一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构的制作方法

本实用新型涉及电气保护接地
技术领域：
，具体为一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构。
背景技术：
：随着我国经济的快速发展，输电线路传输距离的增加是未来电网发展的必然趋势，输电线路越来越容易受到的干扰，严重影响输电线路的安全可靠运行。接地装置作为输电线路的重要设施，目的是将工频故障电流、操作过电流、高频率暂态电流等引入大地，并通过接地体与土壤进行扩散，以保护送电线路的正常运行，接地体的散流效果将直接影响电力系统的安全可靠运行。因此，要保证电力系统的可靠供电，必须保证杆塔接地在复杂环境下的良好接地性能。输电线路的接地装置主要由接地极、接地引下线等组成，其中，接地极作为接地装置的主要组成部分，是决定入地电流溢散效果的关键，越来越受到电力行业内外的重视。目前，常见的接地极敷设方式为水平敷设和垂直敷设，但这两种方式为达到预期的散流效果存在敷设距离远或埋设深度大的不足，易受管道、公路、地质等因素制约，难以达到预期的散流效果，导致接地电阻增大，危害输电线路的正常运行，因此，受限地区接地极的散流问题成为近年来输电线路建设关注的重点。接地电阻是表征接地装置的电气性能的参数。接地电阻等于接地装置通过电流时，其相对于无穷远处的电位与该电流的比值。接地电阻与周围的土壤特性和接地体的几何尺寸有关，主要受到土壤厚度，土壤电阻率，接地体的形状、尺寸及埋深，接地线和接地体的连接等因素的影响。技术实现要素：(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构，解决了常见的接地极敷设方式为水平敷设和垂直敷设，但这两种方式为达到预期的散流效果存在敷设距离远或埋设深度大的不足，易受管道、公路、地质等因素制约，难以达到预期的散流效果，导致接地电阻增大，危害输电线路的正常运行的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构，包括引下线、接地框架和螺旋接地极，所述接地框架上通过引下线设置有螺旋接地极，所述螺旋接地极垂直连接在引下线上，所述螺旋接地极的匝数为10匝，所述螺旋接地极的匝间距为0.5米，所述螺旋接地极的埋设深度为0.5米，所述螺旋接地极的截面半径为0.005米，所述螺旋接地极的线圈半径为0.6米，所述螺旋接地极的敷设长度为5米。优选的，所述引下线连接在螺旋接地极中间的位置。优选的，所述引下线连接在螺旋接地极的一端。优选的，所述框架的一条对角线上通过引下线设置有一对螺旋接地极。优选的，所述框架上两条对角线上均通过引下线设置有两对螺旋接地极。(三)有益效果本实用新型提供了一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构。具备以下有益效果：(1)该适用于复杂环境区域螺旋接地极结构采用螺旋接地极的设计有效降低了接地极的敷设长度，提升了空间的利用率同时也加强了对复杂环境的适应性。(2)该适用于复杂环境区域螺旋接地极结构通过对螺旋接地极尺寸的优化，进一步降低了接地极的电阻，有效提高了故障电流的释放速度，提升了对电气设备及系统的保护能力。附图说明图1为土壤电阻率为600ω·m时螺旋接地极布极模型局部图；图2为土壤电阻率为1000ω·m时螺旋接地极布极模型局部图；图3为本实用新型螺旋接地极的一端和引下线连接示意图；图4为本实用新型螺旋接地极的中间部分和引下线连接示意图；图5为接地电阻相近时水平接地极和螺旋接地极；图6为不同土壤电阻率下接地极接地电阻阻值大小；图7为不同线圈半径下接地电阻随土壤电阻率的变化；图8为线圈半径0.1～0.9m下接地电阻随土壤电阻率的变化；图9为线圈半径1.1～1.9m下接地电阻随土壤电阻率的变化。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构，包括引下线、接地框架和螺旋接地极，所述接地框架上通过引下线设置有螺旋接地极，所述螺旋接地极垂直连接在引下线上，所述螺旋接地极的匝数为10匝，所述螺旋接地极的匝间距为0.5米，所述螺旋接地极的埋设深度为0.5米，所述螺旋接地极的截面半径为0.005米，所述螺旋接地极的线圈半径为0.6米，所述螺旋接地极的敷设长度为5米，所述引下线连接在螺旋接地极中间的位置，所述框架的一条对角线上通过引下线设置有一对螺旋接地极。