[發明專利]一種適用于輸電線路桿塔接地體雷電沖擊特性的計算方法

在審

• 申請號: 201410117010.3
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103901328A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 路永玲;陶風波;劉洋;周志成
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;汪慶朋

技術領域

本發明涉及一種適用于輸電線路桿塔接地體雷電沖擊特性的計算方法，屬于電力技術領域。

背景技術

由于雷電流的高頻率和高陡度，使得接地體的電感在沖擊特性中有著重要作用，阻止電流向接地體遠方流動，使得沖擊接地系數大于1，即雷電流的電感效應；雷電流的幅值很高，進而增大了土壤中的電場強度，當該電場強度大于土壤的耐受能力時便會發生非線性擊穿，相當于增大了接地體的有效尺寸，此時沖擊接地電阻小于工頻接地電阻，這一特點稱為雷電流的火花效應；當雷電流注入接地體時，就以波的形式沿接地體的各個分支迅速傳播，傳播過程中各個點的電壓和電流波會隨傳播時間的不同而不同，即雷電流的時變特性。國內外對接地體雷電沖擊特性的計算并沒有同時考慮電感效應和火花效應，同時考慮電感效應和火花效應可以反映接地體沖擊接地電阻的時變特性。

目前關于雷電沖擊特性的理論體系主要有四項：有限元方法，傳輸線理論，電磁場理論和電路理論。利用有限元方法求解數理方程，可解決工程實際問題，但在沖擊特性數值計算中有限元法近似地認為接地體周圍土壤的火花放電是均勻的，但實際上火花效應的強弱是隨沖擊電流的瞬時大小而變化的。按照傳輸線理論和電磁場理論建立的模型可以考慮沖擊特性的暫態過程，但兩種理論都沒有考慮接地體在沖擊電流下所呈現的火花效應；而電路理論可以通過建立路的模型計算接地體的暫態特性，但需要正確的理論公式推導，并要將非線性火花放電考慮進去。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種同時考慮電感效應和非線性火花效應的適用于輸電線路桿塔接地體雷電沖擊特性的計算方法，計算過程簡單直觀，工作量小，參數可以靈活改變，為正確研究桿塔接地體沖擊特性提供了快捷手段。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明的方法具體包括以下幾個步驟：

（1）將接地體在沖擊電流作用下的火花放電區域，細分為若干段不同大小的圓柱形；按照非均勻有損傳輸線理論，建立接地體基本電路模型，其中，R_0i、L_i、C_i和G_i分別為每段接地體自身電阻、電感、對地電容及對地電導；

單位長度接地體對地電導的計算

G0=2πρ(lnl22hr-0.61)]]>

其中，h為接地體埋地深度；ρ為接地體周圍的土壤電阻率；r為接地體半徑，當發生火花放電時可用包括火花區在內的等值半徑r_i代替；l為接地體長度；

（2）計算每一段圓柱形的接地體在周圍土壤臨界擊穿時的電流密度J_c為：

Jc=Ecρ=ii2πali]]>

其中：

E_c=241r⁰.²¹⁵

J_c為土壤臨界擊穿時的電流密度，E_c為土壤臨界擊穿場強，i_i為第i段的散流大小，l_i為第i段長度，a為接地體原始半徑；

（3）計算第i段接地體產生火花放電的臨界電流為：