一种接地极冲击散流特性测量装置及方法，属于接地装置的模拟试验技术领域。本发明专利技术装置主要包括冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地极、电流传感器、高速数据采集卡、控制处理模块、显示模块等；本发明专利技术方法利用本发明专利技术装置，经确定模拟试验比例尺和调节模拟试验条件，连接模拟试验回路，设置控制处理参数，试验数据采集与处理等步骤，获得接地极冲击散流特性。本发明专利技术具有操作简便，测量效率高，测量结果准确，适用范围广等特点。本发明专利技术可广泛应用于测量在冲击大电流作用下的接地极的冲击散流特性，特别适用于测量雷电流作用下，不均匀土壤及复杂地形条件下的接地极的冲击散流特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于接地装置的模拟试验
，具体涉及一种接地装置的接地极冲击 散流特性测量装置及方法。
技术介绍
由于故障电流、操作电流或冲击雷电流经接地装置泄流时产生的时变电场的复杂 性，很难从理论上推导出比较精确地数学表达式，从试验角度出发揭示接地装置的安全性 能一直是接地性能研究的重要手段。通过模拟试验测量接地极的冲击散流特性能够全面地 研究接地极的散流规律，科学地预测输电线路的防雷效果。现有接地装置的接地极冲击散流特性的测量装置及方法，如申请号为 201010166901. X的“冲击接地阻抗测量系统及其测量方法”专利，公开的测量系统包括高 压直流电源、高压脉冲电容、放电回路、高压充电开关、高压放电开关、与高压脉冲电容和放 电回路串联的电阻分流器以及与放电回路中的参考接地电阻相连的水阻分压器。公开的测 量方法是首先闭合高压充电开关，断开运动球隙开关，给高压脉冲电容充电；当高压脉冲 电容的电压达到预定值时，断开高压充电开关，闭合运动球隙开关，高压脉冲电容放电；利 用采集到的冲击电压、冲击电流数据计算接地装置的冲击接地阻抗值。该专利的主要缺点 是①只能获得接地极的冲击接地阻抗值，不能获得接地极置的其他冲击特性，如冲击散流 分布规律等；②由于运输及其他诸多条件的制约，模拟试验中冲击电流的幅值较小，不能较 好的模拟实际雷电流通过接地装置向周围土壤散流时的土壤放电过程。因此不能获得接地 装置全面、准确的冲击特性。又如申请号为201110136985. 7的“接地装置的冲击特性模拟 试验装置及方法”专利，公开的装置主要包括冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地装 置、穿芯式电流传感器、冲击电压分压器、宽频数字示波器以及同轴屏蔽电缆等，其中，冲击 电流发生器主要由智能控制系统、调压器、升压变压器、脉冲电容器组、气动点火球隙、空气 压缩机等组成。公开的方法是利用本专利技术装置，先确定模拟试条件，连接试验回路，再进行 冲击放电试验，最后进行数据计算处理等步骤，进行接地装置的冲击模拟试验。该专利的主 要缺点是①该专利技术能模拟实际雷电流通过接地装置向周围土壤流散时的土壤放电过程， 但对冲击散流分布规律的测量时，需反复改变电流传感器的布置位置，操作复杂，测量效率 较低；②该专利技术通过计算相邻两个测量点的轴向电流值之差获得每一小段接地导体的散流 值，只能反映各小段接地极导体的散流情况，不能反映接地极泄漏电流在土壤中、尤其是不 均匀土壤中的不同位置电流散流情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有接地装置的接地极冲击散流特性测量装置及方法的不 足，提供，具有操作简便，测量效率高，测量结果 准确，适用范围广等特点。