生率，需要对输电线路的防雷措施进行更深入的研究，从而提高输电线路的防雷水平。

以下就110KV输电线路在防雷方面的问题进行了具体的分析和探讨，以便更好的改善110KV输配电线路的雷击跳闸率。

关键词：110KV输电线路；防雷措施；分析前言随着我国电力事业的快速发展，输电线路越来越多，由于输电线路本身具有分布广泛的特点，而且往往直接置于室外环境当中，所以极易受到各种自然因素的影响，而雷击破坏正是影响输电线路正常运行的最关键的自然因素之一。

雷电不仅能击毁输电线路及其设备，造成电力传输中断，还可能会造成人员伤亡，这凸显了输电线路采用防雷措施的重要性。

尽管国家和电力部门近年来对输电线路防雷保护工作的重视度逐年加大，也采取了一些行之有效的防雷技术措施，如安装避雷器、提高输电线路绝缘水平等，但因为各地地质气象条件的不同，造成雷电侵袭途径也存在差异，只采用一种防雷技术措施很难收获全面的防护效果。

因此，110KV输电线路的防雷保护工作应综合考虑线路的实际应用特点，并结合雷电可能侵袭的途径综合采取多项防护措施，以达到全面改善110KV输电线路防雷能力的目的。

1 雷电对110KV输电线路的危害1.1直击雷危害分析由于雷电直接击在110KV输电线路及其设施上，导致线路设备或者绝缘体受到损坏，尤其对没有架设避雷线或避雷线覆盖不全面的输电线路，受到直击雷攻击的可能性很大，存在巨大安全隐患。

110KV输电线路在遭受直击雷时，由于雷电波直接击破导线、反击导线，从而会在输电线路中形成过高的电压，而当这个过电压达到甚至超过闪络电压波幅时，轻则使输电线路发生绝缘子闪络，造成线路的单相接地故障或者发生雷击跳闸，重则就可能直接将绝缘子击穿，进而引发断线事故.导致申力传输中断。

技能培训专题-高电压技术-电力系统防雷保护

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8.2.2 发电厂及变电所的雷电侵入波防护
2.变电所的进线段保护为使避雷器可靠的保护变压器必须限制：侵入波陡度；流
过避雷器的冲击电流幅值。采用进线段保护可以达到上述目的：在靠近变电所的一段
线路上加装避雷线（对无避雷线的线路）或加强防雷保护（对有避雷线的线路）。
电。
8.1.2 输电线路直击雷过电压
雷直击于线路的三种情况：雷击杆塔塔顶；雷击避雷线档距中间；雷电绕击于导线。
8.1.2 输电线路直击雷过电压
1.雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平
8.1.2 输电线路直击雷过电压
假设雷电流为i，由于避雷线的分流作用，流经杆塔的电流小于it小于雷电流i：it=βi, β为分流系数.
导线电位的计算
（1）耦合分量：避雷线电位与塔顶电位相同，在导线上产生耦合分量kUtop，与雷电流同极性；
（2）感应分量：雷电流通道的电磁场作用，在导线上产生感应分量αhc(1-khg/hc)，与雷电流反极性；
（3）导线电位幅值：
Uc
kUtop
ahc (1
k
hg hc
)
kUtop
ahc (1
k)
水平。
I1
(1
k )[
U50%
( Ri
Lt ) 2.6
hc ] 2.6
有避雷线
I1
Ri
U50% Lt
2.6
hc 2.6
无避雷线
小结：1、有避雷线的线路耐雷水平有所提高 2、提高耐雷水平的措施：加强线路绝缘（提高U50%）；增大耦合系数；降低杆塔接地电阻；
8.1.2 输电线路直击雷过电压

GIS支撑绝缘子表面状况对其雷电冲击闪络特性的影响

GIS支撑绝缘子表面状况对其雷电冲击闪络特性的影响
马径坦;赵军平;游浩洋;秦逸帆;张玲俐;张乔根;李金忠;张书琦;吴超
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2016(52)4
【摘要】SF6气体绝缘开关设备(GIS)的运行经验表明,绝缘子往往是系统绝缘最薄弱环节和决定性因素,因此研究绝缘子闪络特性的影响因素具有十分重要的意义。

