第六章-輸電線路和繞組中的波過程課件

第三篇

電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合1精選課件ppt過電壓的概念：指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的對絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位差升高。過電壓的概念與分類

過電壓的分類：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室2精選課件ppt本篇首先介紹過電壓及其防護(hù)問題的基礎(chǔ)－波過程理論。然后探討各種過電壓的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展過程、影響因素、防護(hù)措施等。最后探討電力系統(tǒng)絕緣配合問題。本篇主要內(nèi)容高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室3精選課件ppt波過程實(shí)質(zhì)上是能量沿著導(dǎo)線傳播的過程，即在導(dǎo)線周圍空間儲存電磁能的過程。從電磁場方程組出發(fā)來研究比較繁復(fù)，方便起見，一般都采用以積分量u和i表示的關(guān)系式，而且必須用分布參數(shù)電路和行波理論來進(jìn)行分析。第六章輸電線路和繞組中的波過程

過電壓波的變化速度很快、延續(xù)時(shí)間很短，以波前時(shí)間等于1.2us的沖擊波為例，電壓從零變化到最大值（0－Um）只需要1.2us，波的傳播速度為光速c（＝300m/us），所以沖擊電壓波前在線路上的分布長度只有360m。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室4精選課件ppt

換言之，線路各點(diǎn)的電壓和電流都將是不同的，根本不能將線路各點(diǎn)的電路參數(shù)合并成集中參數(shù)來處理問題。

為了便于比較，可取工頻正弦電壓的第一個(gè)1/4周波（0－Um）作為波前，那么這時(shí)的波前時(shí)間為5000us，整個(gè)波前分布在1500km長的導(dǎo)線上（如圖6－1）。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室5精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一般220kV高壓線路的平均長度也只有200-250km，所以全線各點(diǎn)的電壓、電流可以近似地認(rèn)為是相同的，因而就可用一個(gè)集中參數(shù)等值電路來代替了。6精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室用分布參數(shù)電路來處理問題，實(shí)質(zhì)上就是承認(rèn)導(dǎo)線上的電壓U和電流I不但隨時(shí)間t而變，而且也隨空間位置的不同而異，即

這樣，就很難在同一張圖中表示電壓（或電流）的變化規(guī)律，而只能分別采用以下兩種圖示方法：（1）某一特定地點(diǎn)的電壓（或電流）波形圖；（2）某一特定瞬間的電壓（或電流）沿線分布圖。7精選課件ppt第一節(jié)波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播

線路方程及解波速和波阻抗均勻無損單導(dǎo)線波過程的基本概念高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室8精選課件ppt

實(shí)際輸電線路往往采用三相交流或雙極直流輸電，均屬多導(dǎo)線系統(tǒng)。為了清晰地揭示線路波過程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，先從理想的均勻無損單導(dǎo)線入手，是比較合適的。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室9精選課件ppt一、線路方程及解單導(dǎo)線等值電路如右圖設(shè)單位長度線路的電感和電容均為恒值，分別為L0和C0；忽略線路的能量損耗，得均勻無損所示高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室10精選課件ppt均勻無損單導(dǎo)線的方程組為：波動方程解為高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室11精選課件ppt

代表一個(gè)任意形狀并以速度v朝著x的正方向運(yùn)動的電壓波；是一個(gè)以速度v朝著x的負(fù)方向運(yùn)動的電壓反行波。

電壓波的符號只取決于它的極性,而與電荷的運(yùn)動方向無關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷符號有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動方向有關(guān)。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室12精選課件ppt二、波速和波阻抗

行波在均勻無損單導(dǎo)線上的傳播速度架空單導(dǎo)線的L0和C0可由下式求得（H/m)(F/m)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室導(dǎo)線的平均對地高度，m；導(dǎo)線的半徑13精選課件ppt（H/m)(F/m)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室單芯同軸電纜R——接地鉛包的內(nèi)半徑，mr——纜芯的半徑，m；

可見波速與導(dǎo)線周圍媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線半徑、對地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關(guān)。14精選課件ppt特別注意點(diǎn)：電流波的波速是導(dǎo)線中的帶電粒子開始運(yùn)動的這一狀態(tài)由線路的一點(diǎn)向前或向后傳播的速度，而不是電荷在導(dǎo)線中的運(yùn)動速度。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室15精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室架空線路的波阻抗約在300～500Ω之間，電纜線路的波阻抗約在10～50Ω之間。由此可知：波阻抗Z是電壓波與電流波之間的一個(gè)比例常數(shù)，電壓波與電流波之所以有這樣一種比例關(guān)系，是因?yàn)椴ㄔ趥鞑ミ^程中必須遵循儲存在單位長度線路周圍媒質(zhì)中的電場能量和磁場能量一定相等的規(guī)律。16精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室在電力系統(tǒng)四大參數(shù)中電阻R的特性與波阻抗最相近，二者在某些重要的特性方面有相似之處：（1）在眾多電路參數(shù)中，量綱與波阻抗相同者只有R、XL、Xc和ZΣ，四者之中只有R是與電源頻率或波形無關(guān)的，而波阻抗Z的大小也與ω或波形完全無關(guān)，可見波阻抗是阻性的。17精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（2）從功率的表達(dá)式來看，行波所給出的功率：如用一阻值R=Z的電阻來替換這條波阻抗為Z的長線，則可見一條波阻抗為Z的線路從電源吸收的功率PZ與一阻值R=Z的電阻從電源吸收的功率PR完全相同。從電源的角度來看，后面接一條波阻抗為Z的長線與接一個(gè)電阻R（=Z）是一樣的。計(jì)算時(shí)，可以用一只阻值R=Z的集中參數(shù)電路的電阻來替換一條波阻抗為Z的分布參數(shù)長線。18精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室但波阻抗Z與電阻R在物理本質(zhì)上還是有很大的不同：（1）波阻抗只是一個(gè)比例常數(shù)，完全沒有長度的概念，線路長度的大小并不影響波阻抗Z的數(shù)值；而一條長線的電阻是與線路長度成正比的；（2）波阻抗從電源吸收的功率和能量是以電磁能的形式儲存在導(dǎo)線周圍的媒質(zhì)中，并未消耗掉；而電阻從電源吸收的功率和能量均轉(zhuǎn)化為熱能而散失掉了。19精選課件ppt傳播過程如圖所示三、均勻無損單導(dǎo)線波過程的基本概念高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室設(shè)一條單位長度電感和對地電容分別為L0和C0的均勻無損單導(dǎo)線在t=O時(shí)合閘到直流電壓源U上去，電源即開始向線路第一個(gè)單元電容ΔC充電，使它的對地電壓由零變?yōu)閁，在導(dǎo)線周圍空間開始建立電場。20精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室但是由于每段導(dǎo)線都存在單元電感ΔL，離電源較遠(yuǎn)處的對地電容勢必要隔上一段時(shí)間才能得到充電，并向更遠(yuǎn)處的電容ΔC放電。這樣一來，線路單元電容ΔC依次得到充電，沿線逐步建立起電場，形成電壓，即有一電壓波以一定的速度v沿著線路按X正方向傳播。21精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室在ΔC的充電過程中，將有電流i流過單元電感ΔL，即在導(dǎo)線周圍空間建立起磁場，因此和電壓波相對應(yīng)，還有一個(gè)電流波以同一速度v沿著線路按X正方向傳播。22精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

