电路法仿真分析水平-垂直接地体模型冲击特性.pdf

MAE现代建筑电气
No 12 Vol I (Serial No, 12)2010
?电气安全?
电路法仿真分析水平-垂直
接地体模型冲击特性
郭云才,王桂臻,杨民
(山东省滨州市防雷中心,山东滨州256612)
摘要:通过建立ATP-EMTP的水平一垂直接地体模型和改变模型参数,用电
路法代替行波法来近似分析接地体电压的变化,并计算冲击接地电阻值。仿真得
出,当土壤电阻率不变时,冲击接地电阻值随接地体尺寸的増加而逐漸减小。在
高土壤电阻率情况下增加接地体长度,对降低冲击接地电阻值具有显著效果
郭云オ(1981-),男,
工程师,从事雷电科
学防护技术工作。
关键词:电路法;接地体模型;冲击接地电阻;仿真分析
中图分类号:TU856文献标志码:A文章编号:1674-8417(2010)12-005604
线性差分电路模型将接地体分割成由n个dx长
引言
度单元组成的等效电路,根据有损导线的分布参
ATP-EMTP是国际通用的计算电磁暂态的数数公式求取接地体不同部分的参数。图1中,
字仿真软件之一。它的基本原理是根据元件的R(4G。分别为有损导线每单位长度的电阻、电
不同特性,建立相应的代数方程、常微分方程和「感、对无穷远零位面的电容,G、G为水平、垂直
偏微分方程,形成节点导纳矩阵。采用优化节点「接地体的电导,其公式如下
编号技术和稀疏矩阵算法,以节点电压为未知
T
量,利用矩阵三角分解法求解,最后求得各支路
0
2rh
的电流、电压和所有消耗的功率和能量。
=烂/n2
(2)
1接地体仿真模型
3
由于雷电冲击的高频特性,接地体可按有损
长线处理,可采用集中参数m型等值电路模型代
C1
4)
0.3
替分布参数线路"。电路如图1所示。
式中1、r、h接地体的长度、半径、深度
Rod
土壤的介电常数
Cod
以一土壤的导磁系数
p--土壤电阻率
考虑雷电的高频特性,在雷电流作用下,R
图1冲击接地系统仿真原理图
=ol,故可忽略接地体的电阻。
接地体的冲击接地电阻的计算可以利用非
王桂臻(1978-),女,助理工程师,从事气象科技服务工作。
杨民(1960一),男,高级工程师,研究方向为雷电工程设计、防雷检测。
规代建筑电气MAE
?电气安全
No 12 VolI (Serial No 12)2010
1.1水平一垂直接地体雷电冲击仿真系统
1.2水平接地体等值 ATPDRAW仿真电路
选取埋于土壤深度为0.5m,长度为5、10、
根据接地体的分布参数等值原理,以5m长
20、30、40、50m的水平接地体和每5m设置垂直
的水平接地体和2.5m长垂直接地极组成的水
接地体的水平一垂直接地系统,从接地体的水平
平-垂直接地系统,相应的 ATPDRAW电路如图4
正中间引入幅值为20kA、1.2/50s的冲击电流
所示。
波。电流模型为
(/r1)
、 exp(-4r2)(5)
+(tァ
LINERL 2
式中一峰值电流
k一峰值电流的修正系数
t-时间
laor必
需电流
r1、T2一前段、尾迹时间常数
在 ATPDRAW中对应 Heidler雷电流模型。
图4水平-垂直接地系统等值电路图
CB50057~-1994(2000年版)《建筑物防雷
1.3水平接地体等值电路仿真数据
设计规范》在接地设计中的要求:水平及垂直接
本文选取的水平接地体长度为5、10、20、30、
地极的埋深大于0.5m,垂直布置的接地极间的
0、50m,r=0.8cm,h=0.5m,dx=2.5m。代人
距离不小于5m,长度2.5m。当两接地极间的
式(1)~式(4),可得单位长度dx=2.5m的电路
间距≥10m时,互感低于自感的5%,可以忽略
单元的参数为
互感的。因此,在该仿真模型中只考虑相邻垂直
Go =1.02/p S/M
的接地体之间存在的互感。可以用双m型等效
Lo=1.09×10°H/M
电路(见图2)表示出接地体单元之间的互感2。
C。=8.13×10F/M
G1=1.22/pS/M
Godr
相邻垂直的接地极之间的互感为M12=
1.25×10-7H/M,土壤电阻率选取50、250、500、
1000·m,冲击电流幅值为20kA、波头时间为
1.2s、波长时间为50s的 Heidler雷电流模型
Coat Godt I
仿真波形如图5所示。
20
图2接地体单元的双m型等效电路
M
4(k-1++ln
式中k垂直接地极的间距与长度比
根据数学模型,运用 ATPDRAW中的 LINERL
2元件,模拟接地体的自感和互感。水平ー垂直
0
0.04
0.060.080.10
接地体冲击系统模型如图3所示。
图520kA冲击雷电流波形
冲击电流
地面
2计算结果及数据分析
图6所示波形从上至下依次为长5、10、20
图3水平一垂直接地系统模型
3040、50m的水平接地体和每5m设置垂直接
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