文中通过搭建1 000 kV陡前沿冲击试验装置,研究了雷电冲击作用下GIS内部支撑绝缘子表面状况对其闪络特性的影响。

结果表明:绝缘子沿面闪络电压随表面粗糙度的增大而降低,文中从绝缘子表面吸附能力的角度对其进行了分析;绝缘子表面附着导电微粒时其闪络电压显著降低,且导电微粒距高压电极越近,绝缘子闪络电压越低,可从导电微粒附着位置对绝缘子沿面电场分布的影响上进行解释。

【总页数】7页(P63-69)
【关键词】雷电冲击;GIS;支撑绝缘子;粗糙度;导电微粒;附着位置
【作者】马径坦;赵军平;游浩洋;秦逸帆;张玲俐;张乔根;李金忠;张书琦;吴超
【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室;中国电力科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM216
【相关文献】
1.工频预电压对绝缘子雷电冲击闪络特性影响的研究
2.表面粗糙度对变电站绝缘子冲击闪络特性的影响
3.35kV绝缘子雷电冲击下闪络特性实验分析
4.表面粗糙度对变电站绝缘子冲击闪络特性影响
5.SF6/N2混合气体中直流叠加雷电冲击复合\r电压作用下绝缘子闪络特性
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35kV冷绝缘高温超导电缆的雷电冲击特性研究

35kV冷绝缘高温超导电缆的雷电冲击特性研究阚常涛;王银顺;付瑜;张瀚【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2016(000)006【摘要】为了优化35 kV冷绝缘高超导交流电缆的绝缘设计,研究了聚丙烯层压纸(PPLP)在液氮环境中的绝缘特性,得到了它在液氮环境中的交流耐压绝缘强度和雷电冲击绝缘强度.根据实验结果和35 kV纸绝缘电缆的国家标准,设计了35 kV冷绝缘高超导交流电缆主绝缘、应力锥的形状、样品的长度并且绕制了该电缆的试验样品.最后对电缆样品进行了雷电冲击试验,样品通过试验验证,表明电缆的设计完全符合国家标准要求.【总页数】7页(P36-42)【作者】阚常涛;王银顺;付瑜;张瀚【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206;华北电力大学高电压技术与电磁兼容北京市重点实验室北京102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206;华北电力大学高电压技术与电磁兼容北京市重点实验室北京102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206;华北电力大学高电压技术与电磁兼容北京市重点实验室北京102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206;华北电力大学高电压技术与电磁兼容北京市重点实验室北京102206【正文语种】中文【中图分类】TB663【相关文献】1.冷绝缘高温超导电缆用绝缘材料PPLP在液氮中拉伸状态下的冲击绝缘击穿强度[J], 汤昕;郭昱延;杨鑫2.35kV/1.0kA冷绝缘高温超导电缆温度分布 [J], 夏立萌;王银顺;赵伟杰;孙迪;戴婧姝;郑一博3.冷绝缘高温超导电缆绝缘设计的研究 [J], 李丰;王银顺;张洋瑞;孙秋爽;郑一博4.35kV 2000A冷绝缘高温超导电缆监控系统设计与开发 [J], 张大义;张喜泽;魏东5.冷绝缘高温超导电缆用绝缘材料PPLP液氮浸渍击穿场强特性研究 [J], 张智勇;宗曦华;韩云武;张喜泽;张大义;魏东;应启良;黄崇祺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

