输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻计算公式

输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻计算公式 输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻计 算公式 ,/线珞/.杆姚教.拯地阻寸4一l''1 J.第20卷第6期电网技术Vo1.20No?8 输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻计算公式 陈先禄黄勇张金玉何金良72, .气工程系,630044重庆清华大学电机工程及鬲术系.100084北京 CALCULAn0NF0RMULA0FIMPULSEGR0UNDINGRESISTANCEF0R GR0UNDINGDEVICE0FP0WER—TRANSMISS10NT0WER ChenXianluHuangYongZhangJinyuHeJinliang ChongqingUniversityTslnghuaUniversity Chongqing,630044ChinaBeijing,100084China ABSTRACTThroughalargeamountofsimulationtests, thecalculationformulaofimpulsegroundingresistanceand impulse[actorforCOilfl~ongroundingdeviceofpower—trans— missiontowerisobtained.Themainconclusionsofrestsare presentedandsomesuggestions{orselectingtheshapeof groundingdeviceofpower—transmissiontowerarepro— posed. KEYWORDSTowerGroundingdeviceImpulse groundingresistanceImpulsefactor 摘要本文通过大量的模拟试验,得到了电力系统输电线中 几种常见的杆塔接地装置的冲击接地电阻和冲击系数的计 算公式,介绍了主要的试验结论并对输电线路杆塔接地装置 形状的选择提出了意见,供电力设计部门在设计线路杆塔接 地装置时参考. 关键饲杆塔接地装置冲击接地电阻冲击系数 1引言 正确设计输电线路杆塔的接地装置对于保证输 电线路的安全运行,提高供电的可靠性具有十分重 要的作用.如何计算接地装置的冲击接地电阻则是 接地装置设计的基础.本文通过大量的模拟试验,得 到了电力系统输电线路中几种常见的杆塔接地装置 的冲击接地电阻和冲击系数的计算公式,可供电力 设计部门在设计线路杆塔接地装置时参考. 2模拟试验介绍 据统计,雷击输电线路杆塔时经杆塔流入接地 装置的雷电流幅值在20~200kA范围内,而杆塔接 地装置的几何尺寸可达几十米.要在如此大的雷电 流下对实际接地装置进行冲击特性的研究,无疑要 具备很大容量的冲击电流发生器和开阔的试验场 地.这一方面使试验设备费用昂贵,极不经济;另一 方面要改变与接地装置有关的参数,如土壤电阻率 等在技术上也是不可能的.因此,一般采用模拟试验 的方法来研究输电线路杆塔接地装置的冲击特性. 试验中采用的模拟比例尺为: it/i2(1) P1/一1(2) R^1/R2=I/n(3) /一1(4) r】/r2一(5) 式中符号的下标1表示实际接地系统的参数,下 标2表示相应的模拟接地系统的参数,i为冲击电流 (kA),P表示土壤电阻率(n?m),口表示冲击系数, R表示冲击接地电阻(0),r表示冲击电流的波头 时间,为实际接地装置与模拟接地装置的几何尺 寸L(m)的比例尺,试验中采用的几何比例尺= 4O 试验在重庆大学接地技术研究室进行.冲击电 流装置可供出的最大冲击电流为65kA,模拟甩砂池 的直径为5m.试验采用五种常见的模拟接地装置, 如图1所示.对采用降阻剂后的接地装置的冲击特性 也进行了研究,降阻剂的使用方法为在普通接地装 置外裹一层降阻剂. 