[发明专利]一种垂直分层土壤动态电阻的试验方法

摘要

一种垂直分层土壤动态电阻的试验方法，试验方法包括搭建垂直分层土壤动态电阻试验平台，试验平台的测试箱左、右侧壁设置有左铜电极和右铜电极；冲击电流发生模块输出端连接到高压分压器模块的高压端，高压分压器模块的高压端连接到左铜电极；右铜电极连接到冲击电流发生模块的接地端，接地端连接到接地模块；电流采集模块用于测量流经左铜电极和右铜电极的电流，当绝缘隔板插入实验箱时，将实验箱从下至上分割为两个以上的空间。还包括测定土壤试品酸碱度并填充垂直分层土壤、测量土壤样品在当前酸碱度时的电压与电流和评估土壤动态电阻等步骤。本发明能有效模拟接地系统周围土壤垂直分层工况，对土壤动态电阻进行准确评估。

主权项

1.一种垂直分层土壤动态电阻的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：搭建垂直分层土壤动态电阻试验平台，包括测试箱(01)；一字槽螺钉(02)；测试箱(01)左侧壁设置有左铜电极(04)，以及控制左铜电极(04)横向移动的操纵机构(03)；测试箱(01)右侧壁还设置有右铜电极(05)；左铜电极(04)和右铜电极(05)均为竖直圆盘；还包括绝缘隔板(06)、接地模块(11)、冲击电流发生模块(12)、高压分压器模块(13)、电流采集模块(14)、上位机处理模块(15)、高压电缆(16)、电缆接头(17)、铜导线(18)；其中冲击电流发生模块(12)输出端连接到高压分压器模块(13)的高压端，高压分压器模块(13)的高压端通过高压电缆(16)和电缆接头(17)连接到左铜电极(04)；右铜电极(05)通过铜导线(18)连接到冲击电流发生模块(12)的接地端，接地端连接到接地模块(11)；高压分压器模块(13)的接地端接地，通信端连接到上位机处理模块(15)；电流采集模块(14)通信端连接到上位机处理模块(15)，测试端连接到铜导线(18)，用于测量流经左铜电极(04)和右铜电极(05)的电流；还包括一个以上绝缘隔板(06)，绝缘隔板(06)可水平插入或抽出测试箱(01)；当绝缘隔板(06)插入测试箱(01)时，将测试箱(01)从下至上分割为两个以上的空间；第二步：设定土壤试品酸碱度并进行土壤填充：设定试验酸碱度，测试各土壤试品的酸碱度，并根据设定酸碱度向试品中加入适量的PH调节剂，期间充分搅拌土壤试品使土壤试品的酸碱度分布均匀，直至各土壤样品的酸碱度在设定试验酸碱度误差允许范围内；打开测试箱(01)的左面板，通过操纵机构(03)控制左铜电极(04)与右铜电极(05)的间距；根据实际工况确定需要分层的层数以及各层分层比，通过分层比设置各分层宽度及顺序，使用绝缘隔板(06)按设置的分层宽度将测试箱(01)内空间分隔开；向测试箱(01)各空间内依次填充土壤试品后，撤去绝缘隔板(06)，使土壤试品贴合在一起，形成垂直分层土壤；盖住左面板；第三步：测量土壤试品在当前酸碱度时的电压与电流：开启冲击电流发生模块(12)，通过高压分压器模块(13)测量左铜电极(04)和右铜电极(05)间的电压并传输给上位机处理模块(15)，通过电流采集模块(14)测量流经左铜电极(04)和右铜电极(05)的电流并传输给上位机处理模块(15)；第四步：评估土壤动态电阻特性：通过上位机处理模块(15)得到的电压和电流，获取土壤电阻全时域R(t)波形曲线，并提取出R(t)_min，R(t)_max，下降时间Δt₁以及有效恢复时间Δt₂，计算土壤电阻在冲击电流下的平均下降速率k：式中，R(t)_min为R(t)波形曲线中电阻最小值，R(t)_max为R(t)波形曲线中电阻最大值，Δt₁表示R(t)从最大值R(t)_max下降到最小值R(t)_min的时间间隔；计算R(t)_min与k的复合评判因子q₁：计算R(t)_min与Δt₁的复合评判因子q₂：计算最小曲率半径γ：其中，式中，t_m∈[t_a+0.1,t_b)，t_a为R(t)_max对应时刻，t_b为R(t)_min对应时刻，上式表示计算R(t)波形曲线在下降的时间段内，从t_a+0.1时刻，每次间隔0.1μs，计算各个时刻的曲率半径，由此可计算出其中最小的曲率半径；计算考虑pH与最小曲率半径γ的修正系数k₁：式中，pH为当前的酸碱度，γ为最小曲率半径；计算评判余项q₃：q₃＝0.02081log(0.311Δt₁+0.393Δt₂‑40.07)‑0.080log(R(t)_min+0.870)式中，Δt₂表示R(t)从R(t)_min上升至有效恢复电阻R(t)_eff的时间；其中R(t)_eff＝R(t)_min+0.8(R(t)_max‑R(t)_min),R(t)_eff表示从电阻最小值R(t)_min逐渐恢复，当恢复量为80％最大下降差值(R(t)_max‑R(t)_min)时所对应的电阻值；计算土壤在该冲击电流与酸碱度下的动态电阻特性评判因数为：q＝k₁(q₁+q₂)+q₃根据动态电阻特性评判因数q的范围表征电阻动态特性；第五步：不同酸碱度下垂直分层土壤的动态电阻试验：设定不同试验酸碱度，在不同设定酸碱度下，按照上述第二至四步反复测试，进行不同酸碱度下垂直分层土壤的动态电阻评估。