第六章电力系统过电压与绝缘

第三篇电力系统过电压与绝缘配合

工频电压升高暂时过电压内部过电压谐振过电压电力系统操作过电压过电压直接雷击过电压雷电过电压感应雷击过电压

内容第六章输电线路和绕组中的波过程第七章雷电放电及防雷保护装置第八章电力系统防雷保护第九章内部过电压第十章电力系统绝缘配合集中参数电路分析对象的尺寸比波长小的多分布参数电路分析对象的尺寸与波长可比u＝f（x，t）i＝f（x，t）第六章输电线路和绕组中的波过程内容第一节波沿均匀无损单导线的传播第二节行波的折射和反射第三节行波的多次折、反射第四节波在多导线系统中的传播第五节波在有损耗线路上的传播第六节变压器绕组中的波过程第七节旋转电机绕组中的波过程一、线路方程及解方程组第一节波沿均匀无损单导线的传播解式中u’－电压前行波；i’－电流前行波u’’－电压反行波；i’’－电流反行波二、波速和波阻抗波速架空单导线hc－导线的平均对地高度，m；r－导线的半径，m；ε0-真空介电常数，1/(36π×109），F/m；εr-相对介电常数；μ0-真空的磁导率，4π×10－7，H/m；μr-相对磁导率，单芯同轴电缆R－接地铅包的内半径，m；r－缆芯的半径，m；εr≈

4(油纸绝缘）；μr≈

1。波阻抗架空线300（分裂导线）－500（单导线）Ω电缆10－50Ω前行波注意Z与R相似与ω、波形无关，u与i同相行波功率P=u’×i’＝u’2/Z=i’2Z,与电阻相同Z与R不同Z与长度无关，R与长度有关Z不消耗能量，R消耗能量三、均匀无损单导线波过程的基本概念△C充电，建立电场△L充电，建立磁场无限长直角波（1)有限长直角波（2)平顶斜角波第二节行波的折射和反射一、折射系数和反射系数u’1、i’1—入射波u’2、i’2—折射波u’’1、i’’1—反射波Z2上无反行波或反行波尚未抵达节点Au’1＋u’’1＝u’2i’1＋i’’1＝i’2u’1＝i’1Z1

u’’1＝－i’’1Z1

u’2＝i’2Z2

电压折射系数电压反射系数α、β关系：1+β=α0≤α≤2-1≤β≤1Z2<Z1α<1、β<0Z2>Z1α>1、β>0二、几种特殊端接情况下的波过程（一）线路末端开路（电压全反射）Z2=∞、α=2、β=1u’2＝2u’1、u’’1=u’1i’’1＝－u’’1/Z1＝－u’1/Z1＝-i’1（二）线路末端短路（接地）（电流全反射）Z2=0、α=0、β=－1u’2＝0

、u’’1=－u’1i’’1＝－u’’1/Z1＝u’1/Z1＝i’1（三）线路末端对地跨接一阻值R=Z1的电阻Z2=Z1、α=1、β=0u’2＝u’1、u’’1=0无反射三、集中参数等值电路（彼德逊法则）u’2＝u’1＋u’’1i’2＝i’1＋i’’1＝u’1/Z－u’’1/Zu’2＝2u’1-i’2Z（电压源等值）2i’1＝u’2/Z＋i’2（电流源等值）【例6-1】求母线电压Ubb解：(一）波穿过电感方程：解：回路时间常数：u’2波前陡度：电压反射波：t＝0:u’’1=u’1t＝∞:u’’1=βu’1电压入射波为矩形波（冲击截波）串联电感作用拉平波前和波尾降低幅值(二）波旁过电容方程：解：回路时间常数：u’2波前陡度：电压反射波：t＝0:u’’1=－u’1t＝∞:u’’1=βu’1结论（1)行波穿过电感或旁过电容时，波前拉平，陡度减小。(2)在无限长直角波的情况下，L和C对最终稳态值没有影响。（3)反射波的影响L发生电压全反射C发生电流全反射（4)从过电压保护的角度出发，采用并联电容更为有利。【例6-2】绕组每匝长度3m，匝间绝缘能耐受的电压600V，波在绕组中的传播速度60m/μs。求电容值。解：节点B电压：t→∞时，B的电压最终幅值：第三节行波的多次折、反射波形：（1)Z0<Z1和Z2，β1和β2>0若Z0《Z1和Z2，可用电容来代替中间线段（2)Z0>Z1和Z2，β1和β2<0若Z0》Z1和Z2，可用电感来代替中间线段

波形：（3)Z1<Z0<Z2，β1<0和β2>0,β1β2<0uB的波形是振荡的uB的最终稳态值UB>U0（4)Z1>Z0>Z2，β1>0和β2<0,β1β2<0uB的波形是振荡的uB的最终稳态值UB<U0麦克斯韦方程组导线k自波阻抗导线k与n间的互波阻抗第四节波在多导线系统中的传播【例6-3】求导地线间绝缘上的过电压u12解:

u2≠0?正、负电荷在导线2上作横向分离，u2与u1同步推进、同生同灭u2的极性与u1相同u2与u1的波形相同，但u2<u1【例6-4】求雷击塔顶时双避雷线线路两根避雷线与各相导线间的耦合系数解：【例6-5】试分析电缆芯与电缆皮之间的耦合关系解：能量损耗的因素(1)导线电阻(2)大地电阻(3)绝缘的泄漏电导与介质损耗(4)极高频或陡坡下的辐射损耗(5)冲击电晕上述因素使行波发生的变化(1)波幅降低(2)波前陡度减少(3)波长增大(4)波形凹凸不平处变得比较圆滑(5)电压波与电流波的波形不再相同第五节波在有损耗线路上的传播一、线路电阻和绝缘电导的影响波流过的距离越长，衰减越多电缆的衰减比架空线大得多波形变化越快，集肤效应越显著，衰减越多二、冲击电晕的影响发生冲击电晕，增大了导线对地电容(1)波阻抗减少(2)波速减少(3)耦合系数增大k0-几何耦合系数k1-电晕校正系数二、冲击电晕的影响(4)波的衰减与变形波过程与下列因素有关绕组的接法中性点接地方式进波情况第六节变压器绕组中的波过程一、单相绕组中的波过程L0-单位长度绕组的自感

C0-单位长度对地电容

K0-单位长度匝间电容△L=L0△x，△C=C0△x，△K=K0/△x（1)t＝0

初始最大电位梯度出现在绕组首端变压器的入口电容CT(2)t＝∞中性点接地中性点绝缘(3)t=0→t=∞的过渡过程二、变压器对过电压的内部保护（一）补偿对地电容电流（横向补偿）（二）增大纵向电容（纵向补偿）（二）增大纵向电容（纵向补偿）三、三相绕组中的波过程（一）星形接法中性点接地（Y0)与中性点接地同（二）星形接法中性点不接地（Y)（三）三角形接法（△）四、波在变压器绕组间的传递（一）静电感应（电容传