土壤电离的临界电场强度估计方法技术

本发明专利技术公开了一种土壤电离的临界电场强度估计方法，包括以下步骤：选定测试区域；搭建对地放电回路；设置对地放电电极和测试电极；对地放电；采集两个测试电极之间的电压；计算该位置的电场强度；确定该位置土壤电离的大概时间；计算电流达到测试点所需的延迟时间；确定该位置土壤电离的准确时间；确定该位置的土壤电离的临界电场强度；判断是否选定下一个测试位置，如果选择，则选定下一个测试位置，然后重复上述步骤，如果不选择，则计算不同位置的土壤电离的临界电场强度的平均值，获得该区域的土壤电离的临界电场强度，结束。采用本发明专利技术在土壤区域直接开展测试而无需破坏土壤自然特性，能准确地估算土壤电离的实时临界电场强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种在测试土壤区域直接开展而无需破坏土壤自然特性的。
技术介绍
接地系统的冲击响应不同于工频电流情况下的响应，当接地系统周围土壤中的电场强度超过临界电场强度E。时，土壤将开始电离，同时土壤电阻率减小，进而导致冲击电阻减小。因此土壤电离临界电场强度对于研究接地系统性能、全空间电磁场分布至关重要。故而该专利将可以为通信、能源等部门的埋地线路、管道等地下设置的防雷系统设计及施工提供重要参考数据。前人的研究成果给出了很多关于临界电场强度E。的参考值和范围。Oettle建议E。值取为lMV/m，对于含水量较高的土壤为600-800kV/m。Mousa认为应将其更改为600-1850kV/m,考虑到野外土壤环境的非均匀性，建议含水量较高的土壤为300_400kV/m。此外，Mousa和Liew均认为对于典型土壤的临界电场强度可认为是300kV/m。然而，显而易见，土壤临界电场强度E。会随着土壤类型的变化而变化，即便是同一土壤，随着含水量、温度、季节等因素的变化亦会有所改变，因此，只有参考值和范围显然不够。因此，学者们开展了确定土壤临界电场强度方法的研究。Gonos和Stathopulos研究了 E。针对土壤电阻率的变化。N. MohanmadNor等构建脉冲电流测试电路，通过分析V-1曲线形成的封闭环来判断和获取E。。T. K. Manna和P. Chouhuri针对多种土壤进行了实验,总结出估算各种土壤临界电场强度E。的公式。F. E. Asimakopoulou等分析了土壤电离的不确定因素，并给出了考虑这些不确定因素情况下，临界电场强度的击穿电压估计。传统的土壤电离的临界电场强度的测试，都是搭建实验测试电路，将土壤采集后进行测试，以获取土壤电离的临界电场强度，这样会导致土壤的自然特性，如含水量、温度、土壤致密度等，遭到严重破坏，因此，即便是在测试电路中得到很精确的测量，获得很准确的数据，此时该数据也难以反映自然环境下土壤临界电场强度的真实情况；而且，当实验测试电路中土壤只是发生了微弱的电离，则该类方法难以发现，也就是说，必须在土壤发生较大程度的电离时才能得到电流或电压这类电信号的变化，然而此时土壤中的电场强度已经比实际临界电场强度大，因此也会导致明显的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于解决上述问题而提供一种在测试土壤区域直接开展而无需破坏土壤自然特性的。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案本专利技术所述，包括以下步骤(I)选定测试区域；(2)在该测试区域内搭建对地放电回路；(3)选定一个放电接地位置和一个测试位置，在放电接地位置设置放电接地电极，在测试位置设置两个测试电极，两个测试电极之间的距离小于对地放电的脉冲电源所含主信号带宽中所对应的上限频率的波长的十分之一；(4)利用对地放电的脉冲电源和对地放电回路实施对地放电；(5)采集两个测试电极之间的电压；(6)根据以下公式计算该位置的电场强度E :E=AU/d，其中，AU表示采集得到的两个测试电极之间的电压，d表示两个测试电极之间的距离；(7)连续获取该位置不同时刻的电场强度，并根据电场强度由大到小突变时的最大电场强度绝对值所对应的时间确定放电接地位置土壤电离的大概时间； (8)根据放电接地电极与两个测试电极中最接近的测试电极之间的距离计算电流由放电接地电极到达最接近的测试电极所需的延迟时间；(9)根据第(7)步骤的大概时间和第(8)步骤的延迟时间确定放电接地位置土壤电离的准确时间；(10)测量测试区域土壤的电导率、磁导率和介电常数，在此基础上根据麦克斯韦方程计算放电接地电极整个放电时间段内每一时刻的最大电场强度并制作二维曲线，根据该曲线和放电接地位置土壤电离的准确时间确定放电接地位置土壤电离的临界电场强度；(11)判断是否选定测试区域内的下一个测试位置，如果选择，则选定下一个测试位置，然后重复步骤(3) - (10),如果不选择，则进入下一步骤；(12)计算不同测试位置时放电接地位置土壤电离的临界电场强度的平均值，获得放电接地位置的土壤电离的临界电场强度，并作为测试区域的土壤电离的临界电场强度，结束。应用中，由于本专利技术采用直接在土壤中插入测试电极的方式，不需采集土壤，所以对土壤没有任何破坏，能够更加真实地测试土壤电离的临界电场强度。通过计算电流从测试电极到测试点所需的延迟时间，并从总时间中减去延迟时间，以克服电流传输时间带来的误差。作为优选，所述步骤(3)中，设置两个测试电极的方法为以放电接地电极为圆心、以放电接地电极与两个测试电极中最接近的第一个测试电极之间的距离为半径作圆，第二个测试电极置于沿第一个测试电极在该圆周上所做的切线上；两个测试电极之间的距离为O. 061m，对地放电的脉冲电流为8/20 μ s脉冲电流；放电接地电极与两个测试电极中最接近的测试电极之间的距离为1.83m。所述步骤(7)中，电场强度绝对值由大到小突变的认定方法为当波峰值减去波谷值的突变范围不小于波峰值的20%即认定为发生突变。所述步骤(8)中，计算电流由放电接地电极到达最接近的测试电极所需的延迟时间的公式为mI—/)= — = / X 'I μεV上述公式中，&表示延迟时间，m表示放电接地电极与两个测试电极中最接近的测试电极之间的距离，V表示土壤中传导电流的速度，μ表示土壤磁导率，ε表示土壤介电常数。所述步骤(9)中，确定该位置土壤电离的准确时间的方法为步骤(7)的大概时间减去步骤(8)的延迟时间，即得准确时间。所述步骤(2)中，对地放电的脉冲电源的上升沿尽可能缓慢。脉冲电源的上升沿变化越缓，越有利于提闻临界电场强度的估算精度。本专利技术的有益效果在于采用本专利技术在土壤区域直接开展测试而无需破坏土壤自然特性，能够更加准确地估算土壤电离的实时临界电场强度；由于克服了电流从测试电极传输到测试点所带来的误差，所以本专利技术的估算精度高，高精度临界电场强度的获取将为研究 接地系统性能、全空间电磁场分布提供重要数据。附图说明图1是本专利技术所述的总体流程图；图2是本专利技术实施例中对地放电回路及测试电极的分布示意图；图3是本专利技术实施例中O. 6 μ s内的测试位置A 土壤电离的电场强度走势图；图4是本专利技术实施例中O. 6 μ s内的测试位置B 土壤电离的电场强度走势图；图5是本专利技术实施例中根据理论计算出的O. 6μ s内测试区域土壤中的最大电场强度走势图以及测试位置Α、Β 土壤电离的临界电场强度对应关系示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步具体描述根据选定的测试区域的大小不同，以及该区域土壤特性的差异，本专利技术可以有多种不同的实施例，下面对一个应用较多的优选实施例进行具体说明，但并非对本专利技术技术方案的限制。实施例如图1和图2所示，按以下步骤操作(I)选定测试区域；(2)在该测试区域内搭建对地放电回路I ;(3)选定一个放电接地位置和一个测试位置，在放电接地位置将放电接地电极2插入土壤内，在测试位置A将第一测试电极4和第二测试电极5插入土壤内，插入深度为O. 