接地网电流分布的测量与分析
日期：2008-11-5 23:11:17 来源：中国自动化网
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摘 要：由于在实际接地网中测量接地网电流是不可能的，因此，提出了一种实验室接地模拟的方法来分析实际接地网的电流分布，即在实验水池中，用电量隔离传感器测量接地网的电流分布，测出不同接地网——单根垂直接地体、十字形接地网、水平接地网、复合接地网的电流分布，所得的实验结果为研究接地网中的电位分布及接地网的设计提供较准确的科学数据。
关键词：接地网; 电流分布; 电量隔离传感器
Measurement and analysis of current distribution in grounding grids
Abstract: In view of the impossibility of current measurement in actual groundi ng grids, a method of analyzing current distribution in actual grounding grids b y simulation experiments in the laboratory is introduced in this paper. Current distribution in grounding grids is measured by the isolated sensor of electricit y in the experimental pool. A series of experimental data are obtained by measur ing different grounding grids including single vertical earth electrode, cross g rounding grid, vertical grounding grid and complex grounding grid, thus providin g a basis for the design and potential distribution analysis of grounding grids.
Keywords: grounding grid; current distribution; isolated sensor of electricity
随着用电负荷的不断增加，电力系统的容量也在不断增大，接地网的尺寸也越来越大，因此分析接地网中的电流分布就显得很有必要。现通过接地模拟实验，测量了单根垂直接地体、十字形接地网、水平接地网及复合接地网（带垂直接地体）中的电流分布，对接地网中的电流分布规律有了一定的了解，为地网设计及研究地网中的电位分布打下了基础。
1模拟实验
1.1模拟实验电路
接地模拟实验通常用具有一定电阻率的电解液（例如自来水或稀食盐溶液）作为媒质，因为在电解液中可以比较容易地测量电位分布，这种模拟装置称为电解槽。电解槽的槽壁通常由绝缘物制成，考虑在电解槽中，电流流动的方向受到槽壁的影响，因而电解槽应尽可能做得大一些。一般地网模型的中心到槽壁的距离应大于地网模型对角线的5倍。电解槽宜做成长方形，以便设置回流电极［1］。为了完善接地技术，提高实验精度，决定在外形尺寸为10 m×5 m×2.5 m的长方形池内进行接地网电流分布的模拟实验。水池的四壁用瓷砖拼砌，表面用绝缘漆涂刷。池的上方横一铁架行车，行车可移动，运载实验人员到达池内的任何地方。水池的底面铺一层铝板，在池的边缘由铝板向上引一条导电线［2］。
在接地网中，地网接地体本身的阻抗会引起地网电位分布不均匀，因此，接地电阻可以看成是接地网导体的电阻与接地网相对于无限远处的无限大电极间大地土壤的电阻的串联,一般情况下，前者远远小于后者，故接地网导体电阻所引起的压降以及导体电阻对接地网接地电阻的影响是可以忽略的。在工频条件下，电感和电容的影响也是可以忽略的。这次实验的目的就是在忽略接地体本身阻抗的前提下，测量出接地网中电流的散流规律。
由于在实际地网中测量地网电流是不可能的，笔者提出采用一种实验室模拟的方法来分析实际地网中的电流分布。注入到接地体中的电流在沿导体轴向流动的同时也会流向水中，为了测量出水中接地网周围的电流分布，采用了可移动的穿心式电量隔离传感器来测量水中接地网的电流分布，实验电路见图1。在图1中，分别采用了单根垂直接地体、十字形接地网、水平接地网及复合接地网（带垂直接地体）4种接地体进行实验。
