高电压技术-6章

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1、第二篇第二篇 电力系统过电压与绝缘配合电力系统过电压与绝缘配合 第三篇第三篇 电力系统中的各种绝缘在运行中除了受电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工作电压的作用外，还会受到各种长期工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高得多的过电压的短时作用。比工作电压高得多的过电压的短时作用。所谓过电压就是指电系统中出现的对绝所谓过电压就是指电系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位升高。通常缘有危险的电压升高和电位升高。通常过电压可以作如下分类：过电压可以作如下分类： 过电压的分类过电压的分类过电压的概念：指电力系统中出现的对绝缘有危过电压的概念：指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高

2、。险的电压升高和电位差升高。 内部过电压内部过电压电力系统电力系统过电压过电压雷电过电压雷电过电压谐振过电压谐振过电压暂时过电压暂时过电压操作过电压操作过电压工频电压升高工频电压升高直接雷过电压直接雷过电压感应雷过电压感应雷过电压本篇首先介绍过电压及其防护问题的基础波过程本篇首先介绍过电压及其防护问题的基础波过程理论。理论。 然后探讨各种过电压的产生机理、发展过程、影然后探讨各种过电压的产生机理、发展过程、影响因素、防护措施等。响因素、防护措施等。 最后探讨电力系统绝缘配合问题。最后探讨电力系统绝缘配合问题。 本篇主要内容本篇主要内容第六章第六章 输电线路和绕组中的波过程输电线路和绕组中的波过

3、程波过程实质上是能量沿着导线传播的过程，即在导线波过程实质上是能量沿着导线传播的过程，即在导线周围空间储存电磁能的过程。周围空间储存电磁能的过程。从电磁场方程组出发来研究比较繁复，方便起见，一从电磁场方程组出发来研究比较繁复，方便起见，一般都采用以积分量般都采用以积分量u u和和I I表示的关系式，而且必须用表示的关系式，而且必须用分布分布参数电路参数电路和和行波理论行波理论来进行分析来进行分析。 这是因为过电压波的变化速度很快、延续时间很短，这是因为过电压波的变化速度很快、延续时间很短，以波前时间等于以波前时间等于1.2us的冲击波为例，电压从零变化的冲击波为例，电压从零变化到最大值（到最大

4、值（0Um）只需要）只需要1.2us，波的传播速度为，波的传播速度为光速光速c（300m/us），所以冲击电压波前在线路上），所以冲击电压波前在线路上的分布长度只有的分布长度只有360m。 换言之，线路各点的电压和电流都将是不同的，根换言之，线路各点的电压和电流都将是不同的，根本不能将线路各点的电路参数合并成集中参数来处理本不能将线路各点的电路参数合并成集中参数来处理问题。问题。 为了便于比较，可取工频正弦电压的第一个为了便于比较，可取工频正弦电压的第一个1/4周波周波（0Um）作为波前，那么这时的波前时间为）作为波前，那么这时的波前时间为5000us，整个波前分布在整个波前分布在1500km

5、长的导线上（如图长的导线上（如图61）。）。 用分布参数电路来处理问题，实质上就是用分布参数电路来处理问题，实质上就是承认导线上的电压承认导线上的电压u u和电流和电流i i不但随时间不但随时间t t而而变化，而且也随空间位置的不同而异，即变化，而且也随空间位置的不同而异，即: : U=f(x,t U=f(x,t) ) I=f(x,t I=f(x,t) )第一节第一节 波沿均匀无损单导线的传播波沿均匀无损单导线的传播 线路方程及解线路方程及解波速和波阻抗波速和波阻抗 均匀无损单导线波过程的基本概念均匀无损单导线波过程的基本概念 实际输电线路往往采用三相交流或双极直流输实际输电线路往往采用三相交

