新型多針式垂直接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新型多針式垂直接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，屬于電氣工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 接地系統(tǒng)是對埋在地下一定深度的接地極和接地極周圍土壤的一種總稱，分為水 平接地系統(tǒng)和垂直接地系統(tǒng)兩種型式。接地系統(tǒng)作為最常用的防護(hù)手段，廣泛應(yīng)用在國民 經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中，對設(shè)備和人身安全起著至關(guān)重要的作用。
[0003] 現(xiàn)階段國內(nèi)外對降低接地電阻的研宄主要集中在改變土壤性能和擴(kuò)大地網(wǎng)面積 以增大散流面積這兩個(gè)方面。我國建筑的接地系統(tǒng)普遍采用水平接地的型式，盡可能減小 環(huán)境受到雷擊時(shí)的沖擊電阻，以便通過接地系統(tǒng)迅速將強(qiáng)大的雷電流迅速泄放到大地，水 平接地在不考慮占地面積限制的情況下，容易滿足系統(tǒng)對接地參數(shù)的要求。
[0004] 但是隨著我國城市化進(jìn)程日益加快，土地資源越來越匱乏，為了滿足接地電阻的 要求，無限制地增加水平接地網(wǎng)的面積顯然不切實(shí)際；同時(shí)，兆赫茲以上的高頻設(shè)備運(yùn)用越 來越廣泛，接地系統(tǒng)也將越來越多的運(yùn)用于高頻電氣設(shè)備的保護(hù)。
[0005] 因此，土地資源的匱乏和高頻設(shè)備的廣泛應(yīng)用決定了接地系統(tǒng)小型化和高頻化的 發(fā)展趨勢，研宄新型接地系統(tǒng)減小接地系統(tǒng)占地面積，研宄接地系統(tǒng)高頻性能并實(shí)現(xiàn)新型 接地系統(tǒng)的高頻應(yīng)用，對解決現(xiàn)有接地問題意義重大。
[0006] 2014年大連理工大學(xué)文建的碩士學(xué)位論文《多針式垂直接地系統(tǒng)研宄及其高頻應(yīng) 用》中，針對大連理工大學(xué)三束材料改性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備的高頻問題，深入研宄 高頻條件下接地電阻的影響因素，將田字形結(jié)構(gòu)的多針式垂直接地系統(tǒng)應(yīng)用其中。但隨著 多針式垂直接地體數(shù)量的增加，普通方形結(jié)構(gòu)的接地系統(tǒng)不能使多針式垂直接地體均勻地 分布，也就達(dá)不到快速泄放大電流和高頻條件下應(yīng)用的需求。
[0007] 針對接地系統(tǒng)小型化和高頻應(yīng)用下的技術(shù)難題，發(fā)明了新型多針式垂直接地系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服上述的不足，本發(fā)明提供了新型多針式垂直接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
[0009] 本發(fā)明通過多針式垂直接地體設(shè)計(jì)、新型多針式垂直接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最高工 作頻率下接地電阻分析，實(shí)現(xiàn)新型多針式垂直接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決接地系統(tǒng)小型化和高頻 應(yīng)用下的技術(shù)難題。
[0010] 新型多針式垂直接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：
[0011] (1)根據(jù)建筑或設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際需求，設(shè)定新型多針式垂直接地系統(tǒng)的接 地電阻R ;
[0012] (2)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地勘測確定垂直接地體可埋設(shè)的深度，確定多針式垂直接地體長 度為2. 5-5m ;多針式垂直接地體選用導(dǎo)電性能優(yōu)良的導(dǎo)體作為材料，直徑為25mm，其上每 隔50mm垂直焊接一圈均勾分布的四個(gè)長25mm、直徑4mm、尖端曲率0? 2mm的針狀放電極；
[0013] (3)測量現(xiàn)場土壤電阻率，利用公式（1)計(jì)算出單根多針式垂直接地體埋入土壤 時(shí)的工頻接地電阻札
[0014]
[0015] 公式（1)中，&、P、1、d分別為單根多針式垂直接地體接地電阻（Q)、土壤電阻 率（Q ?!!!)、多針式垂直接地體長度（m)、多針式垂直接地體等效直徑即為垂直接地體直徑 和兩根針狀放電極的長度之和（m);
[0016] (4)新型多針式垂直接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0017] 新型多針式垂直接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形狀為同心圓，中心處設(shè)有與接地引下線相連接的 多針式垂直接地體，同心圓各層均勻分布有多根多針式垂直接地體，各多針式垂直接地體 通過連接線相互連接，最內(nèi)層即為第一層同心圓半徑為2米，第n層同心圓半徑為2n米；用 公式（2)得出新型多針式垂直接地系統(tǒng)中多針式垂直接地體的數(shù)目，n向上取整（n多4); 第x層同心圓上最近兩根多針式垂直接地體間的圓心角為0，用公式（3)得到該層最近兩 根多針式垂直接地體的距離L(m);多針式垂直接地體在每層同心圓上均勻分布，每兩根多 針式垂直接地體的水平距離至少為2m ;以同心圓層數(shù)最少和每根多針式垂直接地體到中 心多針式垂直接地體的連接線距離最短為依據(jù)，確定同心圓層數(shù)、多針式垂直接地體數(shù)目 以及新型多針式垂直接地系統(tǒng)中每根多針式垂直接地體和連接線的具體位置；
[0018]
[0019]
