接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置及方法
2023-09-27 06:41:00
專利名稱：接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置及方法
技術領域：
本發明屬於接地裝置的模擬試驗技術領域，具體涉及接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置及模擬試驗方法。
背景技術：
研究接地裝置的衝擊特性對電力系統的安全、可靠運行具有十分重大的意義，藉助試驗的方法測量接地裝置的衝擊特性一直是接地研究的重要手段，利用接地裝置衝擊特性的模擬試驗能夠準確、可靠的測量接地裝置的衝擊特性，從而指導電力系統中接地裝置的合理設計與施工，為電力系統的安全運行提供保障。現有的接地裝置衝擊特性的試驗裝置及方法，如申請號為200910063596. 9的「輸電線路杆塔衝擊接地電阻測量方法及其儀器」，該專利公開的是首先對輸電線路杆塔的接地裝置施加衝擊電流，然後測量杆塔接地裝置的響應電壓和衝擊電流幅值，最後利用儀器進行電壓、電流的數據採集和處理，從而計算獲得工程實際中接地裝置的衝擊接地電阻。又如申請號為201010166901. X的「衝擊接地阻抗測量系統及其測量方法」專利，公開的測量系統包括高壓直流電源、高壓脈衝電容、放電迴路、高壓充電開關、高壓放電開關、與高壓脈衝電容和放電迴路串聯的電阻分流器以及與放電迴路中的參考接地電阻相連的水阻分壓器。公開的方法是首先閉合高壓充電開關，斷開運動球隙開關，給高壓脈衝電容充電； 當高壓脈衝電容的電壓達到預定值時，斷開高壓充電開關，閉合運動球隙開關，高壓脈衝電容放電；利用採集到的衝擊電壓、衝擊電流數據計算接地裝置的衝擊接地阻抗值。以上兩個專利的主要缺點是①只能獲得接地裝置的衝擊接地阻抗，不能獲得接地裝置的其他衝擊特性，如衝擊散流分布規律等；②由於運輸及其他諸多條件的制約，試驗中衝擊電流的幅值較小，不能較好的模擬實際雷電流通過接地裝置向周圍土壤散流時的土壤放電過程。因此不能獲得接地裝置全面、準確的衝擊特性。
發明內容
本發明的目的是針對現有的接地裝置衝擊特性的試驗裝置及方法的不足，提供接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置及方法，具有通用性好，產生衝擊電流幅值大、試驗結果準確、安全性好、能方便的調整試驗參數等特點。實現本發明目的的技術方案是一種接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置，主要包括衝擊電流發生器、半球形試驗槽、模擬接地裝置、穿芯式電流傳感器、衝擊電壓分壓器、寬頻數字示波器以及同軸屏蔽電纜等。所述的衝擊電流發生器為市購模塊，瞬時產生幅值為8 200kA可調、波前時間為 1. 2 20 Μ可變、波尾時間為20 1000 「·可變的雙指數電流波。衝擊電流發生器主要包括智能控制系統、調壓器、升壓變壓器、矽堆、調波電阻R、調波電感L、脈衝電容器組、氣動點火球隙、空氣壓縮機。智能控制系統分別通過光纖，分別與調壓器、氣孔開閉模塊連接。 