接地检测装置的制作方法

本发明涉及测量工具技术领域，特别是涉及一种接地检测装置。

背景技术：

接地工程设计、验收以及运营阶段关于接地网校验往往将接地电阻值及跨步电压、接触电压测量值作为考虑标准。这种测量方法中，对跨步电压和接触电压值是否设计合理、验收测量是否准确均未明确规定。由于跨步电压和接触电压的测量值受环境因素影响较大，如只采用测量值往往会造成一些接地的验收值不准确，这降低了接地工程的设计验收水平和质量。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够提高验收准确率和效率且便于携带的能同时应用于设计和验收阶段的接地检测装置。

一种接地检测装置，用于对电气设备的接地网的目标电压进行检测，所述目标电压包括跨步电压和接触电压中的至少一种；所述接地检测装置包括：

壳体；所述壳体内中空形成收容腔；

电源设备，固定在所述收容腔内；

模拟短路电流生成设备，固定在所述收容腔内，与所述电源设备连接；所述模拟短路电流生成设备用于将所述电源设备的输出电流转换为具有目标电流值的电流后作为模拟入地短路电流输出；

模拟短路电流输出接口，固定在所述壳体上，与所述模拟短路电流生成设备连接；所述模拟短路电流输出接口用于将所述模拟入地短路电流注入至模拟短路点；

电压检测接口，固定在所述壳体上，用于与测量电极连接；

电压检测设备，固定在所述收容腔内，与所述电压检测接口连接，用于获得在所述模拟入地短路电流下所述接地网的目标电压测量值；

输入设备，固定在所述壳体上，用于供工作人员输入所述接地网所处区域的土壤的物理参数、所述电气设备发生接地故障时的故障参数和所述接地网的设计参数；

处理设备，固定在所述收容腔内，分别与所述电压检测设备、所述输入设备和所述模拟短路电流生成设备连接；所述处理设备用于根据所述目标电压测量值、所述目标电流值和所述故障参数计算得到目标电压实际值，并根据所述土壤的物理参数和所述故障参数计算得到目标电压要求值；所述处理设备还用于根据所述土壤的物理参数和所述接地网的设计参数计算得到所述接地网的目标电压理论值；以及

输出设备，固定在所述壳体上，与所述处理设备连接；所述输出设备用于输出所述目标电压实际值、所述目标电压要求值和所述目标电压理论值。

上述接地检测装置集成了电源设备和电压检测设备，便于携带。同时，上述接地检测装置在测量得到目标电压实际值的同时，还可以根据输入设备输入的接地网所处区域的土壤的物理参数以及电气设备发生接地故障时的故障参数来计算得到目标电压要求值。处理设备还可以根据输入的所述土壤的物理参数和所述接地网的设计参数计算得到所述接地网的目标电压理论值。输出设备将处理设备计算得到的目标电压实际值、目标电压要求值和目标电压理论值输出。因此，工作人员可以根据输出的目标电压理论值和目标电压要求值对设计阶段的接地网进行优化设计，从而解决了设计阶段对接地网设计的验证问题，有利于提高设计阶段的效率。工作人员还可以根据输出的目标电压实际值和目标电压要求值判断验收阶段的电气设备的接地网是否符合要求，可以有效提高接地网验收的效率以及验收的准确率。

在其中一个实施例中，所述壳体上形成有凸起以供工作人员抓取；所述凸起与所述电源设备的结构相匹配，以容纳所述电源设备。

在其中一个实施例中，所述壳体为扁平状；所述凸起设置在所述壳体的一端角位置处；所述模拟短路电流输出接口和所述电压检测接口设置在所述壳体的侧面且位于与所述凸起相对的端角位置处。

在其中一个实施例中，所述故障参数包括电气设备的模拟最大短路电流值和接地故障电流持续时间；所述处理设备用于根据所述目标电压测量值、所述目标电流值和所述模拟最大短路电流值计算得到目标电压值，并根据所述土壤的物理参数和所述接地故障电流持续时间计算得到目标电压要求值。

在其中一个实施例中，所述处理设备包括：

存储器，用于存储根据所述目标电压测量值、所述目标电流值和所述故障参数计算得到目标电压实际值的计算公式，以及根据所述土壤的物理参数和所述故障参数计算得到目标电压要求值的计算公式；以及