電壓波和電流波是相伴出現(xiàn)的統(tǒng)一體，它們沿著線路傳播實(shí)質(zhì)上就是電磁波沿線傳播的統(tǒng)一過程，而且遵循儲存于電場中的能量一定與儲存于磁場中的能量相等的普遍規(guī)律。電壓波和電流波相互伴隨，它們的波形相似，而且保持一個(gè)恒定的比值，波在沿?zé)o損導(dǎo)線傳播的過程中，幅值不會衰減，波形也不會改變。23精選課件ppt小結(jié)電壓u由朝著x的正方向運(yùn)動的電壓波u‘和朝著x的負(fù)方向運(yùn)動的電壓波u“疊加而成；電壓波的符號只取決于它的極性,而與電荷的運(yùn)動方向無關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷符號有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動方向有關(guān)。

波速與導(dǎo)線周圍媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線半徑、對地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關(guān)。架空線路的波阻抗約在300～500Ω之間，電纜線路的波阻抗約在10～50Ω之間。（本節(jié)完）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室24精選課件ppt第二節(jié)行波的折射和反射折射系數(shù)和反射系數(shù)幾種特殊端接情況下的波過程集中參數(shù)等值電路高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室25精選課件ppt

線路中均勻性開始遭到破壞的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，當(dāng)行波投射到節(jié)點(diǎn)時(shí)，必然會出現(xiàn)電壓、電流、能量重新調(diào)整分配的過程，即在節(jié)點(diǎn)處將發(fā)生行波的折射和反射現(xiàn)象。

通常采用最簡單的無限長直角波來介紹線路波過程的基本概念。因?yàn)槿魏纹渌ㄐ味伎梢杂靡欢〝?shù)量的單元無限長直角波疊加而得，所以無限長直角波實(shí)際上是最簡單和代表性最廣泛的一種波形。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室26精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室下面舉兩個(gè)最簡單的例子：（1）有限長直角波（幅值為U0，波長為Lt):可用兩個(gè)幅值相同（均為U0）、極性相反、在時(shí)間上相差Tt或在空間上相距Lt（=vTt）、并以同樣的波速v朝同一方向推進(jìn)的無限長直角波疊加而成，如圖6-4所示。27精選課件ppt（2）平頂斜角波（幅值為U0，波前時(shí)間為Tf）：其組成方式如圖6－5所示，如單元無限長直角波的數(shù)量為n，則單元波的電壓級差，時(shí)間級差。n越大，越接近于實(shí)際波形。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室28精選課件ppt一、折射系數(shù)和反射系數(shù)入射波，

折射波，

反射波，設(shè)一條波阻抗為Z1的線路1與另一條波阻抗為Z2的線路2在節(jié)點(diǎn)A處相連，一無限長直角波（，）從線路1向線路2傳播，如圖6－6；（，）是投射到A點(diǎn)的入射波；第二條線路的前行波（，）是入射波經(jīng)節(jié)點(diǎn)A而折射到Z2上來的折射波；第一條線路的反行波（，）是由入射波在節(jié)點(diǎn)A上因反射而產(chǎn)生，稱為反射波。為了簡明起見，通常先分析第二條線路中不存在反行波或反行波尚未抵達(dá)節(jié)點(diǎn)A的情29精選課件ppt線路1總的電壓和電流分別為：線路2總的電壓和電流分別為：根據(jù)邊界條件，在節(jié)點(diǎn)A處電壓和電流連續(xù)，即高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室30精選課件pptα－電壓折射系數(shù)；β－電壓反射系數(shù)二者之間有如下關(guān)系1+β=α隨與的數(shù)值而異，α和β之值在下面的范圍內(nèi)變化A點(diǎn)的折、反射電壓如下高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室31精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室當(dāng)Z2=Z1時(shí)，α=1，β=0；電壓折射波等于入射波，而電壓反射波為零，即不發(fā)生任何折、反射現(xiàn)象，實(shí)際上這是均勻?qū)Ь€的情況。當(dāng)Z2<Z1時(shí)（例如行波從架空線進(jìn)入電纜），α<1，β<0；表明電壓折射波小于入射波，而電壓反射波的極性將與入射波相反，疊加后使線路1上的總電壓小于電壓入射波，如圖6-7所示。當(dāng)Z2＞Z1時(shí)（例如行波從電纜進(jìn)入架空線），α＞1，β＞0；此時(shí)電壓折射波將大于入射波，而電壓反射波與入射波同號，疊加后使線路1上的總電壓增高。32精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室33精選課件ppt二、幾種特殊端接情況下的波過程(一)線路末端開路（圖6-9）發(fā)生全反射，開路電壓加倍，電流變零。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室34精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室電壓加倍、電流變零的現(xiàn)象可以從能量關(guān)系來理解：開路末端處電流發(fā)生負(fù)的全反射，使電流反射波所流過的線段上的總電流變?yōu)榱?，儲存的磁場能量亦變?yōu)榱?，全部轉(zhuǎn)為電場能量。在線路上反射波已到達(dá)的一段上，單位長度所吸收的總能量W等于入射波能量的兩倍，而入射波儲存在線路周圍空間的磁場能量恒等于電場能量，因而可得全部磁場能量都轉(zhuǎn)為電場能量儲存起來，線路電壓上升為兩倍。電壓波在開路末端的加倍升高對絕緣是很危險(xiǎn)的。35精選課件ppt(二)線路末端短路（接地）（圖6-10）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

