本發(fā)明涉及高電壓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測量接地導(dǎo)體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)的方法。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)中為了工作和安全的需要，常需將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接，這就是接地。電力系統(tǒng)接地就其目的來說可分為工作接地、防雷接地和保護(hù)接地三種。其中防雷接地是為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便把雷電流導(dǎo)入大地。

由于雷電流很大，通過接地裝置集中散流入地時(shí)會(huì)在土壤中產(chǎn)生很高的電位梯度，超過土壤的耐受場強(qiáng)時(shí)，土壤中將會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。土壤的放電將大大影響接地裝置的雷電沖擊特性，導(dǎo)致沖擊接地電阻呈時(shí)變和頻變混合的非線性變化，并進(jìn)而影響避雷針、避雷線和避雷器的防雷特性。土壤中的放電首先是以電離放電的形式開始的。因此非常有必要研究接地棒周圍土壤在沖擊下的電離放電其實(shí)場強(qiáng)。

目前針對土壤的放電研究所用的放電間隙的形式主要為尖-板、尖-尖、球-球，而實(shí)際中接地體通常為棒狀，因此缺乏線-板間隙的放電特性。由于線板間隙與尖-板、尖-尖、球-球間隙的完全不同，線-板間隙下在小電流下，土壤開始出現(xiàn)局部電離，隨著電流的增加，電離區(qū)域逐步變大，當(dāng)電流大到一定值后，土壤出現(xiàn)電弧放電。由于電離放電的逐步發(fā)展的，不是突然變化，不易觀測到，需要開發(fā)土壤電離放電起始場強(qiáng)測量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種獲得沖擊下接地體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)的方法，用于評估測量接地導(dǎo)體周圍土壤放電特性，指導(dǎo)接地工程建設(shè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種獲得沖擊下接地體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)的方法，基于一種用于觀測接地棒周圍土壤沖擊放電特性的裝置，所述裝置包括回流電極和被試接地棒；回流電極采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)，回流電極，分三段：兩端是對稱布置的均壓段，中間直線段為測試段；均壓段包括依次連接的均壓環(huán)、四分之一圓弧段和均壓直線段；均壓直線段與測試段之間通過絕緣圓筒隔開；回流電極軸心放置被試接地棒，被試接地棒與回流電極之間填充土壤；均壓段和測試段各通過一條接地線相互連接，最后通過接地線接地；雷電沖擊發(fā)生器高壓輸出端接在被試接地棒上，低壓輸出端接在回流電極的接地線上；

所述一種獲得沖擊下接地體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)的方法，具體包括以下步驟：

1)、采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)回流電極，軸心放置被測接地棒，回流電極內(nèi)放入土壤；

2)、回流電極豎直放置于絕緣，絕緣臺(tái)中部鉆孔，供被試接地棒穿過；

3)、雷電沖擊發(fā)生器的高壓端接在被試接地棒上；

4)、雷電沖擊發(fā)生器的低壓端接在接地線上；

5)、采用沖擊分壓器測量被試接地棒與同軸回流電極間的電位差，并用示波器讀取時(shí)域波形；

6)、測量雷電沖擊發(fā)生器輸出的沖擊電流，并用示波器讀取時(shí)域波形；

7)、將雷電沖擊發(fā)生器的充電電壓逐步增加，依次測量相應(yīng)充電電壓下步驟5)、6)中的電壓、電流；

8)、被試接地棒、回流電極和土壤組成的同軸圓柱型結(jié)構(gòu)的沖擊電阻Rim為電壓峰值U_max與電流峰值I_max之比：

9)、當(dāng)沖擊電阻對沖擊電壓的導(dǎo)數(shù)絕對值大于閾值α?xí)r，土壤中開始出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，時(shí)導(dǎo)體附近場強(qiáng)為電離起始場強(qiáng)E_c：

式中，被試接地棒半徑為r_i，回流電極測試段半徑為r_o。

進(jìn)一步的，回流電極豎直放置于絕緣臺(tái)上，絕緣臺(tái)包括絕緣支撐盤和支撐絕緣支撐盤的絕緣支撐柱；絕緣支撐盤中部鉆孔，供被試接地棒穿過。

進(jìn)一步的，測試段的接地線外周設(shè)有用于測試電流的羅氏線圈。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括用于測量被試接地棒與回流電極之間的電位差的沖擊分壓器。

進(jìn)一步的，α＝5％。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備以下有益效果：通過接地棒與圓筒之間土壤的電阻變化獲得沖擊下接地體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)，更客觀；采用接地棒與圓筒結(jié)構(gòu)測試，接地棒表面場強(qiáng)更均勻。

附圖說明

圖1為土壤樣品沖擊電阻隨沖擊電壓的變化規(guī)律示意圖；

圖2為一種用于觀測接地棒周圍土壤沖擊放電特性的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請參閱圖2所示，本發(fā)明一種獲得沖擊下接地體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)的方法，應(yīng)用到一種用于觀測接地棒周圍土壤沖擊放電特性的裝置，該裝置包括回流電極1和被試接地棒2；回流電極采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)，軸心放置被試接地棒。

