《高电压技术与工程》课件 第4-8章 绝缘的高电压试验 -电力系统内部过电压

高电压技术与工程

第4章

绝缘的高电压试验重要知识点清单本章知识要点绝缘耐压试验（破坏性试验）绝缘耐压试验有哪些类型？工频耐压试验装置绘制单、双套管高压试验变压器的结构双套管试验变压器的对地绝缘问题单套管和双套管高压试验变压器的电压输出范围串级试验变压器的结构串级试验变压器的容量利用率概念调压装置为什么非常重要？有哪几种调压装置，应用上有什么区别？本章知识要点工频耐压试验试验接线原理接线，有哪几个必不可少的装置设备试验方法和步骤容升现象是怎么回事？工频耐压试验可能出现的危险有哪些？谐振耐压试验是出于什么目的？（好处是什么？）串联谐振/并联谐振的电路及其分析谐振耐压试验的安全性可行性有什么考虑？本章知识要点直流耐压试验几种高压整流回路的原理串级直流高压发生器的电路结构串级直流高压发生器的工作原理描述串级直高发的技术参数冲击耐压试验单级冲击电压发生器的工作原理（必须能够复现双指数合成冲击波型及其原理电路）单级冲击电压发生器的设计和关键参数计算单级冲击电压发生器的原理电路本章知识要点冲击耐压试验多级冲击电压发生器的基本电路多级冲击电压发生器的工作原理操作步骤“并联充电、串联放电”对地杂散电容的作用触发球间隙触发球间隙结构为什么使用球间隙而不是普通机械类开关？球间隙的工作原理触发电路操作冲击电压的产生交流高压的测量（几种装置）球隙静电电压表电容分压器（注意使用条件）直流高压的测量棒间隙（为什么不用球间隙）静电电压表高阻分压器（为什么不用电容分压器）本章知识要点冲击电流试验冲击电流波形的特点冲击电流波形的定义（方波和指数波）指数波冲击电流发生器的原理电路指数波冲击电流发生器的电路原理分析方波冲击电流发生器的原理电路（人工传输线）方波冲击电流发生器的电路原理分析课程内容5绝缘的耐压试验—破坏性试验 交流（工频）耐压 直流耐压 雷电冲击耐压 操作冲击耐压5.1工频耐压试验的概述

校核交流高压下的绝缘水平220kV及以下设备的等效校核绝缘耐受冲击电压能力国标要求耐压时间1分钟/5分钟要使用专门的高压发生设备，严禁直接从电网取电！电力变压器交流试验电压值

括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统

额定电压kV最高工作电压kV线端交流试验电压值kV中性点交流试验电压值kV全部更换部分更换绕组全部更换部分更换绕组3540.5857285726672.5140120140120110126.0200170（195）9580220252.036039530633685（200）72（170）330363.046051039143485（230）72（195）500550.063068053657885140721205.1.1工频电压的获得一、高压试验变压器的特点（1）电压变比大，漏抗大（2）试验变压器的容量一般比较小，容性阻抗大，电流小。高压侧额定电流一般为1A。对于某些特殊试品和特殊试验项目，要求试验变压器的额定电流大于1A。C为试品电容，U为试验电压，f是电源频率，I，P是高压试变额定电流和功率（3）连续运行时间短，不需要有复杂的冷却系统。一般不超过30分钟。（4）工作环境好，绝缘裕度小，短路电流较小。单套管式，其高压绕组的一端接地，另一端输出额定全电压，（300kV以下）15双套管式，铁心和油箱均处于U/2电位，所以油箱不能放在地上，而必须按全电压的一半对地绝缘起来。用两只额定电压只有U/2的套管来代替一只额定电压为U的套管，可以大大降低试验变压器和套管的制造难度和价格。变压器试验要求高时，单台变压器实现困难技术成本要求高从技术经济性考虑串级变压器通常是自耦式连接二、串级试验变压器二、串级试验变压器T1、T2－单套管试验变压器，AV-调压器，1、2－T1的高低压绕组4、5－T2的高低压绕组，3－累接绕组，TO-试品。Z－绝缘支柱两台单套管变压器串级联结示意图

各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为

T2的容量为

总的制造容量为而串级装置的输出容量为

串级装置的容量利用率为

不难求出n级串级装置的容量利用率为容量利用率调压装置自耦式调压适合小容量使用移圈式调压容量大线圈漏抗大，且随短路线圈位置变化，因此波形畸变大电动发电机价格昂贵，专业设备5.1.2工频耐压试验的基本接线容升效应5.1.3工频谐振耐压试验谐振时

品质因素解决容量不够的问题谐振时，Q>>1正弦稳态电路矢量分析工频谐振耐压试验的优点减少电源容量（包括变压器、调压器等）试品击穿时的故障电流减小电源中的谐波成分大大减少并联谐振：当输出电压满足要求，而试验变压器的容量不够时，还可以考虑并联谐振的方法5.2直流高压实验特点：试验设备轻便，容量小可同时测量泄漏电流。局放小，对绝缘的损伤小。缺点：不如交流耐压实验更接近真实工况。5.2.1直流高压的获得——整流电路一、半波整流高压硅堆承受两倍的电源电压电压脉动系数全波整流和桥式整流桥式整流是高压直流输电的基础二倍压整流回路(a)两倍电压（b)两倍电压（c）三倍电压带上负载后，三种倍压装置的输出电压会降低，并出现脉动倍压整流回路5.2.2串级直流高压装置空载时，各点电压为：两级直流高压装置串级直流高压装置串级直流高压装置的技术参数平均电压：

脉动电压：

平均电压降落：

可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关脉动系数：<5%(1)(2)(3)减少串级直流高压装置的脉动的方法1合理选择级数n令得2取C’＝2CCn’的电压为其余电容器的一半，因而其高度可减小到一半。在相同的结构形式下，Cn’的电容量可为其他电容器的两倍，此时电压降落为：对于超高压直流装置，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流是有利的与（2）式比较，减小3从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC实际很少采用5.3冲击高压试验模拟雷电过电压、操作过电压测试绝缘和保护性能电力设备出厂测试、型式试验、大修后的验证性型式试验瞬态、高电压（比正常工作电压高）5.3冲击高压试验5.3.1冲击电压波形的定义T1：波头时间（波前时间）T2：波尾时间（波长时间、半峰值时间）标准雷电冲击波：1.2

s±30％/50

s±20％,幅值误差：±3％

操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250±30％/2500±60％

s,幅值误差：±3％5.3.1冲击电压波形的定义由双指数波叠加而成：－波尾时间常数。

－波头时间常数，

通常5.3.2单级冲击电压发生器一、单级冲击电压发生器的原理在波头时间范围内，可将电压波形表示为：用直流电源向电容器充电的波形模拟三要素法可知由标准雷电波形T1≈3.24R1C2解方程三角相似法一、单级冲击电压发生器的原理在波尾时间范围内，可将电压波形表示为：单级冲击电压发生器的原理电路首先C1充电，然后合上开关，R2>>R1C1经R1向C2充电，形成波头同时C1和C2经过电阻R2放电，形成波尾。一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定C2和R1－－波头电容和波头电阻，C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。高效回路定义放电回路的电压利用系数η为：

