[发明专利]新型多针式垂直接地系统设计方法

摘要

本发明涉及新型多针式垂直接地系统设计方法，属于电气工程领域。步骤如下：(1)根据建筑或设备的国家标准和实际需求，设定系统的接地电阻；(2)根据现场实地勘测确定垂直接地体可埋设的深度，确定多针式垂直接地体长度；(3)计算单根多针式垂直接地体埋入土壤时的工频接地电阻；(4)新型多针式垂直接地系统结构形状为同心圆，以同心圆层数最少和每根多针式垂直接地体到中心多针式垂直接地体的连接线距离最短为依据，确定同心圆层数、多针式垂直接地体数目以及新型多针式垂直接地系统中每根多针式垂直接地体和连接线的具体位置；(5)分析最高工作频率下新型多针式垂直接地系统的接地电阻。

主权项

一种新型多针式垂直接地系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据建筑或设备的国家标准和实际需求，设定新型多针式垂直接地系统的接地电阻R；(2)根据现场实地勘测确定垂直接地体可埋设的深度，确定多针式垂直接地体长度为2.5‑5m；多针式垂直接地体选用导电性能优良的导体作为材料，直径为25mm，其上每隔50mm垂直焊接一圈均匀分布的四个长25mm、直径4mm、尖端曲率0.2mm的针状放电极；(3)测量现场土壤电阻率，利用公式(1)计算出单根多针式垂直接地体埋入土壤时的工频接地电阻R₁$R_1=\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\πl}}(\ln \frac{8l}{d}-1)---\left(1\right)$公式(1)中，R₁、ρ、l、d分别为单根多针式垂直接地体接地电阻、土壤电阻率、多针式垂直接地体长度、多针式垂直接地体等效直径即为垂直接地体直径和两根针状放电极的长度之和；(4)新型多针式垂直接地系统结构设计新型多针式垂直接地系统结构形状为同心圆，中心处设有与接地引下线相连接的多针式垂直接地体，同心圆各层均匀分布有多根多针式垂直接地体，各多针式垂直接地体通过连接线相互连接，最内层即为第一层同心圆半径为2米，第n层同心圆半径为2n米；用公式(2)得出新型多针式垂直接地系统中多针式垂直接地体的数目，n向上取整，n≥4；第x层同心圆上最近两根多针式垂直接地体间的圆心角为θ，用公式(3)得到该层最近两根多针式垂直接地体的距离L；多针式垂直接地体在每层同心圆上均匀分布，每两根多针式垂直接地体的水平距离至少为2m；以同心圆层数最少和每根多针式垂直接地体到中心多针式垂直接地体的连接线距离最短为依据，确定同心圆层数、多针式垂直接地体数目以及新型多针式垂直接地系统中每根多针式垂直接地体和连接线的具体位置；$n=\frac{R_1}{R}---\left(2\right)$$L=4x\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}---\left(3\right)$最内层同心圆上多针式垂直接地体的数目为3、4、5、6；(5)分析最高工作频率下接地电阻在现场最高工作频率下，将n根多针式垂直接地体的接地电阻并联形成新型多针式垂直接地系统的接地电阻，将整个系统并联后的接地电阻分析转换为分析各根多针式垂直接地体的接地电阻；接地引下线与新型多针式垂直接地系统中心的多针式垂直接地体相连接，按照每根多针式垂直接地体通过连接线与中心的多针式垂直接地体的最近距离划分，将n根多针式垂直接地体分组，每组距离相同；各组中各取一根多针式垂直接地体，分析其在最高工作频率下的接地电阻，其中单根垂直接地体接地电阻分为接地电阻R₁和连接线电阻；由于集肤效应和电感作用，当高频电流通过新型多针式垂直接地系统时，连接线会产生较大的阻抗，阻抗由连接线感抗和电阻组成；忽略各连接线之间的相互作用，利用公式(4)计算各组连接线的电感，再利用感抗公式X_L＝2πfL计算各组感抗；$L_i=\frac{\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}(\ln \frac{2l_i}{r}-1)\frac{1}{y}---\left(4\right)$公式(4)中，μ、l_i、r、y分别为磁导率4π×10^‑7、连接线长度、连接线半径、连接线的股数；利用公式(5)可计算出单位长度连接线的传输电阻R_y，由此可得各组连接线在最高工作频率下的电阻；$R_y=\frac{1}{\frac{2\mathrm{\πr}}{\sqrt{\mathrm{\πf\μ\ρ}}}+\frac{4}{\mathrm{f\μ}}}---\left(5\right)$公式(5)中，ρ为多针式垂直接地体的电阻率；结合连接线感抗和电阻可得各组连接线的阻抗综合接地电阻R₁和连接线的阻抗，得到各组多针式垂直接地体在最高工作频率下的阻抗，阻抗的模即为各组多针式垂直接地体在最高工作频率下的接地电阻；并联n根多针式垂直接地体的接地电阻，即得到新型多针式垂直接地系统在最高工作频率下的接地电阻。