实现本专利技术目的的技术方案是一种接地极冲击散流特性测量装置，主要包括冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地极、电流传感器、高速数据采集卡、控制处理模块、 显示模块等。所述冲击电流发生器主要包括智能控制系统、调压器、升压变压器、硅堆、调波电阻、调波电感、脉冲电容器组、气动点火球隙、空气压缩机等。所述冲击电流发生器的输入端通过电缆线与220V市电连接，输出端与所述模拟接地极的电流注入点连接，其作用是产生幅值、波前时间、波尾时间都可调的冲击大电流，以便测量所述模拟接地极的冲击散流特性。本专利技术装置的特征是所述半球形试验槽为材质为钢板的半球形壳体，所述半球形试验槽为直径为5 10m、 壁厚为I 3mm的半球形，用来模拟电势为零的大地。在所述试验槽中水平分层铺装有岩石和砂子，并烧洒水份，所述岩石的粒径为IOmnTlOOmm,所述砂子的粒径为O. 05 Imm,通过调整砂石比例以及含水量改变土壤电阻率。所述的模拟接地极及所述的电流传感器，均埋设在所述半球形试验槽内的岩石和砂子中。所述电流传感器为6 12个，每个所述的电流传感器均由不导磁骨架、铜质线圈、 积分电路、聚合物绝缘外壳和引流针组成。所述的不导磁骨架的材料为微晶玻璃陶瓷，所述不导磁骨架为内径为l(T30mm、外径为12 35mm、厚度为l(T20mm的圆环,其主要作用是固定所述铜质线圈。所述的铜质线圈由标称直径为O. 15^0. 47mm的铜漆包圆线均匀绕制在所述不导磁骨架上，所述的铜质线圈的匝数为200匝，其主要作用是产生与轴向电流成正比的感应电动势。所述积分电路为市购模块，用于对所述铜质线圈产生的感应电动势进行积分， 从而得到感应电流。所述铜质线圈两端的引出线与所述积分电路的输入端连接，所述积分电路的输出端作为所述电流传感器的输出端。所述聚合物绝缘外壳的材 料为环氧树脂，所述聚合物绝缘外壳为浇铸在所述铜质线圈外表面上的内径为5 25mm、外径为 Γ37πιπι、厚度为1(Γ20_的圆环形壳体，用以防止大电流窜入所述电流传感器所在的测量回路而损毁测量设备。所述引流针为长度为2(T30mm、外径为5 15mm的铜漆包导体，在所述引流针的外面套装塑料绝缘管后固接在所述聚合物绝缘外壳的轴心处，其主要作用是引流待测点的冲击电流。所述电流传感器的测量带宽为200Hz 100 MHz，其不仅具有良好的响应特性，能够准确的测量冲击大电流，而且电流传感器通过电磁场耦合测量冲击电流，测量线圈本身与被测电流回路没有直接的电的联系，因此与主回路有着良好的电气绝缘，结构简单，线性良好。所述高速数据采集卡为市购模块，主要用于对所述电流传感器输出的电流信号的采集，其能在12个通道同时采集幅度为±10V、频率为O IOOMHz的信号，采样频率为O lGS/s，精度为O. 05%FSR ;所述高速数据采集卡有内触发和外触发两种触发方式，可灵活设置采样通道、采样频率、触发电平、存储位置等。所述控制处理模块为市购模块，采用32位高性能ARM处理器和μ C/0S-1I操作系统，主要用于完成针对所述高速数据采集卡的采样通道、采样频率、触发电平、存储位置等设置，针对所述显示模块的显示模式、通道选择等设置，以及数据处理。所述显示模块为市购模块，采用17寸触摸显示器，主要用于显示所述高速数据采集卡所采集到的信号，并与所述控制处理模块一起构成人机交互界面，为单屏幕多窗口的显示方式，操作方便。6 12个所述电流传感器的引流针的一端装设在所述半球形试验槽中的各个电流待测点处，并且所述引流针与所述模拟接地极轴向垂直；6 12个所述电流传感器的输出端分别通过同轴屏蔽电缆与所述高速数据采集卡的输入端连接，所述高速数据采集卡的输出端与所述控制处理模块的输入端连接，所述控制处理模块的输出端与所述显示模块的输入端连接。