所述的氣孔開閉模塊的進氣孔通過氣管與空氣壓縮機相連，氣孔開閉模塊的排氣孔與充氣筒相連，用以實現智能控制系統對調壓器的輸出電壓、空氣壓縮機的氣孔開閉模塊的開閉、 脈衝電容器組充電時間的控制；調壓器的進線端通過導線與220V工頻電源連接，調壓器的出線端與升壓變壓器的原邊通過導線連接；升壓變壓器的副邊與矽堆用導線連接；矽堆的引出導線依次與調波電阻R、調波電感L相連接；調波電感的引出導線與脈衝電容器組的正極連接；脈衝電容器組由4 20臺10 100 μ F的脈衝電容器並聯組成，其中每2 3臺脈衝電容器並聯組成1個小組，各個小組均勻的排列，並形成一個以與其連接的氣動點火球隙為圓心的不閉口圓環，各組脈衝電容器正極均通過編織銅帶和氣動點火球隙的上半銅球底座連接，當脈衝電容器放電時，圓環式排列能使從各臺脈衝電容器到模擬接地裝置去的電流能同一瞬間到達，從而提高衝擊電流的幅值，脈衝電容器組的負極與半球形試驗槽的外壁通過扁鋼連接並接地；氣動點火球隙由上半銅球、下半銅球和圓柱形充氣筒組成，上半銅球的位置固定並與脈衝電容器組的正極相連，下半銅球通過編織銅帶與埋設於半球形試驗槽內的砂子中的模擬接地裝置的電流注入點連接，用以將衝擊電流發生器輸出的衝擊電流施加在模擬接地裝置上，上、下半銅球的底座均為圓柱體；充氣筒的底面固定在圓盤形基座上，其頂壁開口，側壁開有一個小孔與氣管相連，氣管的另一端與氣孔開閉模塊的排氣孔連接，圓柱形充氣筒的內徑和下半銅球的底座直徑相等，當下半銅球的底座放置在充氣筒中時，充氣筒具備較好的氣密性；氣孔開閉模塊的排氣孔與圓柱形充氣筒通過氣管相連， 當智能控制系統發出觸發指令時，氣孔開閉模塊的排氣孔開放，氣流進入所述的充氣筒內， 推動氣動點火球隙的下半銅球向上運動，使空氣間隙被放電擊穿。觸發指令消失後，下半銅球在重力的作用下回落到原始位置，等待下一次觸發，此外，下半銅球的底座和圓形基座間連接有一定長度的銅帶，是為了防止下半銅球被氣流推到過高位置和上半銅球碰撞而損壞球隙。所述的半球形試驗槽為直徑0. 5 IOm的、外壁由厚為1 3mm的材質為鋼板的半球形殼體，用來作為模擬接地的集電極，模擬電勢為零的無窮遠大地，半球形試驗槽的外壁通過扁鋼與前述衝擊電流發生器的脈衝電容器組的負極相連接後接地。在所述的半球形試驗槽中裝設有粒徑為0. 05 Imm的含水砂子，通過改變砂子的含水量來模擬電阻率為 10 -1500Ω 的土壤。在含水的砂子中埋設有模擬接地裝置。所述的模擬接地裝置的材質與被測的實際接地裝置的材質相同，所述模擬接地裝置的幾何尺寸(即長度和截面積)與被測的實際接地裝置的幾何尺寸(即長度和截面積)的比例η為5 100 (η為模擬比例)。在所述的模擬接地裝置的導體上每隔5 20cm選取一個點(即模擬接地裝置的軸向電流待測點)並進行標記，穿芯式電流傳感器套裝在所述的軸向電流待測點處，用以測量模擬接地裝置的軸向電流待測點處的軸向電流。所述的模擬接地裝置埋設在前述半球形試驗槽內的砂子中，埋設的深度根據實際接地裝置的埋設深度以及模擬比例η確定，並要求模擬接地裝置的中心位置到前述半球形試驗槽外壁上各點的距離相等，以保證模擬試驗的準確性。在所述的模擬接地裝置的電流注入點處通過編織銅帶與前述衝擊電流發生器的氣動點火球隙的下半銅球的底座連接，用以向模擬接地裝置注入衝擊電流，對模擬接地裝置進行衝擊特性模擬試驗。所述的穿芯式電流傳感器由不導磁骨架、銅質線圈、積分電路、刺刀螺母連接器插座和聚合物絕緣外殼組成。所述的不導磁骨架為內徑為2 10cm、外徑為2. 5 12cm、截面直徑為1 4cm、材質為不導磁的聚合物的圓環，其作用是固定銅質線圈，同時避免傳感器鐵芯在測量衝擊大電流時飽和。所述的銅質線圈由線徑為0. 44 1. 67mm的銅漆包線均勻繞制在圓環形的不導磁骨架上，繞制的匝數為50 1000匝，銅質線圈兩端的引出線與積
分電路的輸入端連接，用以對感應電動勢約的進行積分，從而得到WO隨時間t變化的大
