CN106771930B - 一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置及方法，装置包括回流电极和被试接地棒；回流电极采用同轴金属圆筒结构，回流电极，分三段：两端是对称布置的均压段，中间直线段为测试段；均压段包括依次连接的均压环、四分之一圆弧段和均压直线段；均压直线段与测试段之间通过绝缘圆筒隔开；回流电极轴心放置被试接地棒，被试接地棒与回流电极之间填充土壤；均压段和测试段各通过一条接地线相互连接，最后通过接地线接地；雷电冲击发生器高压输出端接在被试接地棒上，低压输出端接在回流电极的接地线上。利用本发明能够获得土壤中线‑板间隙放电下的电压、电流关系，用于评估测量接地导体周围土壤放电特性，指导接地工程建设。

Description

一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置和方法

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，特别涉及一种用于测量接地导体周围土壤放电的电压、电流关系的装置。

背景技术

在电力系统中，为了工作和安全的需要，常需将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。

电力系统接地就其目的来说可分为工作接地、防雷接地和保护接地三种。其中防雷接地是为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地。

由于雷电流很大，通过接地装置集中散流入地时会在土壤中产生很高的电位梯度，超过土壤的耐受场强时，土壤中将会出现放电现象。土壤的放电现象将大大影响接地装置的雷电冲击特性，导致冲击接地阻抗呈时变和频变混合的非线性变化，并进而影响避雷针、避雷线和避雷器的防雷特性。因此非常有必要研究接地棒周围土壤冲击放电特性。

目前针对土壤的放电研究存在如下两方面的问题：

1、主要研究工频下土壤的放电特性，缺乏雷击暂态情况下土壤放电特性的研究；

2、放电间隙的形式主要为尖端-极板、尖端-尖端、球面-球面，而实际组成接地装置的接地极通常为棒状(线材型，如线路杆塔接地材料)或扁带形(扁带材型，如大型接地装置的接地材料)，缺乏线材-极板间隙的放电特性试验。

由于线材-极板间隙与尖端-极板、尖端-尖端、球面-球面间隙完全不同，需要开发相应的观测接地极周围土壤冲击放电特性的装置，研究接地极周围土壤冲击放电特性的测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置和方法，用于评估测量接地导体周围土壤放电特性，指导接地工程建设。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置，包括回流电极和被试接地棒；回流电极采用同轴金属圆筒结构，回流电极，分三段：两端是对称布置的均压段，中间直线段为测试段；均压段包括依次连接的均压环、四分之一圆弧段和均压直线段；均压直线段与测试段之间通过绝缘圆筒隔开；回流电极轴心放置被试接地棒，被试接地棒与回流电极之间填充土壤；均压段和测试段各通过一条接地线相互连接，最后通过接地线接地；雷电冲击发生器高压输出端接在被试接地棒上，低压输出端接在回流电极的接地线上。

进一步的，回流电极竖直放置于绝缘台上，绝缘台包括绝缘支撑盘和支撑绝缘支撑盘的绝缘支撑柱；绝缘支撑盘中部钻孔，供被试接地棒穿过。

进一步的，测试段的接地线外周设有用于测试电流的罗氏线圈。

进一步的，还包括用于测量被试接地棒与回流电极之间的电位差的冲击分压器。

一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的方法，包括以下步骤：

1)、将被试接地棒同轴安装于回流电极中，并在回流电极内装满土壤；

2)、将均压段和测试段各通过一条接地线相互连接，最后通过接地线接地；

3)、雷电冲击发生器的高压输出端接在被试接地棒上；

4)、雷电冲击发生器的低压输出端接在回流电极的接地线上；

5)、采用冲击分压器来测量被试接地棒与同轴圆筒结构回流电极之间的电位差；

6)、测量测试段到接地点引线上的冲击电流；

7)、当土壤放电时，采用示波器观测并记录步骤4)、5)中的电压和电流波形；

8)、用相同时刻的电压除以电流，得到某一时刻的电压与电流瞬时比值，从而得到电压与电流比值随时间的变化曲线，即获得了被测接地导体电极周围土壤放电的电压、电流关系。

本发明具备以下特点和优点：

1、可以获得线材-极板间隙下土壤放电的电压、电流关系，其与实际接地体周围的电场环境一致；

2、采用均压段-测试段-均压段的三段同轴圆筒结构，测试仅在测试段进行，保证测试段内电场在测试段沿线方向的电场分布一致；

3、均压段采用向外张开的喇叭口，保证在端部不会发生土壤的沿面放电，土壤放电情况仅集中在测试段。

4、均压段-测试段-均压段之间用绝缘圆筒隔开，仅测量测试段引上的冲击电流，避免了均压段沿线电场不均匀带来的影响。

5、通过测量电压、电流时域波形，可以得到土壤放电的电压、电流关系随时间的变化规律。

附图说明

图1为土壤冲击放电特性测量方法的示意图；

图2为土壤冲击放电特性测量装置的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1及时图2所示，本发明一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置，包括回流电极1和被试接地棒2；回流电极采用同轴金属圆筒结构，轴心放置被试接地棒。

