本發(fā)明涉及高電壓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于測(cè)量接地導(dǎo)體周圍土壤放電的電壓、電流關(guān)系的裝置。

背景技術(shù)：

在電力系統(tǒng)中，為了工作和安全的需要，常需將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接，這就是接地。

電力系統(tǒng)接地就其目的來說可分為工作接地、防雷接地和保護(hù)接地三種。其中防雷接地是為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便把雷電流導(dǎo)入大地。

由于雷電流很大，通過接地裝置集中散流入地時(shí)會(huì)在土壤中產(chǎn)生很高的電位梯度，超過土壤的耐受場強(qiáng)時(shí)，土壤中將會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。土壤的放電現(xiàn)象將大大影響接地裝置的雷電沖擊特性，導(dǎo)致沖擊接地阻抗呈時(shí)變和頻變混合的非線性變化，并進(jìn)而影響避雷針、避雷線和避雷器的防雷特性。因此非常有必要研究接地棒周圍土壤沖擊放電特性。

目前針對(duì)土壤的放電研究存在如下兩方面的問題：

1、主要研究工頻下土壤的放電特性，缺乏雷擊暫態(tài)情況下土壤放電特性的研究；

2、放電間隙的形式主要為尖端-極板、尖端-尖端、球面-球面，而實(shí)際組成接地裝置的接地極通常為棒狀(線材型，如線路桿塔接地材料)或扁帶形(扁帶材型，如大型接地裝置的接地材料)，缺乏線材-極板間隙的放電特性試驗(yàn)。

由于線材-極板間隙與尖端-極板、尖端-尖端、球面-球面間隙完全不同，需要開發(fā)相應(yīng)的觀測(cè)接地極周圍土壤沖擊放電特性的裝置，研究接地極周圍土壤沖擊放電特性的測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種用于觀測(cè)接地棒周圍土壤沖擊放電特性的裝置和方法，用于評(píng)估測(cè)量接地導(dǎo)體周圍土壤放電特性，指導(dǎo)接地工程建設(shè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于觀測(cè)接地棒周圍土壤沖擊放電特性的裝置，包括回流電極和被試接地棒；回流電極采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)，回流電極，分三段：兩端是對(duì)稱布置的均壓段，中間直線段為測(cè)試段；均壓段包括依次連接的均壓環(huán)、四分之一圓弧段和均壓直線段；均壓直線段與測(cè)試段之間通過絕緣圓筒隔開；回流電極軸心放置被試接地棒，被試接地棒與回流電極之間填充土壤；均壓段和測(cè)試段各通過一條接地線相互連接，最后通過接地線接地；雷電沖擊發(fā)生器高壓輸出端接在被試接地棒上，低壓輸出端接在回流電極的接地線上。

進(jìn)一步的，回流電極豎直放置于絕緣臺(tái)上，絕緣臺(tái)包括絕緣支撐盤和支撐絕緣支撐盤的絕緣支撐柱；絕緣支撐盤中部鉆孔，供被試接地棒穿過。

進(jìn)一步的，測(cè)試段的接地線外周設(shè)有用于測(cè)試電流的羅氏線圈。

進(jìn)一步的，還包括用于測(cè)量被試接地棒與回流電極之間的電位差的沖擊分壓器。

一種用于觀測(cè)接地棒周圍土壤沖擊放電特性的方法，包括以下步驟：

1)、將被試接地棒同軸安裝于回流電極中，并在回流電極內(nèi)裝滿土壤；

2)、將均壓段和測(cè)試段各通過一條接地線相互連接，最后通過接地線接地；

3)、雷電沖擊發(fā)生器的高壓輸出端接在被試接地棒上；

4)、雷電沖擊發(fā)生器的低壓輸出端接在回流電極的接地線上；

5)、采用沖擊分壓器來測(cè)量被試接地棒與同軸圓筒結(jié)構(gòu)回流電極之間的電位差；

6)、測(cè)量測(cè)試段到接地點(diǎn)引線上的沖擊電流；

7)、當(dāng)土壤放電時(shí)，采用示波器觀測(cè)并記錄步驟4)、5)中的電壓和電流波形；

8)、用相同時(shí)刻的電壓除以電流，得到某一時(shí)刻的電壓與電流瞬時(shí)比值，從而得到電壓與電流比值隨時(shí)間的變化曲線，即獲得了被測(cè)接地導(dǎo)體電極周圍土壤放電的電壓、電流關(guān)系。