入射電壓波負(fù)的全反射，電流加倍，電壓為零。從能量關(guān)系來理解，只不過這時(shí)全部能量都轉(zhuǎn)化為磁場能量儲存起來而已。36精選課件ppt(三）線路末端對地跨接一阻值R=Z1的電阻（圖6-11）

行波到達(dá)線路末端A點(diǎn)時(shí)完全不發(fā)生反射，與A點(diǎn)后面接一條波阻抗Z2=Z1的無限長導(dǎo)線的情況相同。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室37精選課件ppt三、集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）在實(shí)際工程中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上往往接有多條分布參數(shù)長線和若干集中參數(shù)元件。最典型的例子就是變電所的母線，它上面可能接有多條架空線和電纜，還可能接有一系列變電設(shè)備，它們都是集中參數(shù)元件。為了簡化計(jì)算，最好能利用一個(gè)統(tǒng)一的集中參數(shù)等值電路來解決行波的折、反射問題。見圖6-12高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室38精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室設(shè)任意波形的行波和沿著一條波阻抗為Z的線路投射到某一節(jié)點(diǎn)A上，節(jié)點(diǎn)上接有若干條架空線、電纜線和若干集中參數(shù)元件。在節(jié)點(diǎn)A有：而39精選課件ppt由前面二式得：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（6-20）（6-21）將式6-20代入式6-21中得：40精選課件ppt電壓折射波高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室為了計(jì)算節(jié)點(diǎn)A上的電壓與電流，可將入射波和波阻抗為Z的線路用一個(gè)集中參數(shù)等值電路來代替，其中電源電勢等于電壓入射波的兩倍（），該電源的內(nèi)阻等于線路波阻抗Z。接在A點(diǎn)的各條分布參數(shù)線路只要不存在反射波，也都可以用阻值等于各線路波阻抗的電阻來代替。這樣一來，就得出了圖6-13所示的集中參數(shù)等值電路，這就是在波過程分析中應(yīng)用很廣的彼德遜法則。41精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室法則中電源電勢用的原因：因?yàn)槿肷洳ú粌H輸入電能，同時(shí)也輸入磁能，遇到節(jié)點(diǎn)時(shí)就會出現(xiàn)電磁能的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A是一個(gè)開路末端時(shí)，入射波的能量將全部轉(zhuǎn)換為電能，而使電壓達(dá)到，所以在等值電路中的電源電勢必須采用。42精選課件ppt已知電流源（例如雷電流）的情況，采用電流源等值電路更加簡單方便。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室43精選課件ppt例6-1設(shè)某變電所的母線上共接有n條架空線路，當(dāng)其中某一線路遭受雷擊時(shí)，即有一過電壓波U0沿著該線進(jìn)入變電所，試求此時(shí)的母線電壓Ubb。

解：由于架空線路的波阻抗均大致相等，所以可得出圖6-15中的接線示意圖（a）和等值電路圖（b）。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室44精選課件ppt易得所以或者由此可知：變電所母線上接的線路數(shù)越多，則母線上的過電壓越低，在變電所的過電壓防護(hù)中對此應(yīng)有所考慮。當(dāng)n=2時(shí)，Ubb＝U0，相當(dāng)于Z2＝Z1的情況，沒有折、反射現(xiàn)象。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室45精選課件ppt入射波必須是沿一條分布參數(shù)線路傳輸過來適用于節(jié)點(diǎn)A之后的任何一條線路末端反射波未達(dá)到A之前彼德遜法則的適用范圍：若要計(jì)算線路末端產(chǎn)生的反射波回到節(jié)點(diǎn)A以后的過程，就要采用后面將要介紹的行波多次折、反射計(jì)算法。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室46精選課件ppt

以下以行波穿過電感和旁過電容的情況來說明。在工程實(shí)際中，常常會遇到過電壓波穿過電感L（例如限制短路電流用的扼流線圈、載波通訊用的高頻扼流線圈等）和旁過電容C（例如電容式電壓互感器、載波通訊用的耦合電容器等）的情況。為了便于說明基本概念，原始的入射波仍采用無限長直角波。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室彼德遜法則在波過程計(jì)算中的應(yīng)用。47精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室48精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（－）波穿過電感回路電壓方程：解方程得49精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室回路的時(shí)間常數(shù)；沒有電感時(shí)的電壓折射系數(shù)。

可見電壓折射波的幅值與沒有串聯(lián)電感時(shí)相同，波前陡度為

無限長直角波穿過L后，其波前將被拉平，變成指數(shù)波前，最大陡度出現(xiàn)在t=0瞬間50精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室第一條線路上的電流反射波為電壓反射波為當(dāng)行波到達(dá)電感L的初瞬（t=0）相當(dāng)于開路；51精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室時(shí)電感L的作用完全消失。由以上結(jié)果可以看出：對于無限長直角波來說，串聯(lián)電感只能起拉平波前的作用，而不能降低其幅值；甚至使第一條線路的絕緣反而會受到的過電壓。52精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（二）波旁過電容寫出下面的回路方程53精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室解上式可得回路的時(shí)間常數(shù)；如果，則串聯(lián)電感和并聯(lián)電容產(chǎn)生相同的折射電壓和折射電流。54精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

