CN106597114A - 用于接地材料的模拟接地试验系统及方法 - Google Patents

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柏彬
丁志锋
刘寅莹
黄涛
阮江军
全妤
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Wuhan University WHU
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Wuhan University WHU
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Abstract

本发明公开了一种用于接地材料的模拟接地试验系统及方法，包括模拟槽、接地网和电源；接地网按预设埋深置于模拟槽内，模拟槽内铺满砂土，电源与接地网通过导线连接；所述的模拟槽通过在平地上开挖获得。本发明基于电磁场理论和相似原理，推导出模拟试验时各相关量间的比例关系，从而将大型试验等效转化为小型模拟试验。采用本发明可直接在有限区域内对大型接地网进行接地电阻测量、新接地材料试验、降阻剂测试、接地特性研究等一系列模拟试验。本发明可保证试验效果与真型试验一致；试验场地小，可灵活改变土壤电阻率，可完成试验的种类丰富，包括但不限于工频接地模拟试验、冲击接地模拟试验和接地体长效耐腐蚀试验。

Description

用于接地材料的模拟接地试验系统及方法
技术领域
本发明属于电力系统防雷接地技术领域，尤其涉及一种用于接地材料的模拟接地试验系统及方法。
背景技术
随着电网发展，电力设施建设正逐年增加。我国幅员辽阔，尤其是近年来特高压电网的建设，高电压远距离输电线路跨区域越来越广。以南方地区居多的境内分布有多个落雷密集型区域，多次雷击事故给输电线路的安全可靠运行带来极大威胁。
电力系统接地装置的接地电阻值是评估接地效果的主要参数，特别是输电线路杆塔接地装置的接地电阻直接影响到线路的防雷效果，尤其是对输电线路的耐雷水平影响较大。如何在保证良好经济效益的同时，使土壤电阻率较高地区的输电线路杆塔接地电阻达到规程要求成为电力系统亟待解决的问题。
近年来，随着电力系统接地技术的发展，在接地体材料改进、接地网结构设计、接地网防腐、降阻剂降阻等方面取得了较大的进步，但是对于新型接地材料的试验、接地网的结构设计验证等等仍然面临着诸多困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于接地材料的模拟接地试验系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一、用于接地材料的模拟接地试验系统，包括：
包括模拟槽、接地网和电源；接地网按预设埋深置于模拟槽内，模拟槽内铺满砂土，电源与接地网通过导线连接；所述的模拟槽通过在平地上开挖获得。
进一步的，模拟槽为半球形或立方体形。
电源根据试验目的进行选择，若进行工频模拟接地试验，则电源采用工频电源；若进行冲击模拟接地试验，则电源采用冲击电流产生电源。
进一步的，构成接地网的接地体的最大几何长度不超过模拟槽直径的1/4。
二、用于接地材料的模拟接地试验方法，包括：
(1)通过调节砂土含水量调整砂土的土壤电阻率，使得砂土的土壤电阻率达到预期值；
(2)挖模拟槽，将接地网按预设埋深置于模拟槽，模拟槽内铺满砂；
(3)采用导线连接电源和接地网，电源为接地网注流，对接地网进行模拟试验。
步骤(1)中，通过向砂土注水来改变砂土的土壤电阻率。具体为：向砂土注水，待水分均匀分散并静置24小时后，用土壤电阻率测试仪多次测量砂土的土壤电阻率，以确保砂土的土壤电阻率达到预期值。
进一步的，模拟槽的尺寸依据相似原理设计。
进一步的，模拟电流为工频电流或冲击电流。
进一步的，模拟试验为接地材料电阻测量、降阻剂降组测试或接地材料接地特性研究。
本发明基于电磁场理论和相似原理，推导出模拟试验时各相关量间的比例关系，从而将大型试验等效转化为小型模拟试验。采用本发明可直接在有限区域内对大型接地网进行接地电阻测量、新接地材料试验、降阻剂测试、接地特性研究等一系列模拟试验。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)可保证试验效果与真型试验一致；
(2)试验场地小，可灵活改变土壤电阻率，可完成试验的种类丰富，包括但不限于工频接地模拟试验、冲击接地模拟试验和接地体长效耐腐蚀试验。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为实施例中工频模拟接地试验系统示意图；
图3为实施例中冲击模拟接地试验系统示意图；
图4为实施例中接地材料的电网尺寸示意图。
图中，1-电源，2-导线，3-接地网，4-模拟槽，5-外接电网。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
图1所示为本发明系统的结构示意图，模拟槽(4)为试验场地，接地网(3)按一定的埋深置于模拟槽(4)内，模拟槽(4)内铺满砂土，电源(1)为接地网(3)提供工频电流或冲击电流，见图2～3。
下面将以石墨复合接地材料为例，采用本发明模拟接地试验系统，比较直径28mm的石墨复合接地材料和直径38mm的扩径石墨复合接地材料的冲击系数。基于电磁场理论和相似原理推导模拟试验和真型试验的相关量间的比例关系：
其中：
ρ1和ρ2分别表示模拟试验和真型试验的土壤电阻率；
Eo1和Eo2分别表示模拟试验和真型试验的土壤临界击穿场强；
s1和s2分别表示模拟接地材料和真型接地材料的长度；
t1和t2分别表示模拟试验和真型试验的时长；
Im1和Im2分别表示模拟试验和真型试验的冲击电流幅值；
τ1和τ2分别表示模拟试验和真型试验的波前时间；
R1和R2分别表示模拟试验和真型试验的测量电阻值；
α1和α2分别表示模拟试验和真型试验的冲击系数；
n表示模拟比例尺。
实际的方框带射线型接地体中，方框边长一般为8～15m，射线长度一般为0～60m。模拟试验中接地体最大几何长度不得超过模拟槽直径的1/4。本实施例中，半球形模拟槽直径为8m，因此设定水平接地体的模拟比例尺n＝30:1，方框型接地体的模拟比例尺n＝10:1，方框带射线型接地体的模拟比例尺n＝50:1。
本实施例中，模拟试验选用的接地材料为直径28mm的石墨复合接地材料、直径38mm的扩径石墨复合接地体材料和直径0.8mm的钢丝；接地网见图4，电极型式为方框射线型，模拟比例尺采用50：1，接地材料长度为：a＝15m，l＝10m、20m、30m、40m、50m、60m，注流方式为四点注流，公式(1)中的s1包括这里的a和l。本实施例针对500Ω·m、1000Ω·m、2000Ω·m和4000Ω·m四种土壤电阻率分别开展模拟试验，通过调节砂土含水量调整砂土的土壤电阻率。
工频接地模拟试验的具体步骤如下：
(1)调节砂土含水量使砂土的土壤电阻率调整到预期值。
(2)挖模拟槽，接地网形状见图4。为避免交叉，两种接地材料分别开展模拟试验，不同槽敷设，引下线用绝缘管进行绝缘。
(3)按图2进行接线，模拟试验时通过调节调压器的输出电压，测量接地材料在不同电压下的回路电流，求解接地网的工频接地电阻，记录测量结果。
(4)为验证工频注流法测量的准确性，采用接地电阻测试仪分不同方向测量接地网的接地电阻，记录测量结果。
工频接地模拟试验结束后进行冲击接地模拟试验，冲击接地模拟试验的具体步骤如下：
(1)按图3所示进行接线，试验前确认砂土的土壤电阻率是否达到预期值。
(2)调节冲击电流波形参数至预期值。
(3)采用60kV/10kA冲击电流发生器对接地材料进行注流，采用Pearson线圈(即电流互感器)与分压器采集冲击电流与接地体注流端的电位升。
(4)逐渐增大冲击电流发生器的输出电流，在每个充电电压等级下放电三次，每次间隔时间约为3min。取每个充电电压等级三次试验的测量电压与回路电流的平均值，并利用测量电压与电流的最大值求得该充电电压等级下的冲击接地电阻，记录试验结果。
由于石墨接地材料直径无法按照比例尺缩比，因此最后需对接地电阻值进行修正，得到对应情况下的冲击系数。
以上实施例仅为用于接地材料的模拟接地试验系统的一个实施例，该系统还可进行针对接地材料的其他试验比如接地网结构设计等。

