过电压及防雷保护-线路和绕组中的波过程（高电压技术课件）

过电压及防雷保护彼得逊等值法则的应用某一变电所上接有N条出线，每条线路的波阻抗均为Z。如有一条线路上落雷，有一幅值为u(t)的直角波沿线路袭来，求母线上的电压和各线路电压幅值及电压折射系数。应用彼得逊法则，将上图化简为下图的等值计算电路，母线上的电压计算如下：各出线承受的电压就是母线电压为,电压折射系数为

通过本知识点的学习，使学生掌握灵活应用彼得逊等值法则，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护波的折射和反射现象一、节点在实际工程中分析过电压保护问题时，经常会遇到---分布参数的长导线或与集中阻抗（如接地电阻R）相连接的情况，不同波阻抗导线之间的连接点称之为节点。二、波的折射和反射

若有一行波来到节点时，由于波要在节点前后保持单位长度导线的电场能和磁场能总和相等的规律，这就意味着波传播到节点处必然要发生能量重新分配的过程，即会在节点处发生行波的折射和反射。

当一行波我们称为入射波，当入射波到达节点A时，由于连接节点两端的导线波阻抗，入射波在节点A处要发生电磁能量的重新分配，也就是在节点A处电压、电流重新调整分配的过程。这就是波的折射和反射现象。

一部分能量通过节点A并沿继续前行，称折射波，一部分能量未能通过结点Ａ将沿导线返回，称反射波。

通过本知识点的学习，使学生掌握折射波和反射波的基本过程，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护分析线路末端电压波形一、直流电源在t=0时合闸于长度为L的空载线路，如图所示，求线路末端点的电压波形。

解：设τ为电磁波通过长度为L的线路时所需的时间。当0＜t＜τ时，由线路首端发生的第一次电压入射波u1q=E尚未到达线路末端，B点电压为零。当τ≤t＜2τ时，由于线路末端开路，在末端发生正电压全反射，产生第一次反射波u1f=E，UB=2E。当2τ≤t＜3τ时，到达线路首端，由于首端电源内阻为零，对波的传输来说，相当于发生末端对地短路的情况，从而在首端发生负电压全反射，产生u2q=-E的第二次电压入射波。但此时尚未到达B点，因而仍有UB=2E。当3τ≤t＜5τ时，u2q已到B点，并产生第二次反射波u2f=-E，UB=u1q+u1f+u2q+u2f=0。当5τ≤t＜7τ时，u2f=-E到达首端，产生的第三次入射波u3q=E到达B点，故在此时间内UB=2E。如此反复下去得到周期为4τ，振幅为2E的振荡方波。

通过本知识点的学习，使学生掌握分析线路末端电压波形的方法，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护计算折射波的等值电路在图中有一前行波沿波阻抗为的线路传到波阻抗为的线路时，在节点A所引起的折射和反射，是用集中参数的等值电路来求解的问题。节点A的边界条件把i1q=u1q/z、i1f=-u1f/z代入上式中的电流方程中，与电压方程联立求解得到：可以看出，要计算分布参数上节点A的电压u2q，可以应用下图的集中参数等值电路。彼得逊法则：①线路波阻抗用数值相等的集中参数电阻代替；②把线路上的入射电压波的两倍2u1q作为等值电压源。彼得逊法则使用条件：①入射波必须是沿分布参数线路传来的；②节点A后面的线路中没有反行波或反行波尚未到达节点A。

通过本知识点的学习，使学生掌握折射波如何计算，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护线路末端短路的折射、反射波一、线路末端短路相当于故有入射波u1q到达末端后，发生了负的全反射，负反射的结果是使线路末端电压下降为零，并逐步向首端发展。电流波i1q发生了正的全反射，线路末端的电流i2q=2i1q，即电流上升到原来的2倍，且逐步向首端发展。二、线路末端短路参数变化

从能量守恒的角度来看，这是由于末端短路接地，末端电压为零，入射波的全部电场能量转变为磁场能量之故。

通过本知识点的学习，使学生掌握线路末端短路时波发生折射和反射时各物理量的变化，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护末端接负载电阻的折射、反射波一、线路末端接负载相当于故有

入射波到达与线路波阻抗相同的负载时，没有反射现象，既没有电压反射波，也没有电流反射波，由Z1传过来的能量全部消耗在R中。线路上的电压电流波形保持不变。相当于线路末端接于另一波阻抗相同的线路（Z2=Z1），也是均匀线路的延伸。这种情况我们又称之为阻抗匹配。二、线路末端短路参数变化

从能量角度看两者是有本质的区别的，前者是把能量全部消耗在负载中，后者是把能量储存在线路中并向前传播。阻抗匹配在实际中的应用：在高压测量中，我们常在电缆末端接上和电缆波阻相等的匹配电阻来消除在电缆末端折、反射所引起的测量误差。

