一种带火花刺的接地装置的制作方法

本公开属于电力系统防雷接地技术领域，具体涉及一种带火花刺的接地装置。

背景技术：

雷击是电力系统安全可靠运行的重要威胁。我国电网故障统计数据表明，在输电线路跳闸率较高的地区，由雷击杆塔或输电线路引起的跳闸次数约占输电线路跳闸总次数的40～60％。提高输电线路的耐雷水平、降低雷击跳闸率对电力系统的安全稳定运行有非常重要的意义。防雷接地是降低输电线路雷击跳闸率的关键措施，降低接地装置的接地电阻对防雷至关重要。

长期以来，接地设计的基本原则是将工频接地电阻和冲击系数的乘积视为冲击接地电阻，以此描述雷电流作用下接地装置的冲击特性。然而，雷电冲击电流经接地装置，在地中散流情况是比较复杂的，与接地装置结构尺寸、土壤电阻率、接地装置的埋深及冲击电流幅值等因素有关。首先，雷击时存在火花效应和土壤非线性变化，在冲击电流作用下接地体周围具有瞬变电场，土壤电阻率随着场强变化而发生变化，当电场强度达到土壤的起始放电场强时，土壤击穿而产生火花放电，土壤被击穿产生火花效应致使冲击接地电阻降低。其次，接地体电阻在冲击电流作用下电阻分量主要受材料电阻率及高频下集肤效应的影响。雷电流或故障电流等高频电流在流经接地体时往往集中于接地体表层，参与散流的接地体的有效散流面积小于接地体的截面积，而有效散流面积之外的接地体对散流所起作用不大，致使材料利用率不高。此外，较大的接地材料磁导率，不仅使阻性分量因趋肤效应而增大，而且使感抗值也相应增大，受导体间屏蔽效应的影响，电流向接地体远端的散流受到抑制，接地电阻升高。

目前，国内外降低接地装置的冲击接地阻抗的主要方法包括改善接地极结构、使用接地降阻剂以人工改善土壤、采取深井接地等。但随着接地极结构的复杂，屏蔽效应和集肤效应会更加明显，所以发明一种可以有效降低接地电阻的接地装置对于维护电网的安全运行具有重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种带火花刺的接地装置，火花刺之间成一定角度且间隔固定，可以减弱火花刺之间的屏蔽效应，从而降低冲击接地电阻。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种带火花刺的接地装置，包括：水平接地体，所述水平接地体包括接地体主体以及与接地体主体相连的多个接地体分支，每个接地体分支上等间距设置有多个火花刺，且相邻火花刺之间形成夹角。

优选的，所述相邻火花刺之间的夹角为120°。

优选的，所述火花刺分布在所述接地体分支上距离注流点1/3至7/10处。

优选的，所述火花刺的长度为接地体分支的0.1-0.25倍。

优选的，所述火花刺的间距为火花刺长度的0.9-1.1倍。

优选的，所述水平接地体采用石墨材料。

本公开还提供一种降低冲击电阻的方法，包括如下步骤：

s100：将水平接地体固定在地网上，使水平接地体的分支呈射线状向外延伸；

s200：将互成120°的火花刺等间距设置在水平接地体上；

s300：将火花刺的长度设置为水平接地体分支的0.1-0.25倍。

优选的，步骤s200中，所述火花刺设置在距离水平接地体注流点的1/3至7/10处。

优选的，步骤s200中，所述火花刺的间距为火花刺长度的0.9-1.1倍。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

