[發(fā)明專利]土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210539125.2
• 申請(qǐng)日: 2012-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN103018579A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉昆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都遠(yuǎn)望科技有限責(zé)任公司;成都信息工程學(xué)院;劉昆
• 主分類號(hào): G01R29/12
• 分類號(hào): G01R29/12;G01R31/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 劉黎明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度估計(jì)方法，尤其涉及一種在測(cè)試土壤區(qū)域直接開展而無需破壞土壤自然特性的土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度估計(jì)方法。

背景技術(shù)

接地系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)不同于工頻電流情況下的響應(yīng)，當(dāng)接地系統(tǒng)周圍土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)度超過臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E_c時(shí)，土壤將開始電離，同時(shí)土壤電阻率減小，進(jìn)而導(dǎo)致沖擊電阻減小。因此土壤電離臨界電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于研究接地系統(tǒng)性能、全空間電磁場(chǎng)分布至關(guān)重要。故而該專利將可以為通信、能源等部門的埋地線路、管道等地下設(shè)置的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工提供重要參考數(shù)據(jù)。

前人的研究成果給出了很多關(guān)于臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E_c的參考值和范圍。Oettle建議E_c值取為1MV/m，對(duì)于含水量較高的土壤為600-800kV/m。Mousa認(rèn)為應(yīng)將其更改為600-1850kV/m，考慮到野外土壤環(huán)境的非均勻性，建議含水量較高的土壤為300-400kV/m。此外，Mousa和Liew均認(rèn)為對(duì)于典型土壤的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度可認(rèn)為是300kV/m。

然而，顯而易見，土壤臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E_c會(huì)隨著土壤類型的變化而變化，即便是同一土壤，隨著含水量、溫度、季節(jié)等因素的變化亦會(huì)有所改變，因此，只有參考值和范圍顯然不夠。因此，學(xué)者們開展了確定土壤臨界電場(chǎng)強(qiáng)度方法的研究。Gonos和Stathopulos研究了E_c針對(duì)土壤電阻率的變化。N.MohanmadNor等構(gòu)建脈沖電流測(cè)試電路，通過分析V-I曲線形成的封閉環(huán)來判斷和獲取E_c。T.K.Manna和P.Chouhuri針對(duì)多種土壤進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出估算各種土壤臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E_c的公式。F.E.Asimakopoulou等分析了土壤電離的不確定因素，并給出了考慮這些不確定因素情況下，臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的擊穿電壓估計(jì)。

傳統(tǒng)的土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)試，都是搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試電路，將土壤采集后進(jìn)行測(cè)試，以獲取土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，這樣會(huì)導(dǎo)致土壤的自然特性，如：含水量、溫度、土壤致密度等，遭到嚴(yán)重破壞，因此，即便是在測(cè)試電路中得到很精確的測(cè)量，獲得很準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，此時(shí)該數(shù)據(jù)也難以反映自然環(huán)境下土壤臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的真實(shí)情況；而且，當(dāng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試電路中土壤只是發(fā)生了微弱的電離，則該類方法難以發(fā)現(xiàn)，也就是說，必須在土壤發(fā)生較大程度的電離時(shí)才能得到電流或電壓這類電信號(hào)的變化，然而此時(shí)土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)比實(shí)際臨界電場(chǎng)強(qiáng)度大，因此也會(huì)導(dǎo)致明顯的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于解決上述問題而提供一種在測(cè)試土壤區(qū)域直接開展而無需破壞土壤自然特性的土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度估計(jì)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度估計(jì)方法，包括以下步驟：

（1）選定測(cè)試區(qū)域；

（2）在該測(cè)試區(qū)域內(nèi)搭建對(duì)地放電回路；

（3）選定一個(gè)放電接地位置和一個(gè)測(cè)試位置，在放電接地位置設(shè)置放電接地電極，在測(cè)試位置設(shè)置兩個(gè)測(cè)試電極，兩個(gè)測(cè)試電極之間的距離小于對(duì)地放電的脈沖電源所含主信號(hào)帶寬中所對(duì)應(yīng)的上限頻率的波長的十分之一；

（4）利用對(duì)地放電的脈沖電源和對(duì)地放電回路實(shí)施對(duì)地放電；

（5）采集兩個(gè)測(cè)試電極之間的電壓；

（6）根據(jù)以下公式計(jì)算該位置的電場(chǎng)強(qiáng)度E：E=ΔU/d，其中，ΔU表示采集得到的兩個(gè)測(cè)試電極之間的電壓，d表示兩個(gè)測(cè)試電極之間的距離；

（7）連續(xù)獲取該位置不同時(shí)刻的電場(chǎng)強(qiáng)度，并根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度由大到小突變時(shí)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間確定放電接地位置土壤電離的大概時(shí)間；

（8）根據(jù)放電接地電極與兩個(gè)測(cè)試電極中最接近的測(cè)試電極之間的距離計(jì)算電流由放電接地電極到達(dá)最接近的測(cè)試電極所需的延遲時(shí)間；

（9）根據(jù)第（7）步驟的大概時(shí)間和第（8）步驟的延遲時(shí)間確定放電接地位置土壤電離的準(zhǔn)確時(shí)間；

（10）測(cè)量測(cè)試區(qū)域土壤的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)麥克斯韋方程計(jì)算放電接地電極整個(gè)放電時(shí)間段內(nèi)每一時(shí)刻的最大電場(chǎng)強(qiáng)度并制作二維曲線，根據(jù)該曲線和放電接地位置土壤電離的準(zhǔn)確時(shí)間確定放電接地位置土壤電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度；

（11）判斷是否選定測(cè)試區(qū)域內(nèi)的下一個(gè)測(cè)試位置，如果選擇，則選定下一個(gè)測(cè)試位置，然后重復(fù)步驟（3）-（10），如果不選擇，則進(jìn)入下一步驟；