单级冲击电压发生器的原理电路对于(b)低效回路对于(a)效率介于(a)和(c)之间高效回路一般效率回路实际的单级冲击电压发生器回路调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压，调整电阻R1和R2可以改变输出波形，放电球隙G的放电电压根据C1的充电电压和输出电压的要求进行调整。由于受到高压硅堆和电容器额定电压的限制，同时也考虑放电球隙的直径不宜过大，一般单级冲击电压发生器的最高输出幅值不超过200～300kV

5.3.3多级冲压发（Marx发生器）一多级冲击电压发生器的运行过程：首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0，G2～G4的放电电压在U0～2U0范围内；对各个电容器同时充电到U0G1首先击穿，导致G2～G4依次击穿；各个电容器串联起来对C2和R2放电，在输出端获得幅值很高的冲击电压

上述一系列过程，可以概括为“电容器并联充电，而后串联放电”

电阻R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用；放电时则起隔离作用

电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到。特点冲击电压发生器串联放电时的等值电路等值电路

放电时，发生器的等值电路如图C1：等值的主电容，四个电容C的串联值＝C/4名义电压：U1＝4URf：波前电阻＝4rfRt：波尾电阻＝4rt级数为n级时：上述各参数的4置换为n冲击电压发生器回路接线一、杂散电容快速放电过程中电容电压不下降的关键在于：杂散电容来不及放电杂散电容放电的快慢一方面取决于杂散电容的大小，另一方面取决于放电电阻R的大小，即杂散电容放电的时间常数。在实际当中，有时候为了确保各级球隙能顺利自动放电，还需要采取措施增大杂散电容

雷电冲击与操作冲击波产生方法相同。二触发球间隙作用：人为控制输出快速的冲击电压工作原理：当冲击电压发生器各个电容充电完毕后，利用另外一个回路产生一个电压较低的脉冲电压，并将该脉冲电压施加在三电极球隙的电极2和3之间（即间隙g），使间隙g和G击穿。极性不同，两种击穿模式操作冲击电压发生器——振荡衰减振荡衰减波变压器法——谐振感应适合于电力变压器的现场试验冲击大电流的产生电流波形的规定冲击电流发生器的基本原理与结构

冲击电流波形

第一类波形：电流从零值以较短的时间上升到峰值，然后以近似指数规律或强阻尼正弦波形下降到零。这种波形以视在波前时间T1和视在半峰值时间T2表示为T1/T2波。国家和国际IEC标准规定了四种该类冲击波，即1/20微秒、4/10微秒、8/20微秒和（30-100）/（60-200）微秒冲击电流波。

国家标准规定的冲击电流波形的画法

误差：峰值和T1、T2的实测值和规定值之间容许的偏差各为±10％。在冲击波峰值附近，允许小的过冲或振荡，但单个幅值不超过其峰值的5％国家标准规定的冲击电流波形的画法

冲击电流波形

第二类波形：规定的冲击电流波形近似为方波，用峰值持续时间Td和总的持续时间Tf来表示。峰值持续时间规定等于500微秒，1000微秒，2000微秒，或者2000与3200微秒之间，要求在规定的容许偏差之内。

冲击电流发生器的基本原理与结构

大电容器储能产生冲击电流 工作原理基本上与冲击电压发生器相似。

由一组高压大电容量的电容器，先通过直流高压并联充电，充电时间为几十秒到几分钟，然后通过触发球隙的击穿，并联地对试品放电，从而在试品上流过冲击大电流冲击电流发生器的充放电回路

C：为多个并联电容器的电容

充电回路：由高压试验变压器T、保护电阻R1和高压硅堆D所构成

放电回路：由C和触发间隙G，电感L，电阻R，试品O及分流器S所构成。

L及R：为电容器本身及连线、球隙放电火花、试品和分流器S的总电感及电阻效应，也包括了为调波而外加的电感及电阻值。

分流器：是一个无感低值电阻器，当电流流过它时，它两端送出电压信号，可用作为测量电流的波形和峰值。最简单易制的一种分流器是绞线式对折分流器冲击电流发生器的充放电回路冲击电流发生器回路分析影响因素1、为获得很大的电流和陡度，尽量减小放电回路的电感和电阻，对电容器组、引线和结构有特殊要求。2、开关器件要求动作迅速、能耐受大电流、寿命长。当若干电容器组并联放电时，要求各组开关元件同步准确、分散性小。3、当电容器组中某一电容器发生短路故障时，为避免发生爆炸，电容器组应有可靠保护。4、对贮能容量较大的电容器应采用快速充电装置5、各流通导体应有足够的机械强度，防止电动力的破坏。6、放电回路要求一点接地，避免冲击电流流入大地，引起地电位升高。7、在获得较大电流的同时又要求较高电压时，可采用每组由多台电容器并联，几组串联放电。冲击电流发生器结构特点:冲击电流发生器结构冲击电流发生器的特点——大电容冲击电流方波发生器高电压技术

第4章

高电压和大电流的测量重要知识点清单本章知识要点交流高压的测量球隙为什么可以用球隙测量交流高压？什么样的球隙配置才能测量交流高压？为什么要对球隙进行校正，校正时要注意哪些问题？静电电压表静电电压表的原理电容分压器电容分压器的结构？什么是标准电容器，有什么作用？电容分压器的误差主要是什么引起，如何解决？问：能不能用电阻分压器测量交流高压？高压峰值的测量整流回路测量高压峰值怎么计算？要注意什么问题？本章知识要点直流高压的测量棒球隙为什么要用棒间隙而不是球间隙测量直流高压？使用棒间隙的注意事项静电电压表注意测试的显示结果是有效值高阻分压器高阻分压器的结构高阻分压器的误差主要是什么引起，如何解决？阻容分压器是什么？本章知识要点冲击高压的测量球隙为什么可以用球隙测量冲击高压？50%放电电压是如何测得的？串联保护电阻取值和交流测量的差别？冲击峰值电压表冲击分压测量系统（重点）分压系统的构成和原理冲击测量系统的误差来源是什么，高频高压为何导致误差？为什么要测量方波响应，如何校正误差？针对不同冲击分压器进行误差分析和校正补偿（能够逐一详细分析和说明）分压器信号输出到示波器的误差怎么解决？本章知识要点冲击电流的测量分流器测量系统分流器系统的构成和原理分流器的形式和类型电流互感器测量系统自积分法和外积分法的原理思考：为什么冲击电压和电流的测量都强调“测量系统”的观念？课程内容高压大电流测量特点被测量数值大需专门的转换装置，将高压大电流信号转换成低压小电流信号来测量测量系统复杂“测量系统”信号传输过程的畸变测量系统内部可能放电，电磁干扰复杂要充分考虑寄生参数的影响瞬态响应要好信号变化快，要求测量系统的动态特性好不确定度高，<3％71电力交流的检测——电压互感器PT需要用仪表读取低压侧的数据，可用低压电压表、示波器、数字记录仪等分成电磁式和电容式。电磁式PT：电磁耦合原理电容式PT：又叫CVT（用于超高压回路）6.1交流高压的测量在电力系统中，通常用（PT＋低压测量仪表）监视运行电压。但在高压实验室中，试验用高压很高，电网用的PT不再适用。重新定制PT的造价高，且PT体积、重量也大，所以一般不用。试验室常用测量高压的方法：球隙法静电电压表电压互感器(PT)分压器（电容式、电阻式）电流计算法（高压电容器配合整流回路）直接测量法转换测量法直接测量法736.1.1球隙法理论依据：均匀电场中，气体击穿电压与间隙距离有稳定的关系。球隙特点：电场较为均匀。测量方法：利用试验变压器低压侧的读数换算。取10次的平均值，并保证标准偏差<10%平均值。最后再进行大气环境的修正。球放电电压是被测电压的峰值。使用方法球的直径不同，电场均匀度有所不同，因此即使极间距离相同，放电电压也不同。因此，必须制定标准球隙放电电压表，对应于一定的直径和距离有一对应的放电电压值。测量时，将被测电压加在间隙上，从大到小改变间隙距离，直到间隙发生放电；或者固定间隙距离，慢慢升高电压，直到间隙发生放电为止。根据所用球的直径和放电时的间隙距离，在放电电压表上查询相应的放电电压值。使用方法球隙法不能在耐压试验中直接使用，否则一旦放电会引起跳闸，试验中断。一般只用来校正别的测量仪器，采用校正曲线绘制法。先在低压下绘制仪器和球隙的校正曲线外推耐压实验值进行预放电，防止尘埃影响球隙法的布置图中A、B值球隙球隙法的注意点：周围物体的影响照射。规定：当被测电压<50kV时或者D<12.5cm时，均须照射。保护电阻。保护电阻一般取100k－1M球表面6.1.2静电电压表原理：静电引力。测量方法：特点：由于电容很小，一般为5－50pF，电极间靠大气绝缘，因此吸收功率很小。可用于直流、工频，用于高频时，需考虑功率吸收。刻度非线性。81静电电压表测量的是电压的有效值由于静电电压表电极之间静电力的大小与电压的平方成正比，所以可动电极的移动量与电压的变化的关系也不是线性的，也就是说，静电电压表的指示刻度是不均匀的。转换测量法