小。積分電路的輸出端通過刺刀螺母連接器插座與同軸屏蔽電纜一端的刺刀螺母連接器插頭連接，同軸屏蔽電纜的另一端通過刺刀螺母連接器插頭與寬頻數字示波器的第二輸入通道CH2連接，用以將穿芯式電流傳感器的輸出信號通過同軸屏蔽電纜輸出至寬頻數字示波器的第二輸入通道CH2。在所述的穿芯式電流傳感器表面澆鑄有厚度為0. 8 2cm的聚合物絕緣外殼，用以防止大電流竄入穿芯式電流傳感器所在的測量迴路而損毀測量設備。在穿芯式電流傳感器表面澆鑄所述的聚合物絕緣外殼時，應將刺刀螺母連接器插座設置在聚合物絕緣外殼外，方便穿芯式電流傳感器的信號輸出端與同軸屏蔽電纜相連。穿芯式電流傳感器的測量帶寬為160Hz 4 MHz，其不僅具有良好的響應特性，能夠準確的測量衝擊大電流，而且由於穿芯式電流傳感器不與被測電路發生直接的電的聯繫。當測量注入模擬接地裝置總電流的波形及其幅值時，將所述的穿芯式電流傳感器套裝在向模擬接地裝置注入電流的編織銅帶上；當測量模擬接地裝置各個待測點的軸向電流波形及其幅值時，將所述的穿芯式電流傳感器套裝在模擬接地裝置的軸向電流待測點上。穿芯式電流傳感器與羅戈夫斯基(Rogowski)線圈的工作原理相同，即利用被測電流產生的磁場在線圈內感應的電壓來測量電流。根據電磁感應原理，穿過穿芯式電流傳
感器線圈的導體中通過電流〗力)時，Rogowski線圈中產生的感應電動勢約ω與w)的關係
如式①所示。Ul(t) = M 哩①
dt
Afj
M值與線圈的幾何形狀有關。所述的衝擊電壓分壓器為市購模塊，測量幅值為-400 400kV、頻率為O IMHz 的電壓信號，被測信號不產生衰減和變形。所述的衝擊電壓分壓器設置在前述的衝擊電流發生器的輸出端，衝擊電壓分壓器的高壓端通過編織銅帶與前述的半球形試驗槽內的模擬接地裝置的衝擊電流注入點連接；衝擊電壓分壓器的接地端通過編織銅帶與所述的半球形試驗槽的外壁與前述的脈衝電容器組的負極連接的扁鋼連接；衝擊電壓分壓器的信號輸出端通過兩端裝設有刺刀螺母連接器插頭的同軸屏蔽電纜與寬頻數字示波器的第一輸入通道CHl連接，用以將衝擊電壓測量信號輸出至寬頻數字示波器。所述的寬頻數字示波器為市購產品，在2個信號採集通道同時採集幅值為-400 400V、頻率為0 IOOMHz的電壓信號，採樣頻率為0 10GS/s、存儲容量為0 IOOMBjg 保證採集信號的精度和長度。所述寬頻數字示波器的供電電源為獨立蓄電池和逆變器組合電源或離線UPS電源，這不僅可以提高寬頻數字示波器獲取的信號的信噪比，而且能防止衝擊電流發生器放電時，衝擊大電流入地導致實驗室地網電位急劇升高而損毀寬頻數字示波器。所述的同軸屏蔽電纜為市購的SYV-75-5型射頻電纜，並在同軸屏蔽電纜的兩端分別加裝刺刀螺母連接器插頭，用於方便連接。同軸屏蔽電纜的作用是分別將衝擊電壓分壓器和穿芯式電流傳感器的測量信號傳輸至寬頻數字示波器的第一輸入通道CHl和第二輸入通道CH2，同軸屏蔽電纜的屏蔽層能夠保證信號在傳輸過程中受到的幹擾水平較低，從而保證較高的測量精度。一種接地裝置的衝擊特性模擬試驗方法，利用本發明裝置，經確定模擬試條件，連接試驗迴路，進行衝擊放電試驗，數據計算處理等步驟，進行接地裝置的衝擊模擬試驗，其具體步驟如下
(1)確定模擬試驗條件
首先確定試驗條件，即確定衝擊電流的波頭時間和波尾時間、幅值、半球形試驗槽中砂子的電阻率、模擬接地裝置的電流注入點位置、模擬接地裝置的材質、尺寸、埋設深度、穿芯式電流傳感器的布置位置等，具體確定如下
