[發明專利]接地體暫態建模方法

無效

• 申請號: 201110285124.5
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102508937A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 楊琳;李建明;劉平
• 申請（專利權）人: 四川電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種接地體暫態建模方法，其特征是，按以下步驟進行：

采用外表面積相等原則將任意形狀接地體等效為長l的，半徑為a的均勻圓柱體，對其等分分段為N個尺寸大小相同的分段導體，每一分段導體由對地電導G_i，自電感L_i，對地電容C_i表示，忽略導體自電阻R_i及自阻抗Z_i，則接地體視為N個分段串聯的分布參數LCG傳輸線電路，該電路結構為：每一分段導體中，其對地電導G_i和對地電容C_i二者并聯后的一端接公共端，二者并聯后的另一端接于其自電感L_i的輸出端，且后一分段導體的自電感L_i的輸出端接于前一分段導體的自電感L_i+1的輸入端，i＝1，2，……N；

上述接地體的分段數N由下式決定：

2a10≤lN≤λ10---(1)]]>

式中，a為接地體等值半徑，l為接地體長度，λ為激勵電源作用于分段導體時，在其周圍產生的電磁波波長，

λ=1fμ0ϵs2(1+1(2πf)2ρs2ϵs2+1)---(2)]]>

式中f為作用于分段導體上的正弦激勵電源頻率，當計算接地體雷電暫態響應時，f為雷電流頻譜分量中最大等值頻率，μ₀為空氣導磁系數，等于土壤導磁系數，ε_S土壤介電常數，ρ_s為土壤電阻率；

垂直接地體分段導體對地電導G_i、電容C_i由式(3)、(4)計算：

Gi=2πlNρs(ln4laN-1)---(3)]]>

Ci=2πϵslN(ln4laN-1)---(4)]]>

水平接地體分段導體對地電導G_i、電容C_i由式(5)、(6)計算：

Gi=2πlNρs[(ln2laN-1)+ρs-ρρs+ρ(ln2lhN-1)]---(5)]]>

Ci=2πϵslN(ln2laN-1)+ϵs-ϵ0ϵs+ϵ0(ln2l2hN-1))---(6)]]>

式中：ρ為空氣電阻率，h為接地體埋深，ε₀為空氣介電常數；

導體自感L_i由式(7)表示：

Li=μ0lN2π(ln2laN-1)---(7)]]>

分段導體間互耦參數計算：

G_ij，L_ij，C_ij分別由以下方法推導而出；

求取L_ij：

當N＝1時，L11(l)=μ0l2π(ln2la-1);]]>

當N＝2時，L(l/2)=L11(l/2)L12(l/2)L21(l/2)L22(l/2);]]>

因為L₁₁(l/2)＝L₂₂(l/2)，L₁₂(l/2)＝L₂₁(l/2)，

所以L12(l/2)=L11(l)-L11(l/2)2;]]>

當N＝3時，L(l/3)=L11(l/3)L12(l/3)L13(l/3)L21(l/3)L22(l/3)L23(l/3)L31(l/3)L32(l/3)L33(l/3);]]>

因為L₁₁(l/3)＝L₂₂(l/3)＝L₃₃(l/3)，L₁₃(l/3)＝L₃₁(l/3)，

所以L13(l/3)=L11(l)-3L11(l/3)-4L12(l/3)2;]]>

當N＝N時，L(l/N)=L11(l/N)L12(l/N)···L1N(l/N)L21(l/N)L22(l/N)···L2N(l/N)············LN1(l/N)LN2(l/N)···LNN(l/N);]]>

因為L₁₁(l/N)＝L₂₂(l/N)＝...＝L_NN(l/N)，L_ij(l/N)＝L_hk(l/N)，j-i＝k-h，

L(l/N)=Σi=1,j=1NLij(l/N)]]>

所以L1N(l/N)=L(l)-NL11(l/N)-(N-1)L12(l/N)-...-[N-(N-2)]L1N-1(l/N)2;]]>

采用類似方法求取G_ij：

當N＝1時，當為垂直接地體時，

當為水平接地體時，G11=2πlNρs[(ln2laN-1)+ρs-ρρs+ρ(ln2lhN-1)];]]>

當N＝2時，G12(l/2)=G11(l)-G11(l/2)2;]]>

當N＝3時，G13(l/3)=G11(l)-3G11(l/3)-4G12(l/3)2;]]>

當N＝N時，

G1N(l/N)=G(l)-NG11(l/N)-(N-1)G12(l/N)-...-[N-(N-2)]G1N-1(l/N)2;]]>

同理，C_ij表示為：

當N＝1時，當為垂直接地體時，

當為水平接地體時，Ci=2πϵslN(ln2laN-1)+ϵs-ϵ0ϵs+ϵ0(ln2l2hN-1));]]>

當N＝2時，C12(l/2)=C11(l)-C11(l/2)2;]]>

當N＝3時，C13(l/3)=C11(l)-3C11(l/3)-4C12(l/3)2;]]>

當N＝N，

C1N(l/N)=C(l)-NC11(l/N)-(N-1)C12(l/N)-...-[N-(N-2)]C1N-1(l/N)2.]]>