高电压技术7高丽课件

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1、高电压技术7高丽课件1第二篇第二篇 电力系统过电压及保护电力系统过电压及保护电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高得作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高得多的过电压的短时作用。多的过电压的短时作用。过电压过电压就是指电力系统中出现的对绝缘有危险就是指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位升高。的电压升高和电位升高。高电压技术7高丽课件2 过电压的分类 工频电压升高工频电压升高 暂时过电压暂时过电压 内部过电压内部过电压 谐振过电压谐振过电压 操作过电压操作过电压电力系统过电压电力系统过电压 直接雷过电压

2、直接雷过电压 雷电过电压雷电过电压 感应雷过电压感应雷过电压高电压技术7高丽课件3第七章第七章 线路和绕组中的波过程线路和绕组中的波过程 7-1 7-1：无损耗单导线线路中的波过程：无损耗单导线线路中的波过程 7-2 7-2：行波的折射和反射：行波的折射和反射 7-3 7-3：行波通过串联电感和并联电容：行波通过串联电感和并联电容 7-4 7-4：行波的多次折、反射：行波的多次折、反射 7-6 7-6：冲击电晕对线路波过程的影响：冲击电晕对线路波过程的影响 7-9 7-9：绕组中的波过程：绕组中的波过程 7-11 7-11：冲击电压在绕组间的传递：冲击电压在绕组间的传递高电压技术7高丽课件41

3、 传输线的概念无损耗单导线线路中的波过程无损耗单导线线路中的波过程一、波过程的物理概念高电压技术7高丽课件52 波传播的基本过程描述u电源向电容充电，在导线周围建立起电场，靠近电源的电容立即充电，并向相邻的电容放电u由于电感作用，较远处电容要间隔一段时间才能充上一定的电荷，电压波以某速度沿线路传播u随着线路电容的充放电，将有电流流过导线的电感，在导线周围建立起磁场。电流波以同样速度沿x方向流动 高电压技术7高丽课件63 电磁波l波过程：波过程：分布参数线路的暂态过程就是电磁波的分布参数线路的暂态过程就是电磁波的传播过程。传播过程。l电磁场理论电磁场理论就是在导线周围交替建立电场就是在导线周围交

4、替建立电场 和磁场和磁场 由近及远以一定的速度传播的过程。由近及远以一定的速度传播的过程。l电路理论电路理论电源由近及远对导体对地电容和导电源由近及远对导体对地电容和导体电感的充放电过程。体电感的充放电过程。l电压波电压波与电场有关的电压。与电场有关的电压。l电流波电流波与电场有关的电流。与电场有关的电流。 2012C U2012L i高电压技术7高丽课件74 为什么研究波传播的基本过程?工频时：工频时：一个周期为一个周期为20mS，在架空线上波传播在架空线上波传播距离距离6000km。雷电冲击：雷电冲击：上升沿上升沿1.2S，在架空线上波在架空线上波 传播传播距离距离300m。一般单条架空线

5、路的长度在几百公里以内。一般单条架空线路的长度在几百公里以内。 可见在频率较高的情况下，各点电压不相可见在频率较高的情况下，各点电压不相等，不得不考虑波的传播速度。等，不得不考虑波的传播速度。高电压技术7高丽课件8单根无损线单根无损线tuCxitiLxu00dxxiitudxCidxxuutidxLu00二、波沿无损单导线传播的基本规律二、波沿无损单导线传播的基本规律 u v x (a) (b) (c) dx,dt i R0dx L0dx C0dx G0dx L0dx u i C0dx dxxii dxxuu 高电压技术7高丽课件9采用拉氏变换求解得：采用拉氏变换求解得：)(1)()(1)()

