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有關防雷接地中的沖擊接地電阻探討

2021-01-14 16:33:34

以下內容來源:《中國電業》2020年22期,信息轉載,僅供參考!



摘要:文章分析了防雷接地中的沖擊接地電阻。以人工垂直接地為例,基于相關計算可以分析對沖擊接地電阻產生影響的因素,并找出防雷接地中沖擊電阻與其他電阻之間的聯系。進而使防雷接地中沖擊接地電阻的認識更為深入全面,使相關人員對于沖擊接地電阻的認識更為系統。經過多個有效長度計算公式的對比,能夠獲得相關計算參考,從而更好的對防雷檢測及接地電阻提供幫助。




對于防雷接地電阻中沖擊接地電阻來說,沖擊接地電阻與工頻接地電阻存在較大差異。目前,相關防雷檢測部門可以通過對建筑物防雷接地情況進行分析和探究得出相應的接地電阻數據,但是目前大部分接地電阻數據都是工頻接地電阻。因為防雷建筑物之間存在一定差異,這時對于防雷接地的要求也各不相同,相關人員在實際操作過程中需要將檢測所得的工頻接地電阻作為沖擊接地電阻,從而將其編入檢測報告內。這一情況會對沖擊接地電阻的數據產生誤導,因此當下需要深入研究沖擊接地電阻數值,加速防雷接地工作的實施。

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沖擊接地電阻概述及構成

1.1沖擊接地電阻概述

在一般情況下工頻接地電阻為接地電阻。接地電阻屬于電流流經接地極流入大地時,接地極和無窮遠處的零電位面之間存在的電位差V與I的比值。接地電阻的構成可以分為接地引線電阻,接地引線和接地裝置之間的接觸電阻,接地體自身電阻及接地體,土壤散流電阻和土壤之間存在的接地電阻。沖擊接地電阻指的是當前沖擊電壓幅值與沖擊電流幅值之間的比值,因為接地體自身存在電感和電容的效果,所以沖擊電壓幅值與沖擊電流幅值不會在同一時間出現,所以可以將沖擊電阻作為人為概念,在雷電流過接地裝置的時候才會將其體現出來。

1.2接地電阻構成

接地電阻絕大多數情況下是由接地體與大地之間的接地電阻,接地體與接地線之間的電阻構成。接地體與大地之間的接地電阻會因為接地體自身存在較大的電導率,這時大地電導率低于接地體電導率。在實施接地計算的過程中,相關人員可以將接地體表面作為等電位,而降低對接地體壓降的重視。接地體和大地之間存在的電阻屬于接觸電阻,接觸電阻實際大小與建筑施工過程中的施工方法有著緊密聯系,特別是和回填土的回填緊實程度有關。接地體與接地線的電阻會因為接地體自身內部存在電阻,因此這時會因為其實際電阻值較小,導致一般情況下可以直接忽視接地體自身電阻。接地體與接地線的電阻與其自身尺寸有著直接聯系,因為其二者都是由金屬導電材質制作,因此這時會導致其電阻率降低[1]。只有接地體與接地線之間的尺寸符合標準的時候,會導致二者接地電阻不斷縮小,無法起到其應有的作用,所以對于流散電阻來說,其與接觸電阻有著決定性作用。

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沖擊接地電阻的散流特征

①結合當下沖擊接地電阻的概述可以得知,在沖擊電流的影響下,接地體會表現出波動,隨后出現感應和電導,在結束電導后就會存在電阻過程。所以,沖擊接地電阻組織與雷電流波頭時間和雷電流幅值等數值有著緊密聯系。在沖擊接地電阻經過接地體的時候,其存在的散流特性可以將沖擊電流轉化為高頻電流,所以這時沖擊電流在經過接地體的時候不僅會受到接地體電阻和電導,還會與接地體電感及其電容產生阻抗,這時沖擊電流的大小就可以直接決定接地體形狀,沖擊電流波形和土壤內部電阻率。雷電流在泄放的時候, 若電場實際強度超出了土壤臨界場強,那么就會使土壤內部與接地體相鄰的部分出現局部放電,進一步促使電阻阻值降低。在這種情況下無形中增加了接地體直徑,影響了土壤實際電阻率,面對這一現象可以將其稱為火花效應。因為沖擊電阻其電流頻譜相對較高,所以這時接地體實際電感會影響電流的流動方向,導致接地體無法將其實際效果充分發揮出來。這時就會造成沖擊接地電阻超出工頻接地電阻的現象,這一現象可以將其稱為電感效應,這也表示了引入接地體后就出現了長度概念的因素[2]

