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一种金属与土壤接触电阻的计算方法

作者:admin      2022-08-31 09:13:27     296



测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于接地电阻测试设备技术领域,具体涉及一种金属与土壤接触电阻的计算方法。背景技术:2.在电力系统的运行过程中,雷击是造成输电线路跳闸的主要问题之一,而且随着超特高压的进一步发展,输电等级与输送容量也在不断提高,这就对线路的耐雷保护水平提出了更高的要求,接地作为提高线路耐雷水平的重要重要手段需要得到充分的重视,良好的接地对于维持电力系统安全运行和保护人身安全具有相当重要的意义,因此如何有效降低接地装置的接地电阻是接地设计的首要目标。3.接地装置与土壤间的接触电阻作为接地电阻的一部分,其大小很难估算,在实际工程建设中接地网的设计大多基于理想接触,缺少对于接触电阻的准确估计,对于接触电阻的影响因素也缺乏相应的比较,这可能会使得搭建的接地装置难以符合预期的效果,这一点在特殊土壤地区(如山区的砂石等)体现的更明显,接触电阻的大小与土壤的成分、潮湿程度以及接地体的材料类型都有关系。4.因此,科学估算不同情况下的接触电阻,对比不同因素对于接触电阻的影响,对于提高接地装置的工作效果,对于接地装置材料的选择都有重要意义。技术实现要素:5.为了解决上述问题,本发明提供一种测量与推算金属材料与土壤之间接触电阻的方法,适用于不同的金属材料以及不同的土壤,可以实现金属与土壤之间接触电阻的测量。6.为达到上述目的,本发明所述一种金属与土壤接触电阻的计算方法,包括以下步骤:7.s1、在绝缘容器中填充土壤,并用金属电极将绝缘容器两端封堵,形成第一试验体,将电压表与试验体并联,电流表和交流电压源串联形成的串联支路与电压表并联,得到第一试验装置;用电流表和交流电压源测量第一试验装置的回路总电阻;所述金属电极的材质为待测金属;8.s2、改变绝缘容器的长度,在绝缘容器中填充土壤,并用金属电极将绝缘容器两端封堵,形成第二试验体,将电压表与试验体并联,电流表和交流电压源串联形成的串联支路与电压表并联;用电流表和交流电压源测量第二试验装置的回路总电阻;9.s3、根据第一试验装置的回路总电阻和第二试验装置的回路总电阻计算金属与土壤接触电阻。10.进一步的,s1中,用电流表和交流电压源测量第一试验装置的回路总电阻的过程为:11.用电压表读取两个金属电极之间的电压u1,通过电流表读取回路的总电流i1,根据下式计算第一试验装置的回路总电阻r1:[0012][0013]进一步的,s1中,电压表与试验体通过绝缘铜线连接。[0014]进一步的,进一步的,s1中,绝缘容器为空心圆柱形,所述金属电极为平板电极。[0015]进一步的,s2中,绝缘容器的长度为s1中所用的绝缘容器的长度的整数倍。[0016]进一步的,进一步的,s1和s2中的绝缘容器均由环氧树脂制成。[0017]进一步的,s2中,绝缘容器由两个s1中所用的绝缘容器插接得到,所述的绝缘容器一端设置有环形凸起,另一端设置有与环形凸起适配的凹槽。[0018]进一步的,s3中,金属电极与土壤的接触电阻ra的计算公式为:[0019][0020]其中,r1为第一试验装置的回路总电阻,第二试验装置的回路总电阻r2,n为第二试验体和第一试验体的长度比值。[0021]与现有技术相比,本发明至少具有以下有益的技术效果:[0022]通过设计并搭建试验装置,只需测量两次不同试验装置的总电阻,即可计算出金属电极与土壤之间的接触电阻的大小,从而实现了测量与接地体同种材料的金属材料在相同土质情况下的接触电阻的目的。也可改变接地极材料或者土壤类型,利用此实验装置,探究不同接地体材料在不同土质情况下接触电阻的变化规律,进而能够探究不同因素对接触电阻的影响效果。[0023]本方法能够通过分析接地材料与土壤类型变化对接触电阻的影响,为以后进行接地体的设计提供一定的参考作用。而且本试验装置建造成本较低,且易于更换金属材料以及圆柱内介质类型从而实现多种情况的测量,使用灵活性高,测试范围更宽,大大降低了测试的难度。[0024]进一步的,所述绝缘容器由两个s1中所用的绝缘容器连接得到,绝缘容器一端设置有环形凸起,另一端设置有与环形凸起适配的凹槽,无需借助其他工具或零件即可实现可靠连接,操作方便,测试效率高。附图说明[0025]图1为本发明的测试方法流程图;[0026]图2为第一试验装置的结构及连接示意图;[0027]图3为第一试验装置的等效电路图;[0028]图4为第二试验装置的连接示意图;[0029]图5为第二试验装置的等效电路图;[0030]图6为圆形绝缘容器的俯视图;[0031]图7为圆形绝缘容器的正视图。