[发明专利]一种基于多性能的新型综合接地系统与构建方法

权利要求书

1.一种基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的基于多性能的新型综合接地系统包括多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体；所述的多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体垂直安装在中空的半球体外球面上，呈发射状排列；所述的半球体的平面朝上，以此为基准方向，复合接地体安装在半球体的平面所在的水平方向，多针式垂直接地体安装在半球体的平面的垂直方向、半球体球面的底部中心位置，等离子接地体垂直安装在与水平方向倾斜45°的半球体球面上；所述的半球体的内球面底部中心位置安装垂直接地极，与多针式垂直接地体在同一垂直线上；

所述的多针式垂直接地体，在垂直接地极外表面上对称环绕安装多个针状放电极，通过内外螺纹固定连接；所述的复合接地体包括内置电极和外层安装外置导电模块，外置导电模块的横切面上水平间隔90°垂直环绕4个垂直的孔隙，孔隙贯穿内置电极；所述的等离子接地体外部为接地管，内部为离子激发模块，接地管的外部安装有循环模块。

2.根据权利要求1所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的内置电极的材料为钢、铜、不锈钢或铜包钢；所述的外置导电模块是以石墨材料混合保湿剂和固化剂，充分震荡均匀，相互融合并进行高温热膨胀，制成膨胀石墨，将膨胀石墨模压或辊压，并选用无机纤维、合成纤维以及水乳型粘合剂，通过辊压、热塑以及成型工艺制备成复合导电材料；所述的内置电极与外置导电模块采用冲压成型工艺制成。

3.根据权利要求1或2所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的接地管内含可逆性缓释电解盐。

4.根据权利要求1或2所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体、复合接地体、等离子接地体与半球体连接时，采用螺纹连接与热熔焊相结合的方式。

5.根据权利要求3所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体、复合接地体、等离子接地体与半球体连接时，采用螺纹连接与热熔焊相结合的方式。

6.根据权利要求1、2或5所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。

7.根据权利要求3所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。

8.根据权利要求4所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。

9.一种基于多性能的新型综合接地系统的构建方法，其特征在于，步骤如下：

(1)运用四电极法测量现场土壤电阻率，运用公式(1)计算各接地体埋入土壤时的工频接地电阻R₁；

R1=ρ2πl(ln8ld-1)---(1)]]>

式中，R₁、ρ、l、d分别为单根接地体接地电阻、土壤电阻率、接地体长度、接地体等效直径；

(2)依据国家标准和变电站运行要求，计算并制定新型综合接地系统的接地电阻R；

(3)通过现场调研确定新型综合接地系统的垂直接地体、水平接地体及斜接地体可埋设的深度，确定各接地体尺寸及结构；

(a)垂直接地体，即多针式垂直接地体，包括针尖放电极及垂直接地极，设计针尖放电极在垂直接地极上的排列规律及数量，构成多针式垂直接地体；

针尖放电极作为接地体的放电结构，其可依据土壤环境要求进行调整数量及排列规律；针尖放电极采用纯铜材料制成，其首端为尖端，其尾端附有外螺纹；

垂直接地极采用铜包钢材料制成，圆柱形结构，顶端附有外螺纹，用于连接固定；垂直接地极内螺纹与针状放电极外螺纹相吻合，沿距离垂直接地极顶端500mm处至距离尖端100mm处，间隔50mm排列4支针尖放电极，且环绕垂直接地极间隔90°垂直连接，构成多针式垂直接地体；

(b)水平接地体，即复合接地体，包括内置电极和外置导电模块；外置导电模块采用非金属防腐材料制成，内置电极采用金属合金材料制成，两者通过成形模具冲压于一体；

内置电极采用铜材料制成，圆柱体结构，电极顶端附有长度为外螺纹，用于连接固定；

外置导电模块采用以柔性石墨导电材料制成，圆筒状结构；导电材料包括石墨、聚丙烯酰胺及导电水泥，按照7:1:2的比例充分混合而成，导电性、可塑性及坚实性较好；在外置导电模块中垂直间隔100mm，环绕圆筒状导电模块设置4个孔隙，水平间隔90°，孔隙呈圆柱状结构，以便于有效散热；

(c)斜接地体即等离子接地体，主要由等离子接地管、离子激发模块及循环模块构成；其内部及外部附有两种负离子填充材料，外部填充材料具有强吸水力，内部填充材料则为电离子化合物；

等离子接地管采用紫铜管材，极管内壁依托陶瓷镀膜技术处理，提高耐强酸、强碱防腐性能；极管外壁通过喷涂一层高分子防腐导电材料，降低电阻率；极管上端和下端分别设计水分吸收孔和离子释放孔；等离子接地管顶端附有长度为外螺纹，用于连接固定；水分吸收孔距离上端40mm，孔径为2.5mm，水平间隔90°环绕接地管设计为4个水分吸收孔；离子释放孔孔径为2mm，距离尖端100mm处，水平间隔90°环绕接地管设计为4个离子释放孔；

离子激发模块内置于等离子接地管中，将可逆性缓释填充剂填充在等离子接地管内部，依据吸水、放水可逆的特性，释放大量离子；离子激发模块通过充分吸收土壤中的水分，发生潮解作用，将活性电离子有效释放到土壤中，促进导体外部缓释降阻，且保持阻值长期稳定，进而使得接地管具备吸水保湿、电离导电、长效缓释功能；

循环模块外置于等离子接地管，外部填充以与阳离子交换性能较高的材料，并且配以长效、降阻、防腐功能强、膨胀系数高且不受温度变化影响、耐高电压冲击的多种化学材料为辅料；循环模块与离子激发模块相互作用形成接地管—大地过渡带，增大接地管等效截面积和土壤的接触面积，消除接地体与土壤之间的接触电阻，改善接地体的电场分布，利用填充剂良好的渗透性能，深入到泥土及岩缝中形成树根网状，增大泄流面积，提高放电速度；

(4)新型综合接地系统结构设计

依托尖端放电理论及经典土壤模型，新型综合接地系统结构设计为半球发射状；半球设计为内外两面，半球采用铜包钢材料制成，内外镀铜；

半球内球面连接一垂直接地极，采用铜包钢材料制成，圆柱形结构，距离首端50mm处环绕接地极间隔90°均匀分布4支圆柱放电极，首端附有螺纹；外球面连接多针式垂直接地体；上下两垂直接地体均为垂直于球面通过焊接方式紧密连接；

环绕半球面间隔90°均匀分布4支平接地体，垂直于球面通过螺纹紧密连接；

斜接地体沿球面中部间隔90°均匀分布4支，斜接地体即为等离子接地体，垂直于球面与水平方向倾斜45°排列；

新型综合接地系统中，设定内半球连接的垂直接地体埋设深度距离地面500mm，则水平接地体埋设深度距离地面800mm，斜接地体埋设深度距离地面900mm，多针式垂直接地体埋设深度距离地面1000mm；

(5)运用公式计算新型综合接地系统中各接地体的数目，依据实际需求，确定接地体在半球面上的位置，按照相应规律均匀排列；另外，该接地系统可通过下设多针式垂直接地体与另一个半球发射状接地系统进行串联组合形成宝塔型接地系统结构，或通过上设电极之间连接形成平行组合接地系统结构，以此类推，满足接地需求。