本發(fā)明涉及一種利用雙極板測試沖擊下地中電壓分布實驗系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用于該裝置的地表電位梯度的計算方法。

背景技術(shù)：

桿塔接地網(wǎng)起著快速排泄故障電流、雷電流，降低桿塔電位，保證附近設(shè)備和人身安全的作用，是電力系統(tǒng)可靠運行的一個重要保證，同時由于大地具有一定電阻率，電流入地點及電流流經(jīng)的地方會出現(xiàn)一定的電勢。雷電流入地點附近的地表將會呈現(xiàn)一定的電位分布，若此時雷擊點附近正好有人或動物，由于站立或行走于地表的不同兩點，這兩點之間的電位差作用在人或動物身上，可能會造成傷亡。

目前對地表的電位分布沒有有效的監(jiān)測方法，通常只能測得某一方向上的地中散流，通過地中散流情況推斷地表電位分布，操作過程復(fù)雜，精確度低，在具體實施過程中很不方便。因此，有必要開發(fā)一套能在沖擊下對地表電位梯度測量的實驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用雙極板測試沖擊下地中電壓分布實驗系統(tǒng)，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)模擬得到雷擊輸電桿塔、避雷器等裝置時接地網(wǎng)附近地表電位的情況，且這個完整實驗系統(tǒng)可以適應(yīng)任何天氣條件，任何地形監(jiān)測裝置對放置方向無要求，布置方便。本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用上述裝置計算地中電位梯度波形的方法。

本發(fā)明的技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種利用雙極板測試沖擊下地中電壓分布實驗系統(tǒng)，工頻電源模塊201與沖擊電流發(fā)生模塊202電氣連接；沖擊電流發(fā)生模塊202通過銅棒電極組和接地網(wǎng)13構(gòu)成回路；上位機(jī)204與沖擊電流發(fā)生模塊202和高速數(shù)據(jù)采集?？?05信號連接；雙極板電壓采集模塊0通過高速數(shù)據(jù)采集?？?05上位機(jī)204輸送所測電壓信號，上述所有模塊組成一個完整實驗系統(tǒng)；所述銅棒電極組由多只銅棒電極由扁銅線11串聯(lián)構(gòu)成。

雙極板電壓采集模塊0由由兩組方形銅極板構(gòu)成，每組極板由絕緣桿呈直角支撐，每組銅板由兩片方形銅板由絕緣桿支撐相對而立，每片銅板上方焊接有絕緣導(dǎo)線；雙極板電流采集裝置放在地表以下，銅片所在平面與地面垂直，放置角度任意；接地網(wǎng)13置于扁銅線11所圍圓形區(qū)域的圓心位置。

工頻電源模塊具有便攜性容量大的優(yōu)點，適用條件不受地形和天氣的限制，并且為所述實驗系統(tǒng)中的沖擊電流發(fā)生模塊、上位機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集?？ㄌ峁┓€(wěn)定持續(xù)的50hz、220v的工頻電壓。

所述高速數(shù)據(jù)采集?？呻娮杈W(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運算放大電路、濾波電路和a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電氣隔離模塊、嵌入式mcu和總線系統(tǒng)，具有精度高數(shù)據(jù)實時采集的優(yōu)點；考慮到大部分雷電流能量聚集在頻率為幾十千赫茲雷電波以下，考慮所述高速數(shù)據(jù)采集?？ㄟx擇采樣頻率為50msample/s，通道為2通道，每個通道接入端通過信號電纜與雙極板電壓采集模塊相連。輸出兩路數(shù)字信號u1(t)、u2(t)；所述高速數(shù)字采集卡通過usb接口與所述上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

所述上位機(jī)與所述高速數(shù)據(jù)卡保持?jǐn)?shù)據(jù)通信，接收到的信號存儲在上位機(jī)存儲器中，由上位機(jī)中的labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲、提取、數(shù)據(jù)編程計算和繪圖顯示，配合所述雙極板電壓采集裝置，地中沖擊電壓計算公式為此算法由labview編程實現(xiàn)；

