[发明专利]一种大型地网的交直流和冲击特性模拟试验装置和方法

权利要求书

1.一种大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，主要包括矩形模拟槽，等值缩小的接地网模型，交、直流试验电源，冲击电流发生器及精确定位系统，其特征在于：

矩形模拟槽的槽内四壁和底部敷设有金属网格，构成网状回流电极，槽中注入液态介质，通过调整矩形模拟槽中液态介质的电阻率或改用不同的介质来模拟土壤电阻率的变化，通过改变网状回流电极的金属网格的稀疏程度来实现在均匀媒质中模拟多层媒质中接地网的电场分布；

接地网模型根据实验目的和内容进行设计制作，通过改变接地网模型的尺寸和型式来模拟不同规模、不同型式的接地网，通过外加工频、直流和冲击试验电压，模拟不同接地网或不同土壤电阻率下流过工频、直流和雷电冲击电流的电位分布和电流分布；

精确定位系统由电控移动行车和全站仪组成；矩形模拟槽的两个长边铺设有电控移动行车的轨道，在轨道之上安装有电控移动行车的主梁，主梁可沿着轨道移动，在主梁下方安装有电控移动行车的小车，小车可沿着主梁移动，小车上可承载两名人员进行试验操作，通过电控移动行车的控制系统的遥控器可控制主梁和小车的移动，小车可移动至矩形槽内任意位置；在小车上设置了可上下移动的滑杆，在滑杆下端布置了探针，全站仪可识别探针的坐标点，全站仪测量精度1mm；通过电控移动行车和全站仪协调工作，便于对矩形模拟槽内的任意点电位进行定点测量。

2.根据权利要求1所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：矩形模拟槽长宽高分别为30m、27m、2.6m，位于地面以下部分高1.5m，位于地面以上部分高1.1m，由混凝土浇筑而成，底部和四壁采用防渗水处理，四壁厚度为0.5m，四壁的顶部采用钢筋混凝土现浇宽度为1.0m的人行过道，便于试验人员的操作。

3.根据权利要求1所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：矩形模拟槽的四个内壁和底部敷设的金属网格，为防腐和保证通流能力，选用方铜和裸铜线作为回流电极的主材，回流电极的型式和结构能够根据不同的试验要求进行变更和重组。

4.根据权利要求1所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：在矩形模拟槽的一角装设了进水管和出水管，配置了相应的阀门，便于随时向槽内注入自来水和泄放出槽内液体，在槽内四角设置了数据色彩清晰的标尺，便于随时掌握槽内液体深度，液体为透明状时，后期可配置摄像机进行火花放电直接观测。

5.根据权利要求1所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：在矩形模拟槽中心放置了绝缘支撑骨架，材料为环氧树脂，形状为圆管式，接地网模型置于其上，两者均容易移动，便于灵活调整接地网模型的放置位置。

6.根据权利要求1所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：交、直流试验电源输出电压可调范围6V～800V，在负载较小的情况下可输出的电流达300A，冲击电流发生器有小容量和大容量的两套，小容量冲击电流发生器为60kV/10kJ一台，大容量的冲击电流发生器为1000kV/180kJ四台，可根据实验需求灵活提供各种波形的电压、电流源。

7.根据权利要求1所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：在矩形模拟槽四个角的节点处牵引出四根同样长度的回流引线至电源接地端子排，导线经穿管后布置在水泥台面下端，防止互相干扰以及风吹日晒引起老化，接头采用螺栓方式，便于灵活改装。

8.一种大型地网交直流和冲击特性模拟试验方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于，试验方法步骤如下：

1）根据试验目的研究试验方案，制作接地网模型，提出施加电压、电流大小，需要观测的参量，以及要观测的路径和观测点间距；

2）布线和仪器仪表接入，将电源两端分别接在接地网电流注入点和回流极连接的接地端子排上，将与探针连接的电位线和回流极引线接在电压表的两端测量地表相对回流极点的电位，也可将一铁钎接地棒嵌入矩形模拟槽附近的地下，将与该接地极相连接的导线作为电压表的参考电位接口，测量地表相对无穷远处零电位点的电位，注入电流可以直接通过交直流电源控制系统读取，若需要测量其他回路的电流，可以将电流表串联接入相应的回路或采用电流互感器和万用表组合的方式测量；

3）试验前基本参数测量，测量模拟槽内液体电阻率，利用全站仪确定电流注入点坐标作为基准点，各试验人员之间采用无线对讲机联系；

5）启动交直流电源，控制交直流电源升压至需要的电压、电流水平；

6）利用电控移动行车的遥控器控制小车沿着设计的观测线对各观测点进行依次测量和记录；

7）分析试验数据，绘制地表电位分布曲线。