1、通过将火花刺设计为等间距且相互成一定夹角，可减弱火花刺之间的屏蔽效应；

2、所采用的石墨材料具有集肤效应不明显、电感效应低、与土壤的接触电阻小的特点，相比传统的用金属材料制备的水平接地体降阻效果更为明显。

附图说明

图1是本公开一个实施例提供的一种带火花刺的接地装置的结构示意图；

图2是本公开另一个实施例提供的不带火花刺的接地装置的结构示意图；

图3是本公开另一个实施例提供的带有平行设置的火花刺的接地装置的结构示意图；

图4是本公开另一个实施例提供的接地电阻随位置变化曲线示意图；

图5是本公开另一个实施例提供的火花区域体积随位置变化曲线示意图；

图6是本公开另一个实施例提供的火花刺长度与接地电阻的变化曲线示意图；

图7是本公开另一个实施例提供的火花刺间隔为0.4m时的电场分布示意图；

图8是本公开另一个实施例提供的火花刺间隔为0.1m时的电场分布示意图；

图9是本公开另一个实施例提供的接地电阻与火花刺间隔的变化曲线示意图。

具体实施方式

下面将参照附图1至图9详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。

一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种带火花刺的接地装置，包括：水平接地体，所述水平接地体包括接地体主体以及与接地体主体相连的多个接地体分支，每个接地体分支上等间距设置有多个火花刺，且相邻火花刺之间形成夹角。

本实施例中，当有较大雷电流入地时，火花刺增加了散流通道，电流中的大部分通过火花刺流入土壤，火花刺附近的局部场强增大，土壤更容易发生击穿，增大了火花区域的体积，冲击接地电阻下降。其中，影响火花刺导电效果主要是屏蔽效应，包括火花刺之间的以及火花刺与水平接地体之间的屏蔽效应(屏蔽效应是指当冲击电流经过接地体产生火花放电时，相邻的接地体或者接地体连接点之间的火花区域重叠，阻碍了电流的流动。)本实施例通过将每个接地体分支上的火花刺设计为等间距且成一定夹角，能够减弱火花刺之间的火花区域重叠，从而能够减弱屏蔽效应，进而能够有效降低冲击接地电阻。示例性的，如图1所示，水平接地体的主体设置为方框，其边长为5cm，与主体相连的接地体分支长为2cm，埋深0.7m，沿边框四角注流，每个接地体分支上分别设置3根火花刺，第一根火花刺与接地体分支垂直，第二根火花刺与第一根火花刺呈一定夹角设置，第三根火花刺和第二根火花刺也呈相同夹角设置。需要说明的是，火花刺设置在注流点b之后，当大电流流过时会将注流点b的电流很大一部分分流到火花刺上，使得火花刺的火花效应的等效半径变大，土壤更容易发生击穿，从而火花区域增大，火花效应更为明显。

下面结合图2和图3进行进一步说明本实施例的技术效果，图2为没有设置火花刺的水平接地体，图3为设置了火花刺但火花刺之间为平行设置。以图1所示水平接地体为例，设定雷击电流的幅值为30ka，波形采用2.6/50μs的标准雷电流波形，土壤设为非线性函数，其初始电阻率设为580ω·m。通过计算可得到没有设置火花刺时(图2所示)，冲击接地电阻为26.971ω；设置了火花刺但火花刺之间为平行设置时(图3所示)，冲击接地电阻为24.749ω；设置火花刺且火花刺之间呈一定夹角时，冲击接地电阻为22.663ω，可见，本实施例通过将相邻火花刺之间设计为呈一定夹角，能够有效降低冲击接地电阻。

另一个实施例中，所述相邻火花刺之间的夹角为120°。

本实施例中，通过将相邻火花刺之间的夹角设置为120°，使得对称放置的火花刺之间的间隔最为合适，否则会导致位于不同接地体分支上的火花刺相邻或相近，可能会造成火花区域重叠，影响屏蔽效应的减弱效果。