1.2实验元件的参数
此次实验是在工频条件下进行的，各个元件的参数选择是：调压器的可调范围为0～220 V；限流电阻（R1）由两个200Ω, 10 W的电阻并联而成；数字电压 表采用通用数字万用表；隔离变压器有210 V, 220 V, 230 V 3种输出，本次实验选择220 V输出；电量隔离传感器型号为WBI412D1-0.5A（Φ4）/5 V，由于此传感器不能防水，在实验中采用环氧树脂密封绝缘；水的电导率测量值为38mS/m。
2单根垂直接地体中的电流分布
单根垂直接地体铜丝直径d=2.2mm, 长度L=627mm，见图2所示。
电流从单根垂直接地体的O点注入，这时分别测量了当注入电流为20mA, 40mA， 60mA, 80mA, 100mA时，6个不同深度处的电流值。电流值随单根垂直接地体的深度呈线性递减（见图3），分布基本上是均匀的。如注入电流为80mA时，在深度为0mm, 100 mm, 200mm, 300mm, 400 mm, 500 mm时的电流实际测量值分别为79.6mA, 67.0mA, 54.9 mA , 4 2.7mA, 29.6mA, 17.5mA, 接地电阻约为46.8 Ω；理论计算值则分别为80.0mA, 6 7.1 m A, 55.0mA, 42.9mA, 30.5mA, 17.7 mA，与图3中用圆点表示的测量值的误差均在3%以内。
3十字形接地网中的电流分布
十字形接地网是由两根长500 mm的铜丝垂直交叉焊成的，铜丝直径d=2.2 mm，其构成和电流分布见图4。
电流从十字形接地网中心O点注入，这时分别测量了当注入电流为40mA, 60mA, 80 mA时，十字形接地网图中各点处的电流值。从图4中可知：当注入电流为80 mA时，A, E, O 3处的电流值分别为1.43 mA，12.7 mA，19.2 mA，其中E, F, G, H分别为AO, BO, CO,DO的中点, 其接地电阻约为55.6Ω。
4水平接地网中的电流分布
水平接地网为300 mm×300 mm的方形地网，均压带由水平接地体组成，根数为3×3，有4个网孔。接地铜丝导体直径d=2.2 mm。
电流从地网边角A点注入（最不对称，最不易散流），这时分别测量了当注入电流为40mA, 60mA, 80 mA时各导体段中的电流值，图5显示了注入电流为80 mA时，地网中对称部分的电流值(图中所标的电流值都是该段导体中间处流过的电流值，单位为mA，接地电阻约为4 3.1Ω。)
5复合接地网（带有垂直接地体的水平接地网）中的电流分布
复合接地网为300 mm×300 mm的方形地网，均压带由水平接地体并带有垂直接地体的复合接地网组成，根数为3×3，有4个网孔。垂直接地体长500 mm，接地铜丝导体直径d =2.2 mm。
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关键词：接地网; 电流分布; 电量隔离传感器
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Abstract: In view of the impossibility of current measurement in actual groundi ng grids, a method of analyzing current distribution in actual grounding grids b y simulation experiments in the laboratory is introduced in this paper. Current distribution in grounding grids is measured by the isolated sensor of electricit y in the experimental pool. A series of experimental data are obtained by measur ing different grounding grids including single vertical earth electrode, cross g rounding grid, vertical grounding grid and complex grounding grid, thus providin g a basis for the design and potential distribution analysis of grounding grids.