6、()()()(vxtuzvxtivxtuzvxtixtixtiixtuxtuuffqqfqfqffqqfqfqziuziuiiiuuu简化表示为式中：001CLv 为波速，00CLz 为波阻抗。00C和L 分别是单位长度线路的电感和对地电容。高电压技术7高丽课件10高电压技术7高丽课件11 图图4-2 4-2 电压波和电流波间的关系电压波和电流波间的关系qqffuiZuiZ 电压u的正负电流i 的正负电荷的正负正电荷的流向高电压技术7高丽课件12思考：思考：一条10km的线路，已知单位长度的电感为L0，对地电容为C0。问这条线路上波速为多少？线路波阻抗为多少？另外一条100km的同类型线路，单

7、位长度的电感也为L0，对地电容也为C0。问这条线路上波速又为多少？线路波阻抗又为多少？高电压技术7高丽课件13对于架空线：对于架空线： rhL2ln200rhC2ln200式中h为导线离地面的平均高度（m）,r为导线的半径（m），0、0分别为空气的磁导率和介电常数。因此：架空线中：v 300000km/S001高电压技术7高丽课件14单根无损线波过程特点： 波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波之间的波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波之间的比例大小比例大小 不同方向的行波，不同方向的行波，Z Z前面有正负号前面有正负号 Z Z只与单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关只与单位长度的电感和

8、电容有关，与线路长度无关 既有前行波，又有反行波既有前行波，又有反行波 ZuuuuZiiuuiufqfqfqfq高电压技术7高丽课件15波阻抗和集中参数电阻波阻抗和集中参数电阻R R的比较：的比较：相同点：相同点：（1）都是反映电压和电流之比；）都是反映电压和电流之比；（2）量纲相同，都是）量纲相同，都是。不同点：不同点：（1）R：电压：电压U为两端电压，电流为两端电压，电流i为流过为流过R的电流；的电流； Z：电压：电压U为导线对地电压，电流为导线对地电压，电流i为同方向导线电流为同方向导线电流;（2）R：耗能：电能、热能、光能等；：耗能：电能、热能、光能等； Z：不耗能：将电场能量储存在导

9、线周围的介质里；：不耗能：将电场能量储存在导线周围的介质里；（3）R：与导线长度和粗细有关；：与导线长度和粗细有关； Z：只与：只与L0和和C0有关，与导线和粗细无关。有关，与导线和粗细无关。高电压技术7高丽课件行波的折射和反射行波的折射和反射架空线架空线电缆电缆架空线架空线终端（开路、短路）终端（开路、短路）波到达节点会产生折射和反射波到达节点会产生折射和反射 实际工程中波可能遇到线路参数突变的地方（实际工程中波可能遇到线路参数突变的地方（节点节点）高电压技术7高丽课件17一、规律一、规律11111111 111 1qfqfqqffuuuiiiuz iuz i 线路1222222 220qq

10、qqfuuiiuz iu线路2112112qfqqfquuuiii边界条件：边界条件：高电压技术7高丽课件 22111221111122qquqfquqZuuuZZZZuuuZZ12111212111122qqiqfqiqZiiiZZZZiiiZZ2122112112121222uuiizzzzzzzzzzzzzz0 2 电压折射系数ui1 1 电流反射系数0 2 电流折射系数iu1 1 电压反射系数=u2q/u1q=u1f/u1q=i2q/i1q=i1f/i1q1+u=u 节点电压连续1+i=i 节点电流连续高电压技术7高丽课件19z1z2z1=z2z1z2高电压技术7高丽课件20例1：线路

11、末端开路线路Z1末端开路，一无穷长直角波U1q沿Z1入侵，问波达A点后反射电压和折射电压。电压电压正正的的全反射全反射电流电流负负的的全反射全反射高电压技术7高丽课件21物理解释：n折射系数折射系数=2=2，反射系数，反射系数=1=1n能量角度解释：能量角度解释：P P2 2=0=0，全部能量反射回去，反射波，全部能量反射回去，反射波到达后线路电流为零，磁场能量也为零，全部能量到达后线路电流为零，磁场能量也为零，全部能量都储存在电场中。都储存在电场中。2Z12qquuu1222qfuu1102iqqffiZuZui111111线路末端开路：线路末端开路： 有有线路末端电压：线路末端电压：线路末

