第六章電力系統(tǒng)過電壓與絕緣

第三篇電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合

工頻電壓升高暫時(shí)過電壓內(nèi)部過電壓諧振過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓過電壓直接雷擊過電壓雷電過電壓感應(yīng)雷擊過電壓

內(nèi)容第六章輸電線路和繞組中的波過程第七章雷電放電及防雷保護(hù)裝置第八章電力系統(tǒng)防雷保護(hù)第九章內(nèi)部過電壓第十章電力系統(tǒng)絕緣配合集中參數(shù)電路分析對(duì)象的尺寸比波長小的多分布參數(shù)電路分析對(duì)象的尺寸與波長可比u＝f（x，t）i＝f（x，t）第六章輸電線路和繞組中的波過程內(nèi)容第一節(jié)波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播第二節(jié)行波的折射和反射第三節(jié)行波的多次折、反射第四節(jié)波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播第五節(jié)波在有損耗線路上的傳播第六節(jié)變壓器繞組中的波過程第七節(jié)旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過程一、線路方程及解方程組第一節(jié)波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播解式中u’－電壓前行波；i’－電流前行波u’’－電壓反行波；i’’－電流反行波二、波速和波阻抗波速架空單導(dǎo)線hc－導(dǎo)線的平均對(duì)地高度，m；r－導(dǎo)線的半徑，m；ε0-真空介電常數(shù)，1/(36π×109），F(xiàn)/m；εr-相對(duì)介電常數(shù)；μ0-真空的磁導(dǎo)率，4π×10－7，H/m；μr-相對(duì)磁導(dǎo)率，單芯同軸電纜R－接地鉛包的內(nèi)半徑，m；r－纜芯的半徑，m；εr≈

4(油紙絕緣）；μr≈

1。波阻抗架空線300（分裂導(dǎo)線）－500（單導(dǎo)線）Ω電纜10－50Ω前行波注意Z與R相似與ω、波形無關(guān)，u與i同相行波功率P=u’×i’＝u’2/Z=i’2Z,與電阻相同Z與R不同Z與長度無關(guān)，R與長度有關(guān)Z不消耗能量，R消耗能量三、均勻無損單導(dǎo)線波過程的基本概念△C充電，建立電場△L充電，建立磁場無限長直角波（1)有限長直角波（2)平頂斜角波第二節(jié)行波的折射和反射一、折射系數(shù)和反射系數(shù)u’1、i’1—入射波u’2、i’2—折射波u’’1、i’’1—反射波Z2上無反行波或反行波尚未抵達(dá)節(jié)點(diǎn)Au’1＋u’’1＝u’2i’1＋i’’1＝i’2u’1＝i’1Z1

u’’1＝－i’’1Z1

u’2＝i’2Z2

電壓折射系數(shù)電壓反射系數(shù)α、β關(guān)系：1+β=α0≤α≤2-1≤β≤1Z2<Z1α<1、β<0Z2>Z1α>1、β>0二、幾種特殊端接情況下的波過程（一）線路末端開路（電壓全反射）Z2=∞、α=2、β=1u’2＝2u’1、u’’1=u’1i’’1＝－u’’1/Z1＝－u’1/Z1＝-i’1（二）線路末端短路（接地）（電流全反射）Z2=0、α=0、β=－1u’2＝0