————高阻抗与低压仪表配合6.1.3电容式分压器电压表V输入阻抗高分压器上所加总电压与低压臂输出电压之比。显然只要C1<<C2，那么U2<<U1，仅有小部分电压降在C2上，就可以实现用低压仪器测量高压的目的。分压比高压臂C1的电容量很小，但又需要承受绝大部分被测电压，因此C1是电容分压器中的主要元件实际的电容分压器高压臂主要有两种形式：一种是由多个电容器元件串联组装而成的电容器；另一种采用具有两个电极的集中式高压电容器，介质一般为气体，称为标准电容器。标准电容器具有良好的屏蔽，采用无电晕屏蔽罩，电容量既不受周围物体、高压引线和地平面的影响，也不受作用电压的影响，电容量稳定。电容器内的气体介质为压缩气体（如空气、SF6、N2等），基本上无损耗，且有效地减小了电容器的体积。6.1.4峰值测量一、通过测量电容电流确定交流电压峰值磁电式电流表测得的平均电流Ipin是半个周期内电容器电流在一个周期内的平均值，即只要知道电容量C1和频率f，测量出Ipin，就可求得Um。全桥整流半桥整流：全桥整流：要求：电容C1、电流Ipin和频率f测量准确，频率不发生变化；6.1.4峰值测量二、通过测量整流后的电压确定峰值电容器C充电至Um，利用静电电压表可以测出此Um值。6.1.3电容式和电阻式分压器两种分压器都需考虑消除高压端的电晕。电压表V输入阻抗高寄生电容的影响显著；电阻上的发热，引起阻值变化，测量电压范围收到限制6.2直流高压的测量注意：直流中含脉动分量

U，脉动系数S<3%。测量仪器：标准“棒－棒”间隙高阻分压器旋转电位计静电电压表6.2.1标准“棒－棒”间隙棒－棒类似于球间隙。球间隙的问题：测量直流高压时，球隙放电的分散性较大，其不确定度超过了±3％，达到±5％。用棒－棒间隙取代球间隙测量直流高压。6.2.2静电电压表被测电压是纯粹的直流，则仪表的示数就是直流电压的大小。测量带纹波的直流电压时，设电压平均值为Ud，纹波分量的幅值为

U仪器的指示为：在被测直流高压纹波较大的情况下，静电电压表测到的不是直流电压的平均值；而当纹波较小时，二者的差别很小。当直流电压的纹波系数不大于20%时（实际上符合规定的试验用高压的纹波系数应不大于3%），可认为有效值和平均值相等。6.2.3高阻分压器高压直流电源的容量一般都比较小，要求分压器吸收的功率也小、温升较低，通过分压器的电流一般要限制在毫安级（如1mA），因此，电阻分压器的高压臂R1实际上是高阻值的电阻，一般按1～2M

/kV配置。测量直流高压用的分压器是电阻分压器，高、低压臂均为电阻，按其阻值确定分压比。应保证分压器电阻数值稳定，需要选用温度系数低的电阻器，如金属膜电阻。处于高电位的电阻元件和一些端子上应避免电晕放电。高压端屏蔽分段屏蔽分压器的高压臂电阻元件分段包在金属屏蔽筒内，屏蔽筒与内部的电阻元件在电气上互相绝缘。各段的屏蔽筒由辅助的屏蔽用分压电阻上的各对应点取得电位。设每段电阻上的压降为

U，则屏蔽筒所具有的电位应使它与这段电阻两端的电位差约为

U/2，只要

U足够小，筒内电阻元件和端子就不会产生电晕。阻容分压器方法是在电阻元件上并联相应的电容元件，且电阻分压比与电容分压比相同，使之在同一分压比下既可以测直流高压，也可以测交流高压。阻容分压器在外观上和其他分压器无区别。6.2.5直流高压纹波的测量纹波分量的计算如果

则6.3冲击高压的测量冲击电压的特点：持续时间短，波形变化快，幅值高国标规定，冲击电压测量系统的不确定度为：幅值<3%；波形时间±10%。6.3.1球隙法测量冲击电压的峰值；测量冲击电压时，与球隙串联的电阻<500

，寄生电感<30

H6.3.1球隙法在冲击电压作用下球隙放电有分散性，球隙放电电压表所列的是球隙的50%放电电压U50％。因此，用球隙测量冲击电压就是要求得放电百分比为50％时的球隙距离。加压次数越多，确定的百分比越准确。确定球隙U50％的常用方法是10次加压法和多级法确定U506.3.2冲击峰值电压表由于冲击电压持续时间短（微秒级），故对它的要求有不同之处：一方面冲击峰值电压表的瞬态响应特性要好，以便能反映快速变化电压的峰值；另一方面，还要能给出单次冲击电压峰值的稳定指示。6.3.3冲击分压器系统冲击分压器系统由分压器和测试回路组成测量回路一般需要同时测量峰值与波形特别注意：冲击电压是一个时频域特性很强的电气量，各个时刻的频率是可变的，另外在试验过程中还存在电磁干扰。组成分压器系统的每一个部件都会使通过它的电压产生一定的畸变。这些影响均造成相应的测量误差。在这种情况下，分压器的分压比实际上是一个随时间变化的量。测量系统的方波响应和误差高压测量以方波响应作为系统性能的评价依据方波响应重点关注的是“响应时间”测量达到稳态的时间！对于测量输入方波，响应时间应越小越好测量系统的方波响应和误差高压冲击测量以输入斜角波的结果作为衡量系统误差的指标本质上是把冲击高压前沿看作是近似斜角波进行误差估算举例：测量标准雷电冲击高压，且要求相对误差低于5％，方波响应时间至少应小于～～？振荡型响应的处理类似一分压器雷电冲击：电阻式、屏蔽电阻式、电容式、阻容式（并联阻容式）、阻尼电容式（串联阻容式）操作冲击：主要采用电容式理想情况下的变比为:（R1＋R2）/R2和稳态的电阻分压器相比，其电阻值要小得多。用于测量雷电冲击，一般为10-20k