61m ;脉冲电源6产生8/20 μ s脉冲电流，第一测试电极4和第二测试电极5之间的距离为O. 061m,以放电接地电极2为圆心、以放电接地电极2与两个测试电极中最接近的第一测试电极4之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤电离的临界电场强度估计方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）选定测试区域；（2）在该测试区域内搭建对地放电回路；（3）选定一个放电接地位置和一个测试位置，在放电接地位置设置放电接地电极，在测试位置设置两个测试电极，两个测试电极之间的距离小于对地放电的脉冲电源所含主信号带宽中所对应的上限频率的波长的十分之一；（4）利用对地放电的脉冲电源和对地放电回路实施对地放电；（5）采集两个测试电极之间的电压；（6）根据以下公式计算该位置的电场强度E：E=ΔU/d，其中，ΔU表示采集得到的两个测试电极之间的电压，d表示两个测试电极之间的距离；（7）连续获取该位置不同时刻的电场强度，并根据电场强度由大到小突变时的最大电场强度所对应的时间确定放电接地位置土壤电离的大概时间；（8）根据放电接地电极与两个测试电极中最接近的测试电极之间的距离计算电流由放电接地电极到达最接近的测试电极所需的延迟时间；（9）根据第（7）步骤的大概时间和第（8）步骤的延迟时间确定放电接地位置土壤电离的准确时间；（10）测量测试区域土壤的电导率、磁导率和介电常数，在此基础上根据麦克斯韦方程计算放电接地电极整个放电时间段内每一时刻的最大电场强度并制作二维曲线，根据该曲线和放电接地位置土壤电离的准确时间确定放电接地位置土壤电离的临界电场强度；（11）判断是否选定测试区域内的下一个测试位置，如果选择，则选定下一个测试位置，然后重复步骤（3）?（10），如果不选择，则进入下一步骤；（12）计算不同测试位置时放电接地位置土壤电离的临界电场强度的平均值，获得放电接地位置的土壤电离的临界电场强度，并作为测试区域的土壤电离的临界电场强度，结束。...

【技术特征摘要】
1.一种土壤电离的临界电场强度估计方法，其特征在于包括以下步骤 (1)选定测试区域； (2)在该测试区域内搭建对地放电回路； (3)选定一个放电接地位置和一个测试位置，在放电接地位置设置放电接地电极，在测试位置设置两个测试电极，两个测试电极之间的距离小于对地放电的脉冲电源所含主信号带宽中所对应的上限频率的波长的十分之一； (4)利用对地放电的脉冲电源和对地放电回路实施对地放电； (5)采集两个测试电极之间的电压； (6)根据以下公式计算该位置的电场强度EΕ= Δ U/d，其中，Λ U表示采集得到的两个测试电极之间的电压，d表示两个测试电极之间的距离； (7)连续获取该位置不同时刻的电场强度，并根据电场强度由大到小突变时的最大电场强度所对应的时间确定放电接地位置土壤电离的大概时间； (8)根据放电接地电极与两个测试电极中最接近的测试电极之间的距离计算电流由放电接地电极到达最接近的测试电极所需的延迟时间； (9)根据第(7)步骤的大概时间和第(8)步骤的延迟时间确定放电接地位置土壤电离的准确时间； (10)测量测试区域土壤的电导率、磁导率和介电常数，在此基础上根据麦克斯韦方程计算放电接地电极整个放电时间段内每一时刻的最大电场强度并制作二维曲线，根据该曲线和放电接地位置土壤电离的准确时间确定放电接地位置土壤电离的临界电场强度； (11)判断是否选定测试区域内的下一个测试位置，如果选择，则选定下一个测试位置，然后重复步骤(3) - (10),如果不选择，则进入下一步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昆，
申请(专利权)人：成都远望科技有限责任公司，成都信息工程学院，刘昆，
类型：发明
国别省市：