[发明专利]垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估系统

权利要求书

1.一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，采用垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估系统；

所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估系统，包括罗氏线圈电流传感器(101)、应急警报灯(104)、声音报警系统(105)、投影仪(106)和系统控制电路(200)；

所述的系统控制电路(200)包括直流电源模块(201)、信号处理模块(202)、运算放大模块(205)与无线发送模块(108)；

直流电源模块(201)、信号处理模块(202)、运算放大模块(205)顺序连接；

所述的直流电源模块(201)包括太阳能板(107)、锂离子电池(203)和充放电控制电路(204)；

太阳能板(107)、充放电控制电路(204)分别与锂离子电池(203)相连；

信号处理模块(202)还与罗氏线圈电流传感器(101)、应急警报灯(104)、投影仪(106)、无线发送模块(108)相连；

运算放大模块(205)的输出端与声音报警系统(105)相连；

包括如下步骤：

第一步、计算故障时接地极土壤区域任意一点P_m的电位值V_Pm：

设该评估系统所固定的杆塔的十字接地装置的总周长为L，将十字接地装置分成n段大小一致的导体，设第j段导体的泄漏电流为I_j，其长度为L_j，则在杆塔周围地表任意点P_m产生的电位V_Pm为：

式中，R_Tj为第j段导体的接触电阻；R_Pmj为互电阻，数值等于在第j段导体施加单位电流时P_m点的电位；g是计算点个数；c为修正系数；

R_Tj＝12.2182h₀^0.76·ρ₀^0.85·In(ρ₁) (2)

式中，ρ₁为该杆塔附近左侧土壤的电阻率；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；

直角坐标系下左侧土壤区域互电阻为：

右侧土壤区域互电阻为：

式(3)、(4)中，以十字形接地装置几何中心为坐标原点，Z轴垂直地面向下，X轴平行于输电线指向用户端，从天空往地表看Y轴为X轴逆时针旋转90°；沿着X轴对土壤进行垂直划分，其中X轴负方向的一侧为左侧土壤，正方向的为右侧土壤，H为接地装置几何中心到分界面的距离；(x_j，y_j，z_j)为第j段导体中心点的坐标；(x_m，y_m，z_m)为地面任意一点P_m的坐标；(x_mj’，y_mj’，z_mj’，z_mj1’)＝(x_m-x_j，y_m-y_j，z_m-z_j，z_m+z_j)；ρ₂为右侧土壤的电阻率；H_j为第j段导体的中心点到分界面距离；

第二步、用地表任意相距1m的两点P、Q的电位差计得流过人体的电流值I_P：

式(6)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ为P、Q两点的平均电阻率；

式(7)中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为以十字接地装置几何中心为坐标原点的P、Q两点坐标；D为P、Q两点到十字接地装置中心距离的最大值；

第三步、根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D1；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂；I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；当I_P＞100mA，即D＜D₁时，该区域为一等危险；当25＜I_P＜100mA，即D₁＜D＜D₂时，该区域为二等危险；当6＜I_P＜25mA，即D₂＜D＜D₃时，该区域为三等危险；当1＜I_P＜6mA，即D₃＜D＜D₄时，该区域为四等危险；当I_P＜1mA，即D＞D₄时，该区域为安全区域。