本發(fā)明涉及一種在輸電桿塔遭受雷擊時(shí)地中沖擊散流的多方位監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用于該裝置的地中散流計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

雷電流入地時(shí)由于大地具有一定電阻率，電流入地點(diǎn)及電流流經(jīng)的地方會出現(xiàn)一定的電勢。雷電流入地點(diǎn)附近的地表將會呈現(xiàn)一定的電位分布，若此時(shí)雷擊點(diǎn)附近正好有人或動物，由于站立或行走于地表的不同兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)之間的電位差作用在人或動物身上，可能會造成傷亡。如果與被擊物有身體接觸，則接觸點(diǎn)與站立點(diǎn)之間也會有電位差，也可能造成傷亡。

目前對接地裝置沖擊散流特性的研究中，通常只能測得某一方向上的地中散流，測量其他方向的電流需要改變傳感器位置，操作過程復(fù)雜，測量效率低下，在具體實(shí)施過程中很不方便。因此，很有必要開發(fā)一套能對地中散流進(jìn)行多方位監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種沖擊散流多方位監(jiān)測系統(tǒng)，該裝置能夠測得雷擊輸電桿塔或避雷器等裝置時(shí)的地中電流情況，且對放置方向無要求，布置方便。本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用上述裝置計(jì)算地中電流波形的方法。

本發(fā)明的技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種沖擊散流多方位監(jiān)測系統(tǒng)，用于模擬檢測試驗(yàn)輸電桿塔遭受雷擊時(shí)地中沖擊散流的分布情況。工頻電源模塊201與沖擊電流發(fā)生模塊202電氣連接；沖擊電流發(fā)生模塊的輸出端通過銅棒電極和接地網(wǎng)構(gòu)成回路；電流采集裝置通過電流感應(yīng)單元高速采集卡200將所測電流信號傳遞給上位機(jī)204；上位機(jī)204亦與沖擊電流發(fā)生模塊202構(gòu)成信號連接；以此，所有模塊組成一個(gè)完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。所述銅棒電極由多個(gè)分布在一定地表范圍內(nèi)的銅棒電極12串聯(lián)構(gòu)成；所述電流采集模塊為三向電流采集模塊0；所述三向電流采集模塊由三組方形銅極板構(gòu)成，三組方形銅極板由兩兩正交的絕緣桿支撐固定，每組方形銅極板由兩片方形銅板由絕緣桿支撐相對而立，每片銅板上方焊接有絕緣導(dǎo)線；三向電流采集模塊放置在地中以扁銅地線圍繞的圓形區(qū)域內(nèi)，放置深度與放置角度任意。

進(jìn)一步地，所述電流感應(yīng)單元為開合式電流感應(yīng)單元205，其工作頻率為50-1mhz，測量精度為0.01v/a，輸入0-60ka，工作溫度為-25--40℃。

本發(fā)明的目的還在于采用上述系統(tǒng)提供一種沖擊散流多方位監(jiān)測方法，其具體步驟為：

一種沖擊散流多方位監(jiān)測方法，上位機(jī)與高速數(shù)據(jù)處理模塊通過信號電纜進(jìn)行通信，根據(jù)采集三個(gè)方形銅極板的電流數(shù)據(jù)i1、i2和i3，獲得所測地沖擊散流：

以求得三向電流采集模塊放置位置處地中沖擊電流值與時(shí)間關(guān)系。

所述工頻電源模塊具有便攜性容量大的優(yōu)點(diǎn)，適用條件不受地形和天氣的限制，并且為所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的沖擊電流發(fā)生模塊、上位機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集模塊提供穩(wěn)定持續(xù)的50hz、220v的工頻電壓。

所述高速數(shù)據(jù)采集模塊具有精度高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的優(yōu)點(diǎn)，考慮到大部分雷電流能量聚集在頻率為幾十千赫茲雷電波以下，考慮所述高速數(shù)據(jù)采集模塊選擇采樣頻率為50msample/s，通道為3通道，每個(gè)通道接入端于所述電流感應(yīng)單元通過信號電纜相連。所述高速數(shù)據(jù)采集裝置包括運(yùn)放濾波電路、a/d轉(zhuǎn)換電路和高速通信接口，輸入輸出接口依次連接，為了滿足電信號的高精度采集和過濾雜波，將信號經(jīng)過濾波電路進(jìn)行放大濾波處理，通過a/d轉(zhuǎn)換電路將濾波后的模擬信號轉(zhuǎn)化為可以存儲的三路數(shù)字信號i1(t)、i2(t)、i3(t)；所述高速數(shù)字采集卡通過usb接口與所述上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

