高電壓技術(shù)-線路上的波過程課件

第二篇：電力系統(tǒng)過電壓及保護1ppt課件第二篇：電力系統(tǒng)過電壓及保護1ppt課件電力系統(tǒng)過電壓大氣過電壓（雷擊過電壓）內(nèi)部過電壓直擊雷過電壓感應雷過電壓工頻穩(wěn)態(tài)過電壓電容效應非對稱接地故障甩負荷時系統(tǒng)由感性變成容性負荷工頻過電壓工頻暫態(tài)過電壓操作過電壓操作電容器組過電壓操作空載線路過電壓解列過電壓操作電感負荷過電壓：弧光接地過電壓空載變壓器電抗器電弧爐變壓器組電動機等甩負荷時勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)引起的機電過程諧振過電壓鐵磁諧振過電壓參數(shù)諧振過電壓水輪發(fā)電機不對稱短路或負荷嚴重不平衡引起諧振由串聯(lián)補償線路中的鐵磁諧振和異步電機的自勵磁斷路器非全相拒動引起諧振限制措施：無間隙避雷器；同步斷路器；可控電抗器；靜止和動態(tài)補償器2ppt課件電力系統(tǒng)大氣過電壓內(nèi)部直擊雷過電壓工頻穩(wěn)態(tài)電容效應工頻過電壓線路上的波過程3ppt課件線路上的波過程3ppt課件主要內(nèi)容1、波過程的物理概念2、波動方程3、行波的折射和反射4、彼德遜法則（集中參數(shù)等值電路）5、波經(jīng)過電容和電感6、波的多次折反射7、波在平行多導線系統(tǒng)中的傳播（耦合系數(shù)）8、沖擊電暈對波過程的影響4ppt課件主要內(nèi)容1、波過程的物理概念4ppt課件集中參數(shù)和分布參數(shù)的區(qū)別劃分兩者的依據(jù):當該元件的線性尺寸L》所傳播的電磁波波長λ時,即電磁波波長較小時要用分布參數(shù)如：L=50Km工頻λ=V/f=3x108m/sx1/50=6000Km

λ=120L，需用集中參數(shù)來計算雷電沖擊λ=VT=3x108m/sx50x10-6s=15Km

λ=0.3L，需用分布參數(shù)來計算不同時刻線路各點的電壓與電流變化6000Km50Km15Km50Km5ppt課件集中參數(shù)和分布參數(shù)的區(qū)別劃分兩者的依據(jù):6000Km50Km1.波過程的物理概念電源向電容充電，在導線周圍建立起電場，靠近電源的電容立即充電，并向相鄰的電容放電由于電感作用，較遠處電容要間隔一段時間才能充上一定的電荷，電壓波以某速度沿線路傳播隨著線路電容的充放電，將有電流流過導線的電感，在導線周圍建立起磁場。電流波以同樣速度沿x方向流動6ppt課件1.波過程的物理概念電源向電容充電，在導線周圍建立起電場，電壓波和電流波沿線路的流動，實際上就是電磁波沿線路的傳播過程電壓波和電流波的關(guān)系電流波和電壓波沿導線的傳播過程實際上就是電磁能量傳播的過程

7ppt課件電壓波和電流波沿線路的流動，實際上就是電磁波沿線路的傳播過程2.單根無損線波動方程8ppt課件2.單根無損線波動方程8ppt課件采用運算微積求解：拉氏變換9ppt課件采用運算微積求解：拉氏變換9ppt課件根據(jù)拉氏變換的延遲定理

變量置換波動方程10ppt課件根據(jù)拉氏變換的延遲定理變量置換波動方程10ppt課件前行波和反行波電壓前行波以速度v向x方向運動電壓反行波以速度v向x反方向運動即：t=t1時，位置x1點的電壓為Ua

t=t時,位置x點的電壓為UaUaUaUaUa11ppt課件前行波和反行波電壓前行波以速度vZ1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2qZ1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q12ppt課件Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2qZ1Z2電壓波和電流波的關(guān)系電壓波與電流波通過波阻抗Z相互聯(lián)系電壓波符號只與地電容電荷的符號有關(guān)電流波符號由電荷符號和運動方向決定13ppt課件電壓波和電流波的關(guān)系電壓波與電流波通過波阻抗Z相互聯(lián)系波阻抗表示同一方向傳播的電壓波與電流波之間的比例大小不同方向的行波，Z前面有正負號Z只與單位長度的電感和電容有關(guān)，與線路長度無關(guān)既有前行波，又有反行波波在行進過程中不改變波形及幅值單根無損線波過程特點

14ppt課件波阻抗表示同一方向傳播的電壓波與電流波之間的比例大小單根無3.