处理器，用于根据所述存储器中存储的计算公式计算得到所述目标电压实际值和所述目标电压要求值。

在其中一个实施例中，所述壳体上还设置有模拟短路电流调节设备；所述模拟短路电流调节设备用于供工作人员对所述目标电流值进行调节。

在其中一个实施例中，所述模拟短路电流生成设备包括调压变压器和逆变器；所述调压变压器的一侧与所述电源设备连接，所述调压变压器的另一侧与所述逆变器连接；所述调压变压器的调节端与所述模拟短路电流调节设备连接；所述逆变器的输出端与所述模拟短路电流输出接口连接。

在其中一个实施例中，所述输入设备包括键盘、触摸屏和语音输入设备中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述处理设备还用于根据所述目标电压实际值和所述目标电压要求值判断所述接地网是否符合要求，并在不符合要求时给出对应的改造措施后通过所述输出设备输出。

在其中一个实施例中，所述输出设备包括显示屏、投影仪和扬声器中的至少一种。

附图说明

图1为一实施例中的接地检测装置的结构框图；

图2为一实施例中的模拟短路电流生成设备的示意图；

图3为一实施例中电压检测设备在接地测量过程中的测量回路示意图；

图4为一实施例中的输入设备的结构示意图；

图5为一实施例中的处理设备的结构框图；

图6为一实施例中的接地检测装置的立体结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，一实施例中的接地检测装置100，用于对电气设备的接地网的目标电压进行检测。电气设备为需要通过接地网进行接地以确保设备安全性的设备。目标电压可以包括跨步电压和接触电压，也可以仅为跨步电压或者接触电压。该接地检测装置100包括壳体(图中未示)，电源设备104、模拟短路电流生成设备106、模拟短路电流输出接口108、电压检测接口110、电压检测设备112、输入设备114、处理设备116和输出设备118。

壳体用于保护接地检测装置100。壳体内中空形成有收容腔，以收容电源设备106、模拟短路电流生成设备108、电压检测设备112以及处理设备116等。壳体可以根据需要设计成不同的结构，如长方体、圆柱体或者球体等。壳体可以采用绝缘材料制备而成。

电源设备104固定在壳体形成的收容腔内。电源设备104可以为蓄电池。电源设备104的容量可以根据需要进行设定。在本实施例中，由于测量过程中的模拟入地短路电流的目标电流值较小(如0.75a)，故小容量的电源设备104也能够维持较长时间的测量工作。同时采用小容量的电源设备104有利于减轻整个接地检测装置100的重量，使得接地检测装置100便于携带。再者，通过在接地检测装置100中内置电源设备104，接地检测装置100工作时无需外接电源，非常适合远离电源地点的测量工作。

模拟短路电流生成设备106分别与电源设备104、模拟短路电流输出接口108连接。模拟短路电流输出接口108固定在壳体上。模拟短路电流生成设备106用于将电源设备104的输出电流转换为具有目标电流值的电流后作为模拟入地短路电流。模拟短路电流输出接口108将该模拟入地短路电流注入至模拟短路点。在本实施例中，接地检测装置100还包括模拟短路电流调节设备120。模拟短路电流调节设备120固定在壳体上。模拟短路电流调节设备120可以为旋钮结构。模拟短路电流调节设备120用于供工作人员对模拟短路电流生成设备106得到的模拟入地短路电流的电流值也即目标电流值的大小进行调节。在其他的实施例中，短路电流调节设备120也可以直接通过输入设备114来实现。也即输入设备114还可以供工作人员直接输入目标电流值。

模拟短路电流生成设备106的结构如图2所示。该模拟短路电流生成设备106包括调压变压器202和逆变器204。调压变压器202的一侧与电源设备104连接，另一侧则与逆变器204连接。调压变压器202的调节端则与模拟短路电流调节设备120连接(图中未示)。调压变压器202可以在模拟短路电流调节设备120的调节作用下对输出电压进行调节。逆变器204则用于将调压变压器202的输出转换为具有目标电流值的交流电后作为模拟入地短路电流输出。在一实施例中，电源设备104为输出15v蓄电池。逆变器204则用于将调压变压器202输出的直流电转换为52hz、电流为0.75a的稳定交流电后作为模拟入地短路电流由模拟短路电流输出接口108注入模拟短路点。

