线路上的波过程演示教学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二篇：电力系统过电压及保护,电力系统,过电压,大气过电压,（雷击过电压）,内部,过电压,直击雷过电压,感应雷过电压,工频稳态,过电压,电容效应,非对称接地故障,甩负荷时系统由感性变成容性负荷,工频过电压,工频暂态,过电压,操作过电压,操作电容器组过电压,操作空载线路过电压,解列过电压,操作电感负荷过电压：,弧光接地过电压,空载变压器,电抗器,电弧炉变压器组,电动机等,甩负荷时励磁调节系统引起的机电过程,谐振过电压,铁磁谐振过电压,参数谐振过电压,水轮发电机不对称短路或负荷严重不平衡引起谐振,由串联补偿线路中的铁磁谐振和异步电机的自励磁,断路器非全相拒动引起谐振,限制措施：,无间隙避雷器；同步断路器；可控电抗器；静止和动态补偿器,线路上的波过程,主要内容,1、波过程的物理概念,2、波动方程,3、行波的折射和反射,4、彼德逊法则（集中参数等值电路）,5、波经过电容和电感,6、波的多次折反射,7、波在平行多导线系统中的传播（耦合系数）,8、冲击电晕对波过程的影响,集中参数和分布参数的区别,划分两者的依据:,该元件的线性尺寸/所传播的电磁波波长,当,L,即电磁波波长较小时要用分布参数,如：,L=50Km,工频,=V/f=3 x 10,8,m/s x,1/50=6000Km,=120L，,需用集中参数来计算,雷电冲击,=VT=3 x 10,8,m/s x,50,x,10,-6,s,=15Km,=0.3L，,需用分布参数来计算不同时刻线路各,点的电压与电流变化,6000Km,50Km,15Km,50Km,1.,波过程的物理概念,电源向电容充电，在导线周围建立起电场，靠近电源的电容立即充电，并向相邻的电容放电,由于电感作用，较远处电容要间隔一段时间才能充上一定的电荷，电压波以某速度沿线路传播,随着线路电容的充放电，将有电流流过导线的电感，在导线周围建立起磁场。电流波以同样速度沿,x,方向流动,电压波和电流波沿线路的流动，实际上就是电磁波沿线路的传播过程,电压波和电流波的关系,电流波和电压波沿导线的传播过程实际上就是电磁能量传播的过程,2.,单根无损线波动方程,采用运算微积求解：拉氏变换,根据拉氏变换的延迟定理,变量置换,波动方程,前行波和反行波,电压前行波 以速度,v,向,x,方向运动,电压反行波 以速度,v,向,x,反方向运动,即：,t=t,1,时，位置,x,1,点的电压为,U,a,t=t,时,位置,x,点的电压为,Ua,Ua,Ua,Ua,Ua,电压波和电流波的关系,电压波与电流波通过波阻抗,Z,相互联系,电压波符号只与地电容电荷的符号有关,电流波符号由电荷符号和运动方向决定,波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波之间的比例大小,不同方向的行波，Z前面有正负号,Z只与单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关,既有前行波，又有反行波,波在行进过程中不改变波形及幅值,单根无损线波过程特点,3.,波的折射和反射,线路参数突然改变引起,边界条件：在节点,A,只有一个电压和电流,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,A,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,A,u,1,f,u,2,q,当Z,1,Z,2,时，U,1f,0,U,2q,U,1q,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,A,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,A,u,1,f,u,2,q,当Z,1,0,U,2q,U,1q,线路末端开路,电压折射系数,=2,，电压反射系数,=1,能量角度解释：,P,2,=0,，全部能量反射回去，使线路上反射波到达的范围，单位长度总能量等于入射波能量的,2,倍，反射波到达后线路电流为零，磁场能量也为零，全部能量都储存在电场,Z,1,u,1,q,=E,A,u,1,f,=