[0020] 最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體可選數(shù)目為3、4、5、6。表1-4分別為最內(nèi)層同 心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為3-6時(shí)各層最近兩根多針式垂直接地體的直線距離L。
[0021] 表 1
[0022]
[0024] 表 2
[0025]
[0031] 最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為3時(shí)，依照每兩根多針式垂直接地體水 平距離至少為2m，只有1層同心圓時(shí)多針式垂直接地體的可選數(shù)目為1+3 = 4和1+6 = 7 ; 最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為6時(shí)，只有1層同心圓時(shí)多針式垂直接地體的可 選數(shù)目為1+6 = 7,依照盡量減少每根多針式垂直接地體到中心多針式垂直接地體的連接 線距離為依據(jù)，由此確定當(dāng)多針式垂直接地體數(shù)目n = 7時(shí)，選擇最內(nèi)層同心圓上多針式垂 直接地體數(shù)目為6的1層同心圓結(jié)構(gòu)作為新型多針式垂直接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。依照上述原則， 可得如表5所示的最優(yōu)多針式垂直接地體數(shù)目n和不同最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體 數(shù)目和同心圓層數(shù)x之間的關(guān)系。
[0032] 表 5
[0033]
[0034] (5)分析最高工作頻率下接地電阻
[0035] 在現(xiàn)場最高工作頻率下，將n根多針式垂直接地體的接地電阻并聯(lián)形成新型多針 式垂直接地系統(tǒng)的接地電阻，將整個(gè)系統(tǒng)并聯(lián)后的接地電阻分析轉(zhuǎn)換為分析各根多針式垂 直接地體的接地電阻。
[0036] 接地引下線與新型多針式垂直接地系統(tǒng)中心的多針式垂直接地體相連接，按照每 根多針式垂直接地體通過連接線與中心的多針式垂直接地體的最近距離劃分，將n根多針 式垂直接地體分組，每組距離相同。
[0037] 各組中各取一根多針式垂直接地體，分析其在最高工作頻率下的接地電阻，其中 單根垂直接地體接地電阻分為接地電阻&和連接線電阻。
[0038] 由于集膚效應(yīng)和電感作用，當(dāng)高頻電流通過新型多針式垂直接地系統(tǒng)時(shí)，連接線 會(huì)產(chǎn)生較大的阻抗，阻抗由連接線感抗和電阻組成。
[0039] 忽略各連接線之間的相互作用，利用公式（4)計(jì)算各組連接線的電感，再利用感 抗公式Xt= 2 Jr fL計(jì)算各組感抗。
[0040]
[0041] 公式⑷中^^^^分別為磁導(dǎo)率以父⑴人連接線長度⑷~連接線半徑⑷、 連接線的股數(shù)。
[0042] 利用公式（5)可計(jì)算出單位長度連接線的傳輸電阻Ry，由此可得各組連接線在最 高工作頻率下的電阻。
[0043]
[0044] 公式（5)中，P為多針式垂直接地體的電阻率（D ? m)。
[0045] 結(jié)合連接線感抗和電阻可得各組連接線的阻抗Z = /,\。
[0046] 綜合接地電阻&和連接線的阻抗，可得各組多針式垂直接地體在最高工作頻率下 的阻抗，阻抗的模即為各組多針式垂直接地體在最高工作頻率下的接地電阻。并聯(lián)n根多 針式垂直接地體的接地電阻，可得到新型多針式垂直接地系統(tǒng)在最高工作頻率下的接地電 阻。
【附圖說明】
[0047] 圖1是多針式垂直接地體側(cè)視圖。
[0048] 圖2是多針式垂直接地體俯視圖。
[0049] 圖3是高頻設(shè)備接地電阻測量原理圖。
[0050] 圖4是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為3的新型多針式垂直接地系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖。
[0051] 圖5是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為3的新型多針式垂直接地系統(tǒng)俯 視圖。
[0052] 圖6是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為4的新型多針式垂直接地系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖。
[0053] 圖7是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為4的新型多針式垂直接地系統(tǒng)俯 視圖。
[0054] 圖8是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為5的新型多針式垂直接地系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖。
[0055] 圖9是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為5的新型多針式垂直接地系統(tǒng)俯 視圖。
[0056] 圖10是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為6的新型多針式垂直接地系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖。
[0057] 圖11是最內(nèi)層同心圓上多針式垂直接地體數(shù)目為6的新型多針式垂直接地系統(tǒng) 俯視圖。
[0058] 圖中：1圓柱垂直接地體；2針狀放電極；3高頻設(shè)備；4電流表；5低壓探頭；6新型 多針式垂直接地系統(tǒng)；7多針式垂直接地體；8連接線；9可增設(shè)的多針式垂直接地體；10可 增設(shè)的連接線。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0060] 圖1是多針式垂直接地體側(cè)視圖。多針式垂直接地體選用導(dǎo)電性能優(yōu)良的導(dǎo)體作 為材料，直徑25mm的圓柱垂直接地體上每隔50mm垂直焊接一圈均勻分布的四個(gè)長25mm、直 徑