，测量电压为1MV左右。为减少对地杂散电容的影响，避免高压端放电，一般用屏蔽式的电阻分压器。经过仔细屏蔽的电阻分压器，可测量到2.5MV，阻值可到40k。电阻式分压器屏蔽式电阻式分压器电容分压器理想变为(C1+C2)/C1分为两种：串联电容式、集中电容式测量电压可达数MV。因为连接线的电感与电容器中的寄生电感与电容器之间发生振荡，因此适用与持续时间比较长的操作冲击波阻容分压器阻容分压器（并联阻容分压器）阻尼电容分压器（串联阻容分压器）并联阻容分压器容易引起高频振荡，因此发展了串联式阻容分压器，R1约为几个

，可阻尼杂散振荡。首端引入匹配电阻Rd，与导线波阻抗相等，约300－400。如果在串联阻容分压器的基础上，再加上高值的并联电阻，即构成“通用分压器”。评价分压器的性能从两方面：比例系数瞬变响应特性－－反映波形是否畸变

响应特性：分压器回路的输入端施加某一波形A(t)，在分压器的输出端出现相应U(t)。通常A(t)采用直角波。用响应时间T来衡量。也可采用与标准分压器的响应曲线相对比的方法。二低压测试回路匹配电阻：屏蔽：测量仪器的电源要通过滤波器和带静电屏蔽的隔离变压器，传输电缆要采用双层屏蔽电缆，外屏蔽层与屏蔽室相连，而内屏蔽层与测量仪器的接地端连接

6.4.3冲击峰值电压表CS的电容量不能过大，因为冲击电压持续时间短，CS的容量不能太小，且电容器CS的泄漏要足够小，否则电容上维持电压峰值的时间不足以使放大器回路完成转换，也会造成测量误差

在数字式示波器未广泛使用以前，峰值表读数可保持一段时间，显得很方便。目前在仅需要知道峰值，而且没有数字示波器的情况下使用峰值表6.5冲击电流的产生和测量电力设备的冲击电流试验：几kA－几十kA6.5.1冲击电流波形非振荡冲击电流波振荡冲击电流波tf－视在波头时间，tt－视在半峰值时间，IM－电流峰值，I΄M－反极性电流峰值

冲击电流波的波形参数电力系统对避雷器进行冲击电流实验时，用以下参数的波形：雷电冲击电流波形：8/20

s；波形为4/10

s的冲击电流波形；波形为18/20s的冲击电流波；视在波头时间为30－100s的冲击电流波，其视在半峰时间为视在波头时间的2倍以上；陡波：视在波头时间为1s；方波冲击电流：持续时间2000s；6.5.1冲击电流波形－方波T0.9－波长持续时间，T0.1－波的总持续时间，IM－电流峰值IM΄－反极性电流峰值，I΄΄－峰值附近叠加的高频叠加峰值

方波冲击电流波形

6.5.2冲击电流波的产生冲击电流发生器的工作原理

回路方程为：冲击电流波形的类型分三种情况：1）欠阻尼2）临界阻尼3）过阻尼增加电流的方法：1增加电容量2减小回路电感，减小回路电阻1206.5.3冲击电流的测量特点：持续时间短、变化快。用相应时间来表示其特性。目前常用两类测量系统：分流器测量系统；电流互感器（CT）测量系统一分流器测量系统Rs＋R1≈Z，Rs＋RK远小于R1＋R2，R1≈R2

被测冲击电流

测量系统的响应时间主要取决于分流器，分流器的响应时间为

电阻R2上的电流为

电阻R2上的电压为

因此分流比为

122分流器分流器是将被测电流转换为适当幅值电压的一种装置，它具有很大的电流容量，能够耐受大电流产生的电动力，分流器的电阻应该很小，其电阻温度系数也要非常小，电阻材料采用锰铜、镍铜等非磁性材料。分流器的电感值要远小于电阻值.绞线式折带式同轴园管式卓园管式电流互感器对于特大幅值冲击电流，分流器制造困难。需采用电流互感器一般用空心互感器，而不用铁心。因为冲击电流中包含丰富的高频成分，铁心在高频下产生的损耗带来测量误差；同时，因为di/dt足够大了，即使不用铁心，也能感应出足够高的电压线圈输出端的感应电势为：互感系数M可以实测，但一般需要事先计算。(1)自积分法如果很小，且则(2)外积分法如果R很大，且有则即且上下限频率冲击电流测量系统的校正方法（1）方波电流试验法给测量系统注入方波电流，测量输出端的方波响应。（2）电流试验法给测量系统注入高频电流，测量输出端电流的大小，可求得该频率下的系统阻抗。改变注入电流的频率，可得到阻抗与频率的关系曲线。（3）波头相位法可测量具有电感效应的分流器的响应时间，并可在高压下进行。将分流器接入冲击电流发生器回路，使回路产生衰减振荡波。由于电感的作用，示波器图形的起始部分有一个突然跃变。根据跃变的参数，即可求出响应时间。（4）比对法

是和“标准”测量系统的测量结果进行比对校正。高电压技术

第5章

线路与绕组中的波过程重要知识点清单本章知识要点波过程（结合电路理论课知识，加深其理解）对同一个电路，什么情况下用集中参数元件分析，什么情况下用分布参数元件分析？波传播的物理概念为什么传输线能够传输电能，请从场（field）和路（circuit）的角度解释均匀无损单导线的波过程斜角波作用于导线、直角波（方波）作用于导线导线的单元等值电路波的折射和反射反射系数、折射系数特殊情况：末端开路、短路、匹配阻抗波过程图的绘制！本章知识要点彼德森法则使用条件！！彼德森法则的戴维南电路和诺顿电路并联电容和串联电感对波传输的影响网格法波的折反射冲击电晕对波过程的影响波速？陡度？波阻抗？本章知识要点平行多导线中的波过程波阻抗矩阵？自波阻抗？互波阻抗？从电磁原理角度理解自波阻抗和互波阻抗变压器绕组中的波过程单元等值电路（与线路单元等值电路的区别）产生振荡过程的原因改善振荡过程的方法本章知识要点旋转电机中的波过程旋转电机波过程的特点波过程有关的计算分析题重点理解折反射的时域分析方法注意彼得森法则的适用条件，切忌照搬彼得森法则及其等效公式某些题型会和侵入波等过电压过程相结合课程内容第7章线路与绕组中的波过程电力系统中架空线、电缆、母线、发电机和变压器绕组等，都属于分布参数的元件。7.1波沿均匀无损单导线的传播

实际的输电线路均属于多导线系统；导线和绝缘中分别存在电阻和电导，因而产生能量损耗；同时，线路各点的电气参数也不可能完全一样。因此，所谓的均匀无损单导线线路实际上是不存在的。但是为了更清晰地分析波过程的物理本质和基本规律，首先从均匀无损单导线入手进行研究。7.1.1波传播的物理概念斜角电流波投入，波速为V，斜率为a。架空线单位长度的电感和电容分别为L0和C0，单位长度上电荷为q计算电感引起的电位时，有计算电容引起的电位时，有又由电荷的流动形成电流：将(3)代入(2),又由i=at:将(4)代入(1)(1)(2)(3)(4)7.1.1波传播的物理概念由此可知，电磁波的传播速度的表达式：对于架空线路因此＝光速(5)电磁波是以光速沿架空线传播的7.1.1波传播的物理概念将i=at和(5)代入(1)，得到波阻抗对于一般的架空线路，Z