所述上位機(jī)由所述工頻電源模塊進(jìn)行供電；由于此實驗系統(tǒng)可用于戶外測試，上位機(jī)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，服務(wù)器外殼由金屬覆蓋，進(jìn)行電磁屏蔽；

所述雙極板電壓采集模塊由兩組方形銅極板構(gòu)成，兩組銅板被一對相互垂直的絕緣桿支撐固定，每組銅板由兩片方形銅板由絕緣桿支撐相對而立，每片銅板上方焊接有絕緣導(dǎo)線；雙極板電壓采集模塊放置在地中以扁銅地線圍繞的圓形區(qū)域內(nèi)，裝置放置在地表，放置角度任意。

由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1)能夠準(zhǔn)確測得接地地表由于沖擊電流引起的地表電位分布，以及隨時間變化曲線，且對雙極板電壓采集模塊的放置方向無要求，可測得各方向的地表電位梯度，布置方便；

2)主要的操作與控制上位機(jī)完成，結(jié)合labview軟件對數(shù)據(jù)的提取、編程處理與圖形繪制可得到任意時刻電位變化波形；

3)實驗裝置操作方便，安全可靠。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明一種利用雙極板測試地中電壓分布系統(tǒng)實驗系統(tǒng)電路圖；

附圖2為本發(fā)明中高速數(shù)據(jù)采集?？?；

附圖3為本發(fā)明中雙極板電壓采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖

附圖標(biāo)記說明：

201、工頻電源模塊，202、沖擊電流發(fā)生模塊，12、銅棒電極、13、接地網(wǎng)，11、扁銅地線，10、絕緣架空線，204、上位機(jī)，200、高速數(shù)據(jù)采集?？?，0、雙極板電壓采集模塊，203、數(shù)據(jù)電纜，205、絕緣導(dǎo)線，01、絕緣導(dǎo)線，02、銅板，03、m3銅質(zhì)墊片，04、直角端部帶螺紋環(huán)氧樹脂支架，05、十一字盤頭螺絲，06、雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱；

具體實施方式

本發(fā)明的目的是提供一種利用雙極板測試沖擊下地中電壓分布實驗系統(tǒng)，包括工頻電源模塊、沖擊電流發(fā)生模塊、銅棒電極、接地網(wǎng)、扁銅地線、絕緣架空線、上位機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集?？ā㈦p極板電壓采集模塊；上述所有模塊組成一個完整實驗系統(tǒng)，便捷高效，可用于實驗分析。同時本發(fā)明中提供一種依附于本開發(fā)系統(tǒng)的沖擊地中電壓分布的計算方法。

為了使使用本裝置的人員能夠更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。

參考圖1、圖2和圖3，圖1為本發(fā)明一種利用雙極板測試地中電壓分布系統(tǒng)實驗系統(tǒng)電路圖；圖2為本發(fā)明中高速數(shù)據(jù)采集?？?；圖3為雙極板電壓采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

在具體實施中，工頻電源模塊201內(nèi)部包含蓄電池、逆變器、濾波器，使用工頻電源模塊201之前需要接入220v、50hz市電對其進(jìn)行充電；蓄電池輸出為直流電，經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化為含雜波的交流電，在通過濾波電路最終工頻電源模塊輸出頻率50hz、幅值220v交流電為沖擊電流發(fā)生模塊202、高速數(shù)據(jù)采集卡200、上位機(jī)204進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的供電，維持整個系統(tǒng)正常運行。