试验时改变接地装置的几何尺寸,冲击电流幅 值,土壤电阻率,水平接地装置的埋深,组成接地 装置的导体截面积等参数,得到了大量的试验数 据. 3主要结论 通过分析大量的试验数据,可得到如下几点结 论: 1OPowerSystemTechnologyVo1.20No.6 I下 (el井字形接地装置 图1试验中采用的接地装置示意图 Fig.1Schematicdiagramsofgrounddevicesusedintests (1)冲击接地电阻见随冲击电流i幅值的增加 而减小,当i达到一定值后,减小的速度变慢; (2)冲击接地电阻R随土壤电阻率P的增加而 增加.P越低,R随P增加的速度越快;P越高,R随 P增加的速度越慢; (3)冲击接地电阻R与接地装置的形状及几 何尺寸有关.R随几何尺寸的增加而减小,当几何 尺寸达到一定值时,接地装置几何尺寸的增加不再 对R产生影响; (4)水平埋设的接地装置,R随埋深的增加而 减小} (5)构成接地装置的导体材料对R基本无影 响; (6)冲击系数随i幅值的增加而减小; (7)冲击系数随接地装置几何尺寸的增加而 增加,且与其形状有关; (8)冲击系数随P的增加而减小,P越小,随 P增加而减小的速度越快; (9)水平埋设的接地装置,随埋深的增加而增 加; (1.)采用降阻剂接地装置的足会明显降低, 土壤电阻率P越高,效果越明显. 4冲击接地电阻置的计算公式 4.1普通接地装置的冲击接地电阻的计算公式 与工频接地电阻不同,冲击接地电阻除了与接 地装置的形状,几何尺寸,土壤电阻率有关外,还 与雷电流幅值有关.对试验数据采用回归分析的方 法,笔者推导出了几种常见的输电线路杆塔接地装 置冲击接地电阻的计算公式. (1)复合接地装置 R=五Lk,(O.153—0.113e')(6) k=0.341,o. kL一0.537+5.644/L k=4.695+0.738/S 式中k为土壤电阻率修正系数,k为几何尺寸修 正系数,k,截面修正系数,s为截面积(mm.),L为几 何尺寸(m),为雷电流幅值(kA). (2)十字形接地体 R^=Lk(O.149—0.116P)(7) k一0466,o. k,一0.356+5.639/L k=4.695+0.738/S (3)垂直接地体 R一五Lk,(O.200—0.162e-1)(8) k=0.434" kL一0.695+97s7/?L k=4.695+0.738/?S (4)水平接地体 R一五,k(O.139—0.104e一蛳,一)(9) k=0.352p.'. kL=1.333+5.463/L k一4695+0.738/S (5)井字形接地装置 足^=Lk,(O.147—0.112e一r1)(1O) k一0.427~~ k,一l_965+5.301/L k=4.695+0.738/S 第2O卷第6期电网技术1l 4.2使用降殂剂的接地装置的冲击接地电阻计算 公式 (1)十字接地体 R一点L五,(0.355—0.277e叫'/0) 一 0.378 屯一0.761+5.991/ 一 2.745+0.282/S (2)垂直接地体 R"一,k(0.440—0.376e~/) k一0.44Op" kL一0.017+6.948/L k一2.745+0.282/ (3)水平接地体 R=^kk,(O.298—0.238esis/~/') k一0.526p.' k,一0.313+5.452/L k,=2.745+0.282/ 5冲击系数计算公式 (11) (12) (13) 冲击系数是反映输电线路接地装置冲击特性的 重要系数,它可为防雷设计提供方便,只要知道接地 装置的工频接地电阻,就可根据冲击系数计算出其 冲击接地电阻,也可用测工频接地电阻的方法测量 冲击接地电阻.本文从大量的试验数据中推导出五 种常用的典型接地装置冲击系数计算公式. 5.1普通接地装置的冲击系数计算公式 (1)复合接地装置 一at,aLa,(23.550—17.4lOe")(14) =2.850p一.. =0.046+0.145汀 = 0.244+0.071 式中,乱,q分别为土壤电阻率,几何尺寸和截 面积的修正系数. (2)十字接地装置 口=q(38.700一 "=4.637p一. 口一0.025+0.109 as一0.244+0.071 (3)垂直接地装置 a=aL50.120一 一5.821P一.. 一0.078+0.045 一 0.244+0.071 (4)水平接地体 一a~,ara,(40.720一 =11.137p一.. 口L=0.134+0.026 一0.244+0.07l (5)井字形接地装置 30.480e一23o.,/1)(17) 口=a.aLa,(30.520—22.730e一.-)(18) 一8.185p一. aL一0.121+0.109L 一0.244+0.071S 5.2使用降阻剂的接地装置冲击系数计算公式 (1)十字接地体 口一(41.820—32.980e.~/)(19) =4.970p一. =0.103+0.074 q=0.365+0.023S (2)垂直接地体 口=a.aza,(55.720—47.710e~/-)(20) 口一6.730p一". aL一0.067+0.0460L 一 0.365+0.023/S (3)水平接地体 口=(49.910—39.970e一'?)(21) 一19.960p一". 