500

，分裂导线：Z

300，对于电缆，Z<100

同样可证，在电缆中电磁场角度分析：电压波对电容充电，电流波对电感充电，因此电压波和电流波沿导线传播的过程就是电磁能量传播的过程。电磁场的向量E和H相互垂直，且垂直于导线，为平面电磁波。架空线的介质是空气，因此电磁场的传播速度必然等于光速。2单位时间内导线获得的能量：

从功率角度看，波阻抗与一集中参数的电阻相当，但物理含义不同。电阻要消耗能量，而波阻抗不消耗能量。7.1.2波动方程的解回路电压电流关系为：对其求二阶偏导，得单根均匀无损导线的波动方程为：7.1.2波动方程的解从式中可以看出，电压和电流的解都包括两部分，一部分是的函数，另一部分是的函数

式中解得前行波与反行波设在t1时刻、线路上的x1点处的电压为u1,则在(t1+dt)时刻，在(x1+vdt)点处的电压也为u1叫前行波叫反行波140电压波与电流波的方向问题电压波的符号只取决于它的极性，而与电荷的运动方向无关；电流波的符号不但与相应的电荷符号有关，而且也与电荷的运动方向有关，一般取正电荷沿着x正方向运动所形成的波为正电流波。7.1.2波动方程的解波动方程：注意：当前行波与反行波同时存在时＋初始条件边界条件任意点的电压与电流波形7.2波的折射和反射发生折反射的条件：波阻抗不同发生折反射的原因：当波的传播过程中遇到波阻抗不同处时，为保证电压与电流的比值仍等于波阻抗，则电压和电流波必然要发生折反射。7.2.1折射波和反射波的计算波阻抗Z1≠Z2，在A点发生折反射入射：u1q

和i1q

无穷长直角波折射：u2q

和i2q

反射：u1f

和i1f

有连续性，可知7.2.1折射波和反射波的计算折射系数反射系数且满足变化范围折反射系数虽然是根据两段不同波阻抗的线路推导出来的，但也适用于线路末端接有不同负载电阻的情况，即只要有一端为波阻抗，另一端不论是波阻抗还是集中参数，都存在波的折反射问题。Z1＝Z2时，

＝1，

＝0，即无折反射现象Z1<Z2时，折射波大于入射波，总电压会升高；Z1>Z2时，折射波小于入射波，总电压会降低；7.2.2几种特殊条件下的折反射波（一）末端开路(Z2=∞)发生电压波的正全反射电流波的负全反射从能量角度解释：全部能量均反射回去

反射波到达后线路电流为零，故磁场能量为零，全部磁场能量转化为电场能量，因此电场能量增加到原来的4倍，即电压增大到原来的2倍

过电压波在开路末端的加倍升高对绝缘是很危险的（二）末端短路(Z2=0)发生电压波的正全反射电流波的负全反射从能量角度解释：反射波到达后线路电压为零，故电场能量为零，全部电场能量转化为磁场能量，因此磁场能量增加到原来的4倍，即电流增大到原来的2倍

（三）末端接电阻R＝Z1在高压试验中，常常在电缆末端接上与电缆波阻抗相等的电阻，以消除在电缆末端折、反射所引起的测量误差。但从能量的角度看，接波阻抗与接电阻是不同的

无折反射现象7.2.3等值集中参数定理（彼得逊法则）

电压源等值电路（戴维南电路）①线路波阻抗用数值相等的集中参数电阻代替；②把线路入射电压波的两倍2u1q作为等值电压源③电压源、Z1与Z2串联。假设是雷电流入射，用电流源等效(1)(2)(2)/Z1+(1)，得

电流源等值电路（诺顿电路）①线路波阻抗用数值相等的集中参数电阻代替；②把线路入射电压波的两倍2u1q作为等值电流源③电流源、Z1与Z2并联。7.2.3等值集中参数定理（彼得逊法则）将分布参数线路在计算节点电压或者电流的电路化为集中参数电路的法则，就叫做彼得逊法则。使用条件：1）它要求波沿分布参数的线路射入；2）和节点相连的线路必须是无穷长的。如果节点A两端的线路为有限长的话，则以上等值电路只适用于线路端部的反射波尚未到达节点A的时间内7.2.3等值集中参数定理（彼得逊法则）例题变电所母线上接有n条线路，每条线路的波阻抗均为Z。当一条线路上落雷，电压u（t）入侵变电所，求母线上的电压

可见，连接在母线上的线路越多，母线上的过电压越低，对变电所降低雷电过电压有利。

7.3波通过串联电感和并联电容无穷长直角波入射到接有串联电感的线路

电力系统中，经常会有串联电感和并联电容出现。回路方程解得电路的时间常数

电压的折射系数

无穷长直角波入射到接有并联电容的线路回路方程联立上述两个方程，消去i1

，得

解得时间常数波通过电感和电容的规律（1）波经过串联电感或并联电容后，电流或电压不能突变。在t=0时，折射电压为零，陡度最大。以后随着时间的增加，折射电压按指数规律增大，最后到达由Z1导线和Z2导线之间的折射系数所决定的稳定状态αU0

串联电感时，波的最大陡度为：

并联电容时，波的最大陡度为：波通过电感和电容的规律（2）串联电感和并联电容的存在不会影响折射波的最后稳态值因为在直流电压作用下，电感相当于短路，电容相当于开路。因此，只要增加L或C的值，就能把陡度限制在一定的程度。在防雷保护中常用这一原理来减小雷电波的陡度。例题一幅值为U0=100kV

的直角波沿波阻抗Z1＝50

的电缆侵入发电机绕组、。绕组每匝长度为3m，波阻抗为800

，匝间绝缘耐压为600V，绕组中波的传播速度为。求为保护发电机绕组匝间绝缘所需串联的电感或并联的电容的数值电机允许来波的最大陡度为

若用耐压为200kV的串联电感，电感值为

电容器比电感线圈成本低得多

解：若用耐压为100kV的并联电容，电容值为

7.4波的多次折反射常用波的多次折、反射计算法网格法特性线法（贝杰龙法）两种

网格法：用网格图把波在节点上的各次折、反射的情况，按照时间的先后逐一表示出来，使我们可以比较容易地求出节点在不同时刻的电压值。网格法设在两条波阻抗各为Z1和Z2的长线之间插接一段长度为l0、波阻抗为Z0

的短线，假设两侧的两条线路均为无限长线。求B点的电压。经过n次折射后，即当(2n－1)

≤t≤(2n＋1)

时，节点B的电压为当t时，则如果

1与2同号，则1

2>0,uB(t)的波形是逐步递增的；

如果1与2异号，则1

2<0，uB(t)的波形是振荡的

12为波从波阻抗Z1的线路直接向波阻抗Z2

的线路传播时的折射系数可见：1)中间线路的存在而不会影响到它的最终值。2)但中间线段的存在及其波阻抗的大小决定了折射波的波形网格法（1）Z1＞Z0、Z2＞Z0β1＞0、β2＞0、