回流电极1采用同轴金属圆筒结构，分三段：两端是对称布置的均压段21，中间直线段22为测试段。均压段21包括依次连接的均压环210、四分之一圆弧段211和均压直线段212；均压直线段212与测试段22之间通过绝缘圆筒24隔开。

均压段21外轮廓由均压直线段和与其相切的向外张开的四分之一圆弧段211构成。均压直线段用以确保测试段内的电场，在测试段沿线方向上电场分布的一致性，向外张开的四分一直圆弧段则保证在端部不会发生土壤的沿面放电，这样，土壤放电情况则可集中在测试段区域。

均压段21与测试段22之间应用一段绝缘圆筒24进行电气隔离，以防止均压段21的土壤放电对测试结果造成影响。

回流电极1和被试接地棒2组成的同轴圆筒结构竖直放置于绝缘台3上，绝缘台3包括绝缘支撑盘31和支撑绝缘支撑盘31的绝缘支撑柱32；绝缘支撑盘31中部钻孔30，以使被试接地导体电极(被试接地棒2)顺利穿过。

一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的方法，包括以下步骤：

1)、给同轴圆筒结构装置内装满土壤；

2)、将均压段21和测试段22各通过一条接地线相互连接，最后通过接地线25接地(若测试时地中反击电压影响了其他设备，则可不接地)；

3)、雷电冲击发生器(即试验电源)的高压输出端接在被试接地棒2上；

4)、雷电冲击发生器的低压输出端接在回流电极1的接地线上；

5)、采用冲击分压器来测量被试接地棒2与同轴圆筒结构回流电极1之间的电位差；

6)、采用罗氏线圈由4仅测量测试段22接到接地点引线上的冲击电流；

7)、当土壤放电时，应采用示波器观测并记录步骤4)、5)中的电压和电流波形。

8)、用相同时刻的电压除以电流，即可得到某一时刻的电压与电流瞬时比值(阻抗)，从而得到电压与电流比值随时间的变化曲线来，即获得了被测接地导体电极周围土壤放电的电压、电流关系。

土壤样品冲击特性的测量采用如图1所示的方法。将土壤样品放置在如图2所示的容器内，同步测量施加在土壤两端的电压波形和流过土壤的电流波形。

Claims (3)

1.一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置，其特征在于，包括回流电极(1)和被试接地棒(2)；

回流电极采用同轴金属圆筒结构，回流电极(1)，分三段：两端是对称布置的均压段(21)，中间直线段(22)为测试段；均压段(21)包括依次连接的均压环(210)、四分之一圆弧段(211)和均压直线段(212)；均压直线段(212)与测试段(22)之间通过绝缘圆筒(24)隔开；

回流电极轴心放置被试接地棒(2)，被试接地棒(2)与回流电极(1)之间填充土壤；

均压段(21)和测试段各通过一条接地线相互连接，最后通过接地线接地；

雷电冲击发生器高压输出端接在被试接地棒上，低压输出端接在回流电极的接地线上；

回流电极竖直放置于绝缘台(3)上，绝缘台(3)包括绝缘支撑盘(31)和支撑绝缘支撑盘(31)的绝缘支撑柱(32)；绝缘支撑盘(31)中部钻孔(30)，供被试接地棒(2)穿过；

还包括用于测量被试接地棒(2)与回流电极(1)之间的电位差的冲击分压器。

2.根据权利要求1所述的一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置，其特征在于，测试段的接地线外周设有用于测试电流的罗氏线圈。

3.一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种用于观测接地棒周围土壤冲击放电特性的装置，包括以下步骤：

1)、将被试接地棒同轴安装于回流电极中，并在回流电极内装满土壤；

2)、将均压段和测试段各通过一条接地线相互连接，最后通过接地线接地；

3)、雷电冲击发生器的高压输出端接在被试接地棒上；

4)、雷电冲击发生器的低压输出端接在回流电极的接地线上；

5)、采用冲击分压器来测量被试接地棒与同轴圆筒结构回流电极之间的电位差；

6)、测量测试段到接地点引线上的冲击电流；

7)、当土壤放电时，采用示波器观测并记录步骤4)、5)中的电压和电流波形；

8)、用相同时刻的电压除以电流，得到某一时刻的电压与电流瞬时比值，从而得到电压与电流比值随时间的变化曲线，即获得了被测接地导体电极周围土壤放电的电压、电流关系。