的幅值為，與沒有電容C時(shí)相同；電壓折射波的波前陡度為可見直角波旁過電容后，其波前也將變成指數(shù)波前，最大陡度出現(xiàn)在t=0瞬間55精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室第一條線路上的電壓反射波為電流反射波為當(dāng)行波到達(dá)電容C的初瞬（t=0）相當(dāng)于接地；56精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室時(shí)電容C的作用完全消失。57精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室通過以上分析，可以得出以下結(jié)論：（l）行波穿過電感或旁過電容時(shí)，波前均被拉平，波前陡度減小，L或C越大，陡度越小。其原因在于電感中的電流和電容上的電壓是不能突變的，因而折射波的波前只能隨著流過電感的電流逐漸增大或電容逐漸充電而逐漸上升；（2）在無限長直角波的情況下，串聯(lián)電感和并聯(lián)電容對電壓的最終穩(wěn)態(tài)值都沒有影響。因?yàn)樵谥绷麟妷鹤饔孟拢姼猩蠜]有壓降，相當(dāng)于短接，電容充滿電以后相當(dāng)于開路；58精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（3）從折射波的角度來看，串聯(lián)電感與并聯(lián)電容的作用是一樣的，但從反射波的角度來看，二者的作用相反：當(dāng)波剛到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，電感上出現(xiàn)電壓的全反射和電流的負(fù)全反射，結(jié)果第一條線路上的電壓加倍、電流變零；而電容上則出現(xiàn)電流的全反射和電壓的負(fù)全反射，結(jié)果第一條線路上的電壓變零、電流加倍。隨著時(shí)間的推移，加倍的量按指數(shù)規(guī)律下降，變零的量按指數(shù)規(guī)律上升；59精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（4）串聯(lián)電感和并聯(lián)電容都可以用作過電壓保護(hù)措施，它們能減小過電壓波的波前陡度和降低極短過電壓波（例如沖擊截波）的幅值。但就第一條線路上的電壓來說，采用L會使加倍，而采用C不會使增大，所以從過電壓保護(hù)的角度出發(fā)，采用并聯(lián)電容更為有利。60精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室［例6-2]一幅值為IOOkV的直角波沿波阻抗為50Ω的電纜進(jìn)入發(fā)電機(jī)繞組，繞組每匝長度為3m，匝間絕緣能耐受的電壓為600V，波在繞組中的傳播速度6Om/μs。為了保護(hù)發(fā)電機(jī)的匝間絕緣，選用了并聯(lián)電容方案，如圖6－21所示，試求所需的電容值。61精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室解：電機(jī)匝間絕緣所容許的侵入波最大陡度所需的電容值為62精選課件ppt小結(jié)電壓折射系數(shù)，電壓反射系數(shù)，二者之間有如下關(guān)系：。線路末端開路時(shí)，發(fā)生全反射，開路電壓加倍，電流變零。線路末端短路時(shí)，發(fā)生負(fù)的全反射，電流加倍，電壓為零。線路末端對地跨接一阻值R=Z1的電阻時(shí)，行波到達(dá)線路末端A點(diǎn)時(shí)完全不發(fā)生反射，與A點(diǎn)后面接一條波阻抗Z2=Z1的無限長導(dǎo)線的情況相同。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室63精選課件ppt彼德遜法則的適用范圍：入射波必須是沿一條分布參數(shù)線路傳輸過來；適用于節(jié)點(diǎn)A之后的任何一條線路末端反射波未達(dá)到A之前。

（本節(jié)完）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室64精選課件ppt第三節(jié)行波的多次折、反射利用網(wǎng)格法分析多次折、反射波過程分析中間線段的波阻抗Z0的大小對uB的波形的影響

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室65精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室實(shí)際電力系統(tǒng)中常會遇到一些并不太長的線路，線路上會出現(xiàn)多次的折、反射，常用網(wǎng)格法來計(jì)算多次折、反射波過程。66精選課件ppt

設(shè)一無限長直角波U0從線路1投射到節(jié)點(diǎn)A上來，折射波從線路Z0繼續(xù)投射到B點(diǎn)上來，在B點(diǎn)產(chǎn)生的第一個(gè)折射波沿著線路2繼續(xù)傳播，而在B點(diǎn)產(chǎn)生的第一個(gè)反射波又向A點(diǎn)傳去，而在A點(diǎn)產(chǎn)生的反射波又沿著Z0投射到B點(diǎn)，在B點(diǎn)產(chǎn)生的第二個(gè)折射波沿著線路2繼續(xù)傳播，而在B點(diǎn)產(chǎn)生的第二個(gè)反射波又向A點(diǎn)傳去，如此等等。

折射系數(shù)，和反射系數(shù)，的計(jì)算式如下，，高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室67精選課件ppt線路各點(diǎn)上的電壓即為所有折、反射波的疊加，但要注意它們到達(dá)時(shí)間的先后，波傳過長度為的中間線段所需的時(shí)間（式中為中間線段的波速）。以節(jié)點(diǎn)B上的電壓為例，參照圖6-22中的網(wǎng)格圖，以入射波到達(dá)A點(diǎn)的瞬間作為時(shí)間的起算點(diǎn)（t=0），則節(jié)點(diǎn)B在不同時(shí)刻的電壓為：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室68精選課件ppt當(dāng)時(shí)，即時(shí)，節(jié)點(diǎn)B上的電壓最終幅值將為當(dāng)發(fā)生第n次折射后，即當(dāng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B上的電壓將為式中表示波從線路1直接傳入線路2時(shí)的電壓折射系數(shù)，這意味著進(jìn)入線路2的電壓最終幅值只由Z1和Z2來決定，而與中間線段的存在與否無關(guān)。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室69精選課件ppt但是中間線段的存在及其波阻抗Z0的大小決定著uB的波形、特別是它的波前，現(xiàn)分別討論如下：(1)如果Z0<Z1和Z2（例如在兩條架空線之間插接一段電纜），則和均為正值，因而各次折射波都是正的，總的電壓逐次疊加而增大，如圖6-23（a）所示。若Z0<<Z1和Z2，表示中間線段的電感較小、對地電容較大（電纜就是這種情況），中間線段相當(dāng)于一只并聯(lián)電容，使波前陡度下降了。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室70精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室71精選課件ppt（2）如果Z0>Z1和Z2（例如在兩條電纜線路中間插接一段架空線），則和皆為負(fù)值，但其乘積（）仍為正值，所以折射電壓也逐次疊加增大，其波形亦如圖6-23（a）所示。若Z0>>Z1和Z2,表示中間線段的電感較大、對地電容較小，中間線段相當(dāng)于一只串連電感，可使波前陡度減小。

（3）如果Z1<Z0<Z2，此時(shí)的，，乘積（）為負(fù)值，這時(shí)的波形將是振蕩的，如圖6-23（b）所示，的最終穩(wěn)態(tài)值UB>U0，進(jìn)一步出現(xiàn)過電壓

（4）如果Z1>Z0>Z2，此時(shí)的，，乘積（）亦為負(fù)值，故的波形如圖6-23(b)所示，且的最終穩(wěn)態(tài)值UB<U0?？山档瓦^電壓。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室72精選課件ppt小結(jié)

