雷电流冲击下接地体的冲击接地阻抗分析
Analysis of Transient Grounding Resistance of Grounding Conductors under Lightning Impinging Currents
陈加清 1 1.南京解放军理工大学 210007 摘要 采用时域有限差分法 周璧华 1 贺宏兵 1 赵春光 2 2.中国电子科技集团公司第 28 研究所 210007
对四种简单接地体在雷电流冲击下的接地阻抗进行了数值分
析 比较了不同接地体 不同雷电流冲击时间特性情况下的接地阻抗 Abstract: A numerical analysis to the transient grounding resistance of four kinds of simple grounding conductors under impulsed current using FDTD method is presented , The transient grounding resistances of grounding conductors under lightning impinging currents having different time characteristics are compared and discussed. 关键词: 接地 冲击接地阻抗 时域有限差分方法 雷电流
Keywords: Grounding, Transient grounding resistance (TGR), Finite Difference Time Domain (FDTD) method, Lightning current 1 引言 随着信息时代的到来 信息设备的微电子化 高度集成化使之对雷电电磁脉冲 LEMP 越来越敏感 由 LEMP 而导致设备与系统蒙受损失的事件大量增加 且危及范围越来越大
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LEMP 对包括信息设备在内的电子
电气设备的作用主要通过两条途径
一是通过电
线电缆的耦合作用在终端设备的输入或输出端口 产生过电压 过电流 二是以辐射方式 直接作用于设备 在其薄弱环节上产生过电压 过电流 可能对设备形成干扰或毁伤的过 电压 过电流一旦产生 如何通过接地系统将其尽快泄放至关重要 因此 研究 LEMP 泄 Transient 流时接地体的冲击响应对电子 Grounding Resistance 较多 TGR 电气设备及系统的 LEMP 防护设计有重要的实用价值 接地系统的冲击响应可用冲击接地阻抗 来度量 虽然前人对于直流或工频情况下的接地电阻研究 清华大学高延庆何金良等用基于
雷电流通过接地体向大地散流时
但这些研究成果不全适用于 LEMP 泄流时的情况
分布的 时变电路参数的等效电路模型分析了发 变电站接地网格在雷电流作用下的冲击 暂态特性 对于 LEMP 泄流时冲击接地问题的研究得益于计算电磁学的发展 正在不断取 得新的进展 特别是时域有限差分 FDTD 法已成为分析计算此类问题的有力工具 该算 法基于概括电磁场普遍规律的麦克斯韦方程 实质上是在计算机所能提供的离散数值时空 中仿真再现电磁现象的物理过程 做数值分析特别合适
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由于 FDTD 法直接在时域计算 因而用来对 LEMP 问题
例如文献 5 用 FDTD 方法分析了大地电导率 埋深等参数变化
对金属板接地体冲击阻抗的影响 文献 6 用 FDTD 方法分析了高压输电线铁塔塔深及土 壤电导率变化对冲击阻抗的影响 这些都是成功的算例 为了研究在水平接地体上加不同 数量垂直接地体对冲击接地阻抗的影响 本文针对四种简单接地体用 FDTD 法进行了数值
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分析
并研究了雷电流脉冲时间特性[12]对接地体冲击阻抗的影响
2. 接地系统模型 2.1 接地系统建模 国际电工委员会颁布的标准 IEC 62305-3 arrangement 和 B 型配置 Type B arrangement 板状接地极 规范 圆钢
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中将接地极分为 A 型配置
Type A
其中 A 型配置包括水平或垂直接地极 用建筑物基础代
辐射式接地极等
B 型配置包括环形接地极 网状接地极
用的接地极等 本文选取 A 型配置分析其 TGR 所选 4 种接地体模型如图 1 所示 按我国 中的有关规定 埋于土壤中的人工水平接地体和垂直接地体均选用直径为 10mm 的 取水平接地体长度 10m 垂直接地体的长度为 2.5m 垂直接地体间距 5m 水平接

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