CN102982712B - 模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，包括多个流散模拟器，以及多个接地接口，接地接口的数量比流散模拟器数量多一个，从第二接地接口至倒数第二接地接口的各相邻的两个接地接口之间分别串联一个流散模拟器，第一接地接口与第三接地接口之间串联一个流散模拟器，最后一个接地接口与倒数第三个接地接口之间串联一个流散模拟器，各个流散模拟器混联形成所述大地模拟器，将所有流散模拟器串联的总阻值小于30Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值大于0Ω，等于或小于0.27Ω。该大地模拟器是依据电流在大地中流散原理设计而成，可根据不同接地需求，模拟出不同接地方式下接地回路的流散过程，且能跨步电压的形式展开。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟教学实训装置，尤其涉及一种模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器。
背景技术
目前，有关系统的接地型式及其故障排查的技术培训主要以理论方式进行，很多一线员工不能理解书本上的理论知识，更无法正确掌握相关技能来处理现场所遇到的实际问题。这样就需要进行实验演示实际生活中所遇到的问题来让员工们加深对理论知识的理解，而员工进行跨步电压演示时，只能利用牲畜等进行实验，不仅实验过程繁琐，又增加了实验成本，而一旦员工进入电势分布区域，就会有触电的危险。而现在还没有一种模拟器能模拟大地来演示跨步电压，也没有一种模拟大地的模拟器，能够满足不同接地的需求，模拟出不同接地方式下接地回路的流散过程，更没有一种模拟不同电力配网（IT、TT、TN系统）故障实训装置的大地模拟器。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，该大地模拟器是依据电流在大地中流散原理设计而成，可根据不同接地需求，模拟出不同接地方式下接地回路的流散过程，且能跨步电压的形式展开。
本发明的技术方案是：一种模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，包括多个流散模拟器，以及多个接地接口，接地接口的数量比流散模拟器数量多一个，从第二接地接口至倒数第二接地接口的各相邻的两个接地接口之间分别串联一个流散模拟器，第一接地接口与第三接地接口之间串联一个流散模拟器，最后一个接地接口与倒数第三个接地接口之间串联一个流散模拟器，各个流散模拟器混联形成所述大地模拟器，将所有流散模拟器串联的总阻值小于30Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值大于0Ω，等于或小于0.27Ω。
所述流散模拟器的数量采用六个，六个流散模拟器串联的总阻值不大于10Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值为0.27Ω。
所述流散模拟器采用能承受大功率的小阻值电阻。
所述流散模拟器采用大功率小阻值的金属铝壳电阻。
所述金属铝壳电阻的功率为50W至100W。
本发明的有益效果在于：由于该大地模拟器是依据电流在大地中流散原理设计而成，符合大地流散电场分布，各流散模拟器采用能承受大功率的小阻值电阻，将所有流散模拟器串联的总阻值小于30Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值大于0Ω，等于或小于0.27Ω。根据不同接地需求，该大地模拟器可模拟出工作接地、保护接地、重复接地等不同接地方式下接地回路的流散过程。该大地模拟器，包括多个流散模拟器，以及多个接地接口，接地接口的数量比流散模拟器数量多一个，从第二接地接口至倒数第二接地接口的各相邻的两个接地接口之间分别串联一个流散模拟器，第一接地接口与第三接地接口之间串联一个流散模拟器，最后一个接地接口与倒数第三个接地接口之间串联一个流散模拟器，各个流散模拟器混联形成所述大地模拟器，使得所述大地模拟器可以实现跨步电压的形式。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明跨步电压的形式展开的示意图；
图3为本发明的流散曲线示意图；
图4为本发明模拟工作接地的示意图；
图5为本发明模拟接地电阻小于3Ω的保护接地示意图；
图6为本发明模拟接地电阻小于4Ω的保护接地示意图；
图7为本发明模拟接地电阻小于8Ω的保护接地示意图；
图8为本发明模拟重复接地的示意图。
具体实施方式
