第六章 GIS中的電磁兼容問題課件

第六章GIS中的電磁兼容問題

第一節(jié)概述第二節(jié)GIS中開關(guān)操作的快速暫態(tài)過渡過程第三節(jié)GIS中的暫態(tài)地電位升高問題第四節(jié)GIS中開關(guān)操作等暫態(tài)過程產(chǎn)生的瞬態(tài)輻射騷擾第六章GIS中的電磁兼容問題

第一節(jié)概述

氣體絕緣金屬封閉組合電器

(Gas-InsulatedSwitchgear，簡(jiǎn)稱GIS)，是60年代中期出現(xiàn)的一種新型電器裝置。GIS的問世，對(duì)傳統(tǒng)的敞開式高壓配電裝置(AIS)來說是一次革命，特別是在超高壓領(lǐng)域中。三十多年來，GIS的發(fā)展非常迅速，其優(yōu)點(diǎn)得到了國內(nèi)外電力部門的公認(rèn)。第六章GIS中的電磁兼容問題

第六章GIS中的電磁兼容問題第六章GIS中的電磁兼容問題第六章GIS中的電磁兼容問題第六章GIS中的電磁兼容問題一、GIS有下列優(yōu)點(diǎn)：

占地面積和空間占有體積大為減小。有更好的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。安全可靠,人身安全,設(shè)備運(yùn)行可靠.有利于環(huán)境保護(hù)。采用GIS可使運(yùn)行人員不受電磁場(chǎng)輻射的影響，因此變電站的設(shè)計(jì)比采用AIS時(shí)簡(jiǎn)單。安裝工作量小，檢修周期長(zhǎng)。因此，GIS在山區(qū)水電站、污穢地區(qū)配電系統(tǒng)和城市電網(wǎng)改革中得到廣泛的應(yīng)用，而且在空氣稀薄的高海拔地區(qū)和地震頻繁活動(dòng)的地區(qū)，選用GIS也有著極為廣闊的前途。第六章GIS中的電磁兼容問題二、GIS致命的弱點(diǎn):

(1)當(dāng)?shù)堕l切合操作會(huì)產(chǎn)生電弧重燃，觸頭兩端的電壓在幾ns內(nèi)突然跌落，該電壓陡波在GIS中產(chǎn)生行波，引起高頻振蕩而形成特快速瞬變過程(VeryFastTransient，簡(jiǎn)稱VFT)，從而產(chǎn)生特快速瞬變過電壓(VeryFastTransientOver-Voltage，簡(jiǎn)稱VFTO

)。

VFTO嚴(yán)重時(shí)在GIS的不同部位，會(huì)出現(xiàn)故障。例如，巴西的Graiau500kVGIS變電站在運(yùn)行的初期，就曾因刀閘操作產(chǎn)生的VFTO造成GIS外殼內(nèi)部的火花放電，500kV油紙?zhí)坠艿恼押妥儔浩鞴收系?。第六章GIS中的電磁兼容問題(2)VFTO在GIS內(nèi)部傳播時(shí)，遇到與外部相聯(lián)接的地方時(shí)，會(huì)發(fā)生波的折射和反射。當(dāng)VFTO由GIS向外部傳播時(shí)，產(chǎn)生暫態(tài)地電位升高(TGPR)，TGPR會(huì)造成人員受擊，控制、保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作，二次設(shè)備損壞等后果。(3)沿GIS母線導(dǎo)管傳播的VFTO和沿GIS殼體與接地系統(tǒng)的TGPR都會(huì)形成暫態(tài)電磁場(chǎng)，形成輻射騷擾。

以上問題是GIS中典型的電磁兼容(EMC)問題，因此是設(shè)計(jì)變電站時(shí)所必須考慮的。

第六章GIS中的電磁兼容問題第二節(jié)

GIS中開關(guān)操作的快速暫態(tài)過渡過程

一、VFTO現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)理VFTO是由GIS內(nèi)開關(guān)操作或GIS內(nèi)部放電引起的極快速瞬態(tài)過電壓。