所述上位機(jī)與所述高速數(shù)據(jù)卡保持?jǐn)?shù)據(jù)通信，接收到的信號存儲在上位機(jī)存儲器中，由上位機(jī)中的labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲、提取、數(shù)據(jù)編程計(jì)算和繪圖顯示，配合所述三向電流采集裝置，地中沖擊電流計(jì)算公式為此算法由labview編程實(shí)現(xiàn)；

所述上位機(jī)由所述工頻電源模塊進(jìn)行供電；由于此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可用于戶外測試，上位機(jī)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，服務(wù)器外殼由金屬覆蓋，進(jìn)行電磁屏蔽；

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)能夠準(zhǔn)確測得接地中任意位置沖擊電流數(shù)值以及隨時(shí)間變化曲線，且對電流采集模塊的放置方向無要求，可測得各方向的入地電流，布置方便；

2)主要的操作與控制上位機(jī)完成，結(jié)合labview軟件對數(shù)據(jù)的提取、編程處理與圖形繪制可得到任意時(shí)刻電流數(shù)據(jù)與電流變化波形；

3)實(shí)驗(yàn)裝置操作方便，安全可靠。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明一種地中沖擊電流監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路圖；

附圖2為本發(fā)明中開合式電流感應(yīng)單元結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明中三向極板電流采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖

附圖標(biāo)記說明：

0、雙極板電流采集裝置，01、絕緣導(dǎo)線，02、銅板，03、銅質(zhì)墊片，04、環(huán)氧樹脂支架，05、十一字盤頭螺絲，06、隔離柱，10、絕緣架空線，11、扁銅線，12、銅棒電極，13、接地極，200、高速采集卡，201、工頻電源模塊，202、沖擊電流發(fā)生模塊，203、信號電纜，204、上位機(jī)，205、電流感應(yīng)單元，215、磁芯，225、開合裝置，235、絕緣漆銅線，245、絕緣導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的是提供一種沖擊散流多方位監(jiān)測系統(tǒng)，該發(fā)明包括工頻電源模塊、沖擊電流發(fā)生模塊、銅棒電極、接地網(wǎng)、扁銅地線、絕緣架空線、上位機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集模塊、開合式電流感應(yīng)單元、三向電流采集模塊，是一個(gè)完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，便捷高效，可用于實(shí)驗(yàn)分析。同時(shí)本發(fā)明中提供一種依附于本開發(fā)系統(tǒng)的地中沖擊散流的計(jì)算方法。

為了使使用本裝置的人員能夠更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。

請參考圖1、圖2和圖3，圖1為本發(fā)明一種地中沖擊電流監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路圖；圖2為a部分電流感應(yīng)單元局部放大圖；圖3為圖1中雙極板電流采集裝置。

在具體實(shí)施中，工頻電源模塊201內(nèi)部包含蓄電池、逆變器、濾波器，使用工頻電源模塊201之前需要接入220v、50hz市電對其進(jìn)行充電；蓄電池輸出為直流電，經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化為含雜波的交流電，在通過濾波電路最終工頻電源模塊輸出頻率50hz、幅值220v交流電為沖擊電流發(fā)生模塊202、高速數(shù)據(jù)采集卡200、上位機(jī)204進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的供電，維持整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

所述工頻電源模塊通過絕緣導(dǎo)線與沖擊電流發(fā)生模塊202連接，沖擊電流發(fā)生模塊202可產(chǎn)生8/20us雷電流幅值在0—5000a區(qū)間內(nèi)可調(diào)，沖擊電流發(fā)生模塊202幅值與觸發(fā)時(shí)間由上位機(jī)204控制端調(diào)節(jié)，上位機(jī)204與沖擊電流發(fā)生模塊202通過信號電纜203進(jìn)行連接；沖擊電流發(fā)生裝置202電流輸出端通過材質(zhì)為交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10與接地網(wǎng)13連接，沖擊電流發(fā)生裝置202回流端通過交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10與扁銅線11和銅棒電極12連接；交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10規(guī)格為jkgyj，1芯，載流量400a，電纜外徑為25.7mm，規(guī)格185/30，工作溫度為-35--+80攝氏度，具有載流能力強(qiáng)，適應(yīng)能力強(qiáng)的等優(yōu)點(diǎn)；銅棒電極12和扁銅線11埋入地下，扁銅線11圍繞接地極13分布；沖擊電流發(fā)生裝置202、交聯(lián)聚乙烯的絕緣架空線10、接地網(wǎng)13、銅棒接地極12和扁銅線11相連構(gòu)成回路；接地網(wǎng)11與銅棒接地極和扁銅線11可根據(jù)實(shí)驗(yàn)人員需要調(diào)整其填埋深度；