一种适用于复杂环境区域螺旋接地极结构，包括引下线、接地框架和螺旋接地极，所述接地框架上通过引下线设置有螺旋接地极，所述螺旋接地极垂直连接在引下线上并与平行于地面，所述螺旋接地极的匝数为10匝，所述螺旋接地极的匝间距为0.5米，所述螺旋接地极的埋设深度为0.5米，所述螺旋接地极的截面半径为0.005米，所述螺旋接地极的线圈半径为0.6米，所述螺旋接地极的敷设长度为5米，所述引下线连接在螺旋接地极的一端，所述框架上两条对角线上均通过引下线设置有两对螺旋接地极。在工程要求中，土壤电阻率ρ≤300ω·m时，接地电阻r≤15ω；若要在工程上使用10m水平接地极，只能在土壤电阻率ρ≤110ω·m的土壤中使用；敷设长度为62.8m的水平接地极完全符合工程需求，但由于各种成本和维护问题，工程中并不会使用过长的水平接地极；若要在工程上使用10m敷设长度的螺旋接地极，可以在ρ≤250ω·m的土壤中使用，基本符合工程需求在；在土壤电阻率300ω·m≤ρ≤1000ω·m时，接地电阻r≤20ω，只有敷设长度为62.8m的水平接地极能够很好地满足工程需求，敷设长度为10m的螺旋接地极在高土壤电阻率的环境中不能很好地满足工程需求。现改变水平接地极和螺旋接地极的敷设长度，比较两种接地装置在同时满足工程需求时，敷设长度的增加值。采用单根水平接地极布极时，根据水平接地极的接地电阻计算公式要在土壤电阻率ρ＝1000ω·m时，使接地电阻值为20ω，水平接地极的敷设长度需达到106m。图5表明，满足工程要求时，轴向布极长度为50m的螺旋接地极基本达到了敷设长度约106m水平接地极的接地性能。因此，在轴向布极空间受到限制时以及高土壤电阻率中，螺旋接地极均具有更高的接地性能。水平接地极在接地极靠近引下线处溢散电流远远大于接地极表面的溢散电流分布，即端部效应。而螺旋接地极的表面溢散电流呈现出较均匀的分布且螺旋接地极中间部分溢散电流数值远大于水平接地极，提高了单位长度上的溢散电流效率。碳钢水平接地极在引下线与接地极靠近连接点处溢散电流会大幅上升，接地极与连接点上呈现了较大的负电流。这种现象产生原因为在连接点处大量溢散电流为寻求低阻抗路径流动，溢散的电流将回流到了接地导体，使得连接点处的电磁场复杂化。螺旋接地极每一匝在yoz平面内，以x轴为轴向埋设方向。因此，螺旋接地极的溢散电流密度是在电流密度的y轴分量与z轴分量重交替变化的。由于螺旋接地极的结构特性接地极引下线上靠近连接点处溢散电流密度少量增加，在接地极上溢散电流是由电流密度的y轴分量逐渐向z轴分量变化，在靠近连接点处溢散电流逐步增加。z轴分量为负值表明入地电流是向螺旋腔体外进行的电流溢散。螺旋接地极通过与引下线实现90度连接方式，实现了电流从引下线流向接地极以及土壤中的平稳分布，大大抑制了水平接地极和垂直接地极存在的端部效应，有效解决了水平接地极与垂直接地极因端部效应导致的接地极与引下线连接点容易发生腐蚀断裂的问题。螺旋接地极的线圈半径在一定程度上影响着接地极的埋设深度，在工程上选择合适的线圈半径是非常重要的，现选取螺旋接地极线圈半径从0.1m至1.9m变化，研究在这个变化范围内螺旋接地极的接地性能。仿真结果如图8所示。由图7可知，线圈半径越大，接地极接地电阻越小。当线圈半径超过1m时，接地极的接地电阻基本满足工程上土壤电阻率小于300ω·m，接地电阻小于15ω的要求；线圈半径越大，线圈半径的大小对接地极接地电阻的影响逐渐减少。现按照线圈半径的大小将接地极分成两组，结果如图8和图9所示。由图8和图9可以明显看出，螺旋接地极线圈半径大于0.9m时，接地电阻完全满足工程上土壤电阻率小于300ω·m，接地电阻小于15ω的工程要求。线圈半径过大会降低材料利用率、增加人工成本；线圈半径过小无法使接地极接地性能满足预期目标。综合考虑材料利用率和工程要求，螺旋接地极线圈半径范围应该在0.6～1.1m。螺旋接地极的设计参数表参数项目参数线圈半径0.3米匝距0.5米敷设长度5米(10匝)埋设深度0.5米截面半径0.005米材质碳钢螺旋接地极改造后的数据对比：相别abcd改造前(ω)0.320.311.50.31改造后(ω)0.200.220.240.12电阻降低率37.5％29.0％84.0％61.3％综上所述，该适用于复杂环境区域螺旋接地极结构采用螺旋接地极的设计有效降低了接地极的敷设长度，提升了空间的利用率同时也加强了对复杂环境的适应性；通过对螺旋接地极尺寸的优化，进一步降低了接地极的电阻，有效提高了故障电流的释放速度，提升了对电气设备及系统的保护能力。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页12