由于刀閘的觸頭運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢，因而將產(chǎn)生電弧重燃，形成上升時(shí)間很短的行波，在GIS內(nèi)部傳播，VFTO最高可達(dá)2.5p.u。計(jì)算和實(shí)測(cè)表明，VFTO上升時(shí)間為5～20ns，上升率則高達(dá)40MV/s。典型波形見圖6-1。在設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮VFTO的影響。

第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-1

典型的VFT0波形第六章GIS中的電磁兼容問題由開關(guān)電弧重燃引起的暫態(tài)脈沖的陡變主要決定于電弧的形成時(shí)間tr.tr表示觸頭間隙從開始游離到完全導(dǎo)通所需要的時(shí)間，tr越小，波頭越陡。對(duì)于均勻電場(chǎng)中SF6氣體而言：－常數(shù)；－絕緣強(qiáng)度第六章GIS中的電磁兼容問題正常GIS由刀閘操作引起的沖擊波的tr

=5～20ns，暫態(tài)脈沖的最大陡度可由下式求出：式中為觸頭間距。均勻電場(chǎng)中，SF6的E0約為空氣的2～3倍，SF6中的最大電壓陡度為空氣的4～9倍。第六章GIS中的電磁兼容問題二、VFTO的分類及其特性

(一)分類

當(dāng)操作GIS隔離開關(guān)時(shí)，在離它的不同距離處可觀察到不同的瞬變過程，可分為內(nèi)部的和外部的VFTO。這是由于GIS內(nèi)外裝備的布局和阻尼效應(yīng)引起行波的不同折射、反射的原因。所有在GIS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)產(chǎn)生的各種行波分量疊加形成其波形,VFTO的分類如圖6-2。第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-2GIS內(nèi)部和外部的陡波前過電壓的起源和分類第六章GIS中的電磁兼容問題(二)VFTO的特性

GIS中的內(nèi)部VFTO是由隔離開關(guān)和斷路器操作及破壞性放電過程中所固有的快速電壓波崩潰所產(chǎn)生的兩個(gè)行進(jìn)的階躍電壓引起。這些行波通過GIS和相連接的設(shè)備傳播。在每次阻抗突變時(shí)，反射和折射部分都被畸變，各種行波的疊加就形成了陡波前過電壓波形。第六章GIS中的電磁兼容問題(1)階躍電壓；(2)由于GIS內(nèi)母線管道波阻抗的多次微弱變化形成的甚高頻范圍f1(最高達(dá)100MHz)；(3)由于GIS母線管道和電纜末端或架空線終端處波阻抗的顯著變化而引起的反射形成的高頻范圍f2(最高達(dá)30MHz)；(4)由大電容的外部裝置引起的諧振產(chǎn)生的低頻范圍f3(0.1MHz至5MHz)。

第六章GIS中的電磁兼容問題內(nèi)部VFTO的波形取決于GIS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部的配置。內(nèi)部VFTO的幅值范圍為系統(tǒng)電壓的1～2.5倍。IEC61321-1技術(shù)報(bào)告，將內(nèi)部VFTO、外部VFTO的典型波形如圖6-3、圖6-4所示。外部VFTO基本上是由內(nèi)部VFTO造成的，因此，它們具有相似的波形。外部VFTO的峰值主要取決于GIS以外的設(shè)備，但同樣取決于GIS和GIS的接地連接方法外部VFTO幅值范圍為系統(tǒng)電壓的1～2.5倍。第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-3由刀閘合閘引起的內(nèi)部VFTO的典型波形第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-4外部VFTO的典型波形第六章GIS中的電磁兼容問題三、VFT0的影響因素

VFTO波形主要取決于GIS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部的配置，并隨位置變化。VFTO的幅值還與殘余電荷，開關(guān)的特性(如弧道電阻，開關(guān)結(jié)構(gòu)，分合特性)等有關(guān)。