接地网格的雷电冲击特性

3 X iong W, Daw alibi F1 T ransient perfo rmance of substation g rounding systems subjected to lig htning and similar sur ge cur rents1I EEE T ransactions on Power Delivery, 1994, 9 ( 3)
#电磁兼容技术#
5 电工技术杂志6 2002 年第 12 期
接地网格的雷电冲击特性
高延庆何金良曾嵘
( 清华大学电机工程系 100084)
摘要系统地分析了发、变电站接地网格在雷电流作用下的冲击暂态特性, 建立了基于分布的、时变电路参数的等效电路模型。该模型考虑了接地导体周围土壤电离引起的动态、非线性火花效应以及导体间互感的影响; 详尽分析了不同接地装置的结构、雷电流波形以及雷电流注入点等因素对接地网格冲击特性的影响。
C = Cl ( a) + Cl ( 2h - a)
( 3)
为了模拟非线性的火花放电, 接地体的等值半
径在一定条件下是时变的。接地体与半径紧密相连
的电气参数, 包括对地电导和对地电容也是根据一定的函数关系时变的。由于火花区域边界的电场强
度为土壤的临界击穿场强, 则各段的等值半径可通过下式求得
Ji =
关键词暂态性能接地网格冲击电流
1 引言
接地装置的冲击接地特性对于提高电力系统安全运行的可靠性起着十分重要的作用。变电站及输电线路的接地装置冲击特性的好坏直接影响其防雷性能。
雷击变电站时, 巨大的雷电流通过地面装置及接地系统流入土壤, 如此大的电流所产生的电磁场可能对设备造成破坏并可能危及工作人员。随着变电站控制设备的复杂性、灵敏度的不断提高, 如何处理电磁兼容及电磁干扰等问题变得越来越重要。准确的模拟及预测接地体在大的冲击电流作用下的性能是非常重要的。

改进型杆塔接地装置的雷电冲击特性计算分析

资源降低杆塔冲击接地电阻，并从多方面考虑了结构对接地体散流特性的影响，谨慎地使用垂直地桩，从而节约了
材料，具有较好的经济性能。对于现场不适合填埋四面放
射性电极的地区，可采用两面伸长结构的接地极，适度加长伸长部分和垂直接地柱，以满足接地电阻值要求。
闸现象，需要在实践中寻求改进。
［摘要］杆塔接地装置的冲击电阻大小直接影响输电线路安全，针对新疆伊犁地区特殊的地理环境，设计了一种改进型杆塔接地装置。采用ＡＴＰ－ＥＭＴＰ仿真计算的方法对杆塔接地装置的雷电冲击特性进行了研究，并与当前
普遍使用的接地电体模型进行对比，证明该接地装置在不改变接地装置总占地面积的情况下具有更好的雷电
冲击特性，可用于高土壤电阻率区域。
关键词输电线路接地装置冲击接地电阻ＡＴＰ－ＥＭＴＰ模拟试验
０引言
有效降低杆塔冲击接地电阻是确保电力系统安全，提高线路耐雷水平的重要措施。铺设接地电极需要考虑杆塔所在地区的环境因素，综合考虑工程实际情况。目前常用的接地装置不能完全满足防雷需求，出现了一ｅ为土壤相对介电常数，在实际计算中取８× １０；￡。为空气相对介电常数。
图２中，口一ｌＯｍ、ｌ＝２０ｍ、ｄ一１．５ｍ，标有 “ × ”的
节点连接有垂直接地棒（长为１．５ｍ，埋深ｈ为０．８ｍ）。该接地装置可在不增加射线长度的情况下，利用有限的土地
义，可以认为它们不随火化效应放电区域的变化而变化。由

110kV输电线路防雷保护分析

110kV输电线路防雷保护分析摘要：110kV输电线路容易受到雷击的影响，本文分析了雷击对线路正常运行的破坏，研究目前输电线路防雷工作的主要问题，对如何改进工作方式，以及目前有效的防雷保护方法进行分析，帮助相关部门强化对110kV输电线路的建设，提升防雷水平。

关键词：110kV；输电线路；防雷保护方法引言：电网中有很多事故都来自于雷击，对于110kV输电线路，由于跨度大，要经过山区，导致受到雷击的概率更高，很容易由于雷击导致跳闸。