①衝擊電流的波頭時間和波尾時間的確定，根據實際雷電流的波頭時間和波尾時間， 以及模擬比例η確定。即先分別將實際雷電流的波頭時間、波尾時間除以模擬比例Π，計算出模擬試驗的衝擊電流的波頭時間、波尾時間，再通過改變衝擊電流發生器迴路中的調波電阻R、調波電感L的大小達到所計算的衝擊電流的波頭時間、波尾時間。②衝擊電流的幅值的確定，根據實際雷電流的幅值和模擬比例η確定。即先將實際雷電流的幅值除以η2，計算出模擬試驗的衝擊電流幅值，再通過調節衝擊電流發生器中脈衝電容器組的充電電壓預設值來調節試驗中衝擊電流的幅值。③所述半球形試驗槽中砂子的電阻率的確定，根據實際接地裝置埋設處的土壤電阻率確定。即通過晾曬砂子或在砂子中加水來調節砂子的電阻率，直到砂子的電阻率與實際接地裝置埋設處的土壤電阻率相同或相近(使砂子的電阻率和實際土壤電阻率的差異控制在1% 2%)為止。④所述模擬接地裝置的電流注入點位置的確定，根據實際接地裝置和接地引下線的焊接點確定。通過調節編織銅帶與模擬接地裝置的連接點位置來調節模擬接地裝置的衝擊電流注入點位置。⑤所述模擬接地裝置的材質與實際接地裝置的材質相同。所述模擬接地裝置的尺寸和埋設深度根據實際接地裝置的尺寸、埋設深度以及模擬比例η確定，確定模擬接地裝置的尺寸和埋設深度的方法是(1)根據工程中接地裝置的實際情況，確定實際接地裝置的幾何尺寸及其埋設深度；(2)將實際接地裝置的幾何尺寸及其埋設深度分別除以模擬比例η，得到模擬接地裝置的幾何尺寸及其埋設深度，其幾何尺寸包括導體的長度和導體的截面積。⑥所述穿芯式電流傳感器的布置位置的確定當測量注入模擬接地裝置總電流的波形及其幅值時，將所述的穿芯式電流傳感器套裝在向模擬接地裝置注入電流的編織銅帶上；當測量模擬接地裝置各個待測點的軸向電流波形及其幅值時，先將模擬接地裝置上的各個軸向電流待測點進行編號(即從電流注入點開始，按1、2、3· · 的順序依次編號)，再將所述的穿芯式電流傳感器依次分別套裝在模擬接地裝置的各個軸向電流待測點上。(2)連接試驗迴路
第(1)步完成後，按照本發明裝置對試驗迴路進行接線。即用扁鋼作連接線分別將所述的脈衝電容器組的負極與半球形試驗槽的外壁相連接並接地；用編織銅帶作連接線將所述的衝擊電流發生器的下半銅球的底座與模擬接地裝置的電流注入點相連；用同軸屏蔽電纜將衝擊電壓分壓器的信號輸出端與寬頻數字示波器的第一輸入通道CHl相連，用以將模擬接地裝置上的衝擊電壓波形輸出至寬頻數字示波器顯示；將穿芯式電流傳感器套裝在用於為模擬接地裝置注入衝擊電流的編織銅帶上或模擬接地裝置的軸向電流待測點處，用以測量模擬接地裝置的總注入電流或各個軸向電流待測點的軸向電流，將穿芯式電流傳感器的信號輸出端與寬頻數字示波器的第二輸入通道CH2相連，用以將穿芯式電流傳感器測量獲得的模擬接地裝置的總注入電流或待測點的軸向電流的波形輸出至寬頻數字示波器顯示。最後檢查接線是否正確，連接是否良好，當全部接線連接良好後，才能進行下一步。(3)進行衝擊放電試驗
第(2)步完成後，先開啟空氣壓縮機，再啟動衝擊電流發生器的智能控制系統，智能控制系統中設置充電電壓，使充電電壓值等於第(1)步中確定的充電電壓預設值，並根據充電電壓的大小設置充電時間，當充電電壓大於50kV時，充電時間設置為90s，反之則將充電時間設置為60s，這是為了避免充電過快而使脈衝電容器組加速老化或充電不均勻等現象發生。設置完成後，按下「開始充電」鍵，待脈衝電容器組充電達到預設電壓值時，按下「觸發」鍵，衝擊電流發生器氣動點火球隙的下半銅球在向上運動的過程中球隙被擊穿，衝擊電
流&作用在半球形試驗槽內的模擬接地裝置上，從而完成一次衝擊放電試驗，依次對模擬
接地裝置進行衝擊放電試驗，用以測量模擬接地裝置總注入電流或模擬接地裝置的待測點的軸向電流，並要求每兩次衝擊放電試驗的時間間隔為2 4分鐘，確保每次衝擊放電後半球形試驗槽中砂子的電氣特性有足夠的時間恢復正常，使得每次衝擊放電試驗時半球形試驗槽中的砂子特性一致，從而保證測量結果的準確性。(4)數據計算處理
第(3)步完成後，當計算模擬接地裝置的衝擊接地阻抗時，根據第(3)步寬頻數字示波器上顯示的作用在模擬接地裝置上的衝擊電流波形和模擬接地裝置上的衝擊電壓波形，讀