1＜1、

2＞1

例如在两架空线之间插接一段电缆若Z0远小于Z1及Z2

，表示中间线段的电感较小、对地电容较大（电缆就是这种情况），就可以忽略电感而用一只并联电容来代替中间线段、从而使波头陡度下降了

（2）Z1＜Z0、Z2＜Z0

β1＜0、β2＜0、

1＞1、

2＜1例如在两电缆之间插接一段架空线若Z0远大于Z1及Z2，表示中间线段的对地电容较小、电感较大（架空线就是这种情况），就可以忽略电容而用一只串联电感来代替中间线段、从而使波头陡度下降了。

（3）Z1＜Z0＜

Z2β1＜0、β2＞

0、

1＞

1、

2＞

1电压波是振荡的，波的幅值较高

（4）Z1＞Z0＞

Z2β1＞0、β2＜0、

1＜

1、

2＜

1电压波也是振荡的，但波的幅值较低

7.6平行多导线系统中的波过程前面是以单导线为研究对象，实际上的输电线路是由多根平行导线组成的。线路之间会相互影响。因此，必须研究多导线系统中的波过程。多导线中的波过程问题的核心是导线与导线间的电磁耦合7.6.1波在平行多导体系统中的传播如果大地是理想导体，忽略电阻和电导，则平行多导体系统中波的传播将仍为平面电磁波，且只有一个速度（即光速）。在平面波的情况下，导线中的电流可以看成是单位长度上的电荷q的运动形成。各导线的电荷相对而言是静止的，所以，可将麦克斯维静电方程运用到波过程的分析中。根据麦克斯维方程，在与地面平行的n根导线中，导线k的电位为其中，Q1、Q2…Qk…Qn是第1、2、…k、…n导线上单位长度的电荷，

kk和km（m≠k）分别为导线k单位长度的自电位系数和单位长度的导线间的互电位系数。自电位系数：互电位系数：（1）用镜像法可以算出：将(1)式考虑到当Qk向前运动时，将形成沿导线前行的电流vqk，将iqk＝vQk代入上式，得平行多导体系统中导线上的前行电压波和前行电流波的关系式为：其中，为波沿导线传播的速度式中，下标q代表前行的意思变形，得

Zkk：代表除导线k外，其余导线中的电流均为0时，单位前行电流波流经导线k时，在导线k上形成的前行电压波。叫自波阻抗

Zm：代表除导线m外，其余导线中的电流均为0时，导线m中流过单位前行电流波时，在导线k上感应的前行电压波。叫互波阻抗可以看出：Zkm＝Zmk，且导线k与m靠得越近，Zkm越大。

Zkm<Zkk同理，对于qk向后运动时将形成－vqk的反向电流波，此时，平行多导体系统中的反行电压波和反向电流波的关系将为：对于全部n根导线来说，可以得到以下矩阵方程：其中Z为波阻矩阵，为电位系数矩阵。以上方程，加上边界条件，即可求解平行多导体系统中的波的传播问题7.6.2平行多导线系统的等值波阻假设三相导线同时被直流电源作用（如雷电感应过电压），导线无限长（即不考虑其反射过程），三相导线对称分布，自波阻抗Z11=Z22=Z33，互波阻抗Z12=Z13=Z23。解：又由左式可化简为因此可得到三相等值波阻抗：单相等值波阻抗：考虑耦合后三相并联的波阻抗>不考虑耦合的三相并联波阻抗考虑耦合后单相波阻抗>不考虑耦合的单相波阻抗原因：两导线间有互电感和互电容，互电感使电流减小，互电容使电压升高。例题：分析电缆芯和电缆外皮的耦合关系当行波到达电缆首端时，如果电压过高，则引起首端的保护间隙或者避雷器动作，将首端的芯线和外皮连在一起。此时，芯线和外皮变成两条并联支路。u1＝u2因为i2产生的磁通全部与电缆芯交联，外皮上的电位将全部传给电缆芯。故Z22＝Z21。而i1产生的磁通只有一部分与电缆外皮交联，故Z11>Z12不考虑反射过程，有由u1=u2=u，Z12＝Z21＝Z22，得由于Z11>Z12，因此，i1＝0，当芯线与外皮短接时，全部电流都流过外皮，不流过芯线解释：当电流在电缆外皮上流动时，芯线上会感应出电压相等，但方向相反的电动势，阻止电流流进芯线。此现象类似于趋肤效应。在直配电机的防雷保护中得到广泛应用。7.6.3平行多导线的耦合系数当开关合上时，导线1上出现前行电压波u1＝U0，求此时导线2上感应的电压波u2。由i2＝0解：消去i1，得K为导线1对导线2的耦合系数。因为Z12<Z11，所以K

<1。

根据耦合系数可以算出，当导线1上有电压波作用时，导线1和导线2间的电位差为

两导线离得越近，导线间的电位差就越小。

耦合系数的实际意义:例如在过电压保护中常用避雷线来保护送电线路。当雷击于避雷线时，避雷线的电位将升高，此时避雷线和导线间的绝缘是否会击穿和二者之间的耦合系数K有很大关系。

对多导体架空线路，K约为0.2

0.3。

两根避雷线的情况解：避雷线1、2与导线3的电压方程为

由于Z11=Z22，i1=i2，u1=u2，且i3＝0，因此解得避雷线1、2对导线3的耦合系数k1,2-3

K13

、K23

、K12

分别为导线1与3、2与3、1与2之间的耦合系数当雷击于金属杆塔时，将使避雷线电位抬高到U0，问导线3上感应的电压从上式可以看出：注意：以上关于波过程的分析是假定大地为理想导体的。此时在第1根导线上加电压波u1之后，在平行的第2根导线上将感应出电压波u2，两者波形相似，只是幅值不同。但当考虑大地的电阻率后，波在多导体系统中的传播可以有不同的速度，这将引起传播过程的畸变。上述所得的结论在距离雷击点远处将不再成立；但仍可用于雷击点附近。7.7波的衰减与变形任何波在实际线路上传播都会有损耗，损耗来源：1）导线电阻；2）导线对地电导；3）大地的损耗；4）电晕损耗；7.7.1波沿线路传播时的衰减和变形R0包括导线电阻和大地电阻，G0包括绝缘泄漏和介质损耗。R0和G0将电能转化为热能，使波形衰减；当R0/G0≠L0/C0时，电能和磁能的消耗不相等，将导致波形变形。单根有损长线的单元等值电路例子：直角波的衰减与变形分析假定等值线路中的各参数均为常数。直角电压波幅值为U，电流波幅值为I当电压波传播时，单位长度导线上的电容获得的电场能为电导消耗的电场能为电压u的衰减规律为：当电流波传播时，单位长度导线上的电感获得的磁场能为电阻消耗的磁场能为：电流i的衰减规律为：

在电磁波的传播过程中，可能在某一时刻，磁能消耗>电能消耗这样，空间电磁场就会发生电能向磁能的转换。这样，电压波幅值就会下降，而电流波幅值会上升。也即电压波发生负反射，电流波发生正反射。并保持电磁波行进方向上不变。

如果满足条件，则波在传播过程中，单位长度上消耗的磁能与电能之比，正好等于在导线电阻上的热损耗和线路电导上的热损耗之比。此时u，I波形的改变相同，因此波只会发生衰减，而不会发生变形实际上，理想的无畸变条件在输电线路总不能满足，因此波总会发生衰减和变形。对于架空线，波的衰减主要由R0引起（因泄漏电导很小）。7.7.2冲击电晕对波过程的影响当线路上出现雷击或者过电压时，会产生冲击电晕。此时，波传播时的衰减和变形将主要因冲击电晕而引起。电晕发展基本上只与电压瞬时值有关，而与波头时间无关。因为电晕发展时间很短，在10ns的量级。电晕发展与冲击波极性相关。正极性冲击为细丝状，负极性冲击为舌状。雷电多为负极性。一、对导线耦合系数的影响