波的折射和反射線路參數(shù)突然改變引起邊界條件：在節(jié)點A只有一個電壓和電流Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q當Z1>Z2時，U1f<0,U2q<U1q電壓折射系數(shù)αU電壓反射系數(shù)βU15ppt課件3.波的折射和反射線路參數(shù)突然改變引起Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q當Z1<Z2時，U1f>0,U2q>U1q16ppt課件Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q當Z1<

線路末端開路電壓折射系數(shù)=2，電壓反射系數(shù)=1能量角度解釋：P2=0，全部能量反射回去，使線路上反射波到達的范圍，單位長度總能量等于入射波能量的2倍，反射波到達后線路電壓為2倍的入射波，電流為零，磁場能量也為零，全部能量都儲存在電場Z1u1q=EAu1f=EZ1i1q=E/Z1Ai1f=-E/Z1U1q=EA17ppt課件線路末端開路Z1u1q=EAu1f=EZ1i1q=E

線路末端短路電壓折射系數(shù)=0，電壓反射系數(shù)=-1能量角度解釋：因為線路末端接地短路，入射波到達末段后，全部能量反射回去成為磁場能量，電壓為0，電流增加1倍

Z1u1q=EAu1f=-EZ1i1q=E/Z1Ai1f=E/Z1U1q=EA18ppt課件線路末端短路Z1u1q=EAu1f=-EZ1i1q=

線路末端接有負載電阻R=Z1

電壓折射系數(shù)=1，電壓反射系數(shù)=0相當于線路末端接于另一波阻抗相同的線路，波到達末端后無反射

接有載電阻和另一波阻抗相同的線路兩種情況的物理意義相同嗎？

AZ1u1q=EAR=Z1Z1i1q=E/Z1R=Z1Z1u1q=EAR=Z119ppt課件線路末端接有負載電阻R=Z1AZ1u1q=EAR=ZABUqUqUfatatatatatatatUq=atUf=a(t-2τ)τ=L/vL斜角波傳播過程20ppt課件ABUqUqUfatatatatatatatUq=atL斜4.集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）

適用范圍：入射波必須沿分布參數(shù)線路傳播而來，和節(jié)點相連的線路必須無窮長或反射波沒有到達計算點Z2Z1Z2u1q(t)Ai2u2u2q(t)Z1i2q2u1q(t)Z2U2q(p)Z1I2q(p)2U1q(p)21ppt課件4.集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）適用范圍：入射波必須沿例題：某變電所母線上接有ｎ條線路，其中某一條線路落雷，電壓幅值為U0

的雷電流自該線路侵入變電所，求母線上的電壓。n-1n-1條出線u0zz母線２U0zzzz折射系數(shù)：22ppt課件例題：某變電所母線上接有ｎ條線路，其中某一條線路落雷，電壓幅5.

波經(jīng)過電容和電感Z1Z212u1q=EACZ2U2q(p)Z1I2q(p)2E/p1/pCAZ1Z2u1q=EACu2qu1f波經(jīng)過電容23ppt課件5.波經(jīng)過電容和電感Z1Z212u1q=EACZ2U2q(Z2U2q(p)Z1I2q(p)2E/pZ1Z212u1q=EALu2qu1fpLAZ1Z2u1q=EAL波經(jīng)過電感24ppt課件Z2U2q(p)Z1I2q(p)2E/pZ1Z212u1q=最大陡度發(fā)生在t=0時刻只要增加電容或電感就可以將限制侵入波的陡度在無窮長的直角波作用下，電容和電感對最終的穩(wěn)態(tài)值沒有影響，因為直流電壓作用下，電容相當于開路、電感相當于短路

25ppt課件最大陡度發(fā)生在t=0時刻25ppt課件6.

波的多次折反射26ppt課件6.波的多次折反射26ppt課件27ppt課件27ppt課件28ppt課件28ppt課件7.波在平行多導線系統(tǒng)中的傳播靜電方程29ppt課件7.波在平行多導線系統(tǒng)中的傳播靜電方程29ppt課件考慮到為第k根導線中的電流

30ppt課件考慮到為第k根導線中的電流3平行多導線的耦合系數(shù)導線1對導線2的耦合系數(shù)<131ppt課件平行多導線的耦合系數(shù)導線1對導線2的耦合系數(shù)<131ppt平行多導線的耦合系數(shù)隨導線之間距離的減小而增大，兩根導線越靠近，其耦合系數(shù)越大耦合系數(shù)是輸電線路防雷計算的一個重要參數(shù)由于耦合作用，當導線1上有電壓波作用時，導線1、2之間的電位差不再等于E，而是比E小導線之間的耦合系數(shù)越大，其電位差越小，這對線路防雷是有利的

32ppt課件平行多導線的耦合系數(shù)隨導線之間距離的減小而增大，兩根導線越靠8、沖擊電暈對波過程的影響造成行波衰減和變形的因素：導線與大地之間的漏導和導線電阻使行波消耗一部分能量線路參數(shù)隨頻率而變得特性過電壓的作用，導線上出現(xiàn)沖擊電暈－主要原因