第六章GIS中的電磁兼容問題(一)殘余電荷對(duì)VFTO的影響

由殘留電荷產(chǎn)生的電位會(huì)因電荷通過絕緣子泄漏而逐漸降低，殘留電荷會(huì)使VFTO升高，自由導(dǎo)電微粒飄浮的可能性加大。VFTO幅值與殘余電荷之間呈線性關(guān)系。主要是因?yàn)榛芈繁旧硎蔷€性的。殘余電荷不同，同一點(diǎn)的VFTO波形相同，幅值不同。研究表明，殘留電荷的幅值與觸頭間擊穿電壓的不平衡度顯著相關(guān)。對(duì)于典型的、設(shè)計(jì)良好的刀閘，這一不平衡度通常為15～30％，在這樣的殘留電荷下產(chǎn)生的過電壓值不超過2.0p.u。第六章GIS中的電磁兼容問題(二)開關(guān)弧道電阻的影響當(dāng)?shù)堕l起弧時(shí)，弧道電阻R對(duì)過電壓有阻尼作用，在分合閘過程中R是一個(gè)時(shí)變參數(shù)?；〉离娮鑼?duì)VFTO的抑制作用很大。一般來說，各節(jié)點(diǎn)過電壓幅值隨弧道電阻增加而減小.因此GIS中隔離開關(guān)中加裝合閘電阻可作為限制VFTO的一個(gè)措施。

第六章GIS中的電磁兼容問題(三)變壓器入口電容的影響

一般來說，變壓器入口電容增大，各點(diǎn)過電壓倍數(shù)均增加。

VFTO還受其他因素影響，如:回路母線各段的長(zhǎng)度支持絕緣子電容量，但其影響程度對(duì)各節(jié)點(diǎn)來說并不一致。

第六章GIS中的電磁兼容問題四、VFT0對(duì)避雷器和變壓器的影響

例如，某抽水蓄能電站的1號(hào)、2號(hào)單元的MOA的頻繁動(dòng)作，以及1號(hào)主變壓器絕緣擊穿事故，分析認(rèn)為：與該電站中的500kVGIS中刀閘的頻繁投切操作有關(guān)。GIS中刀閘操作引起的VFTO，雖幅值不算太高，但其等值頻率高、陡度大。(1)VFTO作用在避雷器上會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電容電流，可引起避雷器的頻繁動(dòng)作;第六章GIS中的電磁兼容問題(2)VFTO沿變壓器繞組近似于指數(shù)分布，首端匝間絕緣將承受較高的電壓；(3)VFTO所含的諧波分量較豐富，會(huì)在變壓器繞組的局部引起諧振；加上累積效應(yīng)等因素的影響，可能會(huì)使變壓器絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象。第六章GIS中的電磁兼容問題五、VFTO的研究方法

理論分析、實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)、調(diào)研和計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬計(jì)算，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等。其中最可靠的是實(shí)測(cè)試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。實(shí)測(cè)固然是最可靠的，但不現(xiàn)實(shí)，也沒有必要讓電力系統(tǒng)承擔(dān)偌大的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于運(yùn)行方式，試驗(yàn)條件乃至刀閘斷口瞬時(shí)電壓的幅值概率都可由通用的EMTP數(shù)值計(jì)算來設(shè)定。

第六章GIS中的電磁兼容問題六、本節(jié)的主要結(jié)論

(1)VFTO是由GIS刀閘切合容性負(fù)載時(shí)由于波阻抗的變化引起大量的波的折反射而形成的，其振蕩頻率0.1～100MHz。(2)GIS的結(jié)構(gòu)布置及連接方式、刀閘的特性、結(jié)構(gòu)及觸頭運(yùn)動(dòng)速度和內(nèi)部氣壓等是影響VFTO幅值及波形的主要因素。(3)VFTO最大值一般不超過2.5p.u，低于電氣設(shè)備的雷電沖擊耐受水平，因而VFTO能被MOA限制。一般不會(huì)威脅到設(shè)計(jì)完備的GIS絕緣和與其聯(lián)接的電氣設(shè)備。(4)但當(dāng)GIS中的刀閘操作頻繁時(shí)，VFTO可引起MOA的頻繁動(dòng)作，由于累積效應(yīng)等因素的影響，有時(shí)也可能會(huì)發(fā)生變壓器絕緣的擊穿事故。

第六章GIS中的電磁兼容問題(5)VFTO幅值與回路的殘余電荷關(guān)系較大，一般情況下，其幅值與殘余電荷量線性正相關(guān)。(6)開關(guān)弧道電阻對(duì)VFTO幅值影響較大，一般情況下，隨弧道電阻的增大，VFTO幅值降低。