12、端反射波：线路末端反射波：线路末端电流：线路末端电流：线路电流反射波：线路电流反射波：高电压技术7高丽课件22例2：线路末端短路线路Z1末端短路接地，一无穷长直角波U1q沿Z1入侵，问波达A点后反射电压和折射电压。电压电压负负的的全反射全反射电流电流正正的的全反射全反射高电压技术7高丽课件23n折射系数折射系数=0=0，反射系数，反射系数=-1=-1n能量角度解释：因为线路末端接地短路，入射波能量角度解释：因为线路末端接地短路，入射波到达末端后，全部能量反射回去成为磁场能量，到达末端后，全部能量反射回去成为磁场能量，电流增加电流增加1 1倍。倍。 00Z10qfuu1102quqqffiZuZ

13、ui111111qqfqiZuiii11111122线路末端接地：线路末端接地：有有 线路末端电压：线路末端电压： 反射波末端电流：反射波末端电流： 反射波到达范围内导线上的总电流：反射波到达范围内导线上的总电流：高电压技术7高丽课件24例3：线路末端接有负载电阻R=Z1 n折射系数=1，反射系数=0n相当于线路末端接于另一波阻抗相同的线路，波到达末端后无反射 线路Z1末端经R接地，已知RZ1，一无穷长直角波U1q沿Z1入侵，问波达A点后反射电压和折射电压。U1qA RZ1高电压技术7高丽课件25例4：线路末端有分支 线路Z1末端有分支，分支长度为无穷长，一无穷长直角波U1q沿Z1入侵，问波达

14、A点后反射电压和折射电压。U1qA Z1Z1Z1n折射系数=2/3，反射系数=1/3n相当于线路末端接一波阻抗为“两分支”并联的线路 高电压技术7高丽课件26适用条件：1.入射波必须是沿分布参数线路传播而来。2.被入射线路(Z2)必须为无穷长或折射波尚未到达待求解点 。二、集中参数等值电路（彼德逊法则）二、集中参数等值电路（彼德逊法则）波的折、反射波的折、反射 （分布参数）（分布参数） 集中参数电路集中参数电路 u1q+u1f=uAi 1q+i 1f=i Ai 1q=u1q/z1i 1f=u1f/z1u1qu1f=uAu1qu1f= z1i A2u1q=uAz1i A =（z1+z2）i A高

15、电压技术7高丽课件27等值法则：等值法则： （1）入射波的两倍）入射波的两倍2u1q作为等值电路的作为等值电路的电压源电压源 （2）线路波阻抗）线路波阻抗z1作为电压源的作为电压源的内阻内阻分布参数中的波过程问题分布参数中的波过程问题集中参数电路的暂态计算问题集中参数电路的暂态计算问题熟悉的熟悉的彼得逊法则（等值集中参数定理）彼得逊法则（等值集中参数定理）计算流动波的戴维南定理计算流动波的戴维南定理A点开路时：点开路时：uA=2u1qA点向左看入的阻抗：点向左看入的阻抗：z1高电压技术7高丽课件28注意：注意： （1）等值只是数学上的等值，无物理意义）等值只是数学上的等值，无物理意义 分布参数

16、中的波过程与集中参数电路中的暂态过程分布参数中的波过程与集中参数电路中的暂态过程 截然不同，截然不同，Z与与R的物理意义不同的物理意义不同 （2）适用条件）适用条件 a. 波沿分布参数线路传入波沿分布参数线路传入 b. z2 为无限长导线；若有限长则只适用于无反射波为无限长导线；若有限长则只适用于无反射波 或末端的反射波还未到达节点或末端的反射波还未到达节点A的时间内的时间内 （3）推广）推广 a. z2可为集中参数可为集中参数R、L、C以及它们的复合阻抗以及它们的复合阻抗 b.入射波波形可为任意波形入射波波形可为任意波形 高电压技术7高丽课件29 （4）电流源）电流源 雷电流雷电流 2i 1q=uA/z1+i A诺顿（诺顿（Norton）等值电路）等值电路过电压数值计算时常用过电压数值计算时常用