所以，必须针对雷击的影响制定合理的防雷保护方法，提升输电线路的抗雷能力，保证电网的稳定运行。

1雷电对输电线路的影响输电线路故障中雷击导致的跳闸占据主要部分，根据记录可以发现接近一半以上的事故都是由雷击所导致的，所以通过加强防雷击工作，就能够降低输电线路的故障，控制电网中事故的发生频率[1]。

1.1感应雷电过压雷电集中线路地面或者周围杆塔时，会产生电磁感应的现象，可能会导致输电线路出现过压的情况，导致导线中的电流增加。

由于放电自身速度的原因，也会在线路的两侧产生感应电压波，容易影响人员安全。

1.2直击雷过电压雷电直接击中电路，使雷电流经过输电线路，通过输电线路的阻抗接地，由于阻抗上出现电压降，导致被击中的位置电位急剧上升，产生直击雷过电压[2]。

由于直击雷过电压所具有的机械效应、电效应和热效应，很容易导致输电线路被烧坏，甚至导致比较严重的人员伤亡。

2 110kV输电线路防雷普遍存在的问题2.1输电线路跳闸率较高导致输电线路跳闸率偏高的原因主要来自于以下几点，一些在多山、起伏地形的110kV输电线路，可能会面对更为严峻的雷电考验，但是设计人员对土壤电阻率、雷电活动等因素并没有进行深入分析，导致很多杆塔的接地电阻较高，并不能满足要求。

2.2运行管理不足110kV对防雷要求更高，但是一些地区对线路运行管理的过程中并没有充分检查和更换线路的零值绝缘子，导致线路的绝缘水平不能满足要求，很容易受到雷电的影响。

