CN105652160A - 一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法，该方法以电路理论为基础，明确了接地体在雷电流冲击作用下各个基本参数的计算公式，并在现有公式基础上，结合土壤火花放电理论，将非线性火花放电采用电路参数动态变化的计算模型体现出来。本发明的优点是：提出计算思路和方法，可以得出每一小段接地导体在火花放电过程中，该段电流和该段对地电阻之间的非线性关系，从而实现接地电阻随支路电流的瞬时变化，将电感效应，火花效应及雷电流的时变特征同时考虑进去；同时该计算过程简单直观，工作量小，参数可以灵活改变，为正确研究电力设备防雷接地体雷击冲击特性提供了快捷手段。

Description

一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法。

背景技术

随着当今社会经济的飞速发展，电网建设的脚步愈来愈快，全国各地架设电网越来越多，使用的电力设备也越来越多。防雷便是重中之重。由于雷电流的高频率和高坡度，使得接地体的电感在冲击特性中有着重要的作用。目前的雷电冲击特性的计算方法，都没有考虑接地体在冲击电流下所呈现的火花效应。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：将接地体在冲击电流作用下的火花放电区域，细分为若干段不同大小的圆柱形；按照非均匀有损传输线理论，建立接地体基本电路模型，其中，R_0i、L_i、C_i和G_i分别为每段接地体自身电阻、电感、对地电容及对地电导；

单位长度接地体对地电导的计算公式为：

G₀=2π/ρ(ln(l²/2hr)-0.61)，

其中，h为接地体埋地深度；ρ为接地体周围的土壤电阻率；r为接地体半径，当发生火花放电时可用包括火花区在内的等值半径r_i代替；l为接地体长度；

步骤二：计算每一段圆柱形接地体在周围土壤中发生临界击穿时的电流密度J_c，其计算公式为：

J_c=E_c/ρ=i_i/2πal_i，

其中：E_c=241r^0.215,J_c为土壤临界击穿时的电流密度，E_c为土壤临界击穿场强，i_i为第i段的散流大小，l_i为第i段长度，a为接地体原始半径；

步骤三：计算第i段接地体产生火花放电的临界电流的公式为：

i_c=482000πal_i/ρ^0.785，

即当i_i＜i_i时，不发生火花放电；反之，发生火花放电；

步骤四：当发生火花放电时，将其放电区等效为良导体，则第i段火花放电的等效半径为：

r_i=ρi_i/2πl_iE_c,式中i_i随着时间的变化而变化，所以等效半径也随着时间的变化而变化，每一段冲击接地电阻自然随时间变化；

步骤五：计算火花放电时每一段接地体的对地电阻为：

R_i=1/G_i=1/l_iG₀=ρ(In(241πl²l_i/ρ^0.785h)-0.61)/2πl_i-ρInl_i/2πl_i

令另A=ρ(In(241πl²l_i/ρ^0.785h)-0.61)/2πl_i,B=ρInl_i/2πl_i,则：R_i=1/G_i=A-BIni_i，对地电导即为：G_i=1/A-BIni_i,其中a，b均为大于0的待定系数；从而确定了每一段接地体在火花放电过程中，电流与对地电阻/对地电导之间的非线性关系，利用此关系可实现雷电冲击特性的计算。

本发明的优点是：提出计算思路和方法，可以得出每一小段接地导体在火花放电过程中，该段电流和该段对地电阻之间的非线性关系，从而实现接地电阻随支路电流的瞬时变化，将电感效应，火花效应及雷电流的时变特征同时考虑进去；同时该计算过程简单直观，工作量小，参数可以灵活改变，为正确研究电力设备防雷接地体雷击冲击特性提供了快捷手段。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步来介绍本发明。这些实施例子不用于限制本发明的范围。

实施例一

一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：将接地体在冲击电流作用下的火花放电区域，细分为若干段不同大小的圆柱形；按照非均匀有损传输线理论，建立接地体基本电路模型，其中，R_0i、L_i、C_i和G_i分别为每段接地体自身电阻、电感、对地电容及对地电导；

