CN206725706U - 一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，其可以从三维角度准确测量接地体在高幅值冲击电流作用下对土壤的火花放电现象，实现“接地体‑土壤”组合间隙火花放电时的电树枝实时三维拍摄。采用本实用新型所述的测量装置拍摄成功率高，效果清晰，击穿半径可测，同时具备可拆卸组装，不占用试验场地面积，操作方便易行等优点。

Description

一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统防雷接地的技术领域，尤其涉及一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置。

背景技术

接地网是发电站、变电站以及高压输电线路等电力领域中基本的过电压防护设施，保证电力系统短路大电流及雷电流泄放至大地，减少对电力运行人员安全及电力设备的过电压损害。长期以来，电力系统接地领域通常以工频接地电阻作为评定接地网接地特性的唯一参数，实际上，当短路电流或雷电流通过接地体散流时，接地体往往体现出电感效应、电容效应以及火花放电效应，接地网在诸多电磁特性的影响下，其接地阻抗值与工频接地电阻值差异较大，接地体的冲击接地特性更符合接地散流物理过程本身。近些年，电力系统对接地网在冲击电流作用下体现出的冲击接地特性愈发重视，并逐渐将冲击接地阻抗作为评价接地网接地性能的重要指标。

在对接地网大幅值雷电流或短路电流作用下的电感效应、电容效应以及火花放电效应进行分析或测试时，前两种一般通过成熟的电网络理论分析可以实现精准的测量，而接地体在土壤中的火花放电效应是影响冲击接地阻抗的最重要的过程，该过程时间短暂且机理极为复杂，涉及到电学、磁学、热学以及地质学等多个领域，目前国内外尚无数学或物理模型描述此放电过程，只能通过物理模拟试验进行分析测试。以往电力系统在进行此试验时均采用X光影像技术，但该技术需在绝对暗光下进行试验布置，且只能进行二维成像的拍摄，通过多点埋设感光胶片拍摄放电树枝，然后大致估算各个点的火电放电强弱程度从而分析整个接地体的火花放电物理过程。该过程实施难度大，成功率极低，成本较高，且只能近似估算，无法实现完整性的接地体火花放电物理过程的拍摄。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，可以方便且精确地对电力系统防雷接地体火花放电现象进行三维观察及测量。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，包括：

接地箱，其为由四侧箱壁以及底层箱板组成的上端开口的透明箱体；

在所述接地箱内部，在所述底层箱板或/及四侧箱壁覆盖设置有放电极板，所述放电极板通过接地线接地；

在所述接地箱内部设置有接地体，所述接地体一端悬空，另一端与一连接线相连接，且所述连接体与所述连接线连接处套设有绝缘套管，所述接地体与所述箱体四侧箱壁以及底层箱板均存在放电间隙；

模拟土壤，盛放在所述接地箱中并覆盖所述接地体，且所述绝缘套管至少一部份露出所述模拟土壤的上表面。

其中，所述接地箱的四侧箱壁以及底层箱板采用透明亚克力材料组成，其四侧箱壁之间由绝缘螺栓相固定，其底层箱底与箱壁之间由凹槽型轨道连接，所述绝缘螺栓采用环氧树脂、尼龙、聚四氟乙烯或亚克力材料。

其中，所述接地体采用圆钢、扁钢、镀锌钢、铜覆钢、铜或柔性石墨复合接地材料。

其中，所述放电极板是贴在箱壁和箱底的金属板，与接地体组成放电间隙，所述放电极板通过铁皮或铜箔剪裁制备。

其中，所述模拟土壤通过琼脂粉与沸水混合制备而成。

其中，所述连接线一端与电源相连接，另一端与接地体相连接，所述连接线与接地体之间可采用接线鼻或螺栓固定，其材质为铜绞线；所述绝缘套管采用高压绝缘材料，包括环氧树脂、尼龙、玻璃钢、特氟龙材料中之一种。

实施本实用新型，具有如下的有益效果：

本实用新型提供一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，可以模拟电力系统接地网冲击接地阻抗以及火花放电现象，可以在模拟土壤中产生清晰的火花放电树枝痕迹，从而可以对该火花放电树枝痕迹进行三维拍摄测量，采用这种方式拍摄成功率高，拍摄效果清晰，击穿半径可测；同时具备可拆卸组装，不占用试验场地面积，操作方便易行等优点；

故采用本实用新型提供的装置，可以对火花放电现象进行精确描述与测量，为电力系统接地网的设计与施工提供有力保障，其满足可靠、便捷的施工要求，具有重要的实际工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中接地箱的箱底与箱壁配合的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型涉及一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置及方法，主要涉及一种电力系统发电站、变电站、输电线路等场合在进行防雷接地体的设计、施工与试验时所需的试验装置，该装置能从三维角度准确观测接地体在高幅值冲击电流作用下对土壤的火花放电现象。

如图1所示，示出了本实用新型提供的一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置一个实施例的示意图，同时一并结合图2所示。在该实施例，该三维测量装置包括：

接地箱1，其为由四侧箱壁10以及底层箱板11组成的上端开口的透明箱体，具体地，所述接地箱的四侧箱壁10以及底层箱板11采用透明亚克力材料组成，其四侧箱壁10之间由绝缘螺栓相固定，其底层箱底11与箱壁10之间由凹槽型轨道100连接（请参见图2所示），所述绝缘螺栓采用环氧树脂、尼龙、聚四氟乙烯或亚克力材料制成；在一个具体的例子中，该接地箱1的长度取0.5m~2m，宽度为0.5m~2m，高度为0.5~1m，接地箱1各箱壁采用20mm厚度的透明亚克力玻璃制备，通过对板材穿孔连接各箱壁，绝缘螺栓直径为12mm，螺纹长度为40mm，左右两侧箱壁的导轨的深度为10mm，高度为11mm；可以理解的是，上述尺寸仅为举例，且各箱壁之间的缝隙可在外部用透明胶带进行密封处理；