33ppt課件8、沖擊電暈對波過程的影響造成行波衰減和變形的因素：33pp沖擊電暈對耦合系數(shù)的影響

沖擊電暈使導線有效半徑增大，使導線間耦合系數(shù)增大

k0

－幾何耦合系數(shù)

k1

－電暈效應耦合系數(shù)34ppt課件沖擊電暈對耦合系數(shù)的影響沖擊電暈使導線有效半徑增大，使導線沖擊電暈對波阻和波速的影響沖擊電暈使導線對地電容增大、電感不變導線波阻可下降20%~30%

波速可減到光速的0.75倍35ppt課件沖擊電暈對波阻和波速的影響沖擊電暈使導線對地電容增大、電感不沖擊電暈造成波的衰減和變形沖擊波的電壓超過電暈起始電壓的各點的電暈程度不同，造成各點的波阻和波速不同，使得沖擊波各點以不同的速度向前運動，波頭被拉長、陡度變緩。36ppt課件沖擊電暈造成波的衰減和變形沖擊波的電壓超過電暈起始電壓的各

第二篇：電力系統(tǒng)過電壓及保護37ppt課件第二篇：電力系統(tǒng)過電壓及保護1ppt課件電力系統(tǒng)過電壓大氣過電壓（雷擊過電壓）內(nèi)部過電壓直擊雷過電壓感應雷過電壓工頻穩(wěn)態(tài)過電壓電容效應非對稱接地故障甩負荷時系統(tǒng)由感性變成容性負荷工頻過電壓工頻暫態(tài)過電壓操作過電壓操作電容器組過電壓操作空載線路過電壓解列過電壓操作電感負荷過電壓：弧光接地過電壓空載變壓器電抗器電弧爐變壓器組電動機等甩負荷時勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)引起的機電過程諧振過電壓鐵磁諧振過電壓參數(shù)諧振過電壓水輪發(fā)電機不對稱短路或負荷嚴重不平衡引起諧振由串聯(lián)補償線路中的鐵磁諧振和異步電機的自勵磁斷路器非全相拒動引起諧振限制措施：無間隙避雷器；同步斷路器；可控電抗器；靜止和動態(tài)補償器38ppt課件電力系統(tǒng)大氣過電壓內(nèi)部直擊雷過電壓工頻穩(wěn)態(tài)電容效應工頻過電壓線路上的波過程39ppt課件線路上的波過程3ppt課件主要內(nèi)容1、波過程的物理概念2、波動方程3、行波的折射和反射4、彼德遜法則（集中參數(shù)等值電路）5、波經(jīng)過電容和電感6、波的多次折反射7、波在平行多導線系統(tǒng)中的傳播（耦合系數(shù)）8、沖擊電暈對波過程的影響40ppt課件主要內(nèi)容1、波過程的物理概念4ppt課件集中參數(shù)和分布參數(shù)的區(qū)別劃分兩者的依據(jù):當該元件的線性尺寸L》所傳播的電磁波波長λ時,即電磁波波長較小時要用分布參數(shù)如：L=50Km工頻λ=V/f=3x108m/sx1/50=6000Km

λ=120L，需用集中參數(shù)來計算雷電沖擊λ=VT=3x108m/sx50x10-6s=15Km

λ=0.3L，需用分布參數(shù)來計算不同時刻線路各點的電壓與電流變化6000Km50Km15Km50Km41ppt課件集中參數(shù)和分布參數(shù)的區(qū)別劃分兩者的依據(jù):6000Km50Km1.波過程的物理概念電源向電容充電，在導線周圍建立起電場，靠近電源的電容立即充電，并向相鄰的電容放電由于電感作用，較遠處電容要間隔一段時間才能充上一定的電荷，電壓波以某速度沿線路傳播隨著線路電容的充放電，將有電流流過導線的電感，在導線周圍建立起磁場。電流波以同樣速度沿x方向流動42ppt課件1.波過程的物理概念電源向電容充電，在導線周圍建立起電場，電壓波和電流波沿線路的流動，實際上就是電磁波沿線路的傳播過程電壓波和電流波的關(guān)系電流波和電壓波沿導線的傳播過程實際上就是電磁能量傳播的過程

43ppt課件電壓波和電流波沿線路的流動，實際上就是電磁波沿線路的傳播過程2.單根無損線波動方程44ppt課件2.單根無損線波動方程8ppt課件采用運算微積求解：拉氏變換45ppt課件采用運算微積求解：拉氏變換9ppt課件根據(jù)拉氏變換的延遲定理

