高电压技术-线路上的波过程

1、第二篇：电力系统过电压及保护,线路上的波过程,主要内容,1、波过程的物理概念 2、波动方程 3、行波的折射和反射 4、彼德逊法则（集中参数等值电路） 5、波经过电容和电感 6、波的多次折反射 7、波在平行多导线系统中的传播（耦合系数） 8、冲击电晕对波过程的影响,集中参数和分布参数的区别,划分两者的依据: 当该元件的线性尺寸L 所传播的电磁波波长时, 即电磁波波长较小时要用分布参数 如：L=50Km 工频=V/f=3 x 108m/s x 1/50=6000Km =120L，需用集中参数来计算 雷电冲击=VT=3 x 108m/s x 50 x 10-6s=15Km =0.3L，需用分布参数来

2、计算不同时刻线路各 点的电压与电流变化,1. 波过程的物理概念,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 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 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,电压波和电流波沿线路的流动，实际上就是电磁波沿线路的传播过程 电压波和电流波的关系 电流波和电压波沿导线的传播过程实际上就是电磁能量传播的过程,2.单根无损线波动方程,采用运算微积求解：拉氏变换,根据拉氏变换的延迟定理,变量置换,波动方程,前行波和反行波,电压前行波 以速

3、度v向x方向运动,电压反行波 以速度v向x反方向运动,即：t=t1时，位置x1点的电压为Ua t=t 时, 位置x点的电压为Ua,Ua,Ua,电压波和电流波的关系,电压波与电流波通过波阻抗 Z 相互联系 电压波符号只与地电容电荷的符号有关 电流波符号由电荷符号和运动方向决定,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 不同方向的行波，Z前面有正负号 Z只与单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关 既有前行波，又有反行波 波在行进过程中不改变波形及幅值,单根无损线波过程特点,3. 波的折射和反射,线路参数突然改变引起 边界条件：在节点A只有一个电压和电流,当Z1Z2时，U1f0, U2

4、qU1q,电压折射系数U 电压反射系数U,当Z10, U2qU1q,线路末端开路 电压折射系数=2，电压反射系数 =1 能量角度解释：P2=0，全部能量反射回去，使线路上反射波到达的范围，单位长度总能量等于入射波能量的2倍，反射波到达后线路电压为2倍的入射波，电流为零，磁场能量也为零，全部能量都储存在电场,线路末端短路 电压折射系数=0，电压反射系数 =-1 能量角度解释：因为线路末端接地短路，入射波到达末段后，全部能量反射回去成为磁场能量，电压为0，电流增加1倍,线路末端接有负载电阻R=Z1 电压折射系数=1，电压反射系数 =0 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 接

5、有载电阻和另一波阻抗相同的线路两种情况的物理意义相同吗？,A,B,Uq,Uq,Uf,Uq=at Uf=a(t-2) =L/v,L,斜角波传播过程,4. 集中参数等值电路（彼德逊法则）,适用范围：入射波必须沿分布参数线路传播而来，和节点相连的线路必须无穷长或反射波没有到达计算点,Z,2,Z,1,Z,2,u,1,q,(,t,),A,i,2,u,2,u,2q,(,t,),Z,1,i,2q,2,u,1,q,(,t,),Z,2,U,2q,(,p,),Z,1,I,2q,(,p,),2,U,1,q,(,p,),例题：某变电所母线上接有条线路，其中某一条线路落雷，电压幅值为U0 的雷电流自该线路侵入变电所，求

6、母线上的电压。,n-1,折射系数：,5. 波经过电容和电感,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,=E,A,C,Z,1,Z,2,u,1,q,=E,A,C,u,2,q,u,1,f,波经过电容,波经过电感,最大陡度发生在t=0时刻 只要增加电容或电感就可以将限制侵入波的陡度 在无穷长的直角波作用下，电容和电感对最终的稳态值没有影响，因为直流电压作用下，电容相当于开路、电感相当于短路,6. 波的多次折反射,7. 波在平行多导线系统中的传播,静电方程,考虑到 为第k根导线中的电流,平行多导线的耦合系数,导线1对导线2的耦合系数1,平行多导线的耦合系数,随导线之间距离的减小而增大，两根导线越靠近，其耦合系数越大 耦合系数是输电线路防雷计算的一个重要参数 由于耦合作用，当导线1上有电压波作用时，导线1、2之间的电位差不再等于E，而是比E小 导线之间的耦合系数越大，其电位差越小，这对线路防雷是有利的,8、冲击电晕对波过程的影响,造成行波衰减和变形的因素： 导线与大地之间的漏导和导线电阻使行波消耗一部分能量 线路参数随频率而变得特性 过电压的作用，导线上出现冲击电晕主要原因,冲击电晕对耦合系数的影响,冲击电晕使导线有效半径增大，使导线间耦合系数增大 k0 几何耦合系数 k1 电晕效应耦合系数,冲击电晕对波阻和波速的影响,冲击电晕使导线对地电容增大、电感不变 导