线路和绕组中的波过程.ppt

第三篇电力系统过电压与绝缘配合线路和绕组中的波过程雷电及防雷保护装置电力系统防雷保护电力系统内部过电压电力系统绝缘配合 第6章线路和绕组中的波过程主要内容 单导线波过程波的折射与反射多导线系统的波过程波在传播过程中的衰减与畸变绕组中的波过程行波的概念 线路波过程的物理图景 波的折 反射传播规律驻波的概念 绕组 变压器 发电机 中的波过程 第1节单导线波过程均匀无损长线波过程的物理概念波动方程及其解 一 均匀无损长线 L 磁场效应 L0dxC 电场效应 C0dxR 导线电阻 R0dxG 绝缘子泄漏电流和电晕损害 电磁波传输出现衰减和变形 G0dxL0 C0 R0 G0 均匀分布 R L R可忽略G较小 G可以忽略 线路中只有L C 仅由L C组成的链形回路 称为均匀无损长线 二 波过程的物理图景 电容要间隔一段时间才能充上一定数量的电荷 并向更远处的电容放电 这样沿线路逐渐建立起电场 将电场能储存于线路对地电容中 也就是说电压波以一定的速度沿线路传播 随着线路的充放电将有电流流过导线的电感 即在导线周围空间建立起磁场 因此和电压波相对应 还有电流波以同样的速度沿相同方向流动 综上所述 电压波和电流波沿线路的传播过程实质上就是电磁波沿线路传播的过程 合闸后 在导线周围空间建立起电场 形成电压 靠近电源的电容立即充电 并向相邻的电容放电 由于线路电感的作用 较远处的 设在dt时间内 行波前进了dx距离 则长度为dx的线路被充电 导线获得的电荷为 充电电流 设在dx时间内 行波前进dx距离 磁通的增加量为 导线与地间电压 行波的传输速度为 行波传输的两个可能方向 波阻抗 反映电压波和电流波关系 为 波阻抗是表征分布参数电路特点的最重要参数 它是储能元件 表示导线周围介质获得电磁能的大小 具有阻抗的量纲 是一常量 其值决定于单位长度导线的电感和电容 架空线的波阻为470欧姆 波阻抗和阻抗的区别 阻抗 电阻 要消耗电能 波阻抗不消耗能量 行波通过波阻抗为Z的导线时 能量是以电场能和磁场能的形式储藏在周围介质中 而不是被消耗掉 波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波大小的比值 当导线上同时存在前行波和反行波时 总电压和总电流的比值不再是波阻抗 而电阻两端的电压与流过电流的比值则等于电阻值 波阻抗只是和线路单位长度的电感L0和电容C0有关 与线路的长度无关 而电阻则一般与元件的长度有关 电磁波传播过程中的基本规律 导线单位长度的磁场能量等于电场能量 单位长度导线总能量为 单位时间内导线获得的总能量 功率 为 这些能量正是电压波和电流波伴随着沿导线传播时散布在周围介质中的功率 三 波动方程及其解 电压沿x方向的变化是由于电流在L0上的电感压降 电流沿x方向的变化是由于C0上分去了电容电流 负号表示在x正方向上电压电流都将减小 波动方程为 前行电压波 反行电压波 前行电流波 反行电流波 任何时刻在线路上的任何点的电压 都可能由一个前行电压波和一个反行电压波组成 同样 线路上任何点的电流 都可能由一个前行电流波和一个反行电流波组成 电压波的符号 取决于导线对地电容上所充电荷的符号 与电荷运动方向无关 电流波的符号 与电荷符号和电荷运动方向有关 一般取正电荷沿x正方向运动所形成的波为正电流波 波阻的符号 前行电压波除以前行电流波 波阻为正号 反行电压波除以反行电流波 波阻为负号 第2节波的折射与反射折射波和反射波的计算计算折射波的等值电路用图解法求节点电压波的多次折射 反射 网格法 一 折射波和反射波的计算线路的波阻不均匀 波的折射和反射 Z2 Z1时波的折射和反射 导线1前行电压波 电流波 导线2前行电压波 电流波 导线1反行电压波 电流波 在连接点A处只能有一个电压值和电流值 因此 代入得 电压折射系数0 2 电压反射系数 1 1 电流反射波 电压反射波 1 线路末端开路 在线路末端 电压波出现正的全反射 电压加倍 电流出现负的全反射 电流变为零 磁场能全部转变为电场能 线路2电压 2 线路末端接地 从能量角度看 线路末端短路接地时电流加倍 电压变零 是由于全部能量都转化为磁场能的原因 3 线路末端有负载线路末端接有负载R Z1 Z2 R 入射波能量全部消耗在电阻R上 在高压测试中 常在电缆末端接匹配电阻以消除该处折射 反射所引起的测量误差 二 计算折射波的等值电路 彼德逊法则 把沿线传来的电压波加倍作为等值电压源 线路波阻抗Z1用数值相等的电阻来代替作为等值电压源内阻 Z2为负载 负载可以是波阻抗 同Z1 也可以是电阻 电感 电容等集中参数 最后求A点电压 即电压折射波 彼德逊法则适用条件 行波沿分布参数的线路传来 行波才加倍 线路Z2中没有反行波 或者Z2中的反行波尚未达到A点 即节点处仅出现一次折射和反射 例 某变电所的母线上有n条线路 其波阻抗均为Z 当其中一条线路遭受雷击时 即有一条过电压波沿该线进入变电所 求此时母线电压uA 解 由接线示意图和等值电路图 可求得 请问 何时母线电压最高 何时母线电压最低 三 用图解法求节点电压如果在节点上接有电容 电感和非线性电阻 而入射波为任意形状时 同样先构造计算折射波的等值电路 然后用图解法求解 彼德逊法则 1 任意波作用于线路末端接有非线性电阻的情况 uR t 折射波 的绘制 a b c duR t 曲线与u 1 t 曲线之差就是反射波曲线 适用于节点上安装有电感 电容 非线性电阻 2 任意波作用于线路末端接有阀式避雷器的情况 阀式避雷器是由保护间隙和非线性电阻串联而成 在间隙放电前应按线路末端开路考虑 即由2u 1 t 曲线决定 在间隙放电后