Claims (8)

1.用于接地材料的模拟接地试验系统，其特征是：
包括模拟槽、接地网和电源；接地网按预设埋深置于模拟槽内，模拟槽内铺满砂土，电源与接地网通过导线连接；所述的模拟槽通过在平地上开挖获得。
2.如权利要求1所述的用于接地材料的模拟接地试验系统，其特征是：
所述的模拟槽为半球形或立方体形。
3.如权利要求1所述的用于接地材料的模拟接地试验系统，其特征是：
所述的电源为工频电源或冲击电流产生电源。
4.如权利要求1所述的用于接地材料的模拟接地试验系统，其特征是：
构成接地网的接地体的最大几何长度不超过模拟槽直径的1/4。
5.用于接地材料的模拟接地试验方法，其特征是，包括：
（1）通过调节砂土含水量调整砂土的土壤电阻率，使得砂土的土壤电阻率达到预期值；
（2）挖模拟槽，将接地网按预设埋深置于模拟槽，模拟槽内铺满砂；
（3）采用导线连接电源和接地网，电源为接地网注流，对接地网进行模拟试验。
6.如权利要求5所述的用于接地材料的模拟接地试验方法，其特征是：
所述的模拟槽的尺寸依据相似原理设计。
7.如权利要求5所述的用于接地材料的模拟接地试验方法，其特征是：
所述的模拟电流为工频电流或冲击电流。
8.如权利要求5所述的用于接地材料的模拟接地试验方法，其特征是：
所述的模拟试验为接地材料电阻测量、降阻剂降组测试或接地材料接地特性研究。
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