一0.181+0.005L q一0.365+0.023/S 6拟合公式误差分析 在试验过程中共得到了5700多个试验数据,前 面的每个公式是对300余个试验数据进行回归分析 得到的拟合公式.分析表明,各系数的准确度在5 以内. 30.740e--z-s62//)(15)7公式计算结果与试验结果的比较 40.570e—l48o/.)(16) 图2为采用本文推导的公式计算长20m的水平 接地体的结果与文献中的现场试验结果的比较.从 图中可以看出,计算结果明显低于《接地规程SDJ8 — 79》0的值,而与湖北中试所及前苏联的A.n. ]~.HHep等的现场试验结果相近"].本研究结果及 国内外的现场试验结果都比《接地规程SDJ8—79》 12PowerSystemTechnologyVoI_2ONo.6 中的值低因此本文的结果可以为修订《接地规程》 提供参考. 1?.厦-甚巩~1Il1.,P一…… 2.史[8]的塘暴 ?a3a.…~.LO…JmJm=m0m} 【 图2奉文计算结果与文献中现场试验结果的比较 Fig.2Comparisonofcalculatonresultsto thefieldtestresults .一毒器I2l挈:结果. 4一本文结果,5一文献[7]的结果 8接地装置形状的选择 输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻除了与 雷电流幅值L,土壤电阻率P,接地装置的几何尺寸 L有关外,接地装置的形状对其也有很大的影响.设 计时选择适当的形状,有利于设计出冲击接地电阻 值低的接地装置. n)采用单根水平接地体时,在土壤电阻率P和 雷电流幅值J相同的情况下,中点引流的接地装置 比端点引流的接地装置的冲击接地电阻低,通常端 点引流的接地装置的冲击接地电阻比中点引流的接 地体的冲击接地电阻高1.18倍. (2)从获得较低的接地电阻来说,复合接地装 置的效果最好,因为它能立体地流散雷电流;考虑 到既要获得低的接地电阻,又要节约材料,宜采用 垂直接地体}如果施工比较困难,建议采用井字形 接地装置.这种接地装置可以利用塔基沿四角引出 四条水平接地体,施工简单,效果也好. 9参考文献 1何金良,睬先禄.输电线路杆塔接地装置冲击特性的攥擤试验原 理.清华大学,1994}34(4)I38—43 2何金良.辖电线路杆塔接地装置冲击特性的研究学位论文,重 庆大学电气工程系.1991 3SDJ8—79.电力设备接地设计技术规程.水利电力出版牡,1979 4BellaschiPL.Impulseand60一cy~l亡ckaraeterlstic~0driven ground—IAIEETrans~ctions,1942'81t349—363 5BellaschiPL.Impulseand60一cy~lecharacterlsticsodriven ground—I.AIEETransactions,1942'62t333—349 6文闽成n厶高电阻卓土壤中接地体冲击特性的试验.电力技术, 1965I(6) 7刘继t.长效化学障阻剂接地体大电流冲击特性的研究.高电 压技术,1981,(4) XspaKvep.vr~ HH~MHeHmMHMb .mHlIed'?,1971I(5) 收稿日期,1905—10—08I改回日期:1995—12--22. 陈先禄副教授,1966年重庆大学本科毕业留控任教,从事电 力系统过电压受其防护接地技术等方面的研究工作, 何金良讲师,1994年3月在清华大学获博士学位.从事电压丑 其仿真,接地技术,电磁兼容等方面的研究工作. 黄勇讲师. 张金玉高级工程师. 国家科委发布软科学研究成果评审办法 最近国家科委发布了软科学研究成果评审办法,对软科 学成果的评审做出了具体规定(电力部在近期转发了该办 法),主要内窖有: 一 软科学成果评审由科技行敢管理机关聘请同行专 家,按照规定的办法程序和对软科学成果进行审查评 价,并做出相应结论. 二软科学成果的评审工作由国家科委各地方科委和 国务院各部门的科技成果管理机构归口管理. 三,软科学成果的评审实行分级管理.执行国家软科学 研究计划取得的软科学成果,由国家科委软科学管理机掏会 同科技成果管理机构组织评审或委托地方科委及国务院有 关部门的管理机构组织评审. 执行国务院各部门,各地方软科学研究计划取得的成 果,由部门和地方相应管理机构组织评审. 未列入各级软科学研究计捌的一般软科学研究项目,以 台同约定的验收方式进行验收. 四,软科学成果评审采取会议和通信两种形式,由组织 评审单位根据成果特点选择采用. 《办法》还对参加评审专家的资格,软科学成果的评价标 准,评审程序,评审管理等做出了具体规定. (电力部科技司奎晓华供稿) 叭叭