出现电晕后，电晕区内，径向电导增加，径向电位梯度下降，导线等效半径扩大，因而耦合系数也增加。K0为几何耦合系数。K1为电晕校正系数

k=k1*k0耦合系数的电晕校正系数k1二、对波阻抗和波速的影响有冲击电晕时，波阻抗减小，一般可减小20%-30%在平行多导线系统中，导线自波阻抗变小，互波阻抗不变波速的表达式：波阻抗的表达式在冲击电晕作用下，L0不变，而C0减小有冲击电晕时，波速减小，减小到0.75的光速。三、对波形的影响u0(t)表示原来的波形u1(t)表示沿导线传播距离l后，衰减与变形的波形。Uc为电晕起始电压，从此开始波速变慢电压越高，电晕层就越厚，波速就越低可以将两条曲线的交点看成是变形后的波的峰值点。估算电压瞬时后移的时间的经验公式U：原始波形上某瞬时电压幅值，kV;l:行波的传播距离，kmh0:导线平均悬挂高度,km冲击电晕减低波的陡度和幅值，可用于变电所的防雷中。7.8变压器绕组中的波过程研究此问题的原因变压器绕组直接与输电线路相连，因此它们经常受到来自线路的过电压的侵袭。各种电磁振荡过程将在绕组的主绝缘和纵绝缘上感应出过电压。分析这些过电压，是绕组绝缘结构设计的基础7.8.1单相变压器绕组的波过程变压器绕组的等值电路在不计互感、电阻和电导情况下的等值电路L0－单位长度上的自感，C0－单位长度上的对地电容；K0－单位长度上的匝间电容直角波作用于绕组上，由于瞬间电感上的电流不能突变，因此其等值电路变为设距离绕组首端x处的电压为U0，则电容K0/dx上的电压与电流满足关系：电容C0dx上的电压和电流满足关系：两式联立，解得：其中A、B由初始条件决定(1)绕组末端接地边界条件为：解得，则电压分布为(2)绕组末端开路边界条件为：解得，则电压分布为在不同的

l下，绕组电压初始分布的变化(a)末端接地(b)末端短路从图、公式中可以看出：1)

l越大，绕组上电压分布不均匀性越明显。当

l>5时，末端开路和末端接地的情况基本相同。绕组中的起始电压分布取决于绕组全部对地电容C0l和全部匝间电容K0/l4)最大电位梯度出现在绕组首端。变压器绕组中的电磁振荡过程在10

s还未发展起来。因此，在分析雷电波的危害时，绕组中的电感在高频情况下阻抗很大，流过它的电流也就很小。绕组中的电位分布与起始电位分布非常接近。为分析方便，将忽略电感后的绕组的电容链等值为一个电容，叫做入口电容。变压器可用一入口电容来表示。C－绕组总的对地电容,K－绕组总的匝间电容。变压器入口电容与其结构、电压等级和电容量有关。纠结式绕组变压器高压端绕组的等值入口电容二、稳态电位分布与振荡过程变压器绕组在稳态情况下，电感短路，电容开路，因此绕组的电位分布取决于绕线电阻，分布均匀。振荡过程的特点总结1）振荡的激烈程度与稳态电位分布与起始电位分布之差有关。在无阻尼状态下，最大电压为：U最大＝U稳态＋（U稳态－U初始）＝2U稳态－U初始2）由于各点频率不同，因此各点到达峰值时刻不同。将各点峰值点连接，可得最大电位包络线。无损耗时的包络线如曲线4所示。3）末端接地时，最大电位出现在约1/3处，1.4U0

末端开路时，最大电位出现在末端，为1.9U0.起始电压分布时，最大电位梯度在首端，为

U0

但在随后的振荡过程中，其他地方可能出现更高的电位梯度。5）绕组内的波过程还与冲击波形有关。波头时间越长，由于电感的分流影响，振荡越缓和，最大对地电压和纵向电位梯度都将下降。波尾时间越短，如短波过程，振荡还未充分发展，外加电压已经减小，因此绕组中的对地电压和电位梯度也下降。截波侵入绕组的过程1－绕组的入口电容2－管型避雷器或者设备闪络L－入口线段的电感截波u可看成是u1和u2的叠加。u2的幅值可接近u1的2倍，而且非常陡。因此将在绕组上产生很高的过电压，危及到变压器的纵绝缘。实测表明：截波作用下的绕组内的最大电位梯度将比全波作用时大。对电力变压器必须进行截波冲击试验。三、改善绕组中电位分布的方法稳态电位分布与初始电位分布不同是造成振荡的原因。减弱振荡的方法就是使得初始电位分布尽量＝稳态电位分布，即一种均匀分布。初始电位分布不均匀的原因在于电容链中，对地电容的分流作用。改善初始电位分布的方法主要有两种：一是补偿对地电容的影响，二是增大纵向电容。(一）补偿对地电容的影响1－静电环高压端2－绕组的线饼3－静电匝4－静电匝的绝缘5－垫圈(一）补偿对地电容的影响真正实现全补偿是很难的，也没有必要。一般只要部分补偿，使得绕组各处电位都不超过Ｕ0就可以了。对220kV以上的变压器，会显著增加体积和重量。204(二）增大纵向电容减小

l，也可以减小不均匀性。也即增大纵向电容K0纵向补偿的实际结构由于安装和绝缘限制，通常只用在首端附近的几个线饼中大容量变压器中的纵向补偿连续式绕组：K1－10＝K0/8;纠结式绕组：K1－10＝K0/27.8.2三相绕组中的波过程电力变压器一般按照Y、Y0、△

等接线方式。雷电冲击波可能从一相、两相或者三相接入；三绕组变压器的波过程与单相变压器基本相同，只是随接线方式和进波方式有所不同。星形接线中性点接地（Y0）当变压器采用Y0接地，三相间相互影响很小，可按三个独立的单相绕组波过程分析。二、星形接线中性点不接地（Y）一相进波时：波到达不中性点后经由两相绕组传出。后两相等效为并联的两个L－K－C回路209一相进波的特点：入侵波幅值为1/2U0由于绕组的冲击波阻抗远大于线路的波阻抗，因此其他两相波阻抗的线路侧的端点可认为是接地的。起始电位分布与后两相关系不大，可认为此时中性点电位接近为0。稳态电位分布时，按电阻分配，成为折线。中性点为1/3U0最大电位包络线为曲线3。振荡过程中，中性点最大电位为2/3U0两相进波时两相波达到中性点后将同时由第三个绕组传到线路上。可按照单相进波的叠加计算波过程。中性点稳态电位为2/3U0，最大电位为4/3U0三相进波时