[0032]1-金属电极,2-绝缘容器,3-土壤,4-电流表,5-电压表,6-交流电压源,7-凹槽,8-组合绝缘容器。具体实施方式[0033]为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步的详细说明,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并非用于限定本发明。[0034]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0035]参照图1,一种金属与土壤接触电阻的计算方法,包括以下步骤:[0036]步骤一:在圆柱形的绝缘容器2两端分别安放两块圆形的金属电极1,并且在绝缘容器2内填充土壤,构成试验体,两个金属电极1分别通过绝缘铜线与电流表4、电压表5以及交流电压源6连接构成第一试验装置。金属电极1为平板电极,参照图2,第一试验装置中,电压表5与试验体并联,电流表4和交流电压源6串联形成的串联支路与电压表5并联;金属电极的材料和待测金属的材料相同;[0037]步骤二:通过电压表读取两个金属电极1之间的电压u1,通过电流表读取回路的总电流i1,根据两个金属电极1之间的电压u1和回路的总电流i1,采用公式(1-1)计算第一试验装置的回路总电阻r1:[0038][0039]式中,r1为总的回路电阻,单位为ω;u1为两个金属电极1之间的电压,单位为v;i1为流过回路的总电流,单位为a;[0040]第一试验装置的等效电路图如图3所示,其中ra为电极与土壤的接触电阻单位为ω;rb为第一试验装置中的土壤电阻,单位为ω。于是有:[0041]r1=ra+rb+ra=2ra+rbꢀꢀ(1-2)[0042]步骤三:将与步骤一所用的相同规格的另一绝缘容器1与步骤一所用的绝缘容器1插接在一起,形成组合绝缘容器8,在组合绝缘容器8中填充土壤,并将与步骤1所用的金属电极同样的两个金属电极分别加在组合绝缘容器8两端,连接方式参考步骤一的连接方式不变,形成第二试验装置,如图4所示。[0043]第二试验装置相比于第一试验装置相当于增加了绝缘容器内填充土壤的长度,在保证土壤为同种土壤的情况下,可将绝缘容器内的土壤视为一个电阻,其阻值大小可依据以下公式计算:[0044][0045]式中,r为导体的电阻,适用于此则为土壤电阻,单位为ω;ρ为导体电阻率,适用于此则为土壤电阻率,单位为ω·m;l为导体长度,适用于此则为圆柱体的长度,单位为m;s为导体截面积,适用于此则为电极的面积,单位为m2。[0046]由此式可得,当将两个绝缘容器连接在一起时,绝缘容器内填充的土壤的截面积与土壤电阻率不变,而长度变为原来的两倍,则电阻也将变为原来的两倍,也即[0047]rc=2rbꢀꢀ(3)[0048]式中:rc为第二试验装置中的土壤电阻,单位为ω;rb为第一试验装置中的土壤电阻,单位为ω。[0049]步骤四:通过电压表读取两个金属电极1之间的电压u2,通过电流表读取回路的总电流i2,根据u和回路的总电流i2,采用公式(4-1)计算第二试验装置的回路总电阻r2:[0050][0051]式中,r2为第二试验装置的回路总电阻,单位为ω;u2为两电极之间的电压,单位为v;i2为流过回路的总电流,单位为a;[0052]第二试验装置的等效电路图如图5所示,其中ra为金属电极与土壤的接触电阻,单位为ω;rb为第二试验装置中的土壤电阻,单位为ω。于是有:[0053]r2=ra+rc+ra=2ra+2rbꢀꢀ(4-2)[0054]ra为电极与土壤的接触电阻,单位为ω;rb为土壤电阻,单位为ω。[0055]由式(1-2)与式(4-2)联系求解,即可得到该种情况下金属电极与土壤的接触电阻ra的计算公式如下:[0056][0057]根据公式(5)计算金属电极与土壤的接触电阻ra。[0058]在上述计算过程中使用的实验装置包含一个两端开口的圆柱形的绝缘容器2、圆钢制作的金属电极1以及交流电压源6,金属电极分为两块分别安装在圆柱形容器的左右两端的端口处,绝缘容器中间填充满土壤3,交流电压源6一端通过绝缘铜线连接电流表4,另一端通过绝缘胶带与右侧圆形的金属电极相连接。电流表4两端分别连接绝缘容器左侧的金属电极以及交流电压源6,电压表5两端分别与两个电极相连接,圆柱形侧壁由绝缘材料环氧树脂组成。[0059]参照图6和图7,在绝缘容器2的两端开口处,一侧顶部设计为凸出形状,另一侧设计有凹槽7方便插接,第二试验装置中的两个绝缘容器通过凸出与凹槽部分插接连接在一起。[0060]以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。









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