6、流或双极直流输电，均属多导线系统。为了清晰地揭示线路波电，均属多导线系统。为了清晰地揭示线路波过程的物理本质和基本规律，先从理想的均匀过程的物理本质和基本规律，先从理想的均匀无损单导线入手，是比较合适的。无损单导线入手，是比较合适的。 一、一、 均匀无损导线的单元等值电路均匀无损导线的单元等值电路 x dx L0dx i L0dx i+dxxi C0dx u C0dx u+dxcu 二、 均匀无损导线的方程组xuCxuxiLxu0021)()(uuvtxfvtxfu21)()(1iivtxfvtxfZi(6-3)(6-3)(6-4)(6-4)上面波动方程的解为上面波动方程的解为: :均匀无损单

7、导线的方程组为均匀无损单导线的方程组为: :)(1vtxfu)(2vtxfu代表一个任意形状并以速度代表一个任意形状并以速度v v朝着朝着x x的正方向运动的电压波；的正方向运动的电压波； 是一个以速度是一个以速度v v朝着朝着x x的负方向运动的电压反行波。的负方向运动的电压反行波。 电压波的符号只取决于它的极性电压波的符号只取决于它的极性, ,而与电而与电荷的运动方向无关；电流波不但与相应的电荷的运动方向无关；电流波不但与相应的电荷符号有关，而且也与电荷的运动方向有关。荷符号有关，而且也与电荷的运动方向有关。；ZuiZuivtxfuvtxfuZCLvCL2100)()(100(6-5)(6

8、-5)(6-6)(6-6)式中式中二、波速和波阻抗二、波速和波阻抗 波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线半径、半径、对地高度、铅包半径等几何尺寸无关。对地高度、铅包半径等几何尺寸无关。行波在均匀无损单导线上的传播速度行波在均匀无损单导线上的传播速度001CLv架空单导线的架空单导线的L0和和C0可由下式求得可由下式求得rhuuLcr2ln200（H/m)rhCcr2ln200(F/m)将式将式(6-8)(6-8)、(6-8)(6-8)代入式代入式(6-7),(6-7),可得可得: : 与之相似与之相似, ,单芯同轴电缆的单芯同轴电缆的由上述可知由上述可知

9、: :波速与导线周围的媒质的性质有关波速与导线周围的媒质的性质有关, ,而而与导线半径、对地高度、铅包半径等集合尺寸无关。与导线半径、对地高度、铅包半径等集合尺寸无关。波在油纸绝缘电缆中的传播速度几乎只有架空线上波在油纸绝缘电缆中的传播速度几乎只有架空线上波速的一半。波速的一半。rrrrv8001031rRrrRrCLln2ln20000特别注意点：特别注意点： 电流波的波速是导线中的带电粒子开电流波的波速是导线中的带电粒子开始运动的这一状态由线路的一点向前或向后始运动的这一状态由线路的一点向前或向后传播的速度，而不是电荷在导线中的运动速传播的速度，而不是电荷在导线中的运动速度。度。 Z Zu

10、/iu/i rhuuCLZcrr2ln210000架空线路的波阻抗约在架空线路的波阻抗约在300300500 500 之间之间 电缆线路的波阻抗约在电缆线路的波阻抗约在101050 50 之间。之间。 波阻抗波阻抗Z Z是电压波与电流波之间的一个比例常数是电压波与电流波之间的一个比例常数ZiuZiu,传播过程如图所示 三、均匀无损单导线波过程的基本概念小小 结结电压电压u由朝着由朝着x的正方向运动的电压波的正方向运动的电压波u和朝着和朝着x的的负方向运动的电压波负方向运动的电压波u“叠加而成；叠加而成；电压波的符号只取电压波的符号只取决于它的极性决于它的极性, ,而与电荷的运动方向无关；电流波

11、不而与电荷的运动方向无关；电流波不但与相应的电荷符号有关，而且也与电荷的运动方向但与相应的电荷符号有关，而且也与电荷的运动方向有关。有关。 波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线半径、波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线半径、对地高度、铅包半径等几何尺寸无关。对地高度、铅包半径等几何尺寸无关。 架空线路的波阻抗约在架空线路的波阻抗约在300300500500之间，电缆线路之间，电缆线路的波阻抗约在的波阻抗约在10105050之间。之间。（本节完）（本节完）第二节第二节 行波的折射和反射折射系数和反射系数 几种特殊端接情况下的波过程 集中参数等值电路 在实际的线路上，常常会遇到线路均匀性遭受在