高電壓技術：7 線路和繞組中的波過程-1

1、電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合 過電壓的概念：指電力系統(tǒng)中出現的對絕緣有危險的電壓升高和電位差升高。過電壓的分類： 主要內容首先,介紹過電壓及其防護問題的基礎波過程理論。 然后,探討各種過電壓的產生機理、發(fā)展過程、影響因素、防護措施等。 最后,探討電力系統(tǒng)絕緣配合問題。7 線路和繞組中的波過程 7.1 波在單根均勻無損導線上的傳播 7.2 行波的折射和反射 7.4 行波的多次折、反射 7.5 行波在無損平行多導線系統(tǒng)中的傳播 7.6 沖擊電暈對線路上波過程的影響 7.7 變壓器繞組中的波過程 7.8 旋轉電機繞組中的波過程7 線路和繞組中的波過程為什么研究波過程？“當電路中的最大實際線性尺寸比起我們

2、所研究的諧波的波長小得多時（電磁波通過電路的時間可以認為是瞬間的），可作集中參數處理，否則，如果實際電路的尺寸不遠小于工作時電磁波的波長，應作分布參數分析”。工頻電壓下的輸電線路:工頻周期為0.02s，那么一周期電壓在輸電線路上占用的長度為： 架空線：工頻50Hz；波速300m/us 波長為300m/us x 0.02= 6000km 由于輸電線路的長度一半都遠遠小于6000km，因此線路不長的輸電線路都用集中參數等值電路來表示。即輸電線路的電壓和電流只與時間有關而與空間位置無關。 過電壓下的輸電線路：過電壓波的變化速度很快、延續(xù)時間很短，以波前時間等于1.2us的沖擊波為例，電壓從零變化到最

3、大值（0Um）只需要1.2us，波的傳播速度為光速c（300m/us），所以沖擊電壓波前在線路上的分布長度只有360m。因此輸電線路上各點電流和電壓都是不同的，不能將線路各點的電路參數合并成集中參數處理。波過程就是分布參數電路的過渡過程。分布參數電路最根本的特點在于電壓、電流不但是時間t的函數，而且是位置x的函數。例如，波前時間等于1.2us的沖擊波電壓從零變化到最大值只需要1.2us，波速為光速c（300m/us），沖擊波波前在線路上的分布長度只有360m。取工頻正弦電壓的第一個1/4周波作為波前，那么這時的波前時間為5000us，波前分布在1500km長的導線上。7.1 波在單根均勻無損導

4、線上的傳播7.1.1 單根輸電線路的等值電路 7.1.2 波阻抗和波速7.1.3 波動方程及其解7.1.4 前行波和反行波實際輸電線路往往采用三相交流或雙極直流輸電，均屬多導線系統(tǒng)。為了清晰地揭示線路波過程的物理本質和基本規(guī)律，先研究均勻無損單導線。7.1.1 單根輸電線路的等值電路考慮導線的電感、電阻、對地電容和電導沿導線具有分布性，忽略導線的能量損耗，設單位長度線路的電感和電容均為恒值，分別為L0和C0，導線的等值電路如下圖所示。均勻無損導線的等值電路7.1.2 波阻抗和波速在dt時間內，波前進了dx，長dx的導線，電容為C0dx，通過電流i充電到u，因此有在dt時間內，長dx的導線，電感

5、為L0dx，已建立電流i ，產生的磁通為L0dx i，因此導線上的電位u為（7-1）（7-2）（7-1）（7-2）（7-3）（7-4）（7-7）（7-5）（7-6）（7-10）（7-11）（7-8）（7-9） 由式（7-3）可知，在無損均勻導線中，某點的正，反方向電壓波與電流波的比值是一個常數，該常數具有電阻的量綱，稱為導線的波阻抗。 （7-3）波阻抗與電阻的物理含義比較： 波阻抗 電阻表示電壓波與電流波的比值 ，大 表示電壓與電流的小取決于導線單位長度的電感和 比值，大小與導線長電容，與長度無關； 度和導線材質有關；表征導線周圍介質獲得或存儲電磁 吸收并轉變?yōu)闊崮苣艿拇笮?，并不消耗?消耗掉

6、；波阻抗具有正負號，表示不同方向 沒有正負號。的流動波。波阻抗表示電壓波與電流波的比值 ，大小取決于導線單位長度的電感和電容，與導線的幾何尺寸、懸掛高度和周圍的介質有關。架空線路的波阻抗約300500，電纜線路的波阻抗約1050波速與導線周圍媒質的性質有關，而與導線 半徑、對地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關。架空線路的波速約每微秒300公里，電纜線路的波速約每微秒150公里均勻無損單導線的方程組為：波動方程解為 7.1.3 波動方程及其解 代表一個任意形狀并以速度v朝著x的正方向運動的電壓波； 是一個以速度v朝著x的負方向運動的電壓反行波。電壓波的符號只取決于它的極性(導線對地電容上相應電荷的符號),而與電荷的運動方向無關；電流波不但與相應的電荷符號有關，而且與電荷的運動方向有關。7.1.4 前行波和反行波小 結電壓u由朝著x的正方向運動的電壓波uf和朝著x的負方向運動的電壓波ub疊加而成；電壓波的符號只取決于它的極性,而與電荷的運動方向無關；電流波不但與相應的電荷符號有關，而且也與電荷的運動方向有關。電壓波與電流波的比值為常數，具有電阻相同的量綱，稱為波阻抗。波阻抗大小取決于導線單位電感和電