参照图1，一种模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，包括多个流散模拟器，以及多个接地接口，接地接口的数量比流散模拟器数量多一个，从第二接地接口至倒数第二接地接口的各相邻的两个接地接口之间分别串联一个流散模拟器，第一接地接口与第三接地接口之间串联一个流散模拟器，最后一个接地接口与倒数第三个接地接口之间串联一个流散模拟器，各个流散模拟器混联形成所述大地模拟器，将所有流散模拟器串联的总阻值小于30Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值大于0Ω，等于或小于0.27Ω。优选实施例的流散模拟器的数量采用六个，分别为第一流散模拟器R1、第二流散模拟器R2、第三流散模拟器R3、第四流散模拟器R4、第五流散模拟器R5、第六流散模拟器R6，接地接口的数量采用七个，分别为第一接地接口ME1、第二接地接口ME2、第三接地接口ME3、第四接地接口ME4、第五接地接口ME5、第六接地接口ME6、第七接地接口ME7，六个流散模拟器串联的总阻值不大于10Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值为0.27Ω。或者，所述流散模拟器的数量采用七个或多个，接地接口的数量始终比流散模拟器的数量多一个，只要将所有流散模拟器串联的总阻值小于30Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值大于0Ω，等于或小于0.27Ω即可。所述流散模拟器采用能承受大功率的小阻值电阻。优选地，所述流散模拟器采用大功率小阻值的金属铝壳电阻。在模拟大地使用环境中短路电流一般小于60A，优选地，所述金属铝壳电阻的功率为50W至100W。所有流散模拟器并联与串联的总阻值是根据流散模拟器电阻公式计算得出来的，所述流散模拟器符合大地流散电场分布，满足大地本身的特性，其值为大地流散电场产生的电流比表现出来。计算流散模拟器电阻的公式为： ，
其中，γ：是介质电导率，这里指的是土壤；L：接地体被大地包围的无限长度；d：接地体的折算为圆柱时的直径。
本实施例中，取γ为1.228，取L 为1米，d为0.05米，根据上述公式得各流散模拟器电阻为1.6Ω。
参照图2，本大地模拟器可以跨步电压形式展示。以优选实施例的大地模拟器为例，火线在A点断开，将断开的火线接到第一接地接口ME1，作为掉落点B，形成第一流散电流，第一流散电流流过第一流散模拟器R1，在第三接地接口ME3处形成新的电位，此时第一接地接口ME1与第三接地接口ME3间形成电位差（跨步电压）U1；第一连接线短接第二接地接口ME2与第四接地接口ME4，第二流散模拟器R2与第三流散模拟器R3并联，第一流散电流分流为第二流散电流、第三流散电流，在第四接地接口ME4处形成新的电位，此时第三接地接口ME3与第四接地接口ME4间形成电位差U2(跨步电压)；第二、三连接线分别短接第四接地接口ME4与第六接地接口ME6、第六接地接口ME6与第七接地接口ME7，第四流散模拟器R4、第五流散模拟器R5和第六流散模拟器R6并联，第二流散电流、第三流散电流在第四接地接口ME4处分流为第四流散电流、第五流散电流、第六流散电流分别流过第四流散模拟器R4、第五流散模拟器R5和第六流散模拟器R6，在第五接地接口ME5处形成新的电位，此时第四接地接口ME4与第五接地接口ME5间形成电位差U3（跨步电压）。
参照图3，图3示意出火线在A点断开，形成流散电流，流散电流从掉落点B向四周流散，在第三接地接口ME3处形成新的电位，此时第一接地接口ME1与第三接地接口ME3间形成电位差（跨步电压）U1；在第四接地接口ME4处形成新的电位，此时第三接地接口ME3与第四接地接口ME4间形成电位差U2(跨步电压)；在第五接地接口ME5处形成新的电位，此时第四接地接口ME4与第五接地接口ME5间形成电位差U3（跨步电压）。从图中可以看出，离接地点B距离越近电位衰减的越快，其电位差越大；离接地点越远电位衰减的越慢，其电位差越小。
参照图4，为工作接地模拟示意图，在零线PEN上引入重复接地线接到本大地模拟器一接地接口，作为重复接地点，在中性点需要接地的地方引入工作接地线接到本大地模拟器的除重复接地点以外的接地接口，作为工作接地点，在C处出现零线PEN断线情况下，将模拟设备8的外壳保护接地线连接零线PEN，如果模拟设备8出现短壳故障，形成碰壳电流，在供电系统中，碰壳电流则通过重复接地线、大地模拟器、工作接地线形成接地回路，一个较优实施例中，在大地模拟器的第一接地接口ME1处引入工作接地线接在中性点需要接地的地方，在大地模拟器的第三接地接口ME3处引入重复接地线，在C处出现零线断线情况下，如果设备出现短壳故障，形成碰壳电流，在供电系统中，碰壳电流则通过重复接地线、第一流散模拟器R1、工作接地线形成接地回路。