實(shí)際電力系統(tǒng)中常會遇到一些并不太長的線路，會出現(xiàn)多次的折、反射，常用網(wǎng)格法來計(jì)算多次折、反射波過程。進(jìn)入線路2的電壓最終幅值只由Z1和Z2來決定，而與中間線段的存在與否無關(guān)。中間線段的存在及其波阻抗Z0的大小決定著uB的波形、特別是它的波前。

（本節(jié)完）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室73精選課件ppt第四節(jié)波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播將靜電場的麥克斯韋方程用于平行多導(dǎo)線系統(tǒng)來分析波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室74精選課件ppt實(shí)際的輸電線路大都是多導(dǎo)線系統(tǒng)。這時(shí)每根導(dǎo)線都處于沿某根或若干根導(dǎo)線傳播的行波所建立起來的電磁場中，因而都會感應(yīng)出一定的電位。這種現(xiàn)象在過電壓計(jì)算中具有重要的實(shí)際意義，因?yàn)樽饔迷谌我鈨筛鶎?dǎo)線之間絕緣上的電壓就等于這兩根導(dǎo)線之間的電位差，所以求出每根導(dǎo)線的對地電壓是前提。為了不干擾對基本原理的理解，仍忽略導(dǎo)線和大地的損耗，這樣多導(dǎo)線系統(tǒng)中的波過程可近似地看成是平面電磁波的沿線傳播，這樣一來，引入波速v就可將靜電場中的麥克斯韋方程應(yīng)用于平行多導(dǎo)線系統(tǒng)。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室75精選課件ppt根據(jù)靜電場的概念，當(dāng)單位長度導(dǎo)線上有電荷時(shí)，其對地電壓（為單位長度導(dǎo)線的對地電容）。如以速度v（）沿著導(dǎo)線運(yùn)動，則在導(dǎo)線上將有一個(gè)以速度v傳播的電壓波u和電流波i設(shè)有n根平行導(dǎo)線系統(tǒng)，它們單位長度上的電荷分別為q1，q2，…qn；各線的對地電壓u1，u2，.un可用靜電場中的麥克斯韋方程組表示如下：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室76精選課件ppt式中為導(dǎo)線k的自有電位系數(shù)，為導(dǎo)線k與導(dǎo)線n之間的互有電位系數(shù)。式中，，，等幾何尺寸的定義見圖6-24高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室77精選課件ppt若將式（6-42）等號右側(cè)各項(xiàng)均乘以，并將，代入，即可得式中Zkk稱為導(dǎo)線k的自波阻抗，Zkn稱為導(dǎo)線k與導(dǎo)線n間的互波阻抗，對架空線路來說高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室78精選課件ppt導(dǎo)線k與導(dǎo)線n靠得越近，則Zkn越大，其極限等于導(dǎo)線k與n重合時(shí)的自波阻抗Zkk（或Znn），所以Zkn總是小于Zkk（或Znn）。此外，對于完全的對稱性，Zkn=Znk。若導(dǎo)線上同時(shí)存在前行波和反行波時(shí)，則對n根導(dǎo)線中的每一根（例如第k根），都可以寫出下面的關(guān)系式式中和分別為導(dǎo)線k上的電壓前行波和電壓反行波；和分別為導(dǎo)線k上的電流前行波和電流反行波。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室79精選課件ppt針對n根導(dǎo)線可列出n個(gè)方程式，再加上邊界條件就可以分析無損平行多導(dǎo)線系統(tǒng)中的波過程。下面通過一個(gè)典型的例子來加深理解以上概念和掌握其應(yīng)用方法：例6-5試分析電纜芯與電纜皮之間的耦合關(guān)系。解：當(dāng)行波電壓u到達(dá)電纜的始端時(shí)，可能引起接在此處的保護(hù)間隙或管式避雷器的動作，這就使纜芯和纜皮在始端連在一起，變成兩條并聯(lián)支路，如圖6-28所示，故u1=u2。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室80精選課件ppt由于i2所產(chǎn)生的磁通全部與纜芯相交鏈，纜皮的自波阻抗Z22等于纜芯與纜皮間的互波阻抗Z12，即Z22=Z12；而纜芯電流i1所產(chǎn)生的磁通中只有一部分與纜皮相交鏈，所以纜芯的自波阻抗Z11大于纜芯與纜皮間的互波阻抗Z12，即Z11>Z12。設(shè)u1=u2=u,即可得以下方程因?yàn)閆12=Z22,上式可簡化為高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室81精選課件ppt由于Z11>Z21，只有在=0時(shí)，上式才能成立。這意味著，電流不經(jīng)纜芯流動，全部電流都被擠到纜皮里去了。其物理解釋為：當(dāng)電流在纜皮上流動時(shí)，纜芯上會感應(yīng)出與纜皮電壓相等、但方向相反的電動勢，阻止電流流進(jìn)纜芯，這與導(dǎo)線中的集膚效應(yīng)相似。這個(gè)現(xiàn)象在有直配電纜線的發(fā)電機(jī)的防雷保護(hù)中獲得了實(shí)際應(yīng)用。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室82精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室[例6-3]設(shè)導(dǎo)線1為單避雷線輸電線路上的避雷線（架空地線），導(dǎo)線2為三相導(dǎo)線中的任意一根，它是用絕緣子串作對地絕緣的，如圖6-25所示。如果雷擊于塔頂，有一部分雷電流就會沿著避雷線1向兩側(cè)流動，在導(dǎo)線1上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓波u1。試求導(dǎo)線與地線間絕緣上所受到的過電壓u12。。解：這是一個(gè)兩導(dǎo)線系統(tǒng)，可寫出由于83精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室導(dǎo)線1與導(dǎo)線2之間的幾何耦合系數(shù)；

一般架空線路的k0值約處于0.2～0.3的范圍內(nèi)。導(dǎo)、地線之間絕緣上所受到的過電壓為可見耦合系數(shù)k0越大，則線間絕緣上所受到的電壓越小，它是輸電線路防雷計(jì)算中的一個(gè)重要的參數(shù)。84精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室導(dǎo)線2中沒有電流，那么它的電壓波U2究竟是怎樣產(chǎn)生的？它為什么不遵循的關(guān)系？