取衝擊電流』的幅值乙和衝擊電壓&的幅值U,,並利用表達式③計算模擬接地裝置的衝
擊接地阻抗。Zi=U9Uf③
為保證測量數據的可靠性，在不改變衝擊電流和穿芯式電流傳感器布置位置的前提下重複進行5次測量。因此在測量一次衝擊接地阻抗後，返回第(3)步，再次觸發衝擊電流發
生器放電並根據寬頻數字示波器記錄的衝擊電流和衝擊電壓波形讀取衝擊電流\的幅值
^和衝擊電壓K的幅值 ，根據表達式③計算模擬接地裝置的衝擊接地阻抗。如此反覆5
次，獲得同一模擬接地裝置的5個衝擊接地阻抗，捨棄5個值中的最大值和最小值，對其餘 3個衝擊接地阻抗求平均，此平均值即為此衝擊電流作用下模擬接地裝置的衝擊接地阻抗。 如繼續測量其他幅值衝擊電流作用下模擬接地裝置的衝擊接地阻抗，則首先返回第(1)步調節脈衝電容器組的充電電壓，然後進入第(2)步連接試驗線路，最後循環進行第(3)步和第(4)步，根據寬頻數字示波器測量到的電流和電壓數據計算此幅值的衝擊電流作用下模擬接地裝置的衝擊接地阻抗。當計算模擬接地裝置的衝擊散流規律時，則根據第(3)步測得的各個軸向電流待測點的軸向電流幅值，計算模擬接地裝置各段導體表面的散流大小。試驗中首先將穿芯式電流傳感器套裝在編號為《的軸向電流待測點處，然後依次完成第(2)步、第(3)步，根據
寬頻數字示波器上顯示的《點處的軸向電流波形，讀取其幅值4，為保證數據可靠性，在
不改變衝擊電流波形、幅值和穿芯式電流傳感器布置位置的前提下重複進行5次測量，每2 次測量間隔至少3分鐘，確保每次衝擊放電後半球形試驗槽中砂子的電氣特性有足夠長的時間恢復正常，最後捨棄5個測量值中的最大值和最小值，對剩下的3個測量值求平均，此平均值即作為軸向電流待測點m處的電流幅值。測量得到軸向電流待測點m處的電流幅值後，在不改變衝擊電流波形、幅值的前提下，改變穿芯式電流傳感器的布置位置，將其套裝在軸向電流待測點(《 + 1 )處，重複上述試驗步驟，得到點(《 + 1 )的軸向電流幅值。通過不斷的改變穿芯式電流傳感器的位置，測量其餘各個軸向電流待測點的軸向電流幅值， 直到獲得模擬接地裝置上所有軸向電流待測點的軸向電流幅值。在測量到模擬接地裝置上所有待測點的軸向電流幅值後，利用兩個相鄰待測盧
權利要求
1.一種接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置，主要包括衝擊電流發生器(1)，半球形試驗槽(13)，模擬接地裝置(14)，穿芯式電流傳感器(15)，衝擊電壓分壓器(11)，寬頻數字示波器(12)，同軸屏蔽電纜(16)，其特徵在於所述的半球形試驗槽(13)為直徑0. 5 IOm的、外壁由厚為1 3mm的材質為鋼板的半球形殼體，半球形試驗槽(13)的外壁通過扁鋼與前述衝擊電流發生器(1)的脈衝電容器組(8)的負極相連接後接地，在所述的半球形試驗槽(13)中裝設有粒徑為0. 05 Imm的含水砂子，通過改變砂子的含水量來模擬電阻率為10 1500 Ω · m的土壤，在含水的砂子中埋設有模擬接地裝置(14)；所述的模擬接地裝置(14)的材質與被測的實際接地裝置的材質相同，所述模擬接地裝置(14)的幾何尺寸，即長度和截面積與被測的實際接地裝置的幾何尺寸，即長度和截面積的比例η為5 100，η為模擬比例，在所述的模擬接地裝置(14)的導體上每隔5 20cm選取一個點即模擬接地裝置(14)的軸向電流待測點並進行標記，穿芯式電流傳感器(15)套裝在所述的軸向電流待測點處，所述的模擬接地裝置(14)埋設在前述半球形試驗槽(13) 內的砂子中，埋設的深度根據實際接地裝置的埋設深度以及模擬比例η確定，並要求模擬接地裝置(14)的中心位置到前述半球形試驗槽(13)外壁上各點的距離相等，在所述的模擬接地裝置(14)的電流注入點處通過編織銅帶與前述衝擊電流發生器(1)的氣動點火球隙(9)的下半銅球(20)的底座(21)連接；所述的穿芯式電流傳感器(15)由不導磁骨架(25)、銅質線圈(27)、積分電路(29)、刺刀螺母連接器插座(28)和聚合物絕緣外殼(26)組成，所述的不導磁骨架(25)為內徑為2 10cm、外徑為2. 