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流散电阻、接地电阻和冲击接地电阻的区别与解析

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接地极是我们生活中常见的电气安全设备,它通过将电流引入大地,保障了电气设备的安全运行。那么,如何衡量接地极的性能呢?这就要提到“流散电阻”和“接地电阻”这两个概念。
流散电阻,顾名思义,就是电流在接地极周围扩散时遇到的电阻。它是由接地极的材料、形状以及埋设的深度等因素决定的。简单来说,流散电阻越小,电流扩散得越快,接地效果越好。
接地电阻则是指电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比。它包括了接地线的电阻和流散电阻。在实际情况中,接地线的电阻通常很小,可以忽略不计,因此接地电阻主要取决于流散电阻。
为了提高接地效果,工程师们常常采用多根单一接地极并联的方式,组成复合接地极或接地极组。然而,这种组合在实际应用中会遇到“屏蔽作用”的问题。屏蔽作用指的是,多根接地极相互靠近时,电流流入各接地极会受到限制,从而妨碍电流的扩散,增加了单一接地极的电阻。
由于屏蔽作用,接地极组的流散电阻并不等于各单一接地极流散电阻的简单并联。为了计算接地极组的流散电阻,我们可以采用以下公式:
Rd = Rd1 / (n・η)
其中,Rd为接地极组的流散电阻,Rd1为单一接地极的流散电阻,n为单一接地极的根数,η为接地极的利用系数。利用系数与接地极的形状、单一接地极的根数和位置等因素有关。
在低频、电流密度不大的情况下,接地电阻可以简单地通过稳态公式计算得出。但在雷击等强电流冲击情况下,接地电阻会发生变化。这时,我们称之为冲击接地电阻或冲击电阻。
冲击接地电阻会受到土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等因素的影响。当雷电流通过接地装置时,这些因素会导致土壤电阻率降低,接触面积增大,从而降低了冲击电阻值。
此外,接地装置的冲击电阻是时间的函数。在工程实践中,我们可以通过计算冲击电流的幅值和冲击电阻,来估算冲击电压的幅值。尽管这种计算结果可能会比实际幅值大一些,但为了保证安全,这种方法在实际应用中仍然是非常有效的。
总之,接地极的性能与其流散电阻和冲击电阻密切相关。工程师们需要综合考虑各种因素,选择合适的接地极材料和设计,以确保电气设备的安全运行。接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比,称为流散电阻。
   电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比,称为接地装置的接地电阻,即等于接地线的电阻与流散电阻之和。一般因为接地线的电阻甚小,可以略去不计,因此,可认为接地电阻等于流散电阻。
   为了降低接地电阻,往往用多根的单一接地极以金属体并联连接而组成复合接地极或接地极组。由于各处单一接地极埋置的距离往往等于单一接地极长度而远小于40m,此时,电流流入各单一接地极时,将受到相互的限制,而妨碍电流的流散。换句话说,即等于增加各单一接地极的电阻。这种影响电流流散的现象,称为屏蔽作用,如图 3所示。
  
   由于屏蔽作用,接地极组的流散电阻,并不等于各单一接地极流散电阻的并联值。此时,接地极组的流散电阻
 Rd = Rd1/(n・η)   (1) 
 式中:Rd1──单一接地极的流散电阻
    n ──单一接地极的根数
    η ──接地极的利用系数,它与接地极的形状、单一接地极的根数和位置有关 
   以上所谈的接地电阻,系指在低频、电流密度不大的情况下测得的,或用稳态公式计算得出的电阻值。这与雷击时引入雷电流用的接地装置的工作状态是大不相同的。由于雷电流是个非常强大的冲击波,其幅度往往大到几万甚至几十万安的数值。这样,使流过接地装置的电流密度增大,并受到由于电流冲击特性而产生电感的影响,此时接地电阻称为冲击接地电阻,也可简称冲击电阻.  由于流过接地装置电流密度的增大,以致土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等处发生火花放电现象,这就使土壤的电阻率变小和土壤与接地极间的接触面积增大。结果,相当于加大接地极的尺寸,降低了冲击电阻值。
   长度较长的带形接地装置,由干电感的作用,当超过一定长度时,冲击电阻不再减少,这个极限长度称为有效长度、土壤电阻率越小,雷电流波头越短,则有效长度越短。
   由于各种因素的影响,引入雷电流时接地装置的冲击电阻,乃是时间的函数。接地装置中雷电流增长至幅值IM的时间,是滞后于接地装置的电位达到其最大值 UM 的时间的。但在工程中已知冲击电流的幅值IM和冲击电阻 Rds的条件下,计算冲击电流通过接地极流散时的冲击电压幅值 UM = IM・Rds 。由于实际上电位与电流的最大值发生于不同时间,所以这样计算的幅值常常比实际出现的幅值大一些,是偏于安全的,因此在实际中还是适用的。

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