一种测试铜覆钢接地网设计合理性的方法

摘要

本发明属电力系统接地网评价的技术领域，涉及一种测试铜覆钢接地网设计合理性的方法。本发明的解决方案是：根据麦克斯韦方程，建立在工频情况下的铜覆钢接地导体的内自阻抗模型。将铜覆钢接地导体等效为同尺寸的导体，并使铜覆钢导体和等效导体的自阻抗相等。求解等效导体的电阻率和磁导率，即为铜覆钢导体的等效电阻率和等效磁导率。本发明弥补了当前规程忽视磁导率对接地性能的影响的问题，并提出了一种合理评价铜覆钢接地网的接地性能方法，为以后铜覆钢接地导体的使用和推广提供基础。

主权项

一种测试铜覆钢接地网设计合理性的方法，其特征在于，基于麦克斯韦方程，建立在工频情况下的铜覆钢接地导体的内自阻抗模型；将铜覆钢接地导体等效为同尺寸的导体，并使铜覆钢导体和等效导体的自阻抗相等；其中，在工频情况下的铜覆钢接地导体的内自阻抗模型的建立方法如下：对铜覆钢导体，定义：内层钢的电阻率为ρ1，磁导率为μ1，半径为r1，外层覆铜层的电阻率为ρ2，磁导率为μ2，外半径为r2，对二维细圆柱导体，忽略其内部的位移电流，根据麦克斯韦方程：▽×H＝J$▿\times E=-\frac{\partial B}{\partial t}$在铜与钢交界面上，其边界条件为：条件一：r＝0时，电流密度J为有限值；条件二：r＝r1时，E＝ρJ连续，即E₁＝E₂；条件三：r＝r1时，连续，即基于交流条件，单位长度的铜覆钢导体的内阻抗Z_ac可用导体外表面单位长度的压降除以导体中的总电流得到：$Z_{\mathrm{ac}}=R_{\mathrm{ac}}+j{X}_{\mathrm{ac}}=\frac{{\stackrel{·}{U}}_{\mathrm{ac}}}{{\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{ac}}}=\frac{{\mathrm{br}}_2}{2j}\mathrm{Pconj}\left[\frac{A-\frac{F}{H}C-\mathrm{IGA}+\frac{\mathrm{IE}}{H}C}{B-\frac{F}{H}D-\mathrm{IGB}+\frac{\mathrm{IE}}{H}D}\right]·\frac{{\rho }_1{\rho }_2}{{\rho }_1\pi (r_1^2-r_2^2)+{\rho }_2\pi r_1^2}$上式中conj是共轭复数，R_ac为内自电阻，X_ac为内自电抗，$b=\sqrt{\frac{\omega {\mu }_2}{{\rho }_2}},A=J_0\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_2\right),B=\sqrt{j}{J}_1\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_2\right),C={H_0}^{\left(1\right)}\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_2\right),D=\sqrt{j}{H_1}^{\left(1\right)}\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_2\right),E=J_0\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_1\right),$$F=J_1\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_1\right),G=\frac{{H_0}^{\left(1\right)}\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_1\right)}{\sqrt{j}{H_1}^{\left(1\right)}\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_1\right)},I=\sqrt{\frac{{\mu }_2{\rho }_2}{{\mu }_1{\rho }_2}}\times \frac{J_1\left(\sqrt{j}{\mathrm{ar}}_1\right)}{J_0\left(\sqrt{j}{\mathrm{ar}}_1\right)},P=1-\left[\frac{r_1}{r_2}{]}^2\right[1-\frac{{\rho }_2}{{\rho }_1}],H={H_1}^{\left(1\right)}\left(\sqrt{j}{\mathrm{br}}_1\right),$J₀和J₁分别是修正的第一类零阶和一阶贝赛尔函数；具体包括以下步骤：步骤1，计算工频接地参数时，在不改变导体尺寸和土壤参数时，由导体的磁导率和电导率的变化引起的导体的内自阻抗的差异确定铜覆钢接地网设计合理性；将铜覆钢接地导体等效为同尺寸的导体，并使铜覆钢导体和等效导体的自阻抗相等；求解等效导体的电阻率和磁导率，即为铜覆钢导体的等效电阻率和等效磁导率；步骤2，在接地计算软件CDEGS中建立铜覆钢导体时，可采用同尺寸的导体代替铜覆钢导体，该导体的电阻率和磁导率分别为铜覆钢导体的等效电阻率和等效磁导率；利用接地计算软件CDEGS中MALZ建立铜覆钢接地网，并进行接地参数计算；步骤3，对铜覆钢接地网的评价应从接地导体，地电位升，网内电位差和最大接触、跨步电位差四个方面进行，若上述四项中任一项不满足要求，应对接地网初步设计予以审核，直到以上四项全部满足条件。