在需要接地保护的系统中，将中性点需要接地的地方引入工作接地线接到本大地模拟器的一个接地接口，作为工作接地点，将模拟设备8的外壳保护接地线连接到本大地模拟器的除工作接地点外的其他接地接口，作为保护接地点，如果模拟设备8出现短壳故障，形成碰壳电流，在供电系统中，碰壳电流则通过工作接地线、大地模拟器与外壳保护接地线形成接地回路。
参照图5，为接地电阻小于3Ω的保护接地示意图，一个较优实施例中，将中性点需要接地的地方引入工作接地线接到本大地模拟器的第一接地接口ME1，模拟设备8的外壳保护接地线连接到本大地模拟器的第四接地接口ME4，如果模拟设备8出现短壳故障，形成碰壳电流，在供电系统中，碰壳电流会通过第三流散模拟器R3和第一流散模拟器R1形成接地回路。此时第一流散模拟器R1与第三流散模拟器R3串联，接地电阻为第一流散模拟器R1与第三流散模拟器R3的电阻之和。此时第一流散模拟器R1、第三流散模拟器R3串联模拟出保护接地类的大地。
参照图6，为接地电阻小于4Ω的保护接地示意图，不同设备保护接地接地电阻的大小并不一样，上图为第一模拟流散器R1串联第三模拟流散器R3组成的接地电阻。如在电子、微型机械等行业对接地电阻要求非常小的情况下的一个较优实施例中，将中性点需要接地的地方引入工作接地线接到本大地模拟器的第一接地接口ME1，模拟设备8的外壳保护接地线连接到本大地模拟器的第四接地接口ME4，短接第一接地接口ME1和第二接地接口ME2，即第一流散模拟器R1与第二流散器R2并联之后再与第三流散模拟器R3串联，此种方式将使接地电阻降低为第一模拟流散器R1串联第三模拟流散器R3组成的接地电阻的四分之三。
参照图7，为接地电阻小于8Ω的保护接地示意图，如在对接地电阻大小要求不高的情况下的一个较优实施例中，将中性点需要接地的地方引入工作接地线接到本大地模拟器的第一接地接口ME1，模拟设备8的外壳保护接地线连接到本大地模拟器的第六接地接口ME6。此时，第一流散模拟器R1、第三流散模拟器R3、第四流散模拟器R4、第五流散模拟器R5成串联状态，形成接地回路的接地电阻将等于第一流散模拟器R1、第三流散模拟器R3、第四流散模拟器R4、第五流散模拟器R5的电阻之和。
参照图8，为模拟重复接地的示意图，将模拟设备8的外壳保护接地线连接零线PEN，在中性点需要接地的地方引入工作接地线接到本大地模拟器的一个接地接口，作为工作接地点，在零线PEN上引入一条或多条重复接地线连接到本大地模拟器的除工作接地点外的其他接地接口，作为重复接地点，在D处出现零线PEN断线情况下，如果模拟设备8出现短壳故障，形成碰壳电流，在供电系统中，碰壳电流则通过重复接地线、大地模拟器、工作接地线形成接地回路，一个较优实施例中，在大地模拟器的第一接地接口ME1处引入工作接地线接在中性点需要接地的地方，在大地模拟器的第三接地接口ME3处引入重复接地线，在D处出现零线断线情况下，如果设备出现短壳故障，形成碰壳电流，在供电系统中，碰壳电流将通过模拟设备8的外壳保护接地线流入重复接地线，进入大地模拟器的第三接地接口ME3处，通过第一流散模拟器R1形成重复接地回路。此时回路的接地电阻就等于第一流散模拟器R1的电阻。
Claims (5)
1.一种模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，其特征在于：包括多个流散模拟器，以及多个接地接口，接地接口的数量比流散模拟器数量多一个，从第二接地接口至倒数第二接地接口的各相邻的两个接地接口之间分别串联一个流散模拟器，第一接地接口与第三接地接口之间串联一个流散模拟器，最后一个接地接口与倒数第三个接地接口之间串联一个流散模拟器，各个流散模拟器混联形成所述大地模拟器，将所有流散模拟器串联的总阻值小于30Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值大于0Ω，等于或小于0.27Ω。
2.根据权利要求1所述的模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，其特征在于：所述流散模拟器的数量采用六个，六个流散模拟器串联的总阻值不大于10Ω，将所有流散模拟器并联的总阻值为0.27Ω。
3.根据权利要求1所述的模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，其特征在于：所述流散模拟器采用能承受大功率的小阻值电阻。
4.根据权利要求1或2所述的模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，其特征在于：所述流散模拟器采用大功率小阻值的金属铝壳电阻。
5.根据权利要求4所述的模拟电力配网故障实训装置的大地模拟器，其特征在于：所述金属铝壳电阻的功率为50W至100W。
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