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Keywords: grounding grid; current distribution; isolated sensor of electricity
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随着用电负荷的不断增加，电力系统的容量也在不断增大，接地网的尺寸也越来越大，因此分析接地网中的电流分布就显得很有必要。现通过接地模拟实验，测量了单根垂直接地体、十字形接地网、水平接地网及复合接地网（带垂直接地体）中的电流分布，对接地网中的电流分布规律有了一定的了解，为地网设计及研究地网中的电位分布打下了基础。
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1模拟实验
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1.1模拟实验电路
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接地模拟实验通常用具有一定电阻率的电解液（例如自来水或稀食盐溶液）作为媒质，因为在电解液中可以比较容易地测量电位分布，这种模拟装置称为电解槽。电解槽的槽壁通常由绝缘物制成，考虑在电解槽中，电流流动的方向受到槽壁的影响，因而电解槽应尽可能做得大一些。一般地网模型的中心到槽壁的距离应大于地网模型对角线的5倍。电解槽宜做成长方形，以便设置回流电极［1］。为了完善接地技术，提高实验精度，决定在外形尺寸为10 m×5 m×2.5 m的长方形池内进行接地网电流分布的模拟实验。水池的四壁用瓷砖拼砌，表面用绝缘漆涂刷。池的上方横一铁架行车，行车可移动，运载实验人员到达池内的任何地方。水池的底面铺一层铝板，在池的边缘由铝板向上引一条导电线［2］。
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在接地网中，地网接地体本身的阻抗会引起地网电位分布不均匀，因此，接地电阻可以看成是接地网导体的电阻与接地网相对于无限远处的无限大电极间大地土壤的电阻的串联,一般情况下，前者远远小于后者，故接地网导体电阻所引起的压降以及导体电阻对接地网接地电阻的影响是可以忽略的。在工频条件下，电感和电容的影响也是可以忽略的。这次实验的目的就是在忽略接地体本身阻抗的前提下，测量出接地网中电流的散流规律。
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由于在实际地网中测量地网电流是不可能的，笔者提出采用一种实验室模拟的方法来分析实际地网中的电流分布。注入到接地体中的电流在沿导体轴向流动的同时也会流向水中，为了测量出水中接地网周围的电流分布，采用了可移动的穿心式电量隔离传感器来测量水中接地网的电流分布，实验电路见图1。在图1中，分别采用了单根垂直接地体、十字形接地网、水平接地网及复合接地网（带垂直接地体）4种接地体进行实验。
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1.2实验元件的参数
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此次实验是在工频条件下进行的，各个元件的参数选择是：调压器的可调范围为0～220 V；限流电阻（R1）由两个200Ω, 10 W的电阻并联而成；数字电压 表采用通用数字万用表；隔离变压器有210 V, 220 V, 230 V 3种输出，本次实验选择220 V输出；电量隔离传感器型号为WBI412D1-0.5A（Φ4）/5 V，由于此传感器不能防水，在实验中采用环氧树脂密封绝缘；水的电导率测量值为38mS/m。
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2单根垂直接地体中的电流分布
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单根垂直接地体铜丝直径d=2.2mm, 长度L=627mm，见图2所示。
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电流从单根垂直接地体的O点注入，这时分别测量了当注入电流为20mA, 40mA， 60mA, 80mA, 100mA时，6个不同深度处的电流值。电流值随单根垂直接地体的深度呈线性递减（见图3），分布基本上是均匀的。如注入电流为80mA时，在深度为0mm, 100 mm, 200mm, 300mm, 400 mm, 500 mm时的电流实际测量值分别为79.6mA, 67.0mA, 54.9 mA , 4 2.7mA, 29.6mA, 17.5mA, 接地电阻约为46.8 Ω；理论计算值则分别为80.0mA, 6 7.1 m A, 55.0mA, 42.9mA, 30.5mA, 17.7 mA，与图3中用圆点表示的测量值的误差均在3%以内。
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3十字形接地网中的电流分布
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十字形接地网是由两根长500 mm的铜丝垂直交叉焊成的，铜丝直径d=2.2 mm，其构成和电流分布见图4。
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电流从十字形接地网中心O点注入，这时分别测量了当注入电流为40mA, 60mA, 80 mA时，十字形接地网图中各点处的电流值。从图4中可知：当注入电流为80 mA时，A, E, O 3处的电流值分别为1.43 mA，12.7 mA，19.2 mA，其中E, F, G, H分别为AO, BO, CO,DO的中点, 其接地电阻约为55.6Ω。
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4水平接地网中的电流分布
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水平接地网为300 mm×300 mm的方形地网，均压带由水平接地体组成，根数为3×3，有4个网孔。接地铜丝导体直径d=2.2 mm。
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电流从地网边角A点注入（最不对称，最不易散流），这时分别测量了当注入电流为40mA, 60mA, 80 mA时各导体段中的电流值，图5显示了注入电流为80 mA时，地网中对称部分的电流值(图中所标的电流值都是该段导体中间处流过的电流值，单位为mA，接地电阻约为4 3.1Ω。)
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5复合接地网（带有垂直接地体的水平接地网）中的电流分布
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