另一个实施例中，所述火花刺分布在所述接地体分支上距离注流点1/3至7/10处。

本实施例中，随着火花刺距离注流点距离的增大，由于受到端部效应和屏蔽效应的影响，火花区域体积先增大后减小，使得对应的冲击接地电阻先减小后增大，因此火花刺不宜安装在水平接地体的注流点处和尾部。以图4至图5所示为例，在0.6m-1.4m的范围内，火花区域体积和屏蔽效应变化均不明显，火花区域体积达到最高值，冲击接地电阻达到最低值，此时，火花刺能够有效发挥散流作用，增大火花区域，降低冲击接地电阻，在此区域内，冲击接地电阻的降阻率约为3.56％，因此，在充分考虑到屏蔽效应和端部效应的基础上，通过在接地体分支上距离注流点1/3-7/10处设置火花刺，能够降低地网冲击接地电阻，且降阻效果显著。

另一个实施例中，所述火花刺的长度为接地体分支的0.1-0.25倍。

本实施例中，以图6所示为例，设接地体分支的长度为15cm，火花刺长度介于2cm和4cm时的接地电阻较低且长度为2cm时降阻效果更好，即考虑屏蔽效应时火花刺长度最优解为2cm-4cm。长度较短和较长时，接地电阻较高，长度为1cm时屏蔽效应和电感效应占据主导地位，火花刺的加入并不能有效散流。长度较长时，火花刺与接地体之间的屏蔽效应占据主导地位，且考虑接触电阻和本身电阻的影响，火花刺的加入反而使得接地电阻升高。因此，火花刺长度为2-4cm时，降阻效果最好，降阻率可达到14.8％。

另一个实施例中，所述相邻火花刺之间的间距为火花刺长度的0.9-1.1倍。

本实施例中，合适长度的火花刺可以有效降低冲击接地电阻，考虑到火花刺之间的屏蔽效应，火花刺的间隔十分重要。为避免接地体端部因端部效应产生的较大电流分布对火花刺散流的干扰，火花刺在接地体分支中间的位置为对称放置。如图7所示，当火花刺间距大于0.4m时，两根火花刺形成的火花区域没有发生重叠，屏蔽效应较弱短导体之间的火花区域增大，散流较好。如图8所示，当火花刺间距为0.1m时，火花区域开始发生重叠。如图所示，随着火花刺间距的增加，火花区域体积也增加，两者的增加趋势先快后慢，因为刚开始间隔较小变化时，屏蔽效应开始减弱，两根火花刺产生的火花区域重叠部分开始减少，当火花刺间隔再变大，屏蔽效应开始减弱，此时主导的为两根火花刺各自的火花区域增加开始变缓慢，当间隔达到火花刺长度时，此时火花刺之间的屏蔽效应较弱，火花刺本身的火花区域体积变化较小，两者间的火花区域体积随着间距的增大而增大，再增大时，由于火花刺距离注流点更近，屏蔽效应增强，火花区域体积又开始减少。对如图9所示的冲击接地电阻变化曲线分析可知，冲击接电阻随着火花刺的间隔增加而逐渐下降，且下降越来越慢，最终趋于平缓，火花刺长度为0.5m时的接地电阻比火花刺为0.2m时的接地电阻整体较低，因为有效长度火花刺的存在增加了散流通道。火花刺长度为0.5m时，间距在0.5m附近时冲击接地电阻达到最低，而当火花刺长度为0.2m时，间距在0.2m附近趋于平缓，即火花刺间隔与火花刺长度基本相等的时候，冲击接地电阻达到最低。

另一个实施例中，所述水平接地体采用石墨材料。

本实施例中，与传统的金属材料相比，石墨材料防腐蚀、成本低，且集肤效应不明显，材料利用率高，电感效应低，与土壤的接触电阻小，因此，本实施例选用石墨作为水平接地体的制作材料，相比于使用金属材料的传统水平接地体具有更为明显的降阻效果。

另一个实施例中，本公开还提供一种降低冲击电阻的方法，包括如下步骤：

s100：将水平接地体固定在地网上，使水平接地体的分支呈射线状向外延伸；

s200：将互成120°的火花刺等间距设置在水平接地体上；

s300：将火花刺的长度设置为水平接地体分支的0.1-0.25倍。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。