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为了比较不同接地装置的暂态性能以及分析不
同参数对暂态性能的影响 , 通常要用到最大暂态 GP R (地电位升), 即电流注入点的 GP R 。最大暂态 GPR 给出了暂态周期中接地导体与远处大地之间最大的可能电压值 , 这在 EMC 研究中是特别关注的。
另外经常用来描述接地系统性能的参数是冲击接地电阻。冲击接地电阻定义为接地体上最大冲击电压和最大冲击电流的比值
度为土壤的临界击穿场强 , 则各段的等值半径可通
过下式求得
Ji
=
Ec ρ
=
Δii 2πri Δl
ri
=
Δii 2πJ i Δl
(4)
— 10 —
式中 Ji ———通过第 i 段导体流散的电流密度 Δi i ———通过第 i 段导体流散的电流 Δl ———每段导体的长度 E c ———土壤临界击穿强度
— 11 —
《电工技术杂志》 2002 年第 12 期接地网格的雷电冲击特性
易。同时 , 从图 9 还可以看出 , 相同面积的接地网
在其有效面积内的导体间距越小 (即导体数目越多), 不但可以降低最大暂态 GPR , 同时最大暂态 GPR 的持续时间也会变短。这一点对于雷击发、变电站及输电杆塔时 , 降低其对附近的电力、电子设备所产生的电磁干扰有着重要的意义。
本文的分析基于土壤的均匀性与各向同性的假设。ຫໍສະໝຸດ 2 考虑火花放电的等效电路模型
雷击线路及杆塔时 , 雷电流经杆塔由接地装置
流散到大地中去。接地装置在冲击电流的作用下 ,
在其周围产生瞬变电磁场 , 在土壤中产生的场强为
E =Jρ
(1)
式中 J ———电流密度
ρ——— 冲击电流流过时土壤的电阻率
图 9 导体间距对最大暂态 G PR (注入点) 的影响 1 — n =1 2 — n =4 3 — n =16 4 — n =64
一般而言 , 低频时接地网的地电位决定于接地网格的面积 , 而与接地网水平导体间距没有太大关系。从图 9 可以看出 , 在高频下接地网同样具有这一特征 , 但前提是接地网导体间距要大于 20m , 此时接地网水平导体间距的变化对地网的冲击阻抗没有什么影响。当地网导体间距小于 20m 并逐渐减小时 , 地网的最大暂态 GPR 将急剧减小 , 这是因为在接地网有效面积内的导体数目越多 , 所能利用的土壤面积就越大 , 对雷电流的流散相对就越容
1 引言
接地装置的冲击接地特性对于提高电力系统安全运行的可靠性起着十分重要的作用。变电站及输电线路的接地装置冲击特性的好坏直接影响其防雷性能。
雷击变电站时 , 巨大的雷电流通过地面装置及接地系统流入土壤 , 如此大的电流所产生的电磁场可能对设备造成破坏并可能危及工作人员。随着变电站控制设备的复杂性、灵敏度的不断提高 , 如何处理电磁兼容及电磁干扰等问题变得越来越重要。准确的模拟及预测接地体在大的冲击电流作用下的性能是非常重要的。
图 5 雷击地网时点 1 、 2 处电压的变化曲线
4 接地网格结构对冲击特性的影响
4.1 接地网面积对冲击特性的影响不同面积的接地网示意图如图 6 所示 , 地网面
积从 5 ×5m2 到 40 ×40m2 不等 , 接地网中子网格大小不变 , 即导体间距保持 5m 不变。图中 n 为接地网的子网格数目。
到目前为止 , 国内外学者进行了大量的关于接地系统冲击特性的研究 , 但都是基于一些假设条件 , 对一些结构比较简单的水平接地体和垂直接地体建立了简化数学模型。在以往文献的分析和计算中 , 一般都没有考虑火花放电对接地装置冲击特性的影响。本文提出了对这一问题的有效解决方法 , 即基于电路理论的数值计算方法 , 通过建立动态数学模型考虑土壤中火花放电的影响 , 得出了一些结论。
图 3 非均匀分布的接地体等值回路
图 3 中 Ri 、 Li 、 Ci 和 Gi 分别是第 i 段导体的电阻、电感、电容和电导。在无限大均匀媒质中长
为 l 、半径为 a 的金属导体的对地电容为
Cl(a)= a
l
+ln
l+
2πεl
l2 a
+a 2
-
1+
a l
2
(2)
当导体埋于 h 米深的大地中时 , 根据镜像理
根据不同时刻各导体段流散的电流值 , 由式 (4)确定各导体段的等值半径 (随时间变化), 进而求得各导体段的参数 , 然后根据电路理论计算出各点的电压、电流值。文中的模拟计算应用了上面描述的基于电路理论的数学模型 , 与以前国内外文献中提出的模型相比 , 这一模型做了部分简化。
—9 —
《电工技术杂志》 2002 年第 12 期接地网格的雷电冲击特性
由图 1 可以看出 , 越靠近电流注入点接地体流散的电流就越多 , 这里的电流密度就越大 , 击穿的土壤也就越厚。所以在接地极周围 , 火花放电的形状呈锥形 , 而不是一般所认为的圆柱形。