在導(dǎo)線1中行波依次通過導(dǎo)線的單元電感為單元對地電容逐步充電，形成電壓波和電流波。但導(dǎo)線2上的電壓波U2卻是導(dǎo)線2在導(dǎo)線1的對地電場中因靜電感應(yīng)而使導(dǎo)線各個(gè)截面上的電荷就地分離而形成的，如圖6-26所示。85精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室其中圖（b）為電荷在一個(gè)截面上的分離和分布狀況，可以更清晰地說明u2的產(chǎn)生機(jī)理。隨著導(dǎo)線1上行波的傳播,導(dǎo)線2上這種電荷分離的過程也同步地向前推進(jìn)，這一狀態(tài)的傳播過程就是導(dǎo)線2上產(chǎn)生電壓波u2的原因。但是，由于沒有電荷沿導(dǎo)線2作縱向流動，所以導(dǎo)線2上沒有電流。86精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室掌握這一物理概念后，我們就可理解這種感應(yīng)電壓的若干特點(diǎn)：（1）由于正、負(fù)電荷只是在導(dǎo)線2上作橫向的分離，所以可瞬時(shí)完成；同樣地，當(dāng)u1消失時(shí)，正、負(fù)電荷立即就地中和，同樣不需要時(shí)間，所以u2與u1同步推進(jìn)、同生同滅。（2）u2的極性一定與u1相同。（3）u2與u1的波形相似，但u2一定小于u1。87精選課件ppt小結(jié)忽略導(dǎo)線和大地的損耗，多導(dǎo)線系統(tǒng)中的波過程可近似地看成是平面電磁波的沿線傳播。引入波速v的概念就可將靜電場中的麥克斯韋方程應(yīng)用于平行多導(dǎo)線系統(tǒng)。（本節(jié)完）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室88精選課件ppt第五節(jié)波在有損耗線路上的傳播線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響沖擊電暈的影響高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室89精選課件ppt引起能量損耗的因素有：1)導(dǎo)線電阻（包括集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響）；2)大地電阻（包括波形對地中電流分布的影響）；3)絕緣的泄漏電導(dǎo)與介質(zhì)損耗（后者只存在于電纜線路中）4)極高頻或陡坡下的輻射損耗；5)沖擊電暈。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室90精選課件ppt能量損耗引起的行波變化：1)幅值降低2)波前陡度減小3)波長增大4)波形變得平滑5)電壓波與電流波波形不再相同以上現(xiàn)象對電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)有著重要意義高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室91精選課件ppt

考慮線路單位長度電阻R0和對地電導(dǎo)G0后，輸電線路的分布參數(shù)等值電路如圖6-29一、線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室R0包括導(dǎo)線電阻和大地電阻，G0包括絕緣泄漏和介質(zhì)損耗。R0、G0的存在將造成一部分波的損耗。92精選課件ppt

波所流過的距離x越長，衰減得越多；R0/Z的比值越大，衰減的越多。其中R0與波的等效頻率有關(guān)，波形變化越快，集膚效應(yīng)越顯著，R0越大。R0和G0的存在使得波形畸變，但是如果線路參數(shù)滿足條件時(shí)，波形不產(chǎn)生畸變，此時(shí)過電壓波的衰減規(guī)律如下高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室U0、Ux——電壓波的原始幅值和流過距離X后的幅值；

t、x——行波沿線流動所經(jīng)過的時(shí)間和距離；

Z——導(dǎo)線波阻抗。93精選課件ppt波沿架空線傳播時(shí)，一般絕緣泄漏電導(dǎo)和介質(zhì)損耗都很小，G0可忽略，電壓衰減可近似地按下式進(jìn)行計(jì)算高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一般來說，無畸變線的條件很難滿足，即，這時(shí)波在衰減的同時(shí)，還將發(fā)生畸變的現(xiàn)象。94精選課件ppt

一旦過電壓的幅值很大，超過了導(dǎo)線電暈起始電壓Uc時(shí)，波沿線路傳播時(shí)的衰減和變形將主要因沖擊電暈而引起。

沖擊電暈是在沖擊電壓波前上升到等于Uc時(shí)才開始出現(xiàn)的，形成沖擊電暈所需的時(shí)間極短，可認(rèn)為是瞬時(shí)完成的，因而在波前范圍內(nèi)，沖擊電暈的發(fā)展強(qiáng)度只與電壓瞬時(shí)值有關(guān)，而與電壓陡度無關(guān)。但電壓的極性對沖擊電暈的發(fā)展強(qiáng)度有明顯的影響，正極性時(shí)衰減和變形的程度要比負(fù)極性時(shí)為強(qiáng)。雷電大部分是負(fù)極性的，所以在過電壓分析中一般采用負(fù)極性沖擊電暈作為計(jì)算條件。二、沖擊電暈的影響高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室95精選課件ppt

沖擊電暈的產(chǎn)生相當(dāng)于增大的導(dǎo)線的半徑，增大了導(dǎo)線對地電容，因此對波過程產(chǎn)生如下影響：1）導(dǎo)線波阻抗減小

一般減小20~30%。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

有沖擊電暈時(shí)，避雷線與單導(dǎo)線的波阻抗可取400Ω，雙避雷線的并聯(lián)波阻抗可取250Ω；96精選課件ppt2）波速減小沖擊電暈劇烈時(shí)可減小到等于0.75c3)耦合系數(shù)增大高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

出現(xiàn)沖擊電暈后，導(dǎo)線有效半徑增大，自波阻抗減小，而與相鄰導(dǎo)線間的互波阻抗略有增大，所以線間的耦合系數(shù)變大?？紤]沖擊電暈的影響時(shí)，輸電線路避雷線與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)增大為k0——幾何耦合系數(shù)；k1——電暈校正系數(shù)。97精選課件ppt4)引起波的衰減與變形高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

隨著波前電壓的上升，從u=Uc開始，波的傳播速度開始變小，此后變得越來越小，其具體數(shù)值與電壓瞬時(shí)值有關(guān)。波前各點(diǎn)電壓所對應(yīng)的波速變得不一樣，電壓越高時(shí)波速越小，造成了波前的嚴(yán)重變形。98精選課件ppt小結(jié)

