高脉冲条件下，不同土壤电阻率接地系统的场测量外文翻译资料

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高脉冲条件下，不同土壤电阻率接地系统的场测量

摘要：已发表的文献中，有三种实用的接地系统：二极法、三极法和四极法，但这都是在假设土壤电阻率相同的情况下进行测量的方法。而在实践中发现，不良接地系统中用二极法测量土壤电阻率时，测得结果与实际相差较大。以前的研究中也观察到了随着电流增加接地电阻也随之非线性的减少，然而在以前的研究中没有考虑土壤电阻率对接地系统性能的影响。本文在以前研究的基础上，深入研究高低脉冲在不同土壤电阻率情况下对接地电阻测量结果的影响。在每个试验中都使用二极法、三极法、四极法进行测量，并对结果进行比较研究。

关键字：接地电阻 电离 非线性接地电阻 脉冲 场测量

1 简介

本文是对以前结果的进一步深入研究。已知在高脉冲条件下，由于土壤的电离，接地系统属于非线性系统，其接地电阻随着测量电流的增加而减小。在文献中，对接地系统中的土壤电离现象的实验主要在实验室中可控的环境下进行，这样就能对电离现象进行准确的检测。但是对于实际的接地系统，在当接地系统收到快速冲击时，土壤是否发生电离这是很难判断的。这是因为实际的接地系统是较大的接地系统，而土壤却不是均匀的，其中电流耗散和电压分布的情况将比实验室中试验台的情况更加复杂，因此在快速变化条件下，电离过程或许很难被探测到。此外研究人员并没有找到任何证据表明在某些接地系统中土壤会发生电离，特别是当接地系统接受大电流冲击时，土壤是否电离就更难确定，这可能是由于大尺寸接地系统和土壤的不均匀性造成的。从一个简单的方程看，E = rho; J，其中E是电场强度，rho;是土壤电阻率，J是电流密度，而J又等于I/A，其中I是电流，A是横截面积，可以看出对于电离发生时，Egt;Ec，其中Ec是临界电场。在许多研究中发现，在电离过程中，接地电阻值会随着电离程度的加深进一步降低，这意味着对于大面积的接地电网，可难很难观测到电离的发生。本文旨在研究哪些土壤条件和接地系统可能发生电离，当接地系统受到高冲击影响时，随着土壤中电离的发生，接地电阻可以得到进一步的降低。这将有助于设计接地系统，在不同土壤条件和不同接地电极尺寸的情况下，可能不需要增加接地电极的半径或者尺寸，因为接地系统中，接地电阻会随着土壤电离程度的加深而“自然”的降低。此外，一般来说，接地系统尺寸的增加将会改变接地系统的对瞬态变化的感应效应，盲目的增大接地系统的尺寸将会使接地系统的有效性降低。因此，本研究课题对于接地系统设计工程师在设计中了解和考虑土壤的电离过程是十分重要的。

本文中使用三个不同的测量方法来测量不同土壤电阻率的变化，从而可以知道不同土壤条件下发生电离的可能性。有三种土壤和三种测量方法，它们组成了九个接地实验系统，再用多个杆组成另一个网格接地系统，用这个网格接地系统来研究土壤电离率对土壤电阻率产生的影响，以及最大幅度减少接地电极的配置方法。而根据该研究结果，将来就可以根据不同的土壤条件，和接地电极受到快速瞬变的接地电阻值的降低程度，来进一步修改或者改进接地系统的设计。

2实验安排

2.1接地系统

2.1.1杆式接地电极

本研究中所使用的接地系统与之前发表在论文中使用的接地系统类似，都是使用棒状电极（见图1a）。每个杆的尺寸的直径为1厘米，长度为180厘米。杆与杆之间的距离为200厘米。这种类型的接地系统被经常使用，例如塔，建筑物和电信系统的接地系统，都是这种接地系统。由于其使用的广泛性，本文介绍了三个不同位置的稳态和瞬态的条件下，接地系统的2，3和4极法测量结果的特点。

2.1.2组合网格多杆

图1b是组合网格多功能棒配置的原理图。电网尺寸为10times;10平方米，杆与杆之间距离为5m。电网格栅被埋在地下0.5米的，而每一个杆都被埋在地下3米深。

图1 （a b）

2.1.3

当接地系统在高冲击条件下测试时，理想接地是脉冲发生器的接地极。标准中规定，承载来自脉冲发生器的回流电流的辅助接地或远程接地的阻抗必须显着低于测量接地系统的阻抗。在这项研究中，具有挑战性的任务是构建另一种具有较低接地电阻值的接地系统。由于靠近接地系统到每个站点都被用作遥控地球，所用的回路或遥控地球在水槽，附近的公寓和更大尺寸和尺寸的接地网的接地系统 发现所有这些值都低于被测电极的值。