(7)VFTO還受其他因素影響：如變壓器入口C、回路母線各段的長(zhǎng)度及支持絕緣子C，其影響程度各點(diǎn)不一。(8)降低VFTO的主要措施有：優(yōu)化GIS變電站設(shè)計(jì)；改進(jìn)GIS變電站聯(lián)接方式及優(yōu)選參數(shù)，采用優(yōu)良的隔離開關(guān)，隔離開關(guān)加裝電阻等。第六章GIS中的電磁兼容問題

第三節(jié)

GIS中的暫態(tài)地電位升高問題一、概述美國在AEP的UHV系統(tǒng)中測(cè)到高達(dá)100kV的暫態(tài)地電位升高(TGPR)，加拿大在GIS中測(cè)到28.6kV的TGPR，國內(nèi)某220kVGIS變電站中也測(cè)到了上千伏的TGPR，這些數(shù)字均已超過傳統(tǒng)概念所能接受的數(shù)值。第六章GIS中的電磁兼容問題GIS中的刀閘操作、母線接地以及做耐壓試驗(yàn)時(shí)母線對(duì)外殼的瞬間放電都會(huì)產(chǎn)生前沿很陡的暫態(tài)電壓波。

GIS的母線是同軸圓筒式結(jié)構(gòu)，當(dāng)母線上流過前沿很陡的暫態(tài)電流時(shí)，則會(huì)以波的形式傳播。因暫態(tài)電流的等值頻率很高，強(qiáng)烈的集膚效應(yīng)使電流波僅沿母線的外表層及外殼的內(nèi)表層流動(dòng)，并且外殼電位保持為零。只有當(dāng)電流波遇到波阻抗變化，發(fā)生波的折射和反射時(shí)，才會(huì)使外殼產(chǎn)生暫態(tài)地電位升高TGPR或外殼電位升高TEV。第六章GIS中的電磁兼容問題一方面對(duì)二次設(shè)備構(gòu)成過電壓的威脅，另一方面電磁場(chǎng)從殼體向四周輻射并可危害到二次設(shè)備，引起電磁騷擾。

TGPR具有持續(xù)時(shí)間短，頻率高和陡度大的特點(diǎn)，其危害主要表現(xiàn)在：(1)對(duì)弱電設(shè)備產(chǎn)生騷擾，影響正常的功能，以致誤動(dòng)或拒動(dòng)；(2)對(duì)弱電二次設(shè)備的絕緣形成威脅，甚至擊穿短路。也可能擊穿GIS的某一絕緣部件，乃至間隔造成接地短路事故。

(3)如果在暫態(tài)過程中觸及“接地”的設(shè)備外殼(GIS外殼)就會(huì)感到刺痛或失控，危及人身安全。第六章GIS中的電磁兼容問題二、TGPR的產(chǎn)生機(jī)理

研究TGPR產(chǎn)生機(jī)理的常用模型如圖6-5所示。GIS空氣側(cè)的TEV和外部VFTO產(chǎn)生的機(jī)理可通過GIS空氣終端看作是三個(gè)傳輸線的連接來分析：

(1)同軸GIS傳輸線;(2)由套管導(dǎo)體和架空線形成的傳輸線；

(3)GIS外殼到大地的傳輸線。

這三部分的傳輸線的波阻抗分別為Z1、Z2、Z3。

第六章GIS中的電磁兼容問題

圖6-5GIS中暫態(tài)地電位升高原理分析圖

(a)母線結(jié)構(gòu)；(b)流動(dòng)波簡(jiǎn)化模型；(c)等值電路Z1—母線對(duì)外殼的波阻；Z2—套管外側(cè)架空線的波阻Z3—母線外殼對(duì)地的波阻第六章GIS中的電磁兼容問題當(dāng)內(nèi)部行波傳播到SF6/Air套管時(shí)：(1)瞬態(tài)電壓的一部分被耦合到架空線至地的傳輸線上并產(chǎn)生外部VFTO；(2)另一部分被耦合到GIS外殼至地的傳輸線上并產(chǎn)生TEV。設(shè)一暫態(tài)電壓波u0沿母線向套管方向傳播，如圖6-5（a）所示。當(dāng)uO波到達(dá)A點(diǎn)后發(fā)射折、反射。圖6-5(b)為波形到達(dá)A點(diǎn)前后高頻電流的路徑。由此可導(dǎo)出圖6-5(c)的等值電路。