時(shí)，電壓波僅僅按指數(shù)規(guī)律衰減而不變形。波所流過的距離越長，衰減地越多；線路電阻與波的等效頻率有關(guān)，波形變化越快，集膚效應(yīng)越顯著。沖擊電暈是在沖擊電壓波前上升到導(dǎo)線電暈起始電壓時(shí)才開始出現(xiàn)的，形成沖擊電暈所需的時(shí)刻極短。沖擊電暈對波過程的影響如下：導(dǎo)線波阻抗減小、波速減小、耦合系數(shù)增大、引起波的衰減與變形。（本節(jié)完）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室99精選課件ppt第六節(jié)變壓器繞組中的波過程單相繞組中的波過程變壓器對過電壓的內(nèi)部保護(hù)三相繞組中的波過程波在變壓器繞組間的傳遞高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室100精選課件ppt1)繞組的接法[星形(Y)或三角形(△)]；2)中性點(diǎn)接地方式(接地還是不接地)；3)進(jìn)波情況(一相、兩相或三相進(jìn)波)。分析變壓器繞組的主絕緣和縱絕緣上出現(xiàn)的過電壓可能達(dá)到的幅值和波形是變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

變壓器繞組中的波過程與下列三個(gè)因素有很大的關(guān)系：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室101精選課件ppt以下兩種情況只需研究單相繞組中波過程：1)采用Y接法的高壓繞組的中性點(diǎn)直接接地（任何一相進(jìn)來的過電壓都在中性點(diǎn)入地，對其他幾相沒有影響）2)中性點(diǎn)不接地，但三相同時(shí)進(jìn)波（各相完全對稱）。一、單相繞組中的波過程高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室102精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室變壓器繞組的基本單元是它的線匝，每一線匝都在電和磁兩個(gè)方面與其他線匝聯(lián)系著。繞組的基本電氣參數(shù)有：（1）各匝的自感；（2）各匝間的互感以及與其他繞組之間的互感；（3）對地（包括對鐵心、油箱、低壓繞組）的電容；（4）匝間電容；（5）導(dǎo)體的電阻；（6）絕緣的電導(dǎo)。103精選課件ppt為了便于分析，通常作如下簡化：1)假定電氣參數(shù)在繞組各處均相同（即繞組均勻）；2)忽略電阻和電導(dǎo)；3)不單獨(dú)計(jì)入各種互感，而把它們的作用歸并到自感中。得如圖6-31所示的單相繞組波過程簡化等值電路：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室104精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室單位長度繞組的自感為L0，對地電容為C0，匝間電容為K0，而且每匝的長度為ΔX。繞組全長為L，105精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

當(dāng)沖擊電壓波剛投射到變壓器繞組時(shí)，電感支路電流不能突變，相當(dāng)于開路，這時(shí)變壓器的等值電路可進(jìn)一步簡化為一電容鏈，如圖6－32（a）所示，為了計(jì)算的方便，令Δx=dx；所加電壓仍采用幅值等于U0的無限長直角波。106精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

由于繞組與輸電線路在沖擊波下的等值電路不一樣（K0/dx），所以波過程亦有很大的差別，繞組中的波過程往往由一系列振蕩構(gòu)成，具體原因如下：

（1）當(dāng)無限長直角波U0剛到達(dá)繞組首端時(shí)（t=0），會立即沿電容鏈建立起一個(gè)初始電壓分布U初始(x)，繞組各點(diǎn)均立即獲得一定的初始電位，這一過程幾乎是瞬時(shí)完成的，因而不采用波沿繞組逐步傳播的概念；107精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

（2）當(dāng)時(shí)間足夠長以后（理論上為t=∞），繞組電壓趨向穩(wěn)態(tài)分布U穩(wěn)態(tài)(x)。這時(shí)無限長直角波已相當(dāng)于直流電壓，C0、K0均相當(dāng)于開路，L0相當(dāng)于短路，因而穩(wěn)態(tài)電壓分布只能由被忽略掉的繞組導(dǎo)體電阻來決定；（3）由U初始(x)向U穩(wěn)態(tài)(x)過渡時(shí)，繞組各處都將有一個(gè)振蕩過程，在忽略損耗的情況下，和所有自由振蕩一樣，繞組各點(diǎn)在振蕩中所可能達(dá)到的最大對地電壓可由下式?jīng)Q定各點(diǎn)的振蕩頻率不盡相同，所以各點(diǎn)是在不同的時(shí)刻達(dá)到自己的最大值。108精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

下面先以一系列振蕩形成的駐波的方法來推求電壓初始分布的規(guī)律：設(shè)某一上有電荷Q，則，它前面一個(gè)上的電荷應(yīng)為Q+dQ，其中。109精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

根據(jù)繞組末端（中性點(diǎn)）接地方式的邊界條件，可求得解為：（1）末端（中性點(diǎn)）接地時(shí)：（2）末端（中性點(diǎn)）不接地時(shí)：110精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

一般變壓器的平均約為10。當(dāng)，，可見中性點(diǎn)接地方式對電壓初始分布的影響不大，如圖6－33所示。111精選課件ppt

在波剛到達(dá)繞組時(shí)，大部分電壓都作用在繞組首端的一段上，無論中性點(diǎn)接地方式如何，初始最大電位梯度均出現(xiàn)在繞組首端，其值為

是代表變壓器耐受沖擊波特性的一個(gè)很重要的指標(biāo)，越大，初始分布越不均勻，故越小越好。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

為電壓均勻分布時(shí)的電位梯度，由于平均約為10，最大電位梯度可等于平均電位梯度的10倍，式中的負(fù)號表示繞組各點(diǎn)的電位隨x的增大而降低。112精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室113精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室在過電壓波剛到達(dá)的5μs內(nèi)，繞組中的振蕩還很少起動，因而變壓器在這段時(shí)間內(nèi)可以用一只與圖6-32中的電容鏈等值的入口電容CT來代替，它的值可推求如下：

由于整個(gè)電容鏈所獲得的電荷Q都要通過繞組首端第一只縱向電容K0傳入，所以電容鏈電荷就是第一只縱向電容K0上電容

入口電容CT要等值于整個(gè)電容鏈，其吸收的電荷Q’應(yīng)等于整個(gè)電容鏈的電荷Q，即114精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室所以式中：C—繞組總的對地電容，F(xiàn)；

K—繞組總的縱向電容，F(xiàn)。變壓器繞組入口電容值與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，處于500～5000pF的范圍內(nèi)。不同電壓等級變壓器的入口電容值如表6－2所示。如果采用糾結(jié)式繞組，因縱向電容增大，其入口電容要比表中的數(shù)值為大。115精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

