(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211057841.7 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 国网宁夏电力有限公司电力科 学研 究院 地址 750002 宁夏回族自治区银川市金凤 区黄河东路716号 申请人 长沙理工大 学　 国网宁夏电力有限公司 (72)发明人 周秀　田天　白金　罗艳　张恒　 马云龙　何宁辉　徐玉华　杨鑫　 陈静雯　 (74)专利代理 机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 专利代理师 何湘玲(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) H01R 4/66(2006.01) G06F 113/04(2020.01) (54)发明名称 立体式接地装置及其设计方法、 以及 进行均 压的设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种立体式接地装置及其设 计方法、 以及进行均压的设计方法， 该立体式接 地装置由水平放射形接地装置以及立体式接地 的垂直接地体组合而成， 所述垂直接地体为螺旋 接地模块， 所述螺旋接地模块为圆钢绕圆柱壁环 绕而成的参数为r ‑h‑d的螺旋状结构。 其均压设 计方法包括： 依次确定最优的匝间距离、 确定最 优的垂直长度、 以及最优的螺旋绕径。 进行均压 的设计方法， 包括计算得到立体式接地装置模型 的接地电阻值以及跨步电压分布结果； 将立体式 接地装置中对应地表跨步电压较大区域的垂直 接地体替换为螺旋接地模块， 通过螺旋状接地模 块的具体应用， 对比替换前后各安全指标值的变 化， 对螺旋接地模块的替换区域以及参数进行调 整。 本发明可均衡 接地装置 工频跨步电压。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115422743 A 2022.12.02 CN 115422743 A 1.一种立体式接地装置， 由水平放射形接地装置以及一对以上垂直接地体组合而成的 立体式接地装置， 其特征在于， 所述垂 直接地体中至少一对为螺旋接地模块， 所述螺旋接地 模块设置于水平放射形接地装置的水平接地体的最末端或者从最末端向入地电流点的方 向排列； 所述螺旋接地模块为圆钢绕圆柱壁环绕而成的参数为r ‑h‑d的螺旋状结构， r ‑h‑d 的数值根据为最大限度地均衡地面工频跨步电压为设计目标来设定， 其中， r 为所述螺旋接 地模块的螺 旋绕径， d为所述螺 旋接地模块的匝间距离， h为螺 旋接地模块的垂直长度。 2.一种如权利要求1所述的立体式接地装置中的螺旋接地模块的设计方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： 确定最优的匝间距离： 在仿真软件中搭建单根螺旋状的接地模块模型， 设置激励源、 土 壤类型以及导体材料特性， 将螺旋绕径定为典型值， 并在垂直长度不变的情况下逐渐增加 单位垂直长度的螺旋 匝数， 得到不同匝数 的螺旋接地模块的工频接地电阻值； 对所得的工 频接地电阻值的数据进行曲线拟合， 得到接地电阻随匝数变化的第一 曲线， 根据第一 曲线 的变化规律结合 实际情况选择最优匝数取值， 最优匝数取值对应的匝间距离作为最优匝间 距离。 3.根据权利要求2所述的立体式接地装置 中的螺旋接地模块的设计方法， 其特征在于， 在确定好 最优匝间距离后， 所述方法还 包括： 确定最优的垂直长度： 修改单根螺旋接地模块模型的参数， 将螺旋绕径定为典型值， 从 小到大依次增加螺旋的垂直长度， 仿真得到不同垂 直长度取值下螺旋接地模块的工频接地 电阻值， 并拟合所得的工频接地电阻值的数据得到接地电阻值随垂直长度变化的第二曲 线， 根据第二曲线的变化 规律， 结合实际情况， 选择最优的垂直长度的取值。 4.根据权利要求3所述的立体式接地装置 中的螺旋接地模块的设计方法， 其特征在于， 在确定好 最优匝间距离以及最优的垂直长度后， 所述方法还 包括： 确定最优的螺旋绕径： 修改单根螺旋接地模块模型的参数， 从小到大依次改变螺旋接 地模块的螺旋绕径的大小， 仿 真得到不同的螺旋绕径取值下所述螺旋接地模块的工频接地 电阻值， 并拟合工频接地电阻值的数据得到接地电阻值 随螺旋绕径变化的第三曲线， 根据 第三曲线的变化 规律结合实际情况选择最优的螺 旋绕径的取值。 5.一种采用如权利要求1所述的立体式接地装置进行均压的设计方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： 在仿真软件中搭建单根水平接地体与垂直接地体组成的立体式接地装置模型， 通过仿 真计算得到所述立体式接地装置模型的接地电阻值以及跨步电压分布结果； 将立体式接地 装置模型中散流数值集中区域中的垂直接地体替换为螺旋接地模块， 仿真计算得到替换后 的所述立体式接地装置模型的接地电阻值以及跨步电压 分布结果， 对比替换前后各安全指 标值的变化， 对所述螺 旋接地模块的替换区域以及参数进行调整。 6.根据权利要求5所述的设计方法， 其特 征在于， 还 包括以下步骤： 以接地电阻目标值和工频跨步电压安全值为约束条件， 保持水平接地体的长度不变， 将螺旋接地模块加装在水平放 射形接地装置的水平接地体的最末端。 7.根据权利要求6所述的设计方法， 其特征在于， 还包括以下步骤： 沿水平接地体加装 螺旋接地模块时， 相 邻螺旋接地模块之 间的间隔大于等于两倍螺旋接地模块的自身的垂 直 长度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422743 A 28.根据权利要求6 ‑7中任一项所述的设计方法， 其特征在于， 将立体 式接地装置模型中 散流数值较大区域中的垂直接地体替换为螺旋接地模块， 以及 对所述螺旋接地模块的替换 区域以及参数进行调整， 包括以下步骤： 首先以接地规程中的接地电阻的要求为约束条件， 搭建水平放射形接地装置中的水平 接地体部分， 暂时不铺设垂直接地体部分； 在散流强度最强且跨步电压最大 的水平接地体 的末端安装一根螺旋接地模块； 保持水平接地体的长度不变， 沿着水平接地体的末端指向 入地电流 点的方向， 从临近末端开始以相应间隔依次安装螺 旋接地模块作为垂直接地体； 仿真计算得到此时接地装置的工频跨 步电压最大值： 若工频跨 步电压最大值满足跨 步电压安全值的限值范围内， 则设计结束； 若工频跨步电压最大值超过跨步电压安全值的限值范围， 则沿着水平接地体的末端指 向入地电流点的方向， 以单侧的两螺旋接地模块之 间的间隔大于等于自身长度两倍的距离 D在水平接地体的两端各追加 一根螺旋接地模块， 同时去掉位于新追加的螺旋接地模块的 远端的除螺 旋接地模块之外的垂直接地体； 再次计算得到此时接地装置工频跨步电压最大值， 若降至安全限值范围内则设计结 束， 否则重复上述步骤继续进行螺旋接地模块的加装， 直至立体式接地装置的工频跨步电 压最大值降至跨 步电压安全值的限值范围内。 9.根据权利要求8所述的设计方法， 其特征在于， 所述螺旋接地模块为权利要求4中获 得的具备最优的匝间距离、 最优的垂直长度和最优的螺 旋绕径的最优螺 旋接地模块。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422743 A 3