第六章GIS中的電磁兼容問題根據(jù)等值電路可計(jì)算出外殼上A點(diǎn)的折射波電壓u3

式中負(fù)號(hào)表示外殼上電壓u3，總是與母線電壓u0符號(hào)相反，故A點(diǎn)的折射系數(shù)為：第六章GIS中的電磁兼容問題為了保證運(yùn)行安全，母線外殼至少有一點(diǎn)接地。設(shè)p點(diǎn)處有一接地引下線將外殼與接地網(wǎng)相連，此接地引下線可降低p點(diǎn)的暫態(tài)電位。其機(jī)理如下：(1)接地引下線波阻抗Zp與Z3并聯(lián)，降低外殼上的折射波電壓u3，如圖6-6(a)所示。u3沿外殼流動(dòng)至接地點(diǎn)p，在p點(diǎn)產(chǎn)生折射和反射。由圖6-6(b)的等值電路可得:第六章GIS中的電磁兼容問題

圖6-6外殼接地引下線的影響

(a)接地引下線示意圖；

(b)計(jì)算接地引下線影響的等值電路第六章GIS中的電磁兼容問題

由式(6-4)～式(6-6)可得:式中,而且K<1.第六章GIS中的電磁兼容問題(2)波在引下線上傳播，遇到接地網(wǎng)后產(chǎn)生負(fù)反射。當(dāng)反射波到達(dá)p點(diǎn)的時(shí)間:(為引下線長(zhǎng)度,折射波的波頭時(shí)間為)時(shí)，可降低p點(diǎn)的TGPR值。

當(dāng)GIS外殼出現(xiàn)TGPR時(shí)，沿電纜外皮流過暫態(tài)電流，在芯線上感應(yīng)出暫態(tài)電勢(shì)，以致騷擾損壞二次設(shè)備。圖6-7為分析感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理的阻抗分布圖。當(dāng)GIS的外殼電位升高為正時(shí)，二次電纜芯線中的感應(yīng)電勢(shì)可按圖6-8的等值電路計(jì)算。

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圖6-7二次電纜的阻抗分布圖

Zl—輸入阻抗(GIS端)；Z2—連接線阻抗；Z3—輸出阻抗(控制室端)；Z4—接地引線阻抗Z01—電纜的波阻抗；Z02

—電纜外皮的波阻抗第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-8

計(jì)算芯線感應(yīng)電勢(shì)的等值電路第六章GIS中的電磁兼容問題故芯線上的感應(yīng)電勢(shì)為uc沿電纜芯線傳播并騷擾接至電纜終端的二次設(shè)備。第六章GIS中的電磁兼容問題三、TGPR的特性

TGPR(或TEV)基本上是內(nèi)部VFTO造成的。TEV的峰值取決于外殼離地面的高度、外殼與接地系統(tǒng)連接的方式及接地系統(tǒng)本身。通常，GIS外殼上的TEV由三個(gè)主要頻率范圍的分量疊加在“階躍電壓”上構(gòu)成。由于GIS接地聯(lián)接的阻抗很低，所以，階躍電壓通常在最初的幾毫秒內(nèi)衰減。

第六章GIS中的電磁兼容問題三部分分量是：

(1)甚高頻范圍f1(最高達(dá)100MHz)，由GIS外殼和其內(nèi)部波阻抗多次輕微變化所致(即支撐、彎管、接地聯(lián)接等)；(2)高頻范圍f2(最高達(dá)30MHz)，由于GIS外殼接地引線等波阻抗的顯著變化引起的反射所形成的；(3)低頻范圍f3(0.1～1MHz)，由外部大設(shè)備的集中電容，例如電力線載波系統(tǒng)的耦合電容器引起的諧振而產(chǎn)生的。第六章GIS中的電磁兼容問題當(dāng)有強(qiáng)阻尼時(shí)(即有許多低阻抗接地)，TEV的持續(xù)時(shí)間少于幾個(gè)微秒。在這種情況下低頻分量是少的。因此，TEV波形主要取決于GIS的接地而其峰值可能為0.01～0.5倍系統(tǒng)電壓。典型的TEV如圖6-9所示，表6-3給出三個(gè)頻率范圍的分量的加權(quán)因數(shù)的范圍第六章GIS中的電磁兼容問題表6-3TEV的加權(quán)因數(shù)

i

123Wi=A(fi)/P

0.1～0.20.7～0.80.05～0.1第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-9典型的TEV波形第六章GIS中的電磁兼容問題

