[发明专利]接地模拟试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到防雷接地领域，特指一种接地模拟试验装置及方法。

背景技术

接地装置是防雷技术中最重要的环节之一，发生接地短路故障时，工频接地短路电流和雷电冲击电流在通过接地装置入地时，由于接地极上的电流分布是不均匀的，且随着接地装置的形状、埋深和屏蔽系数等状态参数的不同，接地电流的分布不同，在接地极的局部电流密度达到最大值，造成局部电场场强集中，地电位升高，产生危险的接触电压和跨步电压，此时如果有人在附近活动，就会由接触电压产生接触电流，跨步电压产生跨步电流，对人的生命安全构成威胁，严重时会造成人身伤亡事故。

研究接地短路时所产生接触电压、接触电流、跨步电压和跨步电流等人身安全影响因子不但与短路电流的幅值和短路电流持续时间有关，还与接地装置的布置型式、埋深、形状系数、冲击系数、接地阻抗等状态参数有关，与接地装置四周土壤土质参数及其各向不均匀分布情况有关。为了进行上述研究必须对接地装置通过工频、直流和雷电冲击电流时的散流过程及参数分布进行模拟试验，以了解接地装置的散流规律和火花放电过程。

目前常采用现场实际测量、模拟试验2种方法评估接地装置的性能。

1、实际测量法：由于现场提供冲击大电流有困难，采用实际接地测量的方法测试费用高，操作难度大，而且必须在建成的电网上进行测试，不能在设计过程中采用。

2、模拟试验法：模拟试验投资小，操作简便，能方便改变接地装置模型拓扑结构，采用模拟试验的方法研究接地系统的冲击特性是接地研究的一个重要手段。目前现有的模拟试验法多为地下模拟，即在地下挖一个半球形接地池，用细砂模拟土壤，用埋在砂中的加热器加热细砂来提高土壤电阻率，加水或盐水来降低土壤电阻率。该方法虽然比现场真型小冲击电流更容易实现，但其砂池用铁皮包覆，土壤用细砂模拟，其所采用的都是非透明材料，不便于观测土壤的火花放电现象；其通过对细砂加热以及加水或盐水的方法来模拟土壤电阻率的变化不易于操作且精确度难以掌握；该方法提供的装置固定在一处，无法移动，与大型试验电源连接不方便；该方法也不能体现土壤电阻率沿不同方向的不均匀分布情况。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种操作方便、能有效反应不同接地型式与不同土质情况的接地模拟试验装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：由透明容器、透明液态介质和等值缩小的接地装置模型组成接地模拟试验装置。通过调整透明容器中液态介质的电阻率来模拟土壤电阻率的变化，通过在透明容器中内置水平或垂直的绝缘分隔层来模拟土壤电阻率的不均匀分布，通过改变接地装置模型的形状来模拟不同型式的接地装置，通过外加工频、直流和冲击试验电源，模拟不同接地装置型式或不同土质结构流过工频、直流和雷电冲击电流的散流过程和散流机理，内置采样传感器，测量所需试验参数，通过摄像机记录试验过程。

附图说明

    图1透明容器总图；

图2 透明容器正视剖面图；

图3 透明容器俯视剖面图；

图4 接地装置模型图；

图5接地模拟试验装置接线图。

具体实施方式

如图1所示，将液态透明介质注入透明容器中，模拟接地装置周围的土壤层。可通过改变液态透明介质的电阻率来模拟土壤电阻率的变化。

如图2、3所示，透明容器内设置水平或垂直的绝缘分隔层（具体分隔层数由具体土壤层的结构设定），各分隔层之间用螺母与垫片有效连结，通过在各个分隔层中注入不同电阻率的液态透明介质来模拟土壤电阻率沿不同方向的不均匀分布情况。

如图4所示，接地装置模型用绝缘骨架支撑，将等比例缩小的接地装置模型包括接地极置于透明容器中，在相应埋深处用绝缘骨架固定支撑。组成接地模拟试验装置。可通过改变接地装置模型的形状来模拟不同型式的接地装置。

如图5所示，对接地模拟试验装置（透明容器（4），透明液态介质（5），接地装置模型（3、6））注入直流试验电流、工频试验电流或雷电冲击电流（1），同时连接直流、工频或冲击电压传感器（2），测量接地极相关部位电流密度和电场强度，通过摄像机记录试验过程，研究接地电流的频域特性对接地电流散流规律和电位分布的影响。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：（1）采用透明材料来模拟土壤，便于观察火花放电现象；（2）用透明液态介质来模拟土壤电阻率，能方便准确的模拟土壤电阻率的变化；（3）透明容器内设置绝缘水平或垂直的分隔层，在各个分隔层中注入不同电阻率的液态透明介质可以模拟土壤电阻率沿不同方向的不均匀分布情况；（4）透明容器中内置传感器便于相关参数的采集；（5）接地装置模型底部装有可移动滑轮，方便试验操作；（6）实验室接地模拟试验装置，与现场接地装置可比性强，可以模拟现场不同的地质结构和不同的接地装置型式；（7）本发明是一种结构简单紧凑、可靠性好、安装方便、操作简易、等效性好的接地装置模拟试验装置及方法。