回流電極1采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)，分三段：兩端是對稱布置的均壓段21，中間直線段22為測試段。均壓段21包括依次連接的均壓環(huán)210、四分之一圓弧段211和均壓直線段212；均壓直線段212與測試段22之間通過絕緣圓筒24隔開。

均壓段21外輪廓由均壓直線段和與其相切的向外張開的四分之一圓弧段211構(gòu)成。均壓直線段用以確保測試段內(nèi)的電場，在測試段沿線方向上電場分布的一致性，向外張開的四分一直圓弧段則保證在端部不會(huì)發(fā)生土壤的沿面放電，這樣，土壤放電情況則可集中在測試段區(qū)域。

均壓段21與測試段22之間應(yīng)用一段絕緣圓筒24進(jìn)行電氣隔離，以防止均壓段21的土壤放電對測試結(jié)果造成影響。均壓段21和測試段22各通過一條接地線相互連接，最后通過接地線25接地；雷電沖擊發(fā)生器高壓輸出端接在被試接地棒上，低壓輸出端接在回流電極的接地線23上。

回流電極1和被試接地棒2組成的同軸圓筒結(jié)構(gòu)豎直放置于絕緣臺(tái)3上，絕緣臺(tái)3包括絕緣支撐盤31和支撐絕緣支撐盤31的絕緣支撐柱32；絕緣支撐盤31中部鉆孔30，以使被試接地導(dǎo)體電極(被試接地棒2)順利穿過。

本分發(fā)明一種獲得沖擊下接地體周圍土壤電離放電起始場強(qiáng)的方法，包括以下步驟：

1)、采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)回流電極1，軸心放置被測接地棒2，回流電極1內(nèi)放入土壤。

2)、回流電極1豎直放置于絕緣3，絕緣臺(tái)中部鉆孔，以使被試接地棒穿過。

3)、雷電沖擊發(fā)生器的高壓端接在被試接地棒上；

4)、雷電沖擊發(fā)生器的低壓端接在接地線上；

5)、采用沖擊分壓器測量被試接地棒與同軸回流電極間的電位差，并用示波器讀取時(shí)域波形；

6)、測量雷電沖擊發(fā)生器輸出的沖擊電流，并用示波器讀取時(shí)域波形；

7)、將雷電沖擊發(fā)生器的充電電壓逐步增加，依次測量相應(yīng)充電電壓下步驟5)、6)中的電壓、電流。

8)、定義被試接地棒、回流電極和土壤組成的同軸圓柱型結(jié)構(gòu)的沖擊電阻Rim為電壓峰值U_max與電流峰值I_max之比：

9)、如步驟7)，在不同強(qiáng)度高壓脈沖作用下，土壤放電程度不同將導(dǎo)致R_im不同，由此可得到一組對應(yīng)于高壓脈沖強(qiáng)度的R_im值，在未擊穿階段，R_im隨U_max變化的規(guī)律如圖1所示?？梢钥闯?，雖然沖擊電壓峰值較低時(shí)沒有發(fā)生擊穿現(xiàn)象，但土壤的沖擊電阻仍然是降低的，說明土壤在該沖擊電壓作用下有局部放電產(chǎn)生，只是尚未形成放電通道，常以“電離”指代這種發(fā)生在土壤中的局部放電。

10)、由于電離是逐漸增加的，因此電壓和電流并不會(huì)出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。為了定量分析電離現(xiàn)象，引入電離起始場強(qiáng)的概念，并按如下方式計(jì)算求?。寒?dāng)沖擊電阻對沖擊電壓的導(dǎo)數(shù)絕對值大于等于某一規(guī)定值α?xí)r，可認(rèn)為土壤中開始出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，使得沖擊電阻產(chǎn)生變化，將此時(shí)導(dǎo)體附近場強(qiáng)定義為電離起始場強(qiáng)E_c：

式中，被試接地棒半徑為r_i，回流電極測試段半徑為r_o。

例如，一般α取5％，從直觀上理解，α表示當(dāng)R_im-U_max曲線上某一點(diǎn)切線與水平軸夾角θ達(dá)到arctanα?xí)r，則認(rèn)為該點(diǎn)即為臨界點(diǎn)。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，可差分求取沖擊電阻對沖擊電壓的導(dǎo)數(shù)，當(dāng)滿足臨界條件時(shí)，可求得對應(yīng)的土壤電離放電起始場強(qiáng)E_c。

試驗(yàn)中，r_o＝15cm，r_i為0.5cm，對土壤施加1.2/50μs沖擊電壓波，在不同的充電電壓等級下，將相應(yīng)地得到不同的電壓電流波形。以粒徑1.0—2.0mm、含水量為6.8％的沙土為例，得到圖1所示的土壤樣品沖擊電阻隨沖擊電壓的變化規(guī)律。α取5％時(shí)，從圖1可得相應(yīng)的沖擊電壓約為6.12kV，帶入到公式(2)可得土壤電離放電起始場強(qiáng)E_c為3.6kV/cm。