CN110957588A - 一种高土壤电阻率地区的接地装置及接地电阻计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高土壤电阻率地区的接地装置及接地电阻计算方法，属于高压输变电技术领域，接地装置包括接地面板，所述接地面板为长方形面板，所述接地面板垂直埋入地中；通过计算公式能够精确的计算出接地面板在水平x轴上的场强、电位和接地电阻；本发明通过降低从接地面板过渡到土壤的电流密度来降低接地电阻，该新的计算方法能够具体计算出高土壤电阻率地区用长方形面板做接地装置时接地电阻的阻值，实现了面板接地装置的电阻精确计算，从而从根本上解决了高土壤电阻率地区的接地电阻问题。

Description

一种高土壤电阻率地区的接地装置及接地电阻计算方法

技术领域

本发明涉及高压输变电技术领域，具体涉及一种高土壤电阻率地区的接地装置及接地电阻计算方法。

背景技术

在雷电流冲击接地方面，我国大部分输电线路都处在多雷区，雷害事故是电网事故主要组成部分，极大的影响电网的安全运行稳定，降低接地电阻是提高输电线路的耐雷水平主要方法及措施。

目前的接地装置，选用的材料都是￠10～16圆钢，型式一般水平单根放射式、水平星多根放射式、水平网状、单根垂直接地，这些接地装置设计在高土壤电阻率地区很难满足设计要求。复合式的没有参考的成熟的计算方法，往往就是增加接地体的埋设量，这样接地体间相互屏蔽没有办法计算。规程规定在2000Ω·m以上土壤电阻率地区，接地体用6∽8根不超过500米的放射性接地体或连续伸长接地体，且接地电阻不受限制。接地电阻过大是耐雷水平达不到设计要求根本原因，增加雷击跳闸率，为运行留下隐患。

在工频接地方面，在许多领域如直接接地的变电站要求接地电阻小于0.5Ω，甚至有些工程要求接地电阻更低。一些大型接地方法除网状外没有计算方法可遵循，即使能够准确的测出土壤电阻率，也是凑数式的扩大接地网。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种高土壤电阻率地区的接地装置及接地电阻计算方法，解决了目前输电线路所在地域土壤电阻率高导致接地电阻时，无法对接地电阻进行降低和计算的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种高土壤电阻率地区的接地装置，包括接地面板，所述接地面板为长方形面板，所述接地面板垂直埋入地中。

进一步的，所述接地面板上设置有接地孔。

进一步的，所述接地面板顶部距地面的高度大于0.3m。

进一步的，所述接地面板上设置有吊耳。

进一步的，所述接地面板的弯折角度大于150°。

进一步的，所述接地面板中心连接主接地网的中心。

一种高土壤电阻率地区的接地电阻计算方法，包括以下步骤：

步骤1：计算接地面板(1)x轴上任一点P沿x正方向的场强

采用的公式如下：

其中，令接地面板(1)长边中心点为原点0，以接地面板(1)长边方向为y方向，以垂直于y方向的水平方向为x方向，以垂直于y方向的竖直方向为z方向，a表示接地面板(1)的短边长度，b表示接地面板(1)的长边长度，ρ₀表示土壤电阻率，

表示x方向上场强的单位向量，σ表示平面电流密度，ρ表示x轴上任意点P点距原点0的距离；

步骤2：利用P点沿x正方向的场强

计算P点与0点的电位差U；

步骤3：利用所述电位差U计算接地电阻R，公式如下：

I＝ab.σ (4)；

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过降低从接地面板过渡到土壤的面板电流密度来降低接地电阻，该新的计算方法能够具体计算出高土壤电阻率地区中采用长方形面板的接地装置的接地电阻阻值，实现了面板接地体的电阻精确计算，从而从根本上解决了高土壤电阻率地区的复杂接地网接地电阻的计算问题。

2.本发明从根本上提高了高土壤电阻率地区的防雷接地效果，减少雷击跳闸事故的发生率，并减少了接地成本，降低雷害事故，减少人员伤亡和设备损失。

3.本发明有利于电网的安全运行，安全可靠的供电。

4.本发明占地面积小，可以忽略不计，钢材用量小，不论是野外复杂地区还是城市，都能进行铺设。

5.本发明不仅对冲击电流下的接地电阻适用，同时对工频电流的接地电阻也适用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的示意图；

图2为本发明P点场强计算示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种高土壤电阻率地区的接地装置，包括接地面板1，所述接地面板1为长方形面板，长方形面板的尺寸根据当地安装和地质条件计算后得出，所述接地面板1垂直埋入地中，为了保护和安全，埋设时接地面板1顶部距地面的高度大于0.3m，埋设深度也与当地安装和地质条件有关。

