过电压及其绝缘配合资料.doc

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1、过电压及其绝缘配合资料第一章过电压及其绝缘配合电力系统的各种电气设备在运行中除了要承受正常的系统电压外，还会受到各种过电压的作用。因而，了解各种过电压产生的机理及其对电气设备的危害，研究防止产生或限制幅值的措施，对系统及电气设备绝缘水平的选定有决定性的意义。本章就各种过电压的发生机理作初步介绍。第一节理论基础一、直流电源作用在LC串联回路的过渡过程从电路的观点看，电力系统中的各种电气设备都可以用R、L、C三个典型元件的不同组合来表示。其中L、C为储能元件，是过电压形成的内因，是作为分析复杂电路过渡过程的基础。现在，我们来研究直流电源作用于L串联电路上的过渡过程及由之产生的过

2、电压。如图1-1所示，根据电路第二定理可写出E＝L+∫idt(1-1)在未合闸时，i＝0，uc＝0，变换一下形式，式(1-1)可写为LC+uc=E(1-2)当满足t＝0时，i＝0，uc＝0，式(1-2)的解为uc=E(1-cosω0t)式中，ω0＝，而电路的电则为i=C=sinω0t(1-3)若uc(0)≠0，那么uc的解为uc=E-[E-uc(0)]cosω0t(1-4)由上式可知，uc可以看作是由两部分叠加而成：第一部分为稳态值E，第二部分为振荡部分，后者是由于起始状态和稳定状态有差别而引起的，其幅值为(稳定值一起始值)，见图1-2。因此，由于振荡而产生的过电压可以用下

3、列更普遍的式子求出过电压＝稳态值+振荡幅值＝2×稳态值-起始值(1-5)26过电压及其绝缘配合资料利用上式，可以很方便地估算出由振荡而产生的过电压值。当然，实际的振荡回路中，电阻总是存在的，电阻的存在会使振荡波形最终衰减到稳态或甚至根本就振荡不起来，因此实际的过电压值总是小于该式的估算值。二、交流电源作用于LC振荡回路当e(t)＝Emsin(ωt+sin(ωt+φ)的交流电压作用于LC振荡回路时，可求得电容C上的电压为uc=Em··sin(ωt+φ)=Em··[]·sin(ω0t+φ)(1-6)其中前一项为强迫分量，后一项为自由振荡分量，并且有ω0=；φ=tg-1实际上，强

4、迫分量对应于稳态分量，把它改写一下便可得Em··sin(ωt+φ)=Em··sin(ωt+φ)=Em··sin(ωt+φ)=-·sin(ωt+φ)(1-7)这完全和稳态分量一样，画出uc的波形(见图l-3)，实际上就是在稳态电压上叠加一自由振荡分量，若实际的电路中有电阻存在，自由振荡分量最终衰减到零。从式(1-6)及图1-3可以看出，电源合闸瞬间uc上对应的电压为最大值时，由于振荡而引起的过电压为ucm=2Em

5、

6、=2Em

7、

8、一般ω0>>ω，uCm＝2Em，与直流电源合闸于LC电路相类似，当电容C上有初始电压时，并且其方向与合闸初瞬所对应的稳态值相反时，振荡分量的振幅就会大

9、于Em，从而使过电压的幅值大于2Em。三、均匀无损线的波过程与波的折反射典型的分布参数回路是各种传输线，沿线路长度有分布的电阻及电感，在导线和地之间26过电压及其绝缘配合资料还有均匀分布的电容。对于雷电冲击波，由于等值频率很高，因此在研究雷电冲击波对导线的作用时，导线一般应按分布参数考虑。而对工频或操作波过电压，只有当线路较长时才把它们看作传输线。不考虑损耗时，无损线的方程为(1-8)(1-9)该方程的解为u=u1(x-vt)+u2(x+vt)(1-10)i=i1(x-vt)+i2(x+vt)(1-11)其中光速这两个解表示：电压和电流的解都包括两个部分：一部分是(x-vt

10、)的函数；另一部分是(x+vt)的函数。这两个函数有一些什么性质呢?我们先来研究函数u1(x-vt)，该函数表明，架空线上某电压值出现的位置是随时间而变的。参见图1-4，设某x1tl时，x1点的电压为Ua，则t2时刻，电压为认的状态对应于x2并应满足关系式x1-vt1=x2-vt2任意时刻t时，电压为Ua的位置便可由下式求得u1(x-vt)=Ua即x-vt＝常数对上式两边求导得到。这就意味着，对固定的Ua来说，它在空间的坐标x将以速度v向x轴的正方向移动。我们把u1(x-vt)称为前行电压波。同样，可以证明u2(x+vt)代表以速率v向x轴的负方向进行的波，显然传输线上的电

11、流也是一个正向行波和反向行波的和，而且可表示为(1-12)(1-13)以上分析告诉我们，分布参数电路的过渡过程可以用流动波的图案来描述，导线上的电压分解成前行的电压波和反行的电压波；而流过导线的电流也分解成前行的电流波及反行的电流波，前行波和反行波在均匀无损的导线上无畸变地以波速v＝＝光速按各自的方向传播，两者互相独立，互不干扰。当两个波在导线上相遇时，可以把它们算术地相加起来。电压行波与电流行波的关系由波阻抗Z决定，这些关系可综合成下述四个基本方程u=uq+uf(1-14)i=iq+if(1-15)26过电压及其