一种接地极冲击散流特性测量方法，利用本专利技术装置，经确定模拟试验比例尺和调节模拟试验条件，连接模拟试验回路，设置控制处理参数，试验数据采集与处理等步骤， 获得接地极冲击散流特性。所述方法的具体步骤如下(1)确定模拟试验比例尺和调节模拟试验条件先确定模拟试验比例尺n，即真型试验参数与模拟试验参数的比值η=1(Γ50。后调节所述冲击电流发生器的调波电阻和调波电感致所述冲击电流发生器产生的冲击电流的波头、 波尾时间为实际冲击电流的I/η ;再调节所述冲击电流发生器的充电电压为预设值，并使所述冲击电流发生器产生的冲击电流的幅值为实际冲击电流的I/η2 ;然后调节所述半球形试验槽中的砂石比例及含水量，使其电阻率与实际土壤的电阻本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种接地极冲击散流特性测量装置，主要包括冲击电流发生器（1）、半球形试验槽（13）、模拟接地极（14）、电流传感器（21）、高速数据采集卡（18）、控制处理模块（19）、显示模块（20）；所述冲击电流发生器（1）主要包括：智能控制系统（2）、调压器（3）、升压变压器（4）、硅堆（5）、调波电阻（6）、调波电感（7）、脉冲电容器组(8）、气动点火球隙（9）、空气压缩机（10）；所述冲击电流发生器（1）的输入端通过电缆线与220V市电连接，输出端与所述模拟接地极（14）的电流注入点连接，其特征在于：所述半球形试验槽（13）为材质为钢板的半球形壳体，所述半球形试验槽（13）为直径为5～10m、壁厚为1～3mm的半球形，在所述试验槽（13）中水平分层铺装有岩石和砂子，并浇洒水份，所述岩石的粒径为10~100mm，所述砂子的粒径为0.05～1mm，通过调整砂石比例以及含水量改变土壤电阻率，所述模拟接地极（14）及所述电流传感器（21），均埋设在所述半球形试验槽（13）内的岩石和砂子中；所述电流传感器（21）为6~12个，每个所述的电流传感器（21）均由不导磁骨架（23）、铜质线圈（25）、积分电路（26）、聚合物绝缘外壳（24）和引流针（22）组成，所述的不导磁骨架（23）的材料为微晶玻璃陶瓷，所述不导磁骨架（23）为内径为10~30mm、外径为12~35mm、厚度为10~20mm的圆环，所述的铜质线圈（25）由标称直径为0.15~0.47mm的铜漆包圆线均匀绕制在所述不导磁骨架（23）上，所述的铜质线圈（25）的匝数为200匝；所述铜质线圈（25）两端的引出线与所述积分电路（26）的输入端连接，所述积分电路（26）的输出端作为所述电流传感器（21）的输出端；所述聚合物绝缘外壳（24）的材料为环氧树脂，所述聚合物绝缘外壳（24）为浇铸在所述铜质线圈（25）外表面上的内径为5~25mm、外径为14~37mm、厚度为10~20mm的圆环形壳体；所述引流针（22）为长度为20~30mm、外径为3~15mm的铜漆包导体，在所述引流针（22）的外面套装塑料绝缘管后固接在所述聚合物绝缘外壳（24）的轴心处；6~12个所述电流传感器（21）的引流针（22）的一端装设在所述半球形试验槽（13）中的各个电流待测点处，并且所述引流针（22）与所述模拟接地极（14）轴向垂直，6~12个所述电流传感器（21）的输出端分别通过同轴屏蔽电缆（16）与所述高速数据采集卡（18）的输入端连接，所述高速数据采集卡（18）的输出端与所述控制处理模块（19）的输入端连接，所述控制处理模块（19）的输出端与所述显示模块（20）的输入端连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁涛，竺佳一，司马文霞，龚坚刚，杨庆，周立波，朱彬，
申请(专利权)人：重庆大学，宁波电业局，
类型：发明
国别省市：
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