作者研究发现，当远地点的电阻低于主接地系统的接地电阻时，冲击电阻低于直流电阻。 这些趋势都是可预测的，并且在许多发表的文章中也有类似的发现。然而，当远程地球的直流电阻高于主接地系统时，主接地系统的冲击电阻比直流电阻高。 这些结果与许多文献相矛盾，许多文献中，在接地系统受冲击条件下，发现接地系统的冲击电阻低于直流电阻。这表明，在测量中获得的远程/辅助地的直流电阻要低于主电极。这表明，对接地系统测量的远地的直流电阻值影响很大。 这个结果和研究将在另一篇文章做出解释。

由于使用三个不同的站点，每个站点的远程地球也不同。 当用电势（FOP）法测量时，远距离地球A，B和C的接地电阻值分别为43,25.2和80Omega;。

2.2土壤电阻值

然而，对于与参考文献2,3和4杆电极中使用的相同的接地系统配置，这次它们被埋在不同土壤电阻率的三个不同位置。 组合的多个网格在另一个站点中构建。 土壤电阻率测量和解释技术已经在参考文献中讨论了土壤电阻率测量方法，如ANSI / IEEE标准中所概述的，后来土壤电阻率值被解释为两层土壤模型，如参考文献 表1总结了所有四个不同地点（A，B，C和D）两层土壤模型的土壤电阻率分布，其中地点B的电阻率最高，其次是站点C，A和D.

2.3 测试条件

以前的工作已经提出了稳态和脉冲条件的详细测试设置。为了稳定的统计，应用IEEE标准81：1983中强调的电势（FOP）方法来测量直流电阻值。为了方便读者，本文提供了两个测试电路（参见图2，图3a）。 每个测量的细节可参见参考文献。

图2

2.4液体土壤中冲击电阻的测量

为了方便读者，作者列出了参考文献中提出的液体电阻负载脉冲测试的结果，结果表明测试装置的设计是正确的。接地系统的测量 不包括远地点的阻抗。

图3b显示了在电阻负载上获得的典型电压和电流记录。 电压和电流曲线和电流曲线与脉冲前后的电压曲线一致。这些结果表明，测试装置已经是正确的，且没有产生电感效应。在各种电压水平进行脉冲测试。在每个电压电平下，电阻以Ipeak / Ipeak进行测量，并以增加电流以绘制曲线。发现电阻恒定为750Omega;（见图3c）。

图3 (a b c)

3 结论

3.1 平稳状态

表2显示了在使用电位降低法的稳态低电平电流下获得的每个配置的接地电阻值的结果。 正如预期的那样，由于其大面积和低电阻率，在所有电网具有最低的接地电阻，随后是站点A的4个电极具有低接地电阻。

表2

3.2 冲击条件下的情况

基于其电压和电流脉冲形状和动态电阻来讨论结果。

3.2.1 电压电流测量

在这项研究中，对于每个接地系统，测试电压逐渐增加，从17.5kV的最小电压开始到最大50kV。本文仅提供了选定的轨迹分析电压和电流曲线，因为许多曲线都具有相似的图案。表3示出了对于接地系统的测试所获得的电压和电流曲线，其由3个棒状电极组成，当在A，B和C的位置施加30kV的施加电压时，以及组合 在这项研究中发现埋在现场A（2,3和4接地电极）的接地系统都具有与图1相同的趋势。 4a，30kV的场地A.类似地，对于埋在相应的B，D中的接地系统，所有电压电平的电压和电流曲线类似于图3.b-d。

从图4a-d中可以看出，电压和电流曲线都具有快速上升时间。在两个图中，电流曲线上观察到一些初始振荡。如以前的文献所述，这些初始振荡电流曲线被认为是由砂粒之间的小空隙和土壤颗粒与接地电极之间的界面的电容效应引起的。与以前的发现类似，还观察到电流曲线滞留所有配置的施加电压和充电电压。这可能与感应效应以及接地系统在脉冲条件下的非线性行为相关，这可能是由热和电离过程引起的。已经发现，对于高稳态土电阻值，直流电阻处于高电阻率的位置（B点和C点），在系统中，发现所有电压电平的电流曲线具有两个电流峰值（见图4b，c）。另一方面，在低电阻率土壤值（A点和D点）的接地系统只有一个电流峰值，特别是对于D，发现电流曲线是光滑的。高土壤电阻率土壤值（位置B和C）的两个当前峰值的原因可能是由于可能发生的热过程。在一些文献中也观察到这种现象，其中对于高度饱和的土壤，仅观察到一个电流峰值，然而，观察到两个电流峰值较低的含水率。将本研究的结果与本研究结果相关文献可以得出结论，土壤中发生的过程类型取决于土壤的类型。本研究还表明，传导现象从17.5 kV低电压开始，这是施加在土壤上的最小电压。

