夏长征 陈慈萱
武汉大学电气工程学院 武汉 430072
0 引言
目前，国内外输电线路冲击接地电阻都采用工频接地电阻×冲击系数的方法来确定，冲击系数根据模拟试验方法获得，难以真实反映接地极火花放电特性的过程 。而真型试验方法需要高电压大电流的冲击发生器，在实际上难以解决高雷电流幅值情况下不同长度伸长接地体冲击接地电阻的确定问题。
本文针对上述问题，采用了文［1］提出的对单位长度接地极作真型试验的方法解决了测量问题，找到了确定冲击接地电阻的一个有效途径。
1 确定冲击接地电阻的方法
由于杆塔伸长接地体一般长达数10m，所以考虑接地体上冲击电流的分布按指数规律衰减的特点［2］，截取接地极的一小段来进行实测，可避开对整个电极作真型试验时需要大电流的困难，不必缩小接地极尺寸，得到冲击火花放电的真实过程。同时由于对单位长度电极作试验可在试验室进行，可改变试验电极的半径，选择不同电阻率土壤，调节施加在试验电极上的冲击电压(或冲击电流)，获取与单位长度真实接地极对应的土壤在冲击放电情况下的伏安、火花放电特性，并以此为依据，确定接地极的等效半径和等效埋深来计算接地极的参数，进而采用变参数的链形回路计算不同长度伸长接地体的冲击接地电阻。
2 具体试验实施方案
图1由电容分压器(分压比为416)、管形分流器(电阻为0.009924Ω)和数字存贮示波器构成测量系统，测量作用在试品上的冲击电压和流经试品的电流。采用400kV冲击电压发生器，经整流充电后对试品放电，产生所需幅值的冲击电压波形。同时 ，利用埋设在试品电极周围土壤内的黑白胶卷，测量放电时所产生火花区的大小。
假设伸长接地体按水平方向埋设，从中截取单位长度可近似为在此小段内，泄散电流沿电极轴向均匀分布。由于空气电导率为0，镜像电极泄散电流与流经接地极电流相等，此时，该段接地极周围电场分布情况可用图2截面图来分析。设电极周围土壤为均匀导电媒质，采用叠加原理求得电极表面到电极附近某点A处的电位差为：
式中，φ0为电极表面电位(与镜像电极表面电位相等);φA为任意点A处的电位；i为流经接地极的电流;r1、ｒ2分别为接地极和镜像电极到点A的距离；r0为电极半径；ρ为土壤电阻率；h为接电极埋深。
取φA为任意给定常数，可得电极附近等位面方程为：r1r2=C，当C≥2h2时，该等位面为一椭圆柱面。
根据等位面的特点，取h=0.45m，C=5h2，采用薄铁皮制成长、短半轴分别长1.1m和0.9m，高为0.8m的椭圆柱面形状的试品外电极，外面衬以由砖块和水泥制作的护层，架设在厚木板和绝缘支架上。在椭圆两焦点处放置接地极和镜像电极作为试品的内电极，中间填充所需的土壤。
试验时，外电极作为零电位点接地，冲击电压作用在试品内外电极上。由于实际零电位点在无穷远处，将某一等电位面作为零电位点后，在保证电极周围电场强度不变的前提下，所需冲击电压幅值反而比将零电位点取在无穷远处时要小，这有利于降低对冲击电压发生器容量的需求。
测量火花区时，黑白胶卷如图3(a)布置在接地极的3个方向，每个方向如图3(b)在不同的水平面上按不同的距离埋设胶卷。从接地极3个方向测得的火花成像图可求得火花区的平均半径和中心偏移。
  
3 试验结果
对直径为1cm的真实电极和电阻率ρ=１236Ω·m的土壤进行了实测，测得的火花成像图、冲击电压、电流波形分别见图4、5、6。调节施加在试品上的测量值见表1。根据试验结果经统计分析得到对应的伏安和火花放电特性曲线见图7、8。
 
上述结果中零电位面为电极附近的等电位面，实际电极等值电压为电极表面电位，其值可为：
φ0=φA+U=k.u;k=φ0/u
式中，u为实测电压；k为电压等值比，该值大小取决于A点的电位和接地体的长度。而确定A点电位需要考虑伸长接地体上冲击电流的分布特点，因此必须和冲击接地电阻的计算一起综合考虑。
将图8曲线获得的平均火花半径作为电极等效半径可求得接地极的参数，这些参数是随冲击电压幅值变化的非线性量。结合图7伏安特性曲线可构成冲击接地电阻的计算模型，求取不同长度相同半径接地极在同等土壤条件下的冲击接地电阻。
4 结论
本文所讨论的求取伸长接地体冲击接地电阻的方法在原理上可行。对单位长度真实接地极所作冲击放电试验获得的结果为冲击接地电阻的计算提供了试验依据，据此可采用变参数的分布参数电路求取伸长接地体冲击接地电阻，其结果可较真实地反映接地极的冲击放电过程。
参考文献
1 汤善臣.伸长接地体的研究.北京：北京电力学院研究生毕业论文，1964
2 王保山等.长接地棒/极的冲击电流分布特性.高电压技术，1995，21(1)：70
3 王建国等.垂直接地体冲击电流作用下接地电阻的测量.高电压技术，2000，26(5)：45
4 解广润编.电力系统接地技术.北京：水利电力出版社，1991
5 杨宪章编.电磁场原理.北京：高等教育出版社，1985
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