电压检测接口110固定在壳体上，用于与测量电极连接。电压检测设备112固定在壳体形成的收容腔内。电压检测设备112与电压检测接口110连接，从而通过测量电极与电压待测点连接，以对模拟入地短路电流下的待测电压进行检测，得到目标电压测量值。测量电极可以根据电压待测点的地面情况进行选择。例如，在水泥路面时，测量电极可以采用2块包裹湿抹布的φ20cm的金属圆盘电极；当在泥土和碎石路上时，测量电极则可以采用铁钎电极。电压检测设备112在接地测量过程的测量回路示意如图3所示。参见图3，左侧为接触电压的测量示意图，右侧为跨步电压的测量示意图。r为模拟身体电阻，其阻值可以设定为1500ω。图中的设备指电气设备上的高压短路点设备，如避雷器、主变等。测量点的水平宽度为0.8米，模拟人手臂长度及最大步长度。因此，电压检测设备112可以检测到在模拟入地短路电流下的目标电压测量值。在本实施例中，接地检测装置100可以实现对跨步电压和接触电压的测量，也即目标电压测量值包括跨步电压测量值和接触电压测量值。

输入设备114固定在壳体上。输入设备114用于供工作人员输入计算跨步电压要求值、接触电压要求值、跨步电压实际值和接触电压实际值所需的相关参数。具体地，相关参数包括接地网所处区域的土壤的物理参数和电气设备发生接地故障时的故障参数。其中，土壤的物理参数包括上下层土壤电阻率以及上层土壤厚度。电气设备发生接地故障时的故障参数包括模拟最大短路电流值和接地故障电流持续时间。其中，接地故障电流持续时间与电气设备热稳定时间等效，可按短路器断开时间。输入设备114可以为键盘、触摸屏或者语音输入设备，也可以同时由键盘、触摸屏和语音输入设备中两种或者三种构成。在本实施例中，输入设备114设置为按键形式，如图4所示，图4中仅仅为一示例。输入设备114的按键区包括参数选择区以及数值输入区域。参见图4，壳体上还设置有开关按键以及输入输出按键，以供工作人员进行操作。

处理设备116分别与模拟短路电流生成设备106、电压检测设备112、输入设备114以及输出设备118连接。处理设备116用于根据目标电压测量值、目标电流值以及故障参数计算得到目标电压实际值，并根据接收到的土壤的物理参数以及故障参数计算得到目标电压要求值。具体地，处理设备116可以根据目标电压测量值、目标电流值以及模拟最大短路电流值计算得到目标电压实际值，并根据土壤的物理参数以及接地故障电流持续时间计算得到目标电压要求值。在本实施例中，目标电压实际值包括跨步电压实际值和接触电压实际值，目标电压要求值包括跨步电压要求值和接触电压要求值。处理设备116还用于控制输出设备118输出该目标电压实际值和目标电压要求值，如图4所示。此时，输出设备118为显示屏。输出设备118也可以用扬声器、投影仪等进行替换，或者同时设置显示屏、扬声器和投影仪中的多个。通过将目标电压实际值和目标电压要求值进行比较，工作人员可以判断出该电气设备的接地网是否符合要求，从而在不符合要求时采取相应的改造措施进行改造。在一实施例中，处理设备116还可以自动根据目标电压实际值和目标电压要求值判断接地网是否符合要求，并在不符合要求时给出相应的改造措施后通过输出设备118输出给工作人员。因此，可以根据实际情况对接地网进行改善，使得其符合要求，从而降低触电伤人的风险，提高电气设备以及电气设备所处系统(如电厂)的安全性。