图4（a b c d）

由于观察到接地系统的两个电流峰值的所有位置的电压和电流曲线的明显差异，可以做出另一个声明，B和C，对于接地系统，仅观察到一个电流峰值，因为A和D是由于 站点A和D中接地系统的电阻值较低。

在许多研究中，启动电热效应和电离还需要一段时间，这提供了在接地系统中发生接地电阻值降低有多快的信息。在本文中，还测量了第一和第二电流峰值t1和t2的时间，其中最长时间延迟是埋在现场A的接地系统（见图5a，b），最低时间延迟用于电网，这表明在低电阻率土壤中传导机制可能会更快发生。观察到最大的接地系统，4杆配置的最高时间延迟，这也可能与接地系统的感应效应有关。然而，由于测试是在现场进行的，土壤类型，水分含量，从一个地点到另一个地点的距离、尺寸等是不同的，这需要将来进行更多的测试来查看不同情况 或土壤的时间延迟，并确定土壤中的传导机制是否受到热或电离过程的影响为了更清楚地了解接地系统行为的非线性，测量在直流和冲击条件下测量的电阻之间的相关性，这将在下一节中给出。

图5（a b）

3.2.2 冲击电阻

由于在2,3和4个岩浆床结构中观察到位点B和C有两个电流峰值，所以测量了两个电阻值：图6显示了本文使用的Ipeak1和Ipeak2的定义。与这些相应电流Ipeak1和Ipeak2同时发生的电压分别在Ipeak1和Ipak2处分别为V。

图6

对于电压曲线，达到峰值后，随着时间的推移平滑衰减。选择该测量以消除任何电感效应。在场地A中，组合的网格多重轨道和2,3和4个杆架，测量了一个接地电阻值，其中，

图7a，b分别表示R1在不同电流下的接地电阻站点B和C的大小，以及R2的所有接地系统。从图中可以看出，稳定状态下的趋势是接地电阻越高，R1和R2越高，组合的栅格多极棒具有最小的接地电阻值，因为它具有最大的尺寸，而最低的接地电阻对于场地B和C，发现R1随着电流的增加而减小，这表现在接地系统的电气特性中是非线性的。对于R2，仅线性观察到土壤电阻率最高的电极，在现场C中，其中仅观察到具有电流大小的接地电阻值的减小（参见图7b）。这表明土壤电阻率最高的土壤非常鼓励接地系统的非线性。这也在其他文献中，使用实验室方法观察的到。令人惊讶的是，在这个研究中，尽管土壤的配置和复杂多样的条件很大，但也可以观察到与土壤中的传导机制有关，且为非线性。

图7

表3总结了直流和脉冲条件下所有接地系统的接地电阻值，并显示了这两个电阻之间的百分比差异。 这些电阻之间差的百分比为D。

表3

R1和R2以所有接地系统的平均值计算。据观察，对于埋藏在具有最高土壤电阻率的C接地系统中，接地电阻降低的百分比最高，对于具有最低接地电阻和最低土壤电阻率的D点，降低的百分比最低。 这表明在冲击条件下，接地电阻的降低受稳态下的接地电阻值，及土壤电阻率值的影响。这些结果与使用实验室试验模型的一些文献中发现的结果相似。

4 结论

在这项研究中，对埋藏在三个不同位置的2,3和4个接地系统进行了现场测试，在单独的位置进行了多个栅极接地系统，以提供接地电阻值的变化。对于每种类型的电极，测量稳态或冲击接地电阻。测量了冲击电阻，并与接地电阻进行了比较。发现2,3和4杆接地高电阻率土壤中有两个冲击电阻，在较低的土壤电阻率和较大尺寸的的多个接地系统中只发现了一个冲击电阻。这表明在冲击条件下接地电阻值降低的程度或百分比取决于接地系统的尺寸。本文在接地系统在高土壤电阻率和高接地电阻条件下的设计，提供了非常关键的信息，当接地系统在高瞬态下受到影响时，预计接地系统有一定的减少，但低接地电阻和低土壤电阻率的接地系统可能无法观察到变化。

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