5 12cm、截面直徑為1 如m、材質為不導磁的聚合物的圓環，所述的銅質線圈(27)由線徑為0. 44 1. 67mm的銅漆包線均勻繞制在圓環形的不導磁骨架(25)上， 繞制的匝數為50 1000匝，銅質線圈(27)兩端的引出線與積分電路(29)的輸入端連接， 積分電路(29)的輸出端通過刺刀螺母連接器插座(28)與同軸屏蔽電纜(16) —端的刺刀螺母連接器插頭連接，同軸屏蔽電纜(16)的另一端通過刺刀螺母連接器插頭與寬頻數字示波器(12)的第二輸入通道CH2連接，在所述的穿芯式電流傳感器(15)表面澆鑄有厚度為 0. 8 2cm的聚合物絕緣外殼(26)，在穿芯式電流傳感器(15)表面澆鑄所述的聚合物絕緣外殼(26)時，應將刺刀螺母連接器插座(28)設置在聚合物絕緣外殼(26)外，當測量注入模擬接地裝置(14)總電流的波形及其幅值時，將所述的穿芯式電流傳感器(15)套裝在向模擬接地裝置(14)注入電流的編織銅帶上；當測量模擬接地裝置(14)各個待測點的軸向電流波形及其幅值時，將所述的穿芯式電流傳感器(15)套裝在模擬接地裝置(14)的軸向電流待測點上；所述的衝擊電壓分壓器(11)為市購模塊，測量幅值為-400 400kV、頻率為0 IMHz 的電壓信號，被測信號不產生衰減和變形，所述的衝擊電壓分壓器(11)設置在前述的衝擊電流發生器(1)的輸出端，衝擊電壓分壓器(11)的高壓端通過編織銅帶與前述的半球形試驗槽(13)內的模擬接地裝置(14)的衝擊電流注入點連接；衝擊電壓分壓器(11)的接地端通過編織銅帶與所述的半球形試驗槽(13)的外壁與前述的脈衝電容器組(8)的負極連接的扁鋼連接；衝擊電壓分壓器(11)的信號輸出端通過兩端裝設有刺刀螺母連接器插頭的同軸屏蔽電纜(16)與寬頻數字示波器(12)的第一輸入通道CHl連接。
2.按照權利要求1所述的接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置，其特徵在於所述的衝擊電流發生器(1)的瞬時產生幅值為8 200kA可調、波前時間為1. 2^20可變、波尾時間為 2(Tl000yS可變的雙指數電流波；所述的穿芯式電流傳感器(15)的測量帶寬為160Hz、 MHz，具有良好的響應特性；所述的衝擊電壓分壓器(11)的測量幅值為_40(T400kV、頻率為 (TlMHz的電壓信號，被測信號不產生衰減和變形；所述的寬頻數字示波器(12)的2個信號採集通道同時採集幅值為-40(T400V、頻率為(TlOOMHz的電壓信號，採樣頻率為(TlOGS/s， 存儲容量為(Γ100ΜΒ。
3. 一種接地裝置的衝擊特性模擬試驗方法，利用權利要求1、2所述的接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置，進行接地裝置的衝擊模擬試驗的具體步驟如下(1)確定模擬試驗條件首先確定試驗條件，即確定衝擊電流的波頭時間和波尾時間、幅值、半球形試驗槽(13) 中砂子的電阻率、模擬接地裝置(14)的電流注入點位置、模擬接地裝置(14)的材質、尺寸、 埋設深度、穿芯式電流傳感器(15)的布置位置等，具體確定如下①衝擊電流的波頭時間和波尾時間的確定，根據實際雷電流的波頭時間和波尾時間， 