所述工頻電源模塊通過絕緣導(dǎo)線與沖擊電流發(fā)生模塊202連接，沖擊電流發(fā)生模塊202可產(chǎn)生8/20us雷電流幅值在0—5000a區(qū)間內(nèi)可調(diào)，沖擊電流發(fā)生模塊202幅值與觸發(fā)時間由上位機(jī)204控制端調(diào)節(jié)，上位機(jī)204與沖擊電流發(fā)生模塊202通過信號電纜203進(jìn)行連接；沖擊電流發(fā)生裝置202電流輸出端通過材質(zhì)為交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10與接地網(wǎng)13連接，沖擊電流發(fā)生裝置202回流端通過交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10與扁銅線11和銅棒電極12連接；交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10規(guī)格為jkgyj，1芯，載流量400a，電纜外徑為25.7mm，規(guī)格185/30，工作溫度為-35--+80攝氏度，具有載流能力強(qiáng)，適應(yīng)能力強(qiáng)的等優(yōu)點；銅棒電極12和扁銅線11埋入地下，扁銅線11圍繞接地極13分布，接地極在扁銅線所圍圓形區(qū)域的圓心位置；沖擊電流發(fā)生裝置202、交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10、接地網(wǎng)13、大地、銅棒接地極12和扁銅線11相連構(gòu)成回路。

高速數(shù)據(jù)采集卡200包括高速數(shù)據(jù)采集裝置包括電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運算放大電路、濾波電路和a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電氣隔離模塊、嵌入式mcu、總線系統(tǒng)和高速通信接口，上述電路輸入輸出接口依次連接；所述雙極板電壓采集裝置采集電壓信號通過有電磁屏蔽功能的同軸電纜205與高速數(shù)據(jù)采集裝置連接，為了滿足電信號的高精度采集和過濾雜波，將信號經(jīng)過濾波電路進(jìn)行放大濾波處理，通過a/d轉(zhuǎn)換電路將濾波后的模擬信號轉(zhuǎn)化為可以存儲的兩路數(shù)字信號u1(t)、u2(t)；所述高速數(shù)字采集卡通過usb接口與所述上位機(jī)連接并傳輸數(shù)據(jù)，將兩路數(shù)字信號u1(t)、傳輸?shù)缴衔粰C(jī)存儲器中；所述上位機(jī)204包括服務(wù)器和軟件labview，服務(wù)器為工業(yè)級筆記本電腦，整體機(jī)身由金屬外殼包裹，放置電磁屏蔽干擾，提高服務(wù)器硬件穩(wěn)定性；由上位機(jī)204中的labview軟件進(jìn)行上述兩路數(shù)字信號u1(t)、u2(t)進(jìn)行從服務(wù)器存儲中提取、數(shù)據(jù)編程計算和繪圖顯示，配合所述雙極板電壓采集裝置，地中沖擊電位分布計算公式為此算法由labview編程實現(xiàn)；

具體的，請參考圖3，圖3為本發(fā)明一種具體實施方式中雙極板電壓采集裝置，包括bvr14mm2規(guī)格電纜01、5cm*5cm*0.2cm規(guī)格銅板02，m3銅質(zhì)墊片03，直角端部帶螺紋環(huán)氧樹脂支架04，規(guī)格m3*8的十一字盤頭螺絲05，規(guī)格m3*50雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱06；四片銅板分成2組，每組兩片，兩銅片02之間需要保持一定絕緣空隙，使用絕緣固定件進(jìn)行固定；兩銅片02通過兩個平行的規(guī)格m3*50雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱06絕緣隔離，端部由m3*8的十一字盤頭螺絲05擰入隔離柱06，使之形成相距50mm的相互平行的一組受流板，上端規(guī)格m3*8的十一字盤頭螺絲05下面墊由m3銅片，m3銅片與bvr14mm2規(guī)格電纜01相連；另2片銅板02使用同樣的固定方式做成一組受流板；2組受流板通過相互垂直的端部帶螺紋的兩根長8cm環(huán)氧樹脂支架04連接，形成一個牢固整體；將此雙極板電壓采集裝置0埋入所要測量位置的地中，角度任意選擇。