雷击变电站或输电线路时，大的雷电冲击电流将通过接地系统向大地中流散。由此产生的暂态电磁场可能危及附近的电力设备或工作人员的安全。正确模拟接地装置在雷电流作用下的冲击特性，是维护电力系统安全可靠运行、保障电气设备与运行人员安全的根本保证和重要措施。同时，随着灵敏的电子及数字电路在电力系统中的大量应用，对电力系统电磁环境和电磁兼容的研究越来越重要。过高的电磁场不仅对人身健康产生危害，也会危及到电子设备的灵敏度。 接地装置的冲击特性决定电力系统输电线路的防雷保护效果。土壤在大电流下的冲击特性与接地装置接地性能密切相关，对于土壤的电击穿特性和放电过程的研究便成了接地系统暂态特性研究的一部分。 该文利用X射线胶片拍摄到了目前最清晰的土壤击穿放电图像。并且通过对不同类型的土壤在几种常见的电极下的典型击穿放电图像的分析，进一步揭示了土壤放电特性和击穿机理。通过对不同土壤试品击穿放电时延的分析，定性地得到了冲击电压大小和土壤密度对击穿放电时延的影响规律：即随着施加冲击电压的升高，土壤的击穿放电时延相应减小；随着土壤密度的增大，土壤的击穿放电时延相应增大。文中对土壤的冲击击穿机理进行了全面的分析和总结：当土壤相对比较干燥、水分含量较少时，土壤的击穿主要是由于土壤颗粒之间的空气隙的电击穿引起的；当土壤具有较高的水分含量时，由土壤水分中的热过程引起的击穿开始占主导作用。 该文明确提出了土壤起始放电场强和临界击穿场强的概念、区别及联系，并通过实验进行了验证。土壤的起始放电场强为土壤在冲击电压作用下开始出现火花放电的场强；而土壤临界击穿场强为土壤在冲击电压作用下产生的火花放电区域边缘的场强。土壤的临界击穿场强明显低于其起始放电场强。论文通过大量实验确定了不同类型土壤的起始放电场强大致在3～10kV/cm范围之内，土壤的起始放电场强远低于空气的击穿场强。详细分析了不同因素，如土壤颗粒大小、水分含量、土壤盐分以及土壤密度等，对土壤起始放电场强的影响。试验结果表明，土壤的起始放电场强与土壤的电阻率并没有直接的明确的关系。首次得到了如下结论：宏观上，土壤电阻率随土壤密度的增大而减小，土壤的起始放电场强随土壤密度的增大而增大。 该文提出了土壤在冲击电流作用下放电通道的起始、发展的基于分形理论的随机概率模型，从而对土壤中放电树枝的发展过程进行了有效的分析和模拟，建立起土壤的微观放电机理与其宏观特征之间的联系。土壤的临界击穿场强对放电通道发展具有较大的影响，临界击穿场强越高分形维数越小，相应的放电树枝也越少。 论文提出了能够对土壤非线性电击穿进行有效模拟的基于时变参数的电路暂态模型。论文还对接地体在暂态下的电气参数计算公式进行了详细的推导，推导过程中充分考虑了大地镜像以及导体间互感及互阻的影响。论文分析了不同参数对冲击电流作用下接地系统暂态性能的影响。接地装置的尺寸、土壤电气参数、冲击电流幅值及波前时间等参数，以及不同引流方式都对接地装置暂态特性有很大影响。推荐采用中间引流方式，而不是从接地装置一端引流。得到了计算水平接地体冲击有效长度以及接地网格的冲击有效半径的计算公式，可直接指导工程设计人员进行防雷接地系统的设计和改造。 论文分析了土壤电击穿对接地导体电位分布、空间电磁场、二次电缆芯线上的干扰电压的影响，进一步阐明了在电力系统接地装置冲击特性分析以及对二次设备的干扰分析中，土壤电击穿都是一个不可忽略的重要因素。土壤电击穿将明显降低接地体上各点的电位，其中注入点处的电位降低最为明显，同时将明显减小接地体各点之间的电位差。土壤电击穿对接地体产生的空间电场的影响很大，不可忽略；而相对来说，对空间磁场的影响不大。对于距离雷击点比较近的二次电缆，考虑土壤电击穿将降低电缆的芯皮电位差以及芯线纵向电位差，土壤电击穿的影响不可忽略。