高速數(shù)據(jù)采集卡200包括高速數(shù)據(jù)采集裝置包括運(yùn)放濾波電路、a/d轉(zhuǎn)換電路和高速通信接口，上述電路輸入輸出接口依次連接，為了滿足電信號的高精度采集和過濾雜波，將信號經(jīng)過濾波電路進(jìn)行放大濾波處理，通過a/d轉(zhuǎn)換電路將濾波后的模擬信號轉(zhuǎn)化為可以存儲的三路數(shù)字信號i1(t)、i2(t)、i3(t)；所述高速數(shù)字采集卡通過usb接口與所述上位機(jī)連接并傳輸數(shù)據(jù)，將三路數(shù)字信號i1(t)、i2(t)、i3(t)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)存儲器中；所述上位機(jī)204包括服務(wù)器和軟件labview，服務(wù)器為工業(yè)級筆記本電腦，整體機(jī)身由金屬外殼包裹，放置電磁屏蔽干擾，提高服務(wù)器硬件穩(wěn)定性；由上位機(jī)204中的labview軟件進(jìn)行上述三路數(shù)字信號i1(t)、i2(t)、i3(t)進(jìn)行從服務(wù)器存儲中提取、數(shù)據(jù)編程計(jì)算和繪圖顯示，配合所述三向電流采集裝置，地中沖擊電流計(jì)算公式為此算法由labview編程實(shí)現(xiàn)；

所述開合式電流感應(yīng)單元，參考圖2，包括磁芯215、開合裝置225、外包絕緣漆銅線；磁芯有兩個(gè)半圓形磁性通過開合裝置組合而成，材料相同，導(dǎo)磁性能一致，兩半圓磁芯閉合成內(nèi)直徑20mm外直徑30mm的環(huán)形磁芯，設(shè)計(jì)成可開合式，最大張口為10mm；導(dǎo)線245選用bvr14mm2規(guī)格，將磁芯打開放入絕緣導(dǎo)線245，閉合磁芯；導(dǎo)線245與高速數(shù)據(jù)采集卡200連接，所述本次發(fā)明中共需要采集三路地中電流信號，因此需要三個(gè)所述開合是電流感應(yīng)單元205，每個(gè)單元通過信號電纜與高頻數(shù)據(jù)采集卡200連接，高頻數(shù)據(jù)采集卡200中cpu控制a/d轉(zhuǎn)換芯片對輸入信號進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存入存儲芯片中并發(fā)送給上位機(jī)204。

具體的，請參考圖3，圖3為本發(fā)明一種具體實(shí)施方式中三向電流采集裝置，包括bvr14mm2規(guī)格電纜01、5cm*5cm*0.2cm規(guī)格銅板02，m3銅質(zhì)墊片03，直角端部帶螺紋環(huán)氧樹脂支架04，規(guī)格m3*8的十一字盤頭螺絲05，規(guī)格m3*10雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱06；6片銅板分成3組，每組兩片，兩銅片02之間需要保持一定絕緣空隙，使用絕緣固定件進(jìn)行固定；兩銅片02通過兩個(gè)平行的規(guī)格m3*10雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱06絕緣隔離，端部由m3*8的十一字盤頭螺絲05擰入隔離柱06，使之形成相距10mm的相互平行的一組受流板，上端規(guī)格m3*8的十一字盤頭螺絲05下面墊由m3銅片，m3銅片與bvr14mm2規(guī)格電纜01相連；另4片銅板02使用同樣的固定方式做成兩組受流板；3組受流板通過兩兩垂直的端部帶螺紋的三根長8cm環(huán)氧樹脂支架04連接，形成一個(gè)牢固整體；將此三向電流采集裝置0埋入所要測量位置的地中，角度任意選擇。