高電壓技術(shù)：7 線路和繞組中的波過(guò)程-1

1、電力系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合 過(guò)電壓的概念：指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位差升高。過(guò)電壓的分類(lèi)： 主要內(nèi)容首先,介紹過(guò)電壓及其防護(hù)問(wèn)題的基礎(chǔ)波過(guò)程理論。 然后,探討各種過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展過(guò)程、影響因素、防護(hù)措施等。 最后,探討電力系統(tǒng)絕緣配合問(wèn)題。7 線路和繞組中的波過(guò)程 7.1 波在單根均勻無(wú)損導(dǎo)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(wú)損平行多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播 7.6 沖擊電暈對(duì)線路上波過(guò)程的影響 7.7 變壓器繞組中的波過(guò)程 7.8 旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過(guò)程7 線路和繞組中的波過(guò)程為什么研究波過(guò)程？“當(dāng)電路中的最大實(shí)際線性尺寸比起我們

2、所研究的諧波的波長(zhǎng)小得多時(shí)（電磁波通過(guò)電路的時(shí)間可以認(rèn)為是瞬間的），可作集中參數(shù)處理，否則，如果實(shí)際電路的尺寸不遠(yuǎn)小于工作時(shí)電磁波的波長(zhǎng)，應(yīng)作分布參數(shù)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(zhǎng)度為： 架空線：工頻50Hz；波速300m/us 波長(zhǎng)為300m/us x 0.02= 6000km 由于輸電線路的長(zhǎng)度一半都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于6000km，因此線路不長(zhǎng)的輸電線路都用集中參數(shù)等值電路來(lái)表示。即輸電線路的電壓和電流只與時(shí)間有關(guān)而與空間位置無(wú)關(guān)。 過(guò)電壓下的輸電線路：過(guò)電壓波的變化速度很快、延續(xù)時(shí)間很短，以波前時(shí)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(zhǎng)度只有360m。因此輸電線路上各點(diǎn)電流和電壓都是不同的，不能將線路各點(diǎn)的電路參數(shù)合并成集中參數(shù)處理。波過(guò)程就是分布參數(shù)電路的過(guò)渡過(guò)程。分布參數(shù)電路最根本的特點(diǎn)在于電壓、電流不但是時(shí)間t的函數(shù)，而且是位置x的函數(shù)。例如，波前時(shí)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(zhǎng)度只有360m。取工頻正弦電壓的第一個(gè)1/4周波作為波前，那么這時(shí)的波前時(shí)間為5000us，波前分布在1500km長(zhǎng)的導(dǎo)線上。7.1 波在單根均勻無(wú)損導(dǎo)

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(dòng)方程及其解7.1.4 前行波和反行波實(shí)際輸電線路往往采用三相交流或雙極直流輸電，均屬多導(dǎo)線系統(tǒng)。為了清晰地揭示線路波過(guò)程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，先研究均勻無(wú)損單導(dǎo)線。7.1.1 單根輸電線路的等值電路考慮導(dǎo)線的電感、電阻、對(duì)地電容和電導(dǎo)沿導(dǎo)線具有分布性，忽略導(dǎo)線的能量損耗，設(shè)單位長(zhǎng)度線路的電感和電容均為恒值，分別為L(zhǎng)0和C0，導(dǎo)線的等值電路如下圖所示。均勻無(wú)損導(dǎo)線的等值電路7.1.2 波阻抗和波速在dt時(shí)間內(nèi)，波前進(jìn)了dx，長(zhǎng)dx的導(dǎo)線，電容為C0dx，通過(guò)電流i充電到u，因此有在dt時(shí)間內(nèi)，長(zhǎng)dx的導(dǎo)線，電感

5、為L(zhǎng)0dx，已建立電流i ，產(chǎn)生的磁通為L(zhǎng)0dx i，因此導(dǎo)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(wú)損均勻?qū)Ь€中，某點(diǎn)的正，反方向電壓波與電流波的比值是一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)具有電阻的量綱，稱(chēng)為導(dǎo)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(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感和 比值，大小與導(dǎo)線長(zhǎng)電容，與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)； 度和導(dǎo)線材質(zhì)有關(guān)；表征導(dǎo)線周?chē)橘|(zhì)獲得或存儲(chǔ)電磁 吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苣艿拇笮?，并不消耗?消耗掉

6、；波阻抗具有正負(fù)號(hào)，表示不同方向 沒(méi)有正負(fù)號(hào)。的流動(dòng)波。波阻抗表示電壓波與電流波的比值 ，大小取決于導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感和電容，與導(dǎo)線的幾何尺寸、懸掛高度和周?chē)慕橘|(zhì)有關(guān)。架空線路的波阻抗約300500，電纜線路的波阻抗約1050波速與導(dǎo)線周?chē)劫|(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線 半徑、對(duì)地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無(wú)關(guān)。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(wú)損單導(dǎo)線的方程組為：波動(dòng)方程解為 7.1.3 波動(dòng)方程及其解 代表一個(gè)任意形狀并以速度v朝著x的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波； 是一個(gè)以速度v朝著x的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓反行波。電壓波的符號(hào)只取決于它的極性(導(dǎo)線對(duì)地電容上相應(yīng)電荷的符號(hào)),而與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷符號(hào)有關(guān)，而且與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。7.1.4 前行波和反行波小 結(jié)電壓u由朝著x的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波uf和朝著x的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓波ub疊加而成；電壓波的符號(hào)只取決于它的極性,而與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。電壓波與電流波的比值為常數(shù)，具有電阻相同的量綱，稱(chēng)為波阻抗。波阻抗大小取決于導(dǎo)線單位電感和電