五、限制暫態(tài)地電位升高的措施

(1)降低母線筒高度，增大母線筒直徑，以減小外殼對(duì)地的波阻抗和接地引下線的長(zhǎng)度。(2)接地線應(yīng)盡可能靠近進(jìn)出線端，以提高接地線的效果。

(3)沿母線長(zhǎng)度方向增加接地引下線的數(shù)量。第六章GIS中的電磁兼容問題(4)采用扁而寬的接地引下線，甚至采用與母線筒平行的金屬板作接地引下線，這樣可使引下線的電感降低。(5)各組外殼管道在進(jìn)出線端部互聯(lián)在一起，可降低阻抗，從而也可降低TEV值。

(6)在母線外殼和地之間安裝金屬板或加裝與母線筒垂直并相連的接地金屬板，以屏蔽波的傳播增加反射次數(shù)，從而可達(dá)到降低TEV的作用。(7)GIS下面的接地網(wǎng)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，以降低接地電阻，確保運(yùn)行人員不受電擊。第六章GIS中的電磁兼容問題降低二次電纜中的暫態(tài)感應(yīng)電勢(shì)的措施:

(1)在電纜入口處安裝電容、ZnO浪涌吸收器等；(2)采用低波阻抗電纜(差模騷擾小)；(3)增加母線外殼與電纜外皮連線的阻抗(共模騷擾小)。增強(qiáng)二次設(shè)備抗騷擾能力的措施

(1)對(duì)二次設(shè)備采用電磁屏蔽措施及防過電壓措施(如浪涌吸收器)。(2)二次設(shè)備引出線應(yīng)在遠(yuǎn)離各進(jìn)出線端的部位向外引出。亦即使二次線從TGPR最小的部位向外引出。第六章GIS中的電磁兼容問題以上措施，可根據(jù)實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)GIS變電站時(shí)選用。另外，有條件的情況下，新GIS變電站投運(yùn)時(shí)，最好進(jìn)行投運(yùn)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部缺陷，確保人身及設(shè)備的安全和變電站的正常運(yùn)行。

第六章GIS中的電磁兼容問題第四節(jié)GIS中開關(guān)操作等暫態(tài)過程產(chǎn)生的瞬態(tài)輻射騷擾

一、產(chǎn)生機(jī)理及其危害

由GIS開關(guān)操作引起VFTO，VFTO行波沿母線外皮和外殼內(nèi)表面?zhèn)鞑?。?dāng)遇到外殼不連續(xù)處就會(huì)產(chǎn)生折反射，從而引起外殼電位升(TEV)。沿GIS母線導(dǎo)管傳播的VFTO和沿GIS殼體與接地系統(tǒng)的暫態(tài)地電位升高(TGPR)都會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電磁場(chǎng)，形成輻射騷擾。第六章GIS中的電磁兼容問題前者的場(chǎng)強(qiáng)較高，頻率亦高，會(huì)穿越氣隔間的法蘭形成空間輻射騷擾；后者的場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于前者，幅值騷擾也小得多，但同樣會(huì)建立起場(chǎng)強(qiáng)為數(shù)至十幾kV/m，頻率為數(shù)至數(shù)十MHz的瞬態(tài)電場(chǎng)。瞬態(tài)電場(chǎng)會(huì)對(duì)GIS周圍空間的弱電設(shè)備產(chǎn)生騷擾，由TEV引起的暫態(tài)電磁輻射，也可能會(huì)對(duì)處于變電站的人身構(gòu)成一定的威脅。