规律与单相绕组末端开路情况基本相同。中性点最大电位为首端电位的2倍。三、三角形接线一相入侵时：因为绕组的冲击波阻抗远大于线路的波阻抗，因此B、C两端点相当于接地。此时，在AB、AC绕组中的波过程与末端接地时的相同。两相或者三相入侵时：用叠加法分析.1表示A端或者B端进波时的初始分布2表示A端或者B端进波时的稳态分布虚线3表示A、B端同时进波时的初始分布实线4表示A、B端同时进波时的稳态分布振荡过程中，最高电位在中点M处，为2U07.8.3冲击电压在绕组间的传递当波浸入变压器的高压绕组时，会感应到低压绕组中，感应途径为：1静电感应2电磁感应感应过电压很大时，会造成低压绕组处的绝缘击穿。近似计算这种感应过电压时，用叠加法，将两种途径的感应过电压分别计算后再相加。一、绕组间的静电感应由于电感中电流不能突变，因此只存在电容耦合。因此与变比无关。在绕组2开路时，静电感应的电压为：通常，低压绕组和很多线路相连，因此，还有很多电容和C20并联，此时U2不大。但当空载时，需要进行过电压防护。二、绕组间的电磁感应线路电感中会逐渐流过电流。电流所产生的磁通会在另一个绕组中感应出电压。这种电压就叫电磁感应分量。电磁感应分量与变比有关，但由于铁芯损耗，所以不是与变比成正比。通常，低压绕组绝缘裕度的设计远大于高压绕组，因此，电磁感应过电压，只是在从低压感应到高压时才有危险。一般依靠在高压出线端安装三相避雷器进行防护。7.9旋转电机绕组中的波过程当波作用于旋转电机时，也可用LCK回路分析。一般选择电机要加外部保护措施，如（在发电机前并联电容），因此来波陡度平缓，波头时间大于10us，即du/dt很小。无论是单匝还是多匝电机，k0du/dt都很小，因此可忽略K的影响。在计算波过程时，可将旋转电机绕组看成具有一定波阻抗的导线。旋转电机指的是经过电力变压器或直接与电网相连的发电机、同步调相机和大型电动机等，它们的绕组在运行过程中部有可能会受到过电压波的作用。一、电机绕组中的波阻抗及波速电机槽内部分和端部部分的L0，C0是不同的，因此波阻和波速也有规律的变化，但一般用只看宏观的平均值。波阻抗与电机容量、电压和转速有关。

电压升高→每槽匝数增加→电感变大→波阻抗增加

容量加大→导线半径增加→每格匝数减小→电容增加，电感减小→波阻抗减小对于低速电机，可用图中值的2倍估算波阻抗波速容量加大→导线半径增加→每格匝数减小→电容增加，电感减小→，一般电感的减小没有电容的增加那么快→波速下降二、波在电机绕组中的传播波在电机绕组中传播时，存在铁损、铜损、介质损耗。以铁损最大。因此，衰减和变形都很严重。衰减可计算：中小容量的电机：

＝0.0005m-1;大容量电机：

＝0.0015m-1当波沿电机绕组传播时，绕组中的电位如左图所示。最大电位梯度在首端。匝间承受冲击电压为：因此，允许来波最大陡度为：一般将进波陡度限制在5kV/us以下。高电压技术

第6章

输电线路防雷保护重要知识点清单本章知识要点雷云的产生和雷电放电过程了解雷电产生过程的一般性陈述雷对地放电过程先导放电过程的特点主放电过程的特点什么是正雷闪，什么是负雷闪雷击放电的等值电路和雷电流定义等值电路及其假设前提雷电流的定义——为什么雷电流幅值是雷击通道电流波的2倍？本章知识要点描述雷电活动的若干参数幅值分布概率表达形式雷电流实际波形和标准波形的差异雷电流波形的计算简化什么情况下用斜角平顶波/三角波，什么情况下用半余弦波雷暴日和雷暴小时落雷密度国家标准中涉及雷电活动描述的内容有哪些？本章知识要点避雷针避雷针的作用避雷针的保护范围什么是折线法什么是滚球法击距的概念，电气几何模型避雷线避雷线的作用避雷线的保护长度和保护范围避雷线保护角的概念本章知识要点避雷器避雷器的原理——为什么避雷器可以“避雷”？各种物理避雷器的结构特点及其保护原理金属氧化物避雷器描述ZnO的非线性伏安特性为什么ZnO有残压？各种避雷器的综合比较接地的基本概念高压工程中“地”的概念如何理解？接地的分类接地电阻是怎样得到的？为什么有冲击接地电阻的说法？本章知识要点接地装置按实际工程所需，接地装置接地电阻的大小有什么差别？什么是垂直接地体，什么是水平接地体？什么情况下使用伸长接地体？避雷针的接地和架空线的接地发电厂和变电站的接地有什么特殊性？国家标准中有关接地装置和接地电阻的要求有哪些？课程内容第8章雷电及防雷保护装置我国每年因雷害伤亡人数大约在10500人左右电力系统每年雷击跳闸事故造成直接经济损失约200亿元防雷是电力系统安全运行的永恒主题防雷在社会生产生活的方方面面也都有重要的实践意义8.1雷云放电及雷电过电压概念：雷云热气流上升，冷凝产生冰晶，冰晶碰撞分裂，导致带负电荷的较轻部分被风吹走，形成雷云；带正电荷的较重部分可能形成局部带正电的云区或者凝聚成水滴下降。5~10km主要为正电荷云层；1~5km主要为负电荷云层整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷位于雷云下部，离地大约500-1000m——从而在地面上感应出正电荷雷云电荷与地面感应电荷构成空间电场空间电场强度大于大气放电临界击穿场强，即开始云间（云闪）或云对地（地闪）的火花放电电力工程上关心的是云对地的放电（地闪）雷云对大地放电通常分为先导放电和主放电两个阶段，逐级推进。雷击先导放电特点：逐级推进向地面发展，发展速度慢，各级发展间有停歇每级长度10~200m，伸展速度107m/s，每级停歇10~100us平均速度：(1-8)x105m/s地面强电场区可以发生向上的迎面先导雷击主放电上、下行先导相遇，发生主放电，电荷中和电流方向自下而上，又称“回击”速度极快，107m/s量级大部分雷击都是负雷闪（90%），少部分是正雷闪主放电通道的电离态阻抗下，可以多次雷击，平均2~3次基于长间隙放电模拟雷电①发展中断的负极性先导；②负极性梯级先导；③流注贯穿区域；④正极性上行先导；⑤

放电击穿通道①

不连续先导；②

连续先导起始；③

最后跃变；④

放电击穿通道负极性标准操作波棒–棒间隙放电过程观测结果负极性操作波下3m板–棒间隙迎面先导发展过程8.1.2雷击时的等值电路主放电瞬间，可用开关S的闭合来模拟Z是被击物的阻抗。由于电荷运动形成电流，因此雷击点的电位发生突然变化u＝iZ雷电具有电流源的性质。当Z＝0时，i=2*i0;一般，Z0＝300-400

，Z<<Z0，因此，也可认为i=2*i0i称为雷电流8.2雷电参数及雷电活动规律在防雷设计中，最关心的是雷电流波形、幅值分布及落雷密度等8.2.1雷电流幅值和波形对于雷暴日数≥20的地区，我国现行推荐雷电流幅值概率为：对于雷暴日数<20的地区(除陕南以外的西部地区、内蒙古部分地区），我国现行推荐雷电流幅值概率为：波形和极性我国防雷规程建议值为：2.6/50

s，平均陡度为

在保护计算中，可取双指数波，为简化计算，一般可取斜角平顶波。但在特高塔的设计中，可取半余弦波头，表达式为：I为雷电流幅值；ω为角频率，ω=π/τ