5 雷电流注入点对冲击特性的影响
我们已经知道 , 接地网的工频接地电阻基本不受电流注入点的影响 , 因为在低频下 , 可以忽略接地导体的电感 , 认为整个接地网各处导体是等电位的。而在冲击电流作用下 , 冲击电流注入点的位置将对地网的冲击产生很大影响。图 10 所示为不同的雷电流注入点示意图。不同的雷电流注入点对最大暂态 GP R 的影响如图 11 所示。
图 10 不同的雷电流注入点示意图
的论述 , 并通过大量的模拟计算 , 分析了不同接地网尺寸、不同引流方式等各种因素对水平接地网冲击特性的影响。
参考文献
1 Geri A , Garbagna ti E et al.Non - linear behaviour of ground electrodes under lig htning surge currents :computer modelling and comparison with experimental results.I EEE T ransactions on M ag netics, 1992 , 28 (2)
的半径 , 即可认为是接地体暂态过程中的等值半
径。
由于冲击电流频率很高 , 接地体本身的电感作
用非常明显 , 阻碍冲击电流向接地体远端流动。接
地体各点的散流极不均衡 , 各点电位相差很大 , 因
此火花放电的程度亦不相同 , 也即各点的等值半径
不同 , 如图 1 所示。
图 1 接地体周围火花放电区域形状
·电磁兼容技术· 《电工技术杂志》 2002 年第 12 期
接地网格的雷电冲击特性
高延庆何金良曾嵘
(清华大学电机工程系 100084)
摘要系统地分析了发、变电站接地网格在雷电流作用下的冲击暂态特性 , 建立了基于分布的、时变电路参数的等效电路模型。该模型考虑了接地导体周围土壤电离引起的动态、非线性火花效应以及导体间互感的影响 ;详尽分析了不同接地装置的结构、雷电流波形以及雷电流注入点等因素对接地网格冲击特性的影响。关键词暂态性能接地网格冲击电流
论 , 假想地上空气中还有一相距 2h 的同样长度的
镜像导体 , 此时导体的对地电容为
C = Cl (a)+Cl(2h -a)
(3)
为了模拟非线性的火花放电 , 接地体的等值半
径在一定条件下是时变的。接地体与半径紧密相连
的电气参数 , 包括对地电导和对地电容也是根据一
定的函数关系时变的。由于火花区域边界的电场强
大量的研究证实 , 接地系统在大冲击电流作用下的性能与在低频小电流作用下的性能有很大的区别。大电流将导致接地体周围的土壤电离 , 从而使接地系统呈现出典型的非线性冲击响应。土壤在大冲击电流作用下发生的非线性电离与许多电、几何参数有关 , 其动态趋势是很难预测的 , 以至于很难建立一个准确的模型。
接地网面积一定时 , 改变水平导体间距 (即改变子网格数目)也将对地网的冲击阻抗产生较大影响。以面积均为 40 ×40m2 但水平导体间距不同的地网为例 , 如图 8 所示 , n 为接地网中子网格的个数。图 9 所示为接地网最大暂态 GP R 随 n 变化的关系曲线。
图 8 面积一定、导体间距不同的接地网示意图
图 6 不同面积的地网示意图
图 7 所示为冲击电流波形 (波前时间和幅值) 和土壤电阻率一定时 , 冲击接地电阻与接地网面积之间的关系曲线。图 7 中横坐标为地网的等效半径 , 即与地网面积相等的圆形地网的半径 , 此处用
图 7 冲击接地电阻随地网面积的变化 1 — ρ=100Ψ·m 2 — ρ=500Ψ·m 3 — ρ=1000Ψ·m 4 — ρ=2000Ψ·m
图 4 雷击地网示意图
从图 5 可以看出 , 接地网格上不同点处的电压分布是极不均匀的。起始时刻接地网电流注入点 1
接地网格的雷电冲击特性《电工技术杂志》 2002 年第 12 期
处的电压随注入电流的增大而迅速增大 , 由于电流的传导 , 随着时间的推移 , 接地网上远离注入点 1 处的电压依次逐渐升高。若导体各段向土壤中流散的电流超过了临界值 , 则各段将相继发生火花放电 , 导致等值半径增大。最终电流注入点 1 处的电压逐渐下降 , 接地网上各点的电压逐渐趋于一致。
r 表示。从图 7 可以看出 , 在土壤及雷电流参数不变的
情况下 , 随着接地网面积的不断增大 , 地网的冲击接地电阻很快减小并趋于某一定值 ;当接地网面积超过一定值时 , 地网面积的增加对冲击接地电阻的影响就非常小了。此外 , 只有在地网面积不太大的情况下 , 地网尺寸对冲击接地阻抗才有比较大的影响。雷电流作用下的冲击接地阻抗随接地网面积变化的情况与工频时有所不同。在工频时 , 接地网尺寸对接地电阻值有着巨大的影响 , 地网的接地电阻随地网面积的增加迅速减小。 4.2 水平导体间距对冲击特性的影响