本發(fā)明具備以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1、可以獲得線材-極板間隙下土壤放電的電壓、電流關(guān)系，其與實(shí)際接地體周圍的電場環(huán)境一致；

2、采用均壓段-測(cè)試段-均壓段的三段同軸圓筒結(jié)構(gòu)，測(cè)試僅在測(cè)試段進(jìn)行，保證測(cè)試段內(nèi)電場在測(cè)試段沿線方向的電場分布一致；

3、均壓段采用向外張開的喇叭口，保證在端部不會(huì)發(fā)生土壤的沿面放電，土壤放電情況僅集中在測(cè)試段。

4、均壓段-測(cè)試段-均壓段之間用絕緣圓筒隔開，僅測(cè)量測(cè)試段引上的沖擊電流，避免了均壓段沿線電場不均勻帶來的影響。

5、通過測(cè)量電壓、電流時(shí)域波形，可以得到土壤放電的電壓、電流關(guān)系隨時(shí)間的變化規(guī)律。

附圖說明

圖1為土壤沖擊放電特性測(cè)量方法的示意圖；

圖2為土壤沖擊放電特性測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1及時(shí)圖2所示，本發(fā)明一種用于觀測(cè)接地棒周圍土壤沖擊放電特性的裝置，包括回流電極1和被試接地棒2；回流電極采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)，軸心放置被試接地棒。

回流電極1采用同軸金屬圓筒結(jié)構(gòu)，分三段：兩端是對(duì)稱布置的均壓段21，中間直線段22為測(cè)試段。均壓段21包括依次連接的均壓環(huán)210、四分之一圓弧段211和均壓直線段212；均壓直線段212與測(cè)試段22之間通過絕緣圓筒24隔開。

均壓段21外輪廓由均壓直線段和與其相切的向外張開的四分之一圓弧段211構(gòu)成。均壓直線段用以確保測(cè)試段內(nèi)的電場，在測(cè)試段沿線方向上電場分布的一致性，向外張開的四分一直圓弧段則保證在端部不會(huì)發(fā)生土壤的沿面放電，這樣，土壤放電情況則可集中在測(cè)試段區(qū)域。

均壓段21與測(cè)試段22之間應(yīng)用一段絕緣圓筒24進(jìn)行電氣隔離，以防止均壓段21的土壤放電對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。

回流電極1和被試接地棒2組成的同軸圓筒結(jié)構(gòu)豎直放置于絕緣臺(tái)3上，絕緣臺(tái)3包括絕緣支撐盤31和支撐絕緣支撐盤31的絕緣支撐柱32；絕緣支撐盤31中部鉆孔30，以使被試接地導(dǎo)體電極(被試接地棒2)順利穿過。

一種用于觀測(cè)接地棒周圍土壤沖擊放電特性的方法，包括以下步驟：

1)、給同軸圓筒結(jié)構(gòu)裝置內(nèi)裝滿土壤；

2)、將均壓段21和測(cè)試段22各通過一條接地線相互連接，最后通過接地線25接地(若測(cè)試時(shí)地中反擊電壓影響了其他設(shè)備，則可不接地)；

3)、雷電沖擊發(fā)生器(即試驗(yàn)電源)的高壓輸出端接在被試接地棒2上；

4)、雷電沖擊發(fā)生器的低壓輸出端接在回流電極1的接地線上；

5)、采用沖擊分壓器來測(cè)量被試接地棒2與同軸圓筒結(jié)構(gòu)回流電極1之間的電位差；

6)、采用羅氏線圈由4僅測(cè)量測(cè)試段22接到接地點(diǎn)引線上的沖擊電流；

7)、當(dāng)土壤放電時(shí)，應(yīng)采用示波器觀測(cè)并記錄步驟4)、5)中的電壓和電流波形。

8)、用相同時(shí)刻的電壓除以電流，即可得到某一時(shí)刻的電壓與電流瞬時(shí)比值(阻抗)，從而得到電壓與電流比值隨時(shí)間的變化曲線來，即獲得了被測(cè)接地導(dǎo)體電極周圍土壤放電的電壓、電流關(guān)系。

土壤樣品沖擊特性的測(cè)量采用如圖1所示的方法。將土壤樣品放置在如圖2所示的容器內(nèi)，同步測(cè)量施加在土壤兩端的電壓波形和流過土壤的電流波形。