上述接地检测装置100集成了电源设备104和电压检测设备112，从而使得测量过程中无需携带相对独立的电源以及电压检测工具，便于携带。同时，上述接地检测装置100在测量得到目标电压实际值的同时，还可以根据输入设备114输入的接地网所处区域的土壤的物理参数以及电气设备发生接地故障时的故障参数来计算得到目标电压要求值。输出设备118将该目标电压实际值和目标电压要求值一并输出，从而供工作人员判断电气设备的接地网是否符合要求，可以有效提高接地网验收的效率以及验收的准确率。并且，在运营阶段随时间推移，接地网被腐蚀后，接地电阻随之降低，该接地检测装置100可以长期跟踪监测电气设备的校验跨步/接触电压是否仍然满足设计安全要求，并在不符合要求时及时对接地网进行改造，从而可以有效降低触点伤人的风险，提高电气设备的安全性。上述接地检测装置100可以随机抽取接地测试点(或者验收点)进行快速跨步和接触电压要求值及实际值的计算，发现风险高的区域，进而做出相应的防触电保护措施。在设计阶段还可目标电压理论值和目标电压要求值帮助接地网设计人员快速做出判断，判定接地网是否设计合理，及时做出调整，避免设计失误。该接地检测装置100可以广泛应用于包含核电站在内的一般火力发电厂及变电站接地系统设计及验收。该接地检测装置100可以同时应用于接地网的设计阶段和验收阶段，设备利用率较高，且能够有效提高工作人员的使用便捷性。在另一实施例中，通过接地检测装置100输出接地网的目标电压实际值和目标电压理论值，工作人员可以清楚掌握实际运行过程中土壤等环境因素所造成目标电压实际值的改变量，从而可以以该改变量作为参考对设计阶段的接地网做预先修正，以确保投入运行的接地网的目标电压理论值、目标电压实际值和目标电压要求值尽可能接近，进而减少接地网的优化次数，可以提高接地网的验收效率。

在另一实施例中，输入设备114还用于供工作人员输入电气设备的接地网的设计参数。处理设备116则可以根据输入的接地网的设计参数以及土壤的物理参数计算得到接地网的目标电压理论值，也即跨步电压理论值和接触电压理论值。输出设备118将该目标电压理论值以及目标电压要求值进行输出。因此工作人员可以根据目标电压要求值和目标电压理论值判断设计的接地网是否符合要求，并在不符合要求时对接地网进行改进，以使得最终得到的接地网的目标电压理论值符合设计安全要求。也即，该接地检测装置100不仅仅可以用于接地网的验收阶段、运行阶段，还可以适用于接地网的设计阶段。

在一实施例中，处理设备116包括存储器502和处理器504，如图5所示。处理器504采用gb/t50065中的计算原理来进行计算，存储器502中存储有对应的计算原理，也即相应的计算公式。具体地，存储器502存储的目标电压要求值(或者允许值)的计算原理包括：

(1)接触电位差要求值(也即接触电压要求值)ut：

110kv以上适用

ut＝50+0.05ρscs(式-2)6～66kv适用

(2)跨步电位差要求值(也即跨步电压要求值)us：

110kv以上适用

us＝50+0.2ρscs(式-4)6～66kv适用

其中：

ρs——地表层(也即上层土壤)电阻率m/ω；

cs——表层衰减系数，其取值原则见gb/t50065附录c；

t——接地故障电流持续时间s，与电气设备热稳定时间等效，可按断路器断开时间。

表层含义为：土壤上的沥青、水泥、沙石。

hs——为表层土壤厚度，若表层没有沥青、水泥、沙石，则取hs＝1.125m；若表层有沥青、水泥、沙石则以上述表层厚度取值。

ρ——为下层土壤电阻率，取土壤电阻率变化较大的土壤层。

其中，在110kv以上有效接地系统和6-35kv低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电站的接地网的接触电位差与跨步电位差允许值按照式-1与式-3来确定。

在3-66kv不接地或经消弧线圈接地和大电阻接地系统，发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电站的接地网的接触电位差与跨步电位差允许值按照式-2与式-4来确定。

因此，工作人员需要通过输入设备118输入ρs、t、hs和ρ物理参数的实际值。处理器504根据输入设备118输入的值即可通过相应的计算公式求取得到接触电压要求值以及跨步电压要求值。由于对应不同的电压阶段有不同的计算公式，所以在进行计算前，处理器504会根据电压阶段读取对应的计算公式，然后根据该计算公式进行计算。

在本实施例中，输出设备118输入的电气设备的最大短路电流为单相短路电流。处理器504计算目标电压实际值的公式如下：

目标电压实际值＝最大短路电流/目标电流值×目标电压测量值。

存储器502会存储该计算公式。例如，当最大短路电流为57.5ka时，接地测量装置100测量得到的目标电压为0.3mv，目标电流值为0.75a，此时计算得到的目标电压实际值为：