、u’’1=－u’1i’’1＝－u’’1/Z1＝u’1/Z1＝i’1（三）線路末端對(duì)地跨接一阻值R=Z1的電阻Z2=Z1、α=1、β=0u’2＝u’1、u’’1=0無反射三、集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）u’2＝u’1＋u’’1i’2＝i’1＋i’’1＝u’1/Z－u’’1/Zu’2＝2u’1-i’2Z（電壓源等值）2i’1＝u’2/Z＋i’2（電流源等值）【例6-1】求母線電壓Ubb解：(一）波穿過電感方程：解：回路時(shí)間常數(shù)：u’2波前陡度：電壓反射波：t＝0:u’’1=u’1t＝∞:u’’1=βu’1電壓入射波為矩形波（沖擊截波）串聯(lián)電感作用拉平波前和波尾降低幅值(二）波旁過電容方程：解：回路時(shí)間常數(shù)：u’2波前陡度：電壓反射波：t＝0:u’’1=－u’1t＝∞:u’’1=βu’1結(jié)論（1)行波穿過電感或旁過電容時(shí)，波前拉平，陡度減小。(2)在無限長直角波的情況下，L和C對(duì)最終穩(wěn)態(tài)值沒有影響。（3)反射波的影響L發(fā)生電壓全反射C發(fā)生電流全反射（4)從過電壓保護(hù)的角度出發(fā)，采用并聯(lián)電容更為有利。【例6-2】繞組每匝長度3m，匝間絕緣能耐受的電壓600V，波在繞組中的傳播速度60m/μs。求電容值。解：節(jié)點(diǎn)B電壓：t→∞時(shí)，B的電壓最終幅值：第三節(jié)行波的多次折、反射波形：（1)Z0<Z1和Z2，β1和β2>0若Z0《Z1和Z2，可用電容來代替中間線段（2)Z0>Z1和Z2，β1和β2<0若Z0》Z1和Z2，可用電感來代替中間線段

波形：（3)Z1<Z0<Z2，β1<0和β2>0,β1β2<0uB的波形是振蕩的uB的最終穩(wěn)態(tài)值UB>U0（4)Z1>Z0>Z2，β1>0和β2<0,β1β2<0uB的波形是振蕩的uB的最終穩(wěn)態(tài)值UB<U0麥克斯韋方程組導(dǎo)線k自波阻抗導(dǎo)線k與n間的互波阻抗第四節(jié)波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播【例6-3】求導(dǎo)地線間絕緣上的過電壓u12解:

u2≠0?正、負(fù)電荷在導(dǎo)線2上作橫向分離，u2與u1同步推進(jìn)、同生同滅u2的極性與u1相同u2與u1的波形相同，但u2<u1【例6-4】求雷擊塔頂時(shí)雙避雷線線路兩根避雷線與各相導(dǎo)線間的耦合系數(shù)解：【例6-5】試分析電纜芯與電纜皮之間的耦合關(guān)系解：能量損耗的因素(1)導(dǎo)線電阻(2)大地電阻(3)絕緣的泄漏電導(dǎo)與介質(zhì)損耗(4)極高頻或陡坡下的輻射損耗(5)沖擊電暈上述因素使行波發(fā)生的變化(1)波幅降低(2)波前陡度減少(3)波長增大(4)波形凹凸不平處變得比較圓滑(5)電壓波與電流波的波形不再相同第五節(jié)波在有損耗線路上的傳播一、線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響波流過的距離越長，衰減越多電纜的衰減比架空線大得多波形變化越快，集膚效應(yīng)越顯著，衰減越多二、沖擊電暈的影響發(fā)生沖擊電暈，增大了導(dǎo)線對(duì)地電容(1)波阻抗減少(2)波速減少(3)耦合系數(shù)增大k0-幾何耦合系數(shù)k1-電暈校正系數(shù)二、沖擊電暈的影響(4)波的衰減與變形波過程與下列因素有關(guān)繞組的接法中性點(diǎn)接地方式進(jìn)波情況第六節(jié)變壓器繞組中的波過程一、單相繞組中的波過程L0-單位長度繞組的自感

C0-單位長度對(duì)地電容

K0-單位長度匝間電容△L=L0△x，△C=C0△x，△K=K0/△x（1)t＝0

初始最大電位梯度出現(xiàn)在繞組首端變壓器的入口電容CT(2)t＝∞中性點(diǎn)接地中性點(diǎn)絕緣(3)t=0→t=∞的過渡過程二、變壓器對(duì)過電壓的內(nèi)部保護(hù)（一）補(bǔ)償對(duì)地電容電流（橫向補(bǔ)償）（二）增大縱向電容（縱向補(bǔ)償）（二）增大縱向電容（縱向補(bǔ)償）三、三相繞組中的波過程（一）星形接法中性點(diǎn)接地（Y0)與中性點(diǎn)接地同（二）星形接法中性點(diǎn)不接地（Y)（三）三角形接法（△）四、波在變壓器繞組間的傳遞（一）靜電感應(yīng)（電容傳