第六章電力系統(tǒng)過電壓與絕緣

第三篇電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合

工頻電壓升高暫時過電壓內部過電壓諧振過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓過電壓直接雷擊過電壓雷電過電壓感應雷擊過電壓

內容第六章輸電線路和繞組中的波過程第七章雷電放電及防雷保護裝置第八章電力系統(tǒng)防雷保護第九章內部過電壓第十章電力系統(tǒng)絕緣配合集中參數(shù)電路分析對象的尺寸比波長小的多分布參數(shù)電路分析對象的尺寸與波長可比u＝f（x，t）i＝f（x，t）第六章輸電線路和繞組中的波過程內容第一節(jié)波沿均勻無損單導線的傳播第二節(jié)行波的折射和反射第三節(jié)行波的多次折、反射第四節(jié)波在多導線系統(tǒng)中的傳播第五節(jié)波在有損耗線路上的傳播第六節(jié)變壓器繞組中的波過程第七節(jié)旋轉電機繞組中的波過程一、線路方程及解方程組第一節(jié)波沿均勻無損單導線的傳播解式中u’－電壓前行波；i’－電流前行波u’’－電壓反行波；i’’－電流反行波二、波速和波阻抗波速架空單導線hc－導線的平均對地高度，m；r－導線的半徑，m；ε0-真空介電常數(shù)，1/(36π×109），F(xiàn)/m；εr-相對介電常數(shù)；μ0-真空的磁導率，4π×10－7，H/m；μr-相對磁導率，單芯同軸電纜R－接地鉛包的內半徑，m；r－纜芯的半徑，m；εr≈

4(油紙絕緣）；μr≈

1。波阻抗架空線300（分裂導線）－500（單導線）Ω電纜10－50Ω前行波注意Z與R相似與ω、波形無關，u與i同相行波功率P=u’×i’＝u’2/Z=i’2Z,與電阻相同Z與R不同Z與長度無關，R與長度有關Z不消耗能量，R消耗能量三、均勻無損單導線波過程的基本概念△C充電，建立電場△L充電，建立磁場無限長直角波（1)有限長直角波（2)平頂斜角波第二節(jié)行波的折射和反射一、折射系數(shù)和反射系數(shù)u’1、i’1—入射波u’2、i’2—折射波u’’1、i’’1—反射波Z2上無反行波或反行波尚未抵達節(jié)點Au’1＋u’’1＝u’2i’1＋i’’1＝i’2u’1＝i’1Z1

u’’1＝－i’’1Z1

u’2＝i’2Z2

電壓折射系數(shù)電壓反射系數(shù)α、β關系：1+β=α0≤α≤2-1≤β≤1Z2<Z1α<1、β<0Z2>Z1α>1、β>0二、幾種特殊端接情況下的波過程（一）線路末端開路（電壓全反射）Z2=∞、α=2、β=1u’2＝2u’1、u’’1=u’1i’’1＝－u’’1/Z1＝－u’1/Z1＝-i’1（二）線路末端短路（接地）（電流全反射）Z2=0、α=0、β=－1u’2＝0

、u’’1=－u’1i’’1＝－u’’1/Z1＝u’1/Z1＝i’1（三）線路末端對地跨接一阻值R=Z1的電阻Z2=Z1、α=1、β=0u’2＝u’1、u’’1=0無反射三、集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）u’2＝u’1＋u’’1i’2＝i’1＋i’’1＝u’1/Z－u’’1/Zu’2＝2u’1-i’2Z（電壓源等值）2i’1＝u’2/Z＋i’2（電流源等值）【例6-1】求母線電壓Ubb解：(一）波穿過電感方程：解：回路時間常數(shù)：u’2波前陡度：電壓反射波：t＝0:u’’1=u’1t＝∞:u’’1=βu’1電壓入射波為矩形波（沖擊截波）串聯(lián)電感作用拉平波前和波尾降低幅值(二）波旁過電容方程：解：回路時間常數(shù)：u’2波前陡度：電壓反射波：t＝0:u’’1=－u’1t＝∞:u’’1=βu’1結論（1)行波穿過電感或旁過電容時，波前拉平，陡度減小。(2)在無限長直角波的情況下，L和C對最終穩(wěn)態(tài)值沒有影響。（3)反射波的影響L發(fā)生電壓全反射C發(fā)生電流全反射（4)從過電壓保護的角度出發(fā)，采用并聯(lián)電容更為有利?！纠?-2】繞組每匝長度3m，匝間絕緣能耐受的電壓600V，波在繞組中的傳播速度60m/μs。求電容值。解：節(jié)點B電壓：t→∞時，B的電壓最終幅值：第三節(jié)行波的多次折、反射波形：（1)Z0<Z1和Z2，β1和β2>0若Z0《Z1和Z2，可用電容來代替中間線段（2)Z0>Z1和Z2，β1和β2<0若Z0》Z1和Z2，可用電感來代替中間線段

波形：（3)Z1<Z0<Z2，β1<0和β2>0,β1β2<0uB的波形是振蕩的uB的最終穩(wěn)態(tài)值UB>U0（4)Z1>Z0>Z2，β1>0和β2<0,β1β2<0uB的波形是振蕩的uB的最終穩(wěn)態(tài)值UB<U0麥克斯韋方程組導線k自波阻抗導線k與n間的互波阻抗第四節(jié)波在多導線系統(tǒng)中的傳播【例6-3】求導地線間絕緣上的過電壓u12解:

u2≠0?正、負電荷在導線2上作橫向分離，u2與u1同步推進、同生同滅u2的極性與u1相同u2與u1的波形相同，但u2<u1【例6-4】求雷擊塔頂時雙避雷線線路兩根避雷線與各相導線間的耦合系數(shù)解：【例6-5】試分析電纜芯與電纜皮之間的耦合關系解：能量損耗的因素(1)導線電阻(2)大地電阻(3)絕緣的泄漏電導與介質損耗(4)極高頻或陡坡下的輻射損耗(5)沖擊電暈上述因素使行波發(fā)生的變化(1)波幅降低(2)波前陡度減少(3)波長增大(4)波形凹凸不平處變得比較圓滑(5)電壓波與電流波的波形不再相同第五節(jié)波在有損耗線路上的傳播一、線路電阻和絕緣電導的影響波流過的距離越長，衰減越多電纜的衰減比架空線大得多波形變化越快，集膚效應越顯著，衰減越多二、沖擊電暈的影響發(fā)生沖擊電暈，增大了導線對地電容(1)波阻抗減少(2)波速減少(3)耦合系數(shù)增大k0-幾何耦合系數(shù)k1-電暈校正系數(shù)二、沖擊電暈的影響(4)波的衰減與變形波過程與下列因素有關繞組的接法中性點接地方式進波情況第六節(jié)變壓器繞組中的波過程一、單相繞組中的波過程L0-單位長度繞組的自感

C0-單位長度對地電容

K0-單位長度匝間電容△L=L0△x，△C=C0△x，△K=K0/△x（1)t＝0

初始最大電位梯度出現(xiàn)在繞組首端變壓器的入口電容CT(2)t＝∞中性點接地中性點絕緣(3)t=0→t=∞的過渡過程二、變壓器對過電壓的內部保護（一）補償對地電容電流（橫向補償）（二）增大縱向電容（縱向補償）（二）增大縱向電容（縱向補償）三、三相繞組中的波過程（一）星形接法中性點接地（Y0)與中性點接地同（二）星形接法中性點不接地（Y)（三）三角形接法（△）四、波在變壓器繞組間的傳遞（一）靜電感應（電容傳