波在传播中的衰减与畸变

1、7.4 波在传播中的衰减与畸变 波在实际线路中传播，总会发生程度不同的衰减和变形。 本节主要讲两个因素对波传播的影响：7.4.1 线路电阻和绝缘电导的影响7.4.2 冲击电晕的影响返回7.4.1 线路电阻和绝缘电导的影响 考虑导线电阻R0和线路对地电导G0时，单相有损传输线的单元等值电路如图7-13所示。图7-13 单根有损耗传输线的单元等值电路线路参数满足条件0000CLGR（7-28） 时，波在线路中传播只有衰减，不会变形。因为此时，波在传播过程中每单位长度线路上的磁能和电能之比，恰好等于电流波在导线电阻上的热损耗和电压波在线路电导上的热损耗之比，即tuGtuRuCiL2020202021

2、21 所以电阻R0和电导G0的存在不致引起波传播过程中电能与磁能的相互交换，电磁波只是逐渐衰减而不至于变形。 式(7-28)叫做波传播的无变形条件，或叫无畸变条件。满足此条件时，电压波和电流波可以写成以下形式：( , )()1( , )()tfbtfbu x teuui x teuuZ 式中 为衰减系数。实际输电线路并不满足上述无变形条件，因此波在传播过程中不仅会衰减，同时还会变形。此外由于集肤效应，导线电阻随着频率的增加而增加。任意波形的电磁波可以分解成为不同频率的分量，因为各种频率下的电阻不同，波的衰减程度不同，所以也会引起波传播过程中的变形。返回7.4.2 冲击电晕的影响 在电网中，线路

3、参数随频率而变的特性也会引起行波的畸变。此外，在过电压作用下导线上出现电晕将是引起行波衰减和变形的主要因素。 但是不同的极性对冲击电晕的发展有显著的影响。电晕外观上是较为完整的光圈。由于负极性电晕发展较弱，而雷电大部分是负极性的，所以在过电压计算中常以负极性电晕作为计算的依据。 雷电冲击波的幅值很高，在导线上将产生强烈的冲击电晕。可以认为，在不是非常陡峭的波头范围内，冲击电晕的发展主要只与电压的瞬时值有关。 出现电晕后将导致导线间耦合系数的增大。输电线路中导线和避雷线间的耦合系数k通常以电晕效应校正系数来修正，如（7-30）式所示10kkk（7-30） 它是几何耦合系数，取决于导线和避雷线的几

4、何尺寸和相对位置；电晕效应校正系数；我国电力设备过电压保护设计技术规程(SDJ7-79)建议按表7-l选取。 表7-1耦合系数的电晕修正系数k1线路额定电压（kV）20-3560-110154-330两条避雷线1.11.21.25一条避雷线1.151.251.3 由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的畸变。由冲击电晕引起的行波衰减和变形的典型波形如图7-14所示。图7-14 电晕引起的行波衰减和变形图图7-14 电晕引起的行波衰减和变形图 曲线1表示原始波形，曲线2表示行波传播距离为l后的波形，从该图可看出，当电压高于电晕起始电压uk后，波

5、形开始剧烈衰减和变形，可以认为这种变形看成是电压高于uk的各个点由于电晕作用，使线路对地电容增加而以不同的波速向前运动所产生的结果。 图7-14 电晕引起的行波衰减和变形图 图中低于uk的部分由于不发生电晕而仍以光速前进，图中A点由于产生了电晕，它就以小于光速的速度前进，在行经距离l后它就落后了 时间而变成图中点 ，由于电晕的强烈程度与电压u有关，故波传播速度 就必然是电压u的函数，通常称 为相速度，这种计算由电晕引起的行波变形的方法称为相速度法。)008. 05 . 0(hul（7-31） 式中l为行波传播距离（km），u为行波电压(kV)，h为导线对地平均高度（m)。 实测结果表明，电晕在

6、波尾上将停止发展，并且电晕圈逐步消失，衰减后的波形与原始波形的波尾交点即可近似视为衰减后波形之波幅，如图7-14中B点所示，其波尾与原始波形的波尾大体上相同。 将是行波传播距离和电压u的函数，规程SDJ7-79建议采用（7-31）经验公式计算 。 利用冲击电晕会使行波衰减和变形的特性，设置进线保护段作为变电所防雷保护的一个主要保护措施。 出现电晕后导线对地间电容增大，导线波阻抗和波速将下降。由于雷击避雷线档距中央时电位较高，电晕较强烈， 规程SDJ7-79建议在一般计算时，避雷线的波阻抗可取为350 ，波速可取为0.75倍光速。tnlvtnuvlutntn 上式可知，匝间电压与入侵波陡度 成正比， 很大时，匝间电压将超过匝间绝缘的冲击耐压值而发生击穿事故，为了保护匝间绝缘，必须将入侵电压波陡度限制在5kV/s以下。 （7-38）若入侵波的陡度为 ，