沖擊接地電阻

接地電阻是指在工頻或直流電流流過(guò)時(shí)的電阻，通常叫做工頻(或直流)接地電阻:而對(duì)于防雷接地雷電沖擊電流流過(guò)時(shí)的電阻，叫做沖擊接地電阻。沖擊電流流過(guò)接地裝置時(shí)，假定接地裝置對(duì)地電位峰值與通過(guò)接地體流入地中電流的峰值(沖擊電流峰值)的比值。從物理過(guò)程來(lái)看，防雷接地與工頻接地有兩點(diǎn)區(qū)別，一是雷電流的幅值大，二是雷電流的等值頻率高。雷電流的幅值大，會(huì)使地中電流密度增大，因而提高地中電場(chǎng)強(qiáng)度，在接地體表面附近尤為顯著。地電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)土壤擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)會(huì)發(fā)生局部火花放電，使土壤電導(dǎo)增大。

試驗(yàn)表明，當(dāng)土壤電阻率為 50Ω·m，預(yù)放電時(shí)間為3-5us時(shí)，土壤的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為6-12kV/cm。因此，同一接地裝置在幅值很高的雷電沖擊電流作用下，其接地電阻要小于工頻電流下的數(shù)值。這一過(guò)程稱(chēng)為火花效應(yīng)。雷電流的等值頻率很高，會(huì)使接地體本身呈現(xiàn)很明顯的電感作用，阻礙電流向接地體的遠(yuǎn)端流通。對(duì)于長(zhǎng)度較大的接地體這種影響更顯著。結(jié)果使接地體得不到充分利用，接地電阻值大于工頻接地電阻。這一現(xiàn)象稱(chēng)為電感影響。

由于上述原因，同一接地裝置具有不同的沖擊接地電阻值和工頻接地電阻值，兩者之間的比稱(chēng)為沖擊系數(shù)a;a=R~/Ri。

其中R~為工頻接地電阻；Ri 為沖擊接地電阻，是指接地體上的沖擊電壓幅值與沖擊電流幅值之比，實(shí)際上應(yīng)是接地阻抗，但習(xí)慣上仍稱(chēng)為沖擊接地電阻。

沖擊系數(shù)a與接地體的幾何尺寸、雷電流的幅值和波形以及電阻率等因素有關(guān)，多數(shù)靠實(shí)驗(yàn)確定。一般情況下由于火花效應(yīng)大于電感影響，故 a<1: 但對(duì)于電感影響明顯的情況，則可能a≥1，沖擊接地電阻值一般要求小于10Ω。

沖擊電流或雷電流通過(guò)接地體流向大地時(shí)，接地體呈現(xiàn)的電阻叫沖擊接地電阻。沖擊接地電阻與工頻接地電阻不同，其主要原因是沖擊電流的幅值可能很大，會(huì)引起土壤放電，而且沖擊電流的等效頻率又比工頻高得多。當(dāng)沖擊電流進(jìn)入接地體時(shí)，會(huì)引起一系列復(fù)雜的過(guò)渡過(guò)程，每一瞬間接地體呈現(xiàn)的有效電阻值都有可能有所不同，而且接地體上最大電壓出現(xiàn)的時(shí)刻不一定就是電流最大的時(shí)刻。為了使沖擊接地電阻 Rch有一明確的定義，通常令由于 Um 和Im 出現(xiàn)的時(shí)刻可能不同，所以 Rch 并無(wú)實(shí)際上的物理意義(因電感作用，沖擊電壓幅值 Um 一般出現(xiàn)在電流幅值 m 之前)，但是這一定義在工程上使用很方便，因?yàn)槲覀兏信d趣的是在一定的Im 下接地體上的最大電壓 Um是多少，而這在 Rc 已知的條件下馬上可以算出來(lái)。

在某些情況下，為了數(shù)字處理，有時(shí)也把在雷電流波頭時(shí)刻(t=2.6us)接地體呈現(xiàn)的電阻作為沖擊接地電阻，而對(duì)于某一特定“值的沖擊接地電阻將加以說(shuō)明。對(duì)于單一的集中接地體，由于尺寸不大(相對(duì)于沖擊波的波頭長(zhǎng)度來(lái)說(shuō))，談不上有什么顯著的波過(guò)程即在討論其沖擊接地電阻時(shí)，不需要考慮它的電感與電容，可以認(rèn)為其沖擊接地電阻與沖擊波的頻率無(wú)關(guān)。此時(shí)使得沖擊接地電阻與工頻接地電阻不同的主要因素是：強(qiáng)大的沖擊電流流入土壤后會(huì)形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，便土壤發(fā)生強(qiáng)烈的局部放電現(xiàn)象。一般土壤由于是不均勻媒質(zhì)，所以其耐壓強(qiáng)度只有 8.5kv /cm左右在 p=100Ω·m時(shí)使壤放電的電流密度為

如果接地極長(zhǎng)3m，直徑4cm，則其表面面積為 300nx4=3770(cm^2)，所以在 0.85x 37703200(A)-3.2(kA)時(shí)，其周?chē)寥兰匆寻l(fā)生放電現(xiàn)象。實(shí)際上由于電流場(chǎng)不均勻，在更小的雷電流下已能發(fā)生土中的放電現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)單根水平接地體的電位為1000kV 時(shí)，火花放電區(qū)域的直徑可達(dá)70cm。實(shí)際常遇到雷電流總在10kA或數(shù)十千安以上，這時(shí)在土中形成的強(qiáng)烈放電可使土壤的等值電阻率pd大為減小，也可以認(rèn)為pd不變但接地體的等值直徑已大為增加，所以此時(shí)接地體的沖擊接地電阻將比工頻接地電阻小。以上所述，顯然適用于尺寸不大的復(fù)合集中接地體的情況(例如由 3-5 根 2.5m 長(zhǎng)的直接地極或由 3~5 根 10m長(zhǎng)的水平接地極所組成的復(fù)合接地裝置)。

沖擊系數(shù)一一沖擊接地電阻 Rch 與工頻接地電阻只。的比值，稱(chēng)為接地體的沖擊系數(shù) a，對(duì)集中接地體來(lái)說(shuō)，a 一般小于 1，但對(duì)長(zhǎng)度很大的延長(zhǎng)接地體來(lái)說(shuō)，由于其電感效應(yīng)，a 也可能大于 1a 值一般由實(shí)驗(yàn)方法求得，在缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數(shù)a可按公式計(jì)算
由n根接地體并聯(lián)形成的復(fù)合接地體的沖擊接地電阻及Rchn，也可由各個(gè)接地體的沖擊沖擊電流通過(guò)接地體散流的情況比較復(fù)雜，歸納起來(lái)它具有下列特性：

(1)由于沖擊電流相當(dāng)于高頻電流的情形，因此，除接地體的電阻和電導(dǎo)外，接地體的電感和電容均對(duì)沖擊阻抗發(fā)生作用。其作用的大小，決定于接地體的形狀、沖擊電流的波形幅值以及地的電氣參數(shù) p和Ero。

(2)當(dāng)接地體表面的電流密度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，其結(jié)果相當(dāng)于接地體的直徑加大了一些。