单位长度接地体对地电导的计算公式为：

G₀=2π/ρ(ln(l²/2hr)-0.61)，

其中，h为接地体埋地深度；ρ为接地体周围的土壤电阻率；r为接地体半径，当发生火花放电时可用包括火花区在内的等值半径r_i代替；l为接地体长度；

步骤二：计算每一段圆柱形接地体在周围土壤中发生临界击穿时的电流密度J_c，其计算公式为：

J_c=E_c/ρ=i_i/2πal_i，

其中：E_c=241r^0.215,J_c为土壤临界击穿时的电流密度，E_c为土壤临界击穿场强，i_i为第i段的散流大小，l_i为第i段长度，a为接地体原始半径；

步骤三：计算第i段接地体产生火花放电的临界电流的公式为：

i_c=482000πal_i/ρ^0.785，

即当i_i＜i_i时，不发生火花放电；反之，发生火花放电；

步骤四：当发生火花放电时，将其放电区等效为良导体，则第i段火花放电的等效半径为：

r_i=ρi_i/2πl_iE_c,式中i_i随着时间的变化而变化，所以等效半径也随着时间的变化而变化，每一段冲击接地电阻自然随时间变化；

步骤五：计算火花放电时每一段接地体的对地电阻为：

R_i=1/G_i=1/l_iG₀=ρ(In(241πl²l_i/ρ^0.785h)-0.61)/2πl_i-ρInl_i/2πl_i

令另A=ρ(In(241πl²l_i/ρ^0.785h)-0.61)/2πl_i,B=ρInl_i/2πl_i,则：R_i=1/G_i=A-BIni_i，对地电导即为：G_i=1/A-BIni_i,其中a，b均为大于0的待定系数；从而确定了每一段接地体在火花放电过程中，电流与对地电阻/对地电导之间的非线性关系，利用此关系可实现雷电冲击特性的计算。

Claims (1)

1.一种电力设备防雷接地体雷击冲击特性的计算方法，其特征在于：具体包括以下几个步骤：

步骤一：将接地体在冲击电流作用下的火花放电区域，细分为若干段不同大小的圆柱形；按照非均匀有损传输线理论，建立接地体基本电路模型，其中，R_0i、L_i、C_i和G_i分别为每段接地体自身电阻、电感、对地电容及对地电导；

单位长度接地体对地电导的计算公式为：

G₀=2π/ρ(ln(l²/2hr)-0.61)，

其中，h为接地体埋地深度；ρ为接地体周围的土壤电阻率；r为接地体半径，当发生火花放电时可用包括火花区在内的等值半径r_i代替；l为接地体长度；

步骤二：计算每一段圆柱形接地体在周围土壤中发生临界击穿时的电流密度J_c，其计算公式为：

J_c=E_c/ρ=i_i/2πal_i，

其中：E_c=241r^0.215,J_c为土壤临界击穿时的电流密度，E_c为土壤临界击穿场强，i_i为第i段的散流大小，l_i为第i段长度，a为接地体原始半径；

步骤三：计算第i段接地体产生火花放电的临界电流的公式为：

i_c=482000πal_i/ρ^0.785，

即当i_i＜i_i时，不发生火花放电；反之，发生火花放电；

步骤四：当发生火花放电时，将其放电区等效为良导体，则第i段火花放电的等效半径为：

r_i=ρi_i/2πl_iE_c,式中i_i随着时间的变化而变化，所以等效半径也随着时间的变化而变化，每一段冲击接地电阻自然随时间变化；

步骤五：计算火花放电时每一段接地体的对地电阻为：

R_i=1/G_i=1/l_iG₀=ρ(In(241πl²l_i/ρ^0.785h)-0.61)/2πl_i-ρInl_i/2πl_i

令另A=ρ(In(241πl²l_i/ρ^0.785h)-0.61)/2πl_i,B=ρInl_i/2πl_i,则：R_i=1/G_i=A-BIni_i，对地电导即为：G_i=1/A-BIni_i,其中a，b均为大于0的待定系数；从而确定了每一段接地体在火花放电过程中，电流与对地电阻/对地电导之间的非线性关系，利用此关系可实现雷电冲击特性的计算。