以及模擬比例η確定，即先分別將實際雷電流的波頭時間、波尾時間除以模擬比例η，計算出模擬試驗的衝擊電流的波頭時間、波尾時間，再通過改變衝擊電流發生器(1)迴路中的調波電阻(6)、調波電感(7)的大小達到所計算的衝擊電流的波頭時間、波尾時間；②衝擊電流的幅值的確定，根據實際雷電流的幅值和模擬比例η確定，即先將實際雷電流的幅值除以η2，計算出模擬試驗的衝擊電流幅值，再通過調節衝擊電流發生器(1)中脈衝電容器組(8)的充電電壓預設值來調節試驗中衝擊電流的幅值；③所述半球形試驗槽(13)中砂子的電阻率的確定，根據實際接地裝置埋設處的土壤電阻率確定，即通過晾曬砂子或在砂子中加水來調節砂子的電阻率，直到砂子的電阻率與實際接地裝置埋設處的土壤電阻率相同或相近，即使砂子的電阻率和實際土壤電阻率的差異控制在1% 21為止；④所述模擬接地裝置(14)的電流注入點位置的確定，根據實際接地裝置和接地引下線的焊接點確定，通過調節編織銅帶與模擬接地裝置(14)的連接點位置來調節模擬接地裝置 (14)的衝擊電流注入點位置；⑤所述模擬接地裝置(14)的材質與實際接地裝置的材質相同，所述模擬接地裝置 (14)的尺寸和埋設深度根據實際接地裝置的尺寸、埋設深度以及模擬比例η確定，確定模擬接地裝置(14)的尺寸和埋設深度的方法是(1)根據工程中接地裝置的實際情況，確定實際接地裝置的幾何尺寸及其埋設深度；(2)將實際接地裝置的幾何尺寸及其埋設深度分別除以模擬比例η，得到模擬接地裝置(14)的幾何尺寸及其埋設深度，其幾何尺寸包括導體的長度和導體的截面積；⑥所述穿芯式電流傳感器(15)的布置位置的確定當測量注入模擬接地裝置(14)總電流的波形及其幅值時，將所述的穿芯式電流傳感器(15)套裝在向模擬接地裝置(14)注入電流的編織銅帶上；當測量模擬接地裝置(14)各個待測點的軸向電流波形及其幅值時， 先將模擬接地裝置(14)上的各個軸向電流待測點進行編號，即從電流注入點開始，按1、2、 3· · 的順序依次編號，再將所述的穿芯式電流傳感器(15)依次分別套裝在模擬接地裝置(14)的各個軸向電流待測點上；(2)連接試驗迴路第(1)步完成後，按照本發明裝置對試驗迴路進行接線，即用扁鋼作連接線分別將所述的脈衝電容器組(8)的負極與半球形試驗槽(13)的外壁相連接並接地；用編織銅帶作連接線將所述的衝擊電流發生器(1)的下半銅球(20)的底座與模擬接地裝置(14)的電流注入點相連；用同軸屏蔽電纜(16)將衝擊電壓分壓器(11)的信號輸出端與寬頻數字示波器 (12)的第一輸入通道CHl相連；將穿芯式電流傳感器(15)套裝在用於為模擬接地裝置(14) 注入衝擊電流的編織銅帶上或模擬接地裝置(14)的軸向電流待測點處，將穿芯式電流傳感器(15)的信號輸出端與寬頻數字示波器(12)的第二輸入通道CH2相連，最後檢查接線是否正確，連接是否良好，當全部接線連接良好後，才能進行下一步；(3)進行衝擊放電試驗第(2)步完成後，先開啟空氣壓縮機(10)，再啟動衝擊電流發生器(1)的智能控制系統 (2)，在智能控制系統(2)中設置充電電壓，使充電電壓值等於第(1)步中確定的充電電壓預設值，並根據充電電壓的大小設置充電時間，當充電電壓大於50kV時，充電時間設置為 90s，反之則將充電時間設置為60s，設置完成後，按下「開始充電」鍵，待脈衝電容器組(8) 充電達到預設電壓值時，按下「觸發」鍵，衝擊電流發生器(1)氣動點火球隙(9)的下半銅球(20)在向上運動的過程中球隙被擊穿，衝擊電流i。作用在半球形試驗槽(13)內的模擬接地裝置(14)上，從而完成一次衝擊放電試驗，依次對模擬接地裝置(14)進行衝擊放電試驗，並測量模擬接地裝置(14)總注入電流或模擬接地裝置(14)的待測點的軸向電流，要求每兩次衝擊放電試驗的時間間隔為2 4分鐘；(4)數據計算處理第( 步完成後，當計算模擬接地裝置(14)的衝擊接地阻抗時，根據第( 步寬頻數字示波器(12)上顯示的作用在模擬接地裝置(14)上的衝擊電流波形和模擬接地裝置(14) 上的衝擊電壓波形，讀取衝擊電流i。