一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法，与现有技术相比解决了尚无针对螺旋接地极尺寸设计方法的缺陷。本发明专利技术包括以下步骤：设定接地极有限元计算方法；复杂环境区域土壤电阻率的测量；测量接地电阻；螺旋接地极长度的设计；螺旋接地极半径的设计；螺旋接地极螺距的设计。本发明专利技术提出了螺旋接地极的具体尺寸参数设计方法，通过合理的参数设计，可保证螺旋接地极在轴向布极空间受限、电阻率较高的等复杂土壤环境下具有良好的接地性能。

A Design Method of Size Parameters of Helical Grounding Electrode for Complex Environment

【技术实现步骤摘要】
一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法
本专利技术涉及螺旋接地极
，具体来说是一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法。
技术介绍
在我国输电网络的接地系统中，常见的接地极敷设方式为水平敷设和垂直敷设，但这两种敷设方式为达到预期的散流效果存在敷设距离远或埋设深度大的缺点，易受管道、公路、地质等不定因素的制约，导致接地电阻增大，影响输电线路的正常运行。目前接地结构的研究主要集中在不同的复杂地形区域对接地极进行不同的敷设方式，如在土壤电阻率ρ≤100的潮湿地区以及有运行经验的地区，可利用铁塔和钢筋混凝土基础自然接地，当杆塔基础采用柔性基础或灌注桩基础时，应充分利用基础钢筋网架作为自然接地体；在居民区、水田及其他水平接地体敷设受限制的地区，接地装置宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形，当采用闭合环形接地装置接地电阻无法满足要求或接地开挖受限时，可用闭合环形接地装置+垂直接地极；在范围更广的区域，接地装置采用若干根总长度不超过500m的放射形接地极或采用连续伸长接地极串联或并联；在地势较陡的西部地区，很难寻找面积较大(适于埋设接地极)的平面，接地装置采用若干根铜棒、钢棒、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：11)设定接地极有限元计算方法：设定接地极有限元计算方法，以实现通过接地极有限元计算方法求得任意结构参数接地极的表面电位；12)复杂环境区域土壤电阻率的测量：利用四极法通过土壤间接测量土壤电阻率；13)测量接地电阻：利用三极法测量接地体的接地阻值；14)螺旋接地极长度的设计：根据有限元数值计算方法分析并设计轴向布极空间小于10m时的螺旋接地极的敷设长度；15)螺旋接地极半径的设计：根据接地电阻值分析并设计螺旋接地极半径尺寸；16)螺旋接地极螺距的设计：根据接地电阻值分析并设计螺旋接地极螺距。

【技术特征摘要】
1.一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：11)设定接地极有限元计算方法：设定接地极有限元计算方法，以实现通过接地极有限元计算方法求得任意结构参数接地极的表面电位；12)复杂环境区域土壤电阻率的测量：利用四极法通过土壤间接测量土壤电阻率；13)测量接地电阻：利用三极法测量接地体的接地阻值；14)螺旋接地极长度的设计：根据有限元数值计算方法分析并设计轴向布极空间小于10m时的螺旋接地极的敷设长度；15)螺旋接地极半径的设计：根据接地电阻值分析并设计螺旋接地极半径尺寸；16)螺旋接地极螺距的设计：根据接地电阻值分析并设计螺旋接地极螺距。2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法，其特征在于，所述设定接地极有限元计算方法包括以下步骤：21)将接地极近似为一组点电流源，电位函数满足微分方程其中，I为场域内点电流源大小，表示场点空间位置的向量，表示源点空间位置的向量，为狄克拉函数，ρs为土壤电阻率；22)列出接地极在电场中的边值方程：设Ω为所求场域，Γ1为土壤介质与空气的分界面，Γ2为模拟无穷远处零电位处的等效边界，边界Γ＝Γ1+Γ2，Γ3为接地极的表面与土壤介质分界面，忽略接地极表面的电压降，近似螺旋接地极表面电位恒为列出边值问题：23)将上述边值方程转化为变分问题：根据上式可知，接地极电流溢散分析过程是Poisson边值问题，将上述典型边值问题转化为等价变分问题如下：24)对三维场进行剖分和插值：对三维场进行网格剖分和插值，选用一阶四面体单元作为剖分三维场的基本单元，若假定以四面体将所求解的场域剖分成Z0个单元，得到N0个离散节点；每个节点对应有唯一的空间电位方程，取一阶四面体单元的四个顶点为节点，它对应全域内的实际编号为i,j,l,m；按线性插值有：该插值函数在单元四面体e中连续，分别带入四个顶点坐标和相应的位值，得：α1+α2xi+α3yi+α4zii＝(1,2,3,4)；联立方程求解得α1,α2,α3,α4各待定系数，并将其带入插值函数中，整理后得：要形成有限元方程需求出在直角坐标系下系数矩阵的元素：因为所以25)对单元四面体进行单元分析：在进行剖分和插值之后，对单元四面体进行单元分析，单元分析[P]e的矩阵元素：将四面体的重心点(xc、yc、zc)坐标代入上式，设单元内源密度近似不变，得：26)得出有限元方程：将直角坐标系下的各个参数综合集成，得到在全域范围内的相关参数：[k]＝∑[k]e，[p]＝∑[p]e(9)故满足第二类齐次边界条件的poisson场的有限元方程为其中[k]为总电场能系数矩阵，为全部节点的电位矩阵，得出有限元方程后调用相应的计算程序，求得的值。3.根据权利要求1所述的一种适用于复杂环境区域的螺旋接地极尺寸参数设计方法，其特征在于，所述复杂环境区域土壤电阻率的测量包括以下步骤：31)利用四极法通过土壤电阻间接测量测量土壤电阻率，设a1、a2为电流极A和电位极C，D的间距，a3、a4为电流极B与电位极C，D的间距；32)向地下打入四个电极A、B、C、D，且打入地下的深度一致；33)使用稳压电源E向电极A和B施加电流I，电流通过电极A流入，再由电极B返回电源，使得电流场在电极C和D上面产生电势，用电位差计或者高阻态电压表测量电极C和D之间的电位差；且四根电极棒分布在一条直线上，电极棒之间的间距相等为a，各电极棒打入地下的深度不应超过极棒间距a的1/20；34)测量土壤电阻率，其计算公式如下：上式中ρ为土壤电阻率(Ω·m)，R为所测的电阻(Ω)，a为所测电极之间的距离(...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘翀，赵东，涂雪松，王舒琴，刘铁，夏新运，陈彦焰，秦荣兵，诸学政，胡祖伟，郑子豪，刘兵，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司，安徽华电工程咨询设计有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34