第六章GIS中的電磁兼容問題瞬態(tài)電磁場(chǎng)的數(shù)值和頻率取決于GIS的結(jié)構(gòu)及布置，鑒于對(duì)弱電設(shè)備的騷擾，因而變電站采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備時(shí)，必須考慮EMC問題。表6-4給出了國外對(duì)GIS中隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場(chǎng)的典型實(shí)測(cè)值，測(cè)量點(diǎn)位于SF6/Air附近的母線筒和地之間，該位置是場(chǎng)強(qiáng)最大處。圖6-12和圖6-13分別給出了國外230kVGIS中暫態(tài)電場(chǎng)和230kVGIS中暫態(tài)磁場(chǎng)典型的實(shí)測(cè)波形。第六章GIS中的電磁兼容問題表6-4GIS中隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場(chǎng)(SF6/Air附近的母線筒和地之間的典型實(shí)測(cè)值)系統(tǒng)電壓(kV)230500電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)(峰-峰值)5kV/m7kV/m主導(dǎo)頻率115MHz20MHz持續(xù)時(shí)間1μS4μS波形類型雙極性雙極性磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)(峰-峰值)80A/m110A/m主導(dǎo)頻率40MHz10MHz持續(xù)時(shí)間4μS10μS波形類型雙極性雙極性第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-12典型的230kVGIS中暫態(tài)電場(chǎng)實(shí)測(cè)波形第六章GIS中的電磁兼容問題圖6-13典型的230kVGIS中暫態(tài)磁場(chǎng)實(shí)測(cè)波形第六章GIS中的電磁兼容問題二、GIS外殼對(duì)沿GIS母線傳播VFTO

產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)的屏蔽作用

(一)理想介質(zhì)中的正弦平面電磁波設(shè)空間任一點(diǎn)(原點(diǎn))處電場(chǎng)強(qiáng)度為：

由于則第六章GIS中的電磁兼容問題離原點(diǎn)x處，與表達(dá)式為：

第六章GIS中的電磁兼容問題可見，在理想介質(zhì)中，正弦平面電磁波在空間任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度都是距離與時(shí)間的正弦函數(shù)，而且它們?cè)谙辔簧鲜窍嗤?。上式中為媒質(zhì)的波阻抗，為波的相位系數(shù)，β取決于波的頻率及空間電介質(zhì)的電容率與磁導(dǎo)率。

第六章GIS中的電磁兼容問題(二)導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面電磁波

若此空間僅沿x方向傳播平面電磁波，則此時(shí)不考慮反向行波時(shí)(媒體無限大時(shí))第六章GIS中的電磁兼容問題

從上式可以看出，在導(dǎo)電媒質(zhì)中的正弦平面電磁波，其E矢量與H矢量在空間仍是彼此正交的。與理想電介質(zhì)中不同，沿著波的傳播方向(x方向)波的振幅逐漸衰減，而且空間任一點(diǎn)上彼此相位不同。

第六章GIS中的電磁兼容問題(三)波的傳播系數(shù)與透入深度

波的傳播系數(shù)為稱為波幅的衰減系數(shù)；β稱為波的相位系數(shù)。它們都決定于波源的頻率及周圍媒質(zhì)的性質(zhì)。衰減系數(shù)愈大，波在導(dǎo)電媒質(zhì)中衰減愈快。工程中規(guī)定，當(dāng)波從電介質(zhì)中進(jìn)入導(dǎo)電媒質(zhì)后，其振幅衰減到原波幅的(36.8％)時(shí)，波所行經(jīng)的距離稱之為透入深度(見圖6-14)。第六章GIS中的電磁兼容問題透入深度以d表示，即可見，此時(shí)波的透入深度與媒質(zhì)的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及波的交變頻率三者乘積的平方根成反比。第六章GIS中的電磁兼容問題理論上講，電磁波進(jìn)入導(dǎo)電媒質(zhì)后要行經(jīng)無限遠(yuǎn)距離，波的振幅才能衰減到零。但在實(shí)際上，當(dāng)波在導(dǎo)體內(nèi)傳播時(shí)，經(jīng)過幾個(gè)透入深度的距離后，其振幅已趨近于零。利用這一理論，可達(dá)到電磁屏蔽的目的。表6-5列出了常用金屬的電磁性能及平面波進(jìn)入這些金屬時(shí)的透入深度。從表中可看出，當(dāng)電磁波頻率較高時(shí)，易實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽。由于鋁具有質(zhì)量輕、價(jià)格低以及屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此，常用鋁作為屏蔽罩(殼)，如GI