②沖擊系數α為電阻Rch和工頻接地電阻R的比值。在分析集中接地體的時候,α數值始終小于1,但是一些長度較長的延伸體會因為其電感效應,導致α數值大于1。作為規范接地裝置沖擊接地電阻和工頻接地電阻的倒數,B屬于R-=Bri中的換算系數。可以將接地裝置實際沖擊特性充分反映出來,并為其提供參考,同時還能夠為防雷接地工程的實施提供便捷。只有獲得接地裝置的工頻接地電阻,才能夠結合實際沖擊系數進行沖擊接地電阻的計算。由于火花效應和電感效應的干擾,當前α數值無法確定,在雷電流泄放至大地后,α數值會在1上下波動,因此這時火花效應和電感效應便可以發揮其作用。所以,借助電阻設備測出工頻接地電阻有一定概率大于沖擊接地電阻,也有一定概率小于沖擊接地電阻。若接地電阻實際阻值符合標準面那么這時α<1,可以將測量值確定為沖擊接地電阻,在α>1的時候,則需要基于沖擊系數進行沖擊接地電阻的計算,并對沖擊接地電阻能否滿足建筑物防雷設計規范進行驗證[3]

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分析接地電阻產生影響的因素

首先,應對人工垂直接地體工頻接地電阻進行計算。在工程設計過程中,相關人員會將角鋼作為垂直接地極,因此文章以角鋼為例對其展開接地電阻計算。該角鋼實際截面面積為50*50*5mm,由此可知單根垂直接地極接地電阻數值為:R= 微信圖片_20210114163104.jpg,在上述公式中,可以得知R(Ω)屬于接地體電阻,而L則屬于角鋼長度,屬于角鋼土壤電阻率,d就是角鋼等效直徑,h 作為角鋼上部距離地面的長度。可以采取下述公式對角鋼等效直徑進行計算,在角鋼等邊的時候,其等效直徑為0.84b,角鋼等效直徑為d,b則表示角鋼等邊界面長度。在角鋼不等邊的時候,其等效直徑d=0.71微信圖片_20210114163109.jpg 。在上式中,b1和b2表示角鋼界面長度。對于沖擊系數和沖擊接地電阻之間的聯系進行分析,其二者不但和接地裝置幾何數值有著較為緊密的聯系,還和沖擊電流幅值,土壤內部電阻率有著一定聯系。通過相關實驗和數據可以得知,從中能夠找出垂直接地沖擊系數的計算公式,從而掌握沖擊系數,電流幅值,幾何數值,電阻率及沖擊接地電阻之間的聯系。

其次,垂直接地沖擊系統公式為α=2.75 微信圖片_20210114163114.jpg(1.8+ 微信圖片_20210114163125.jpg)0.75-exp(-1.50微信圖片_20210114163129.jpg )上式中,幾何尺寸為L,為土壤電阻率,而IM為沖擊電流幅值。沖擊系數,電流幅值,幾何數值,電阻率及沖擊接地電阻之間的關系在分析后可以得知,隨著沖擊電流幅值的不斷增加,這時沖擊系數不斷減小,最后趨于平穩,在這時沖擊接地電阻呈現出火花效應,降低土壤電阻率,加速沖擊系數的減小。因為沖擊系數其電流頻率相對較高,因此會隨著電流的不斷增大而增大,在數值達到一定范圍后,便會影響到電流流動,出現電感效應。

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結語

綜上所述,沖擊接地電阻和工頻接地電阻之間的數值換算較為復雜,因此這時可以通過計算機系統的使用獲得有效數據,為沖擊接地電阻與工頻接地電阻之間的數據轉換提供幫助,使沖擊接地電阻數值符合規范。尤其是針對一些建筑物內部防雷處理公用的現象,可以通過對沖擊接地電阻的準確計算,為其做出相應的保證,進一步降低由于沖擊接地電阻過大產生的影響。

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參考文獻

[1] 張昌, 甘艷, 鄒建明,等. 高土壤電阻率地區柔性石墨復合接地材料與圓鋼接地材料的有效長度對比研究[J]. 電瓷避雷器, 2018, No.281(01):64-69.

[2] 甘艷, 顧德文, 張昌,等. 500 kV架空線路雷電過電壓與沖擊接地電阻關系[J]. 中國電力, 2018, 51(09):118-125.

[3] 曹曉斌, 杜俊樂, 田明明,等. 雷電沖擊波形對接地極沖擊接地電阻的影響實驗研究[J]. 高電壓技術, 2018, 044(005):1564-1571.



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