第16讲 线路与绕线中的波过程(三)

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1、高电压技术高电压工程系李黎leeli@mail.hust.edu.cn28.6.3平行多导线的耦合系数当开关合上时,导线1上出现前行电压波u1=U0,求此时导线2上感应的电压波u2。由i2=0解:消去i1,得K为导线1对导线2的耦合系数。因为Z12

2、的耦合系数K有很大关系。对多导体架空线路,K约为0.20.3。4两根避雷线的情况当雷击于金属杆塔时,将使避雷线电位抬高到U0,问导线3上感应的电压解:避雷线1、2与导线3的电压方程为由于Z11=Z22,i1=i2,u1=u2,且i3=0,因此解得避雷线1、2对导线3的耦合系数k1,2-3K13、K23、K12分别为导线1与3、2与3、1与2之间的耦合系数5从上式可以看出:注意:以上关于波过程的分析是假定大地为理想导体的。此时在第1根导线上加电压波u1之后,在平行的第2根导线上将感应出电压波u2,两者波形相似,只是幅值不同。

3、但当考虑大地的电阻率后,波在多导体系统中的传播可以有不同的速度,这将引起传播过程的畸变。上述所得的结论在距离雷击点远处将不再成立;但仍可用于雷击点附近。68.7波的衰减与变形、冲击电晕的影响任何波在线路上传播都会有损耗,损耗来源:1)导线电阻;2)导线对地电导;3)大地的损耗;4)电晕损耗;78.7.1波沿线路传播时的衰减和变形R0包括导线电阻和大地电阻,G0包括绝缘泄漏和介质损耗。R0和G0将电能转化为热能,使波形衰减;当R0/G0≠L0/C0时,电能和磁能的消耗不相等,这将导致波形变形。单根有损长线的单元等值电路8直角波

4、的衰减与变形过程假定等值线路中的各参数均为常数。直角电压波幅值为U,电流波幅值为I当电压波传播时,单位长度导线上的电容获得的电场能为电导消耗的电场能为电压u的衰减规律为:当电流波传播时,单位长度导线上的电感获得的磁场能为电阻消耗的磁场能为:电流i的衰减规律为:9在电磁波的传播过程中,可能在某一时刻,磁能消耗>电能消耗,这样,空间电磁场就会发生电能向磁能的转换。这样,电压波幅值就会下降,而电流波幅值会上升。也即电压波发生负反射,电流波发生正反射。并保持电磁波行进方向上不变。如果满足条件,则波在传播过程中,单位长度上消耗的磁能与

5、电能之比,正好等于在导线电阻上的热损耗和线路电导上的热损耗之比。此时u,I波形的改变相同,因此波只会发生衰减,而不会发生变形10实际上,输电线路并不满足上述的无畸变条件,因此波会发生衰减和变形。波的衰减主要有R0引起。而R0与频率有关,频率越高,则R0越大。因此,陡波投的波衰减较快。118.7.2冲击电晕对波过程的影响当线路上出现雷击或者过电压时,会产生冲击电晕。此时,波传播时的衰减和变形将主要因冲击电晕而引起。电晕发展基本上只与电压瞬时值有关,而与波头时间无关。因为电晕发展时间很短,在10ns的量级。电晕发展与冲击波极性相

6、关。正极性冲击为细丝状,负极性冲击为舌状。雷电多为负极性。12一、对导线耦合系数的影响出现电晕后,电晕区内,径向电导增加,径向电位梯度下降,导线等效半径扩大,因而耦合系数也增加。K0为几何耦合系数。K1为电晕校正系数k=k1k0耦合系数的电晕校正系数k113二、对波阻抗和波速的影响有冲击电晕时,波阻抗减小,一般可减小20%-30%在平行多导线系统中,导线自波阻抗变小,互波阻抗不变波速的表达式:波阻抗的表达式在冲击电晕作用下,L0不变,而C0减小有冲击电晕时,波速减小,减小到0.75的光速。14三、对波形的影响u0(t)表示原

7、来的波形u1(t)表示沿导线传播距离l后,衰减与变形的波形。Uc为电晕起始电压,从此开始波速变慢电压越高,电晕层就越厚,波速就越低可以将两条曲线的交点看成是变形后的波的峰值点。估算电压瞬时后移的时间的经验公式U:原始波形上某瞬时电压幅值,kV;l:行波的传播距离,kmh0:导线平均悬挂高度,km冲击电晕减低波的陡度和幅值,可用于变电所的防雷中。158.8变压器绕组中的波过程变压器绕组直接与输电线路相连,因此它们经常受到来自线路的过电压的侵袭。各种电磁振荡过程将在绕组的主绝缘和纵绝缘上感应出过电压。分析这些过电压,是绕组绝缘结

8、构设计的基础168.8.1单相变压器绕组的波过程变压器绕组的等值电路在不计互感、电阻和电导情况下的等值电路L0-单位长度上的自感,C0-单位长度上的对地电容;K0-单位长度上的匝间电容17直角波作用于绕组上,由于瞬间电感上的电流不能突变,因此其等值电路变为设距离绕组首端x处的电压为U0,则

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