變量置換波動方程46ppt課件根據(jù)拉氏變換的延遲定理變量置換波動方程10ppt課件前行波和反行波電壓前行波以速度v向x方向運動電壓反行波以速度v向x反方向運動即：t=t1時，位置x1點的電壓為Ua

t=t時,位置x點的電壓為UaUaUaUaUa47ppt課件前行波和反行波電壓前行波以速度vZ1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2qZ1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q48ppt課件Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2qZ1Z2電壓波和電流波的關(guān)系電壓波與電流波通過波阻抗Z相互聯(lián)系電壓波符號只與地電容電荷的符號有關(guān)電流波符號由電荷符號和運動方向決定49ppt課件電壓波和電流波的關(guān)系電壓波與電流波通過波阻抗Z相互聯(lián)系波阻抗表示同一方向傳播的電壓波與電流波之間的比例大小不同方向的行波，Z前面有正負號Z只與單位長度的電感和電容有關(guān)，與線路長度無關(guān)既有前行波，又有反行波波在行進過程中不改變波形及幅值單根無損線波過程特點

50ppt課件波阻抗表示同一方向傳播的電壓波與電流波之間的比例大小單根無3.

波的折射和反射線路參數(shù)突然改變引起邊界條件：在節(jié)點A只有一個電壓和電流Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q當Z1>Z2時，U1f<0,U2q<U1q電壓折射系數(shù)αU電壓反射系數(shù)βU51ppt課件3.波的折射和反射線路參數(shù)突然改變引起Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q當Z1<Z2時，U1f>0,U2q>U1q52ppt課件Z1Z212u1qAZ1Z212u1qAu1fu2q當Z1<

線路末端開路電壓折射系數(shù)=2，電壓反射系數(shù)=1能量角度解釋：P2=0，全部能量反射回去，使線路上反射波到達的范圍，單位長度總能量等于入射波能量的2倍，反射波到達后線路電壓為2倍的入射波，電流為零，磁場能量也為零，全部能量都儲存在電場Z1u1q=EAu1f=EZ1i1q=E/Z1Ai1f=-E/Z1U1q=EA53ppt課件線路末端開路Z1u1q=EAu1f=EZ1i1q=E

線路末端短路電壓折射系數(shù)=0，電壓反射系數(shù)=-1能量角度解釋：因為線路末端接地短路，入射波到達末段后，全部能量反射回去成為磁場能量，電壓為0，電流增加1倍

Z1u1q=EAu1f=-EZ1i1q=E/Z1Ai1f=E/Z1U1q=EA54ppt課件線路末端短路Z1u1q=EAu1f=-EZ1i1q=

線路末端接有負載電阻R=Z1

電壓折射系數(shù)=1，電壓反射系數(shù)=0相當于線路末端接于另一波阻抗相同的線路，波到達末端后無反射

接有載電阻和另一波阻抗相同的線路兩種情況的物理意義相同嗎？

AZ1u1q=EAR=Z1Z1i1q=E/Z1R=Z1Z1u1q=EAR=Z155ppt課件線路末端接有負載電阻R=Z1AZ1u1q=EAR=ZABUqUqUfatatatatatatatUq=atUf=a(t-2τ)τ=L/vL斜角波傳播過程56ppt課件ABUqUqUfatatatatatatatUq=atL斜4.集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）

適用范圍：入射波必須沿分布參數(shù)線路傳播而來，和節(jié)點相連的線路必須無窮長或反射波沒有到達計算點Z2Z1Z2u1q(t)Ai2u2u2q(t)Z1i2q2u1q(t)Z2U2q(p)Z1I2q(p)2U1q(p)57ppt課件4.集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）適用范圍：入射波必須沿例題：某變電所母線上接有ｎ條線路，其中某一條線路落雷，電壓幅值為U0

的雷電流自該線路侵入變電所，求母線上的電壓。n-1n-1條出線u0zz母線２U0zzzz折射系數(shù)：58ppt課件例題：某變電所母線上接有ｎ條線路，其中某一條線路落雷，電壓幅5.

波經(jīng)過電容和電感Z1Z212u1q=EACZ2U2q(p)Z1I2q(p)2E/p1/pCAZ1Z2u1q=EACu2qu1f波經(jīng)過電容59ppt課件5.波經(jīng)過電容和電感Z1Z212u1q=EACZ2U2q(Z2U2q(p)Z1I2q(p)2E/pZ1Z212u1q=EALu2qu1fpLAZ1Z2u1q=EAL波經(jīng)過電感60ppt課件Z2U2q(p)Z1I2q(p)2E/pZ1Z212u1q=最大陡度發(fā)生在t=0時刻只要增加電容或電感就可以將限制侵入波的陡度在無窮長的直角波作用下，電容和電感對最終的穩(wěn)態(tài)值沒有影響，因為直流電壓作用下，電容相當于開路、電感相當于短路

61ppt課件最大陡度發(fā)生在t=0時刻25ppt課件6.