在所述接地箱1的内部，在所述底层箱板11或/及四侧箱壁上覆盖设置有放电极板3，所述放电极板3通过接地线4接地；图1中示出在底层箱板11上设置放电极板3，可以理解的是，所述放电极板11也可以同时设置在箱壁上，具体地，所述放电极板3是贴在箱壁或/及箱底的金属板，可以是采用诸如厚度0.3~1mm铁皮或铜箔剪裁制备而成的金属板，例如，在一个例子中，可以采用厚度0.8mm的铜箔；所述接地线4可以采用铜绞线，用于将实现试验冲击电流泄放至大地；

在所述接地箱内部设置有接地体20，所述接地体20一端悬空，另一端与一连接线21相连接，且所述连接体20与所述连接线21连接处套设有绝缘套管22，所述接地体20与所述箱体四侧箱壁10以及底层箱板11均存在放电间隙；其中，所述接地体20采用圆钢、扁钢、镀锌钢、铜覆钢、铜以及柔性石墨复合接地材料，其长度小于接地箱的总长，一般可以取接地箱总长的80%左右，接地体与各箱壁或箱底之间的距离应在10cm以上；具体地，所述连接线21一端与电源相连接，另一端与接地体20相连接，所述连接线21与接地体20之间可采用接线鼻或螺栓固定，其材质可以为铜绞线，截面积一般在30mm²以上，所述绝缘套管22采用高压绝缘材料，包括环氧树脂、尼龙、玻璃钢、特氟龙等材料绝，以保证连接线21与模拟土壤之间的可靠绝缘，其管壁厚度一般不小于5mm；

模拟土壤（未示出），用于模拟火花放电时的土壤介质，其盛放在所述接地箱1中并覆盖所述接地体20，且所述绝缘套管22至少一部份（如20cm以上）露出所述模拟土壤的上表面，一般可以采用琼脂粉加入沸水中配置，并凝固而成。

同时，下面说明一下本实用新型实施例的工作原理，具体地，包括如下步骤：

步骤一、组装如图1所示的接地箱1，并在接地箱1内覆盖放电极板3，将放电极板3与接电线4相连接；

步骤二、将接地体20远离连接线21的一端用绝缘线（如细棉线）悬挂在接地箱1的中心位置，使得接地体20整体保持水平状态；

步骤三、将琼脂粉按照适量比加入至沸水中，搅拌均匀形成透明粘稠状胶体，倒入连接完毕的接地箱1中，使所述粘稠状胶体覆盖所述接地体20及绝缘套管22的一部分，并使绝缘套管22至少一部份露出所述粘稠状胶体的上表面；

步骤四、将整个接地箱1静置自然冷却至室温，使胶体凝固至透明固态，再静置预定时间（如24小时）形成模拟土壤；

步骤五、将冲击电流发生器接线端连接接地箱的连接线，连接完成后，并启动试验电流，具体地，在一个例子中，将试验电流调至波形2.6/50μs，峰值60kA并启动。使透明胶体中产生清晰的火花放电树枝痕迹，从而可以对该火花放电树枝痕迹进行三维拍摄测量，采用这种方式拍摄成功率高，拍摄效果清晰，击穿半径可测；

可以理解的是，试验之前需调节冲击电流发生器，以保证冲击电流能正常放电。

实施本实用新型，具有如下的有益效果：

本实用新型提供一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，可以模拟电力系统接地网冲击接地阻抗以及火花放电现象，可以在模拟土壤中产生清晰的火花放电树枝痕迹，从而可以对该火花放电树枝痕迹进行三维拍摄测量，采用这种方式拍摄成功率高，拍摄效果清晰，击穿半径可测；故采用本实用新型提供的装置，可以对火花放电现象进行精确描述与测量，为电力系统接地网的设计与施工提供有力保障，其满足可靠、便捷的施工要求，具有重要的实际工程应用价值。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，其特征在于，包括：

接地箱，其为由四侧箱壁以及底层箱板组成的上端开口的透明箱体；

在所述接地箱内部，在所述底层箱板或/及四侧箱壁覆盖设置有放电极板，所述放电极板通过接地线接地；

在所述接地箱内部设置有接地体，所述接地体一端悬空，另一端与一连接线相连接，且所述连接体与所述连接线连接处套设有绝缘套管，所述接地体与所述箱体四侧箱壁以及底层箱板均存在放电间隙；

模拟土壤，盛放在所述接地箱中并覆盖所述接地体，且所述绝缘套管至少一部份露出所述模拟土壤的上表面。

2.如权利要求1所述的一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，其特征在于，所述接地箱的四侧箱壁以及底层箱板采用透明亚克力材料，其四侧箱壁之间由绝缘螺栓相固定，其底层箱底与箱壁之间由凹槽型轨道连接。

3.如权利要求2所述的一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，其特征在于，所述放电极板是贴在箱壁和箱底的金属板，与接地体组成放电间隙，所述放电极板通过铁皮或铜箔剪裁制备。

4.如权利要求3所述的一种电力系统防雷接地体火花放电的三维测量装置，其特征在于，所述连接线一端与电源相连接，另一端与接地体相连接，所述连接线与接地体之间采用接线鼻或螺栓固定。