石墨复合材料、铜、圆钢等防雷接地材料的冲击特性研究

2021-11-30 · 阅读177

0引言

      雷电流流过接地体时所呈现出来的接地电阻称之为冲击接地阻抗,接地材料在雷电流作用下的接地电阻称之为冲击接地阻抗。由于雷电流的特点，即当接地材料中有雷电流通过时，在极短的时间内雷电流以脉冲的形式通过接地材料，这使其与工频接地电阻不同
据统计发现,在2005~2011年间，雷击是造成输电线路发生跳闸和停运事故的主要原因。同时，土壤电阻率较高、雷电活动较频繁等原因会增大雷击事故发生的概率.笔者采用仿真手段,从以下两个方面对石墨复合材料以及铜、圆钢的冲击特性进行对比分析:

1)不考虑火花放电效应时冲击接地阻抗对比分析,使用CDEGS软件分析计算杆塔在雷击条件下的特性和引起的暂态过程。虽不能模拟火花效应,但当冲击电流幅值较小时能较好的反应出伸长接地材料的端部散流特性和电感效应。

2)考虑火花放电效应时冲击接地阻抗对比分析,基于雷电流流经接地材料向大地中散流的特性,使用ATP- EMTP通过建立电路模型的方法进行仿真分析, ATP- EMTP中的控制模块可以较好的模拟火花放电时的非线性特性。

1杆塔接地网冲击接地特性分析仿真模型

冲击接地阻抗时分析电力系统雷击跳闸率和防雷设计的重要因素,当雷电流通过线路流向接地网时,可将这一过程等效为有限长导线，如图1所示。忽略杆塔金属的电阻，当雷击于杆塔顶部时,塔顶处点的雷电过电压值(也称塔顶电位)表示为:

     由式(1)中可以看出,塔顶电位u,与接地材料的冲击接地阻抗密切相关,从而可以得出降低接地材料的冲击接地阻抗可以有效的降低杆塔的雷电.过电压值,这对于降低雷击输电线路的跳闸率有一定帮助

1.1不考虑火花放电效应接地网仿真模型

      利用CDEGS仿真软件接地网冲击接地阻抗进行仿真分析,接地网仿真模型为方框射线型,方框射线型地网，记录方式为FaYb( Fa: 方框边长; Yb:四角延长线长度) ,敷设深度为0.8 m,通过方框的.四角同时向地网注流。本文中主要选用3种接地材料进行对比分析,主要有:直径为φ28 mm的石墨复合接地材料、φ10 mm铜和φ10 mm圆钢,仿真计.算参数见表1所示。
      由图5计算结果可知:3种典型接地材料的冲击接地阻抗之间存在:圆钢>铜>石墨复合接地材料,且随着土壤电阻率的增大,石墨复合接地材料的优势越发明显。在低土壤电阻率下，周围土壤对接地材料的散流阻碍较弱,接地材料将在注流点处就近散流,这使得3种接地材料在低土壤电阻率时的有效长度较短,冲击接地阻抗差异性较小。随着土壤电阻率的增大,相对于电阻率高达几万倍于自己的土壤,接地材料电阻率越低、磁导率越低、直径越大,接地材料的散流能力就越强,表征为接地材料的有效散流长度就越长，导体的利用率越高,冲击接地电阻也就越小。

2.2接地面积对冲 击接地阻抗的影响

      选取不同面积的输电线路杆塔接地网,分别针对3种接地材料进行计算分析,得到接地网面积的变化对输电线路杆塔冲击接地阻抗的影响。分别取不同方框和射线的长度,取土壤电阻率为100 n●m, 雷电流幅值为20kA,计算3种材料的冲击接地阻抗,计算结果如图6所示。
      由图6计算结果可知:随着杆塔接地网面积的增大,3种接地材料的冲击接地阻抗均随之减小,3种接地材料的冲击接地阻抗之间存在关系:圆钢>铜>石墨复合接地材料。此外，接地网的冲击接地阻抗随面积的增大下降幅度变缓,其原因是随着接地网面积的增大，在接地网远端的接地材料的散流作用降低,接地材料的有效面积趋于饱和。