一种利用位移电流改善散流特性的集中接地装置及布置方法

技术领域

本发明涉及电力系统防雷接地技术领域，特别涉及一种利用位移电流改 善散流特性的集中接地装置及布置方法。

背景技术

电力系统运行经验表明，雷击是造成大多数变电站与输电线路跳闸事故 的主要原因，而其集中接地装置的冲击接地电阻直接影响到变电站、线路的 防雷性能。在高土壤电阻率地区，由于接地装置的冲击接地电阻往往很大， 对系统安全运行造成威胁，因此降低高土壤电阻率地区集中接地装置的冲击 接地阻抗对于提高电力系统的安全性具有重要意义。在工程中通常采用的冲 击降阻措施主要有加大接地体的尺寸、利用自然接地体等。然而这些方法各 有其相对的应用条件，满足要求的接地装置设计仍然十分困难。盲目增加接 地体的尺寸,不能达到很好的冲击降阻效果,可能造成材料的浪费。

研究表明，冲击电流在土壤中的散流主要是通过传导电流与位移电流共 同作用下完成。由于土壤并非导体，其同时具有介质性质，因此，在散流电 流中位移电流占了很大一部分。特别对于高电阻率地区，位移电流往往大于 传导电流，在散流过程中具有不可忽视的作用。

发明内容

为了解决接地装置无法达到较好的冲击降阻效果的技术问题，本发明提 供一种便于实现且具有极佳冲击降阻效果的利用位移电流改善散流特性的集 中接地装置及布置方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种利用位移电流改善 散流特性的集中接地装置，包括第一接地装置，所述的第一接地装置埋设于 地下，还包括第二接地装置，所述的第二接地装置埋设于第一接地装置的下 方，与第一接地装置互相平行且不接触。

所述的一种利用位移电流改善散流特性的集中接地装置，所述的第二接 地装置采用与第一接地装置相同的接地装置。

所述的一种利用位移电流改善散流特性的集中接地装置，集中接地装置 所形成的电容C为：

C＝εS/d

其中，ε为土壤介电常数，S为第一接地装置和第二接地装置的正对面积， d为第一接地装置和第二接地装置之间的距离。

一种利用位移电流改善散流特性的集中接地装置的布置方法，首先埋设 第一接地装置，然后在第一接地装置下方平行的埋设第二接地装置，且两接 地装置互不接触。

所述的一种利用位移电流改善散流特性的集中接地装置的布置方法，所 述的第二接地装置采用与第一接地装置相同的接地装置。

所述的一种利用位移电流改善散流特性的集中接地装置的布置方法，集 中接地装置所形成的电容C为：

C＝εS/d

其中，ε为土壤介电常数，S为第一接地装置和第二接地装置的正对面积， d为第一接地装置和第二接地装置之间的距离。

双层集中接地装置实质上是改善了接地体对地的电容效应，即根据

C＝εS/d

可知选取合适的两层集中接地装置间的距离以增大电容。由于雷电流等 值频率高，而高频电流易在容性阻抗中流通。因此利用高频电流该特点，使 电流迅速通过电容进行泄放从而达到提高散流特性的目的。

本发明可广泛应用于集中接地装置的接地设计,所得到的接地装置具有降 阻效果明显，施工安装简便，可以大大提高电力系统运行的安全性。

附图说明

图1为本发明的双层集中接地装置的示意图；

图2为本发明双层集中接地装置的等效电路图；

图3为本发明所采用的集中接地装置进行模拟试验平台示意图；

其中1为第一接地装置、2为第二接地装置。

具体实施方式

本发明提出了一种利用位移电流改善散流特性的接地装置布置方法。本 发明主要是通过安装双层集中接地装置，加速位移电流的流通速度,增大散流 面积，从而达到提高冲击散流效率，降低冲击接地阻抗的目的，并且给出针 对该集中接地装置的冲击特性模拟试验平台示意图，以研究单层与双层接地 装置的冲击降阻效果。下面就本发明的操作方法作进一步的说明：

参见图1，本实施例中，处于上层的第一接地装置边长取值为5x5m，接 地材料镀锌扁钢，敷设深度0.8m；处于下层的第二接地装置边长取值为 13x13m，敷设深度为3m。接地装置的结构采用常见的接地装置结构，即由条 状的导体材料拼合为中间留有空格的“田”字型结构，本装置也可采用其他接地 装置结构进行实施。图中第一接地装置的面积较小，第二接地装置的面积较 大，这是由于一般条件下，上层土壤电阻率较高，下层土壤电阻率较低，在 下层安装面积较大的接地装置作为主要接地极，可以提高散流效率，同时在 上层铺设面积较小的辅助接地装置，利用位移电流改善散流特性，从而提高 整体集中接地装置的散流效果。且为了最大化上下层正对面积，两接地装置 平行设置。

参见图2，非线性电阻R₁与R₂表示散流过程中因火化效应而引起的电阻 变化、C₁为上下层接地装置间的电容，C₂为接地装置对地电容，且C₁远大于 C₂。在冲击电流作用下，由于等效电容C₁很大，其容抗很小，有利位移电流 的流通，即提高了能量泄放的能力。

如图3所示，是用于验证本发明装置效果的一套集中接地装置冲击特性 的模拟试验装置。本发明中使用的模拟试验装置主要包括冲击高电压大电流 发生器、模拟大地试验槽、分流器、冲击分压器、数字示波器、接地装置等。 为此本发明研制了一套能够模拟雷电冲击波的可移动式冲击高电压大电流发 生器试验系统，该系统由控制箱、控制器和传输线系统构成,能够智能控制产 生的电压电流和发生器本体的球隙距离，触屏操作界面简单易懂，便于模拟 试验的进行。所述试验中的集中接地装置的材料与实际接地装置相同，按照 冲击试验相似理论的原理，尺寸和埋深按实际情况等比例缩小。试验中使用 数字示波器记录不同接地装置下冲击电流和冲击电压的波形，读取冲击电压 和冲击电流的峰值，并计算模拟接地装置的冲击接地电阻。经过模拟实验表 明，双层接地装置能有效改善冲击散流效应。