通过本知识点的学习，使学生掌握线路末端接负载时波发生折射和反射时各物理量的变化，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护线路末端开路的折射、反射波一、线路末端开路相当于故有

电压入射波u1q到达开路的末端时发生了正的全反射,结果是使线路末端的电压上升到入射波的两倍。随着电压反射波的逆向传播,其所到之处均加倍达2u1q。电流反射波i1f=-u1f/z1=-u1q/z1=-i1q，可见电流发生了负的全反射,随着电流反射波的逆向传播,其所到之处电流全部降为零。二、线路末端开路参数变化

从能量守恒的角度来看，这是由于末端开路时，末端电流为零，入射波的全部磁场能量转变为电场能量之故。应用：过电压波在开路末端的加倍升高对绝缘是很危险的，在考虑过电压防护措施时应引起充分的重视。

通过本知识点的学习，使学生掌握线路末端开路时波发生折射和反射时各物理量的变化，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护折射波和反射波的计算一、折射波和反射波的大小

在节点处只能有一个电压值和电流值，即节点左侧及右侧的电压和电流在节点处必须连续。电压波的折射系数：电压波的反射系数：电流波的折射系数：电流波的反射系数：同理可求：1、0≤ɑ≤2折射波永远是正值，说明入射波电压与反射波电压同极性；2、β值可正可负要由节点处两侧的导线波阻抗参数决定，且-1≤β≤1；3、ɑ与β之间满足关系：1+β

=ɑ

二、结论

通过本知识点的学习，使学生掌握折射波和反射波的计算，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护波动方程的计算1、沿高度h为10m，导线半径为10mm的单根架空线有一幅值为800KV过电压波运动，试计算电流波的幅值。解：求导线的波阻抗Z为：=800/456=1.75KA电流波幅值：2、沿高度h为10m，导线半径为10mm的单根架空线有一幅值为800KV过电压波运动，还有一幅值为400KV的过电压反行波反向运动,试求此两波叠加范围内导线的电压和电流。解：求导线的波阻抗Z为：=800/456=1.75KA电流波幅值：反行电流波幅值为:

两波叠加范围内，导线对地电压为:电流为:

通过本知识点的学习，使学生理解波的传播方向，掌握波动方程的计算，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护波动方程的物理意义一、波动方程波动方程所描述的线路上的暂态电压和暂态电流不但是时间t的函数，也是距离x的函数。二、波动方程的通解

1．物理意义:线路中传播任意波形的电压和电流，可分解成向前传播的前行波和反向传播的反行波的叠加。或者说，线路上某点某时刻的电压（或电流）为通过该点的前行电压波（电流波）与反行电压波（电流波）的代数和。

2．电压波和电流的方向规定

电压波的极性只与产生电压波的电荷的极性有关，而与传播方向无关，正的电荷产生正的电压波；

电流波的极性不仅与移动电荷的极性有关，还与移动的方向有关，正的电荷沿X正方向或负电荷逆X正方向产生正的电流行波，反之产生负的电流行波。

正的电压前行波相当于一批正电荷向正方向运动，使导线各点的对地电容依次充上正电荷，而向正方向流动的正电荷将形成正电流波；对反行波来说，正的电压反行波表示一批正电荷向负方向运动，按照相反的顺序给线路各点的电容也充上正电荷，此时电压虽然是正的，但因正电荷的运动方向已变成负方向，所以形成了负的电流。故此有前行电压波与前行电流波的符号总是相同，反行电压波与反行电流波的符号总是相反。

通过本知识点的学习，使学生掌握波动方程的物理意义，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护波过程的几个物理概念一、均匀无损耗导线

导线各点电气参数完全一样，,不计及导线r0、g0，即导线无能量损耗的，满足这两种条件的仅由L、C组成的链形回路，我们称之为均匀无损导线。二、波过程

电压波和电流波沿线路的流动，实质上就是电磁波沿线路的传播过程，也是指能量沿着导线传播的过程，即在导线周围空间储存电磁能的过程。三、无限长直角波

在介绍线路波过程的基本概念时，通常采用最简单的无限长直角波。因为在工频交流电源的情况下，只要线路不太长，行波从始端传到终端所用的时间还不到1，在这样短的时间内，电源电压变化不大，因而也可以看作与直流电压源相似。四、波沿导线的传播

将传输导线设想为许许多多无穷小长度dx的线路单元串联而成，忽略导线损耗，用LC来表示每一单位长导线的电感和对地电容。

电压波和电流波沿导线的流动，实质上就是电磁波沿导线的传播过程，电压波和电流波是在线路中传播的伴随而行的统一体。五、波阻抗与波速波阻抗：

波

速：

=

通过本知识点的学习，使学生掌握波过程的几个物理概念，为今后的课程学习打下了良好的基础。过电压及防雷保护波阻抗的特点电压波与电流波之间是通过波阻抗相联系的（1）波阻抗表示同一方向的传播的