57.5÷0.75×0.3＝23v。

将该目标电压实际值与目标电压要求值进行对比，从而可以判断出该目标电压实际值是否满足计算要求结果，如果不满足则根据公式给出改造措施。在运营验收阶段，考虑到接地网开挖费用的昂贵，所以改造措施建议通常为增加表层绝缘水泥厚度。

在本实施例中，存储器502还存储有目标电压理论值的计算原理，也即根据接地网的设计参数来计算得到理论上的目标电压值，具体如下：

(1)接触电位差理论值(也即接触电压)理论值：

(2)跨步电位差理论值(也即跨步电压)理论值：

其中：

n＝nanbncnd(式-11)

ki＝0.644+0.148n(式-17)电厂适用

ls＝0.75lc+0.85lr(式-18)电厂适用

ρ——为下层土壤电阻率，取土壤电阻率变化较大的土壤层；

km——网孔电压几何校正系数：

ki——接地网不规则校正系数，用来计及推导km时的假设条件引入误差；

ig——接地网最大入地短路电流，常取0.5倍最大短路电流；

d——接地网平行导体间距；

d——接地网导体直径；

h——接地网埋深；

kh——接地网埋深系数；

h0——参考深度，取1m；

lc——水平接地网导体的总长m；

lr——垂直接地导体的总长m；

lp——接地网的周边长度m；

a——接地网面积m；

lx——接地网x方向最大长度；

ly——接地网y方向最大长度；

dm——接地网任意两点间最大距离。

lr——垂直接地体长度m。

设计参数ρ、ig、d、d、h、lc、lr、lp、a、lx、ly、dm和lr均需要由输入设备118进行输入。因此，处理器504可以根据输入的接地网的设计参数以及电气设备的最大短路电流计算得到该接地网对应的目标电压理论值。也即，在设计阶段，可以根据选定的方案中的设计参数计算出接地网的目标电压理论值，从而将该理论值与计算得到的目标电压要求值进行比较，判断其是否符合设计安全要求，进而可以在不符合设计安全要求时对接地网的设计进行改进以使得其满足要求，可以有效提高设计阶段的效率。并且，处理设备116根据结果还可以给出改造措施，如增加垂直接地极数量、增加表层绝缘水泥厚度等。

在其他的实施例中，处理设备116还可以选用其他标准的计算原理，此时输入设备114需要输入的参数也相应的会发生变化。

上述接地测量装置100的应用如下：

在设计阶段，工作人员可以根据以往设计经验，制定好方案，然后通过简单的计算方法计算出接地电阻。工作人员可以在设计接地网时，利用接地检测装置100对选取的重要位置进行理论计算。接地检测装置100根据计算得到的理论值和要求值进行比较并输出推荐解决方案，以优化完善原接地网设计，从而解决了设计阶段对接地网设计的验证问题，有利于提高设计阶段的效率。

在验收阶段，由于接地检测装置100将电源功能和测量电压功能融合至一体，并附加计算功能，使得工作人员可随时随地的对跨步电压及接触电压进行测量，从而根据测量值与要求值进行比较，并给出修改意见后通过输出设备118非常直观的呈现在工作人员面前，方便就地敲定解决方案，缩短了验收时间，减少了委托计算的工作量。

图6为一实施例中的接地检测装置600的立体结构示意图。该接地检测装置600包括壳体602。壳体602上形成有凸起602a。凸起602a可以作为把手以供工作人员抓取，方便进行测试。凸起602设置在壳体602的一端角处，从而使得接地检测装置600的主体可以设置为扁平状，以方便在狭小空间进行检测。在本实施例中，接地检测装置600内的电源设备(图中未示)设置在该凸起区域，从而可以充分利用该部分空间，有利于减小整体所占用的体积，方便携带。

在本实施例中，接地检测装置600的模拟短路电流输出接口604的两个输出端子、电压检测接口606的两个输出端子以及模拟短路电流调节旋钮608均设置在壳体602的同一侧面且位于与凸起602相对的端角位置处，从而方便工作人员进行接线工作。模拟短路电流输出接口604和电压检测接口606均可以根据现场需要连接导线，导线长度可以自带，方便测量地网边缘跨步电压。

显示屏610则设置在壳体602的正面，也即与模拟短路电流输出接口604等设置在不同的平面，从而使得整个接地检测装置600可以设计成扁平状，有利于在狭小空间进行接地检测。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。