所述接地面板1上设置有接地孔，所述接地孔用于与接地设备连接，接地孔包括两种类型，第一种为设置在接地面板1上的接地孔，该接地孔每10米设置一个，接地孔的直径为17.5mm，该接地孔距离接地面板1上边沿25mm，沿竖直方向上间隔50mm设置两个接地孔；还有一种类型的接地孔2设置在钢板上，钢板与接地面板1连接，钢板为热镀锌钢板，直径也为17.5mm。

为了便于运输，所述接地面板1上设置有吊耳，吊耳设置在每块接地面板1的2/3以上高度的地方，个数根据面板的长度来决定。

接地面板1的形状一般为长方形矩形，接地面板1之间采用焊接方式，但因地形需要弯折，弯折角度大于150°；在工频接地网中，假如布置困难，接地面板1之间也可直接采用四根以上扁铁焊接连接，焊接点符合焊接规程即可。

所述接地面板1中心连接主接地网的中心，即以主接地网中心向两边敷设。

实施例2

本实施例基于实施例1，公开了一种高土壤电阻率地区的接地电阻计算方法，包括以下步骤：

步骤1：计算接地面板x轴上任一点P沿x正方向的场强

采用的公式如下：

其中，令接地面板长边中心点为原点0，以接地面板长边方向为y方向，以垂直于y方向的水平方向为x方向，以垂直于y方向的竖直方向为z方向，a表示接地面板的短边长度，b表示接地面板的长边长度，ρ₀表示土壤电阻率，

表示x方向上场强的单位向量，σ表示平面电流密度，ρ表示x轴上任意点P点距原点0的距离；

场强

具体的推导过程如下：

在面板上任选一点Q，Q点对P点场强为：

方向由Q点指向P点；

在接地面板上选取一个小微元面Δs，由于是微元面，则将其视为点，此微元面对点P产生的场强为

将面板分解成很多微元，则面板上的小微元对P点的场强为各微元对P点场强的矢量和：

由于微元关于z轴对称，微元与其关于z轴对称的微元对P点产生的场强的矢量和沿y轴的相互抵消，只剩下沿x轴方向的矢量微元和沿z轴方向的矢量微元，根据需要这里只算x方向的场强。微元ds对P点场强方向与x轴的夹角为α；

其中，Q(0，y，z)，P(ρ，0，0)，

ds＝dy·dz；

因此

令

ρ²+y²+z²＝ρ²+z²+(ρ²+z²)tan²θ＝(ρ²+z²)sec²θ，

因此(10)式变换为

由于

因此(11)式变换为

由于

则(12)式变换为

又由于

因此(13)式变换为

由于Q点关于z轴具有对称点，因此对P点的作用相同，

步骤2：利用P点沿x正方向的场强

计算P点与0点的电位差U；

令A＝4b²+a²，B＝ab，A、B为常数；

则将A、B代入(16)式中有：

(17)式中，

令

4ρ²＝t²-A

代入(18)式得到

由于

若，ρ取0时，

若，ρ取ρ时，

则(19)式变换为

则

则

步骤3：利用所述电位差U计算接地电阻R，公式如下：

I＝ab·σ(24)；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高土壤电阻率地区的接地装置，其特征在于：包括接地面板(1)，所述接地面板(1)为长方形面板，所述接地面板(1)垂直埋入地中。

2.根据权利要求1所述的一种高土壤电阻率地区的接地装置，其特征在于：所述接地面板(1)上设置有接地孔(2)。

3.根据权利要求1所述的一种高土壤电阻率地区的接地装置，其特征在于：所述接地面板(1)顶部距地面的高度大于0.3m。

4.根据权利要求1所述的一种高土壤电阻率地区的接地装置，其特征在于：所述接地面板(1)上设置有吊耳。

5.根据权利要求1所述的一种高土壤电阻率地区的接地装置，其特征在于：所述接地面板(1)的弯折角度大于150°。

6.根据权利要求1所述的一种高土壤电阻率地区的接地装置，其特征在于：所述接地面板(1)中心连接主接地网的中心。

7.基于权利要求1中接地装置的一种高土壤电阻率地区的接地电阻计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：计算接地面板(1)x轴上任一点P沿x正方向的场强

采用的公式如下：

其中，令接地面板(1)长边中心点为原点0，以接地面板(1)长边方向为y方向，以垂直于y方向的水平方向为x方向，以垂直于y方向的竖直方向为z方向；a表示接地面板(1)的短边长度，b表示接地面板(1)的长边长度；ρ₀表示土壤电阻率，

表示x方向上场强的单位向量，σ表示平面电流密度，ρ表示x轴上任意点P点距原点0的距离；

步骤2：利用P点沿x正方向的场强

计算P点与0点的电位差U；

步骤3：利用所述电位差U计算接地电阻R，公式如下：

I＝ab·σ (4)；

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