繞組在無限長直角波下的電壓穩(wěn)態(tài)分布發(fā)生在電磁振蕩過程結(jié)束以后，即在t=∞時(shí)，這時(shí)K0、C0等都已相當(dāng)于開路，L0相當(dāng)于短路，因而電壓分布只取決于被忽略了的繞組導(dǎo)體電阻，因而在兩種中性點(diǎn)接地方式下的電壓穩(wěn)態(tài)分布分別為：（1）末端接地時(shí)，繞組上穩(wěn)態(tài)電壓分布是均勻的，即（2）末端不接地時(shí)，繞組各點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電位均等于U0，即116精選課件ppt

實(shí)際的變壓器繞組在由電感、電容構(gòu)成的復(fù)雜回路中，從電壓的初始分布到最終穩(wěn)態(tài)分布，必然經(jīng)過一個(gè)過渡過程，會出現(xiàn)一系列電磁振蕩，這個(gè)振蕩有一定的阻尼制約。

在無阻尼狀態(tài)下，繞組各點(diǎn)在振蕩中所能達(dá)到的最大電壓將遵循規(guī)律。將各點(diǎn)最大電壓值用曲線連起來，即可得到一條的包絡(luò)線（圖6-35中虛線4）。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室117精選課件ppt末端接地，最大電壓出現(xiàn)在離繞組首端約l/3處，值達(dá)1.4U0；末端不接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組末端處，值達(dá)1.9U0圖6-35中分別畫出了中性點(diǎn)接地和不接地的變壓器繞組中的電壓初始分布、穩(wěn)態(tài)分布和各點(diǎn)的包絡(luò)線。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室虛線3為有阻尼（有損耗）時(shí)的包絡(luò)線，虛線4為無阻尼（無損耗）時(shí)的包絡(luò)線。118精選課件ppt繞組內(nèi)的波過程除了與電壓波的幅值有關(guān)外，還與它的波形有關(guān)。過電壓波的波前時(shí)間越長、則振蕩過程的發(fā)展就比較和緩，繞組各點(diǎn)的最大對地電壓和縱向電位梯度都將較小，所以設(shè)法降低入侵過電壓波的幅值和陡度對于變壓器繞組的主絕緣和縱絕緣都有很大的好處，這是變壓器外部保護(hù)所應(yīng)承擔(dān)的任務(wù)，通常通過變電所進(jìn)線段保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。對繞組絕緣最嚴(yán)重的威脅是直角短波。這就是為什么變壓器類電力設(shè)備在高壓試驗(yàn)中要進(jìn)行截波試驗(yàn)的理由，沖擊截波就是實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最接近于直角短波的嚴(yán)重波形。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室119精選課件ppt二、變壓器對過電壓的內(nèi)部保護(hù)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行過電壓保護(hù)的思路包括兩個(gè)方面1)減弱振蕩2)使繞組的絕緣結(jié)構(gòu)與過電壓的分布狀況相適應(yīng)有一類在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上采取了過電壓保護(hù)的變壓器叫“非共振變壓器”，基本原理是使電壓的初始分布盡可能接近穩(wěn)態(tài)分布，因而從根本上消除或削弱振蕩的根源，其措施包括：(一)補(bǔ)償對地電容電流（橫向補(bǔ)償）(二)增大縱向電容（縱向補(bǔ)償）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室120精選課件ppt(一)補(bǔ)償對地電容電流（橫向補(bǔ)償）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

電壓初始分布不均勻是由于對地電容ΔC的存在，只能設(shè)法采用靜電屏、靜電環(huán)、靜電匝之類的保護(hù)措施來加以補(bǔ)償。作用原理都是補(bǔ)償ΔC的分流，以使縱向電容ΔK上的電壓降落均勻化。121精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一切靜電屏、靜電環(huán)、靜電匝都是開環(huán)金屬屏蔽件，它們?nèi)季哂欣@組首端的電位。適當(dāng)選擇之值，使，則ΔC所造成的分流全部獲得補(bǔ)償，不必再通過ΔK供給，從而使每只ΔK上的電荷都相等或接近相等，電壓的初始分布均勻化，與穩(wěn)態(tài)分布相一致，消除了振蕩源。122精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室實(shí)際上為了使繞組各處的最大電壓umax都不要超過U0，根本不需要采用全補(bǔ)償，而只要采用部分補(bǔ)償就夠了。123精選課件ppt高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室靜電環(huán)除了能改善端部電場，使主絕緣的厚度有所減小外，并能有效改善第一個(gè)線餅的匝間電壓分布。靜電匝是進(jìn)行部分補(bǔ)償?shù)拇胧?，但它在絕緣、散熱、工藝等方面會引起一些問題和缺點(diǎn)，所以現(xiàn)已較少采用。124精選課件ppt(二)增大縱向電容（縱向補(bǔ)償）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室縱向補(bǔ)償?shù)脑硎窃O(shè)法加大縱向電容K0之值，使對地電容C0的影響相對減小，即減小，從而使電壓初始分布變得比較均勻一些。

由于安裝空間和絕緣的限制，縱向補(bǔ)償通常也只用在繞組首端附近的幾個(gè)線餅之間。在高壓大容量變壓器中，目前采用得比較普遍的是從繞組型式方面來解決問題，例如改用糾結(jié)式繞組或內(nèi)屏蔽式繞組等。125精選課件ppt三、三相繞組中的波過程三相繞組中性點(diǎn)接地方式、繞組的連接方式和進(jìn)波過程不同，則波的振蕩過程不同(一)Y0接線方式，三相間影響小，可看作三個(gè)單相繞組的進(jìn)波過程(二)Y接線方式

如果三相同時(shí)進(jìn)波，中性點(diǎn)處的最大電壓可達(dá)首端電壓的兩倍左右

僅有一相進(jìn)波，中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓為U0/3,最大電壓2/3U0(三)△接線方式

振蕩中最大電壓在繞組中部，數(shù)值接近2U0高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室126精選課件ppt(一)靜電感應(yīng)（電容傳遞）

波是通過繞組之間的電容耦合而傳遞過來。

只要用一只閥式避雷器FV接在任一相出線端上，就能為整個(gè)三相繞組提供保護(hù)。(二)電磁感應(yīng)（磁傳遞）

波因磁耦合產(chǎn)生。

低壓繞組的耐沖擊強(qiáng)度相對較高，高壓繞組進(jìn)波不會對低壓繞組產(chǎn)生影響，而當(dāng)?shù)蛪豪@組進(jìn)波時(shí)，則可能在高壓繞組