的幅值Ip和衝擊電壓11。的幅值&，並利用表達式③計算模擬接地裝置(14)的衝擊接地阻抗；Zi=UpZIp③在不改變衝擊電流和穿芯式電流傳感器(15)布置位置的前提下重複進行5次測量，因此在測量一次衝擊接地阻抗後，返回第C3)步，再次觸發衝擊電流發生器(1)放電並根據寬頻數字示波器(12)記錄的衝擊電流和衝擊電壓波形讀取衝擊電流i。的幅值Ip和衝擊電壓 Uc的幅值仏，根據表達式③計算模擬接地裝置(14)的衝擊接地阻抗，如此反覆5次，獲得同一模擬接地裝置(14)的5個衝擊接地阻抗，捨棄5個值中的最大值和最小值，對其餘3個衝擊接地阻抗求平均，此平均值即為此衝擊電流作用下模擬接地裝置(14)的衝擊接地阻抗，如繼續測量其他幅值衝擊電流作用下模擬接地裝置(14)的衝擊接地阻抗，則首先返回第(1)步調節脈衝電容器組(8)的充電電壓，然後進入第( 步連接試驗線路，最後循環進行第C3)步和第(4)步，根據寬頻數字示波器(12)測量到的電流和電壓數據計算此幅值的衝擊電流作用下模擬接地裝置(14)的衝擊接地阻抗；當計算模擬接地裝置(14)的衝擊散流規律時，則根據第( 步測得的各個軸向電流待測點的軸向電流幅值，計算模擬接地裝置(14)各段導體表面的散流大小，試驗中首先將穿芯式電流傳感器(15)套裝在編號為m的軸向電流待測點處，然後依次完成第( 步、第(3) 步，根據寬頻數字示波器(12)上顯示的m點處的軸向電流波形，讀取其幅值Im，在不改變衝擊電流波形、幅值和穿芯式電流傳感器(15)布置位置的前提下重複進行5次測量，每2次測量間隔至少3分鐘，最後捨棄5個測量值中的最大值和最小值，對剩下的3個測量值求平均，此平均值即作為軸向電流待測點m處的電流幅值，測量得到軸向電流待測點m處的電流幅值後，在不改變衝擊電流波形、幅值的前提下，改變穿芯式電流傳感器(15)的布置位置， 將其套裝在軸向電流待測點(m+1)處，重複上述試驗步驟，得到點(m+1)的軸向電流幅值， 通過不斷的改變穿芯式電流傳感器(15)的位置，測量其餘各個軸向電流待測點的軸向電流幅值，直到獲得模擬接地裝置(14)上所有軸向電流待測點的軸向電流幅值；在測量到模擬接地裝置(14)上所有待測點的軸向電流幅值後，利用兩個相鄰待測點 m、m+1處的軸向電流幅值分別為Im、Im+1來計算點m和點m+1間導體段的表面散流的幅值在計算出模擬接地裝置(14)所有導體段的表面散流值後，即獲得了模擬接地裝置 (14)在此衝擊電流作用下的衝擊散流規律。
全文摘要
一種接地裝置的衝擊特性模擬試驗裝置及方法，屬於接地裝置的模擬試驗領域。本發明裝置主要包括衝擊電流發生器、半球形試驗槽、模擬接地裝置、穿芯式電流傳感器、衝擊電壓分壓器、寬頻數字示波器以及同軸屏蔽電纜等；本發明方法是利用本發明裝置，進行接地裝置的衝擊模擬試驗。本發明能準確模擬實際雷電流通過接地裝置向周圍土壤流散時的土壤放電過程，測量獲得接地裝置的衝擊接地阻抗和接地裝置的衝擊散流規律，具有可靠性高，安全性好，試驗的成本低等特點。本發明可廣泛應用於測量衝擊大電流作用下接地裝置的衝擊阻抗和衝擊散流規律，特別適用於測量雷電流作用下的接地裝置的衝擊阻抗和衝擊散流規律。
文檔編號G01R31/12GK102298108SQ20111013698
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者司馬文霞, 孫才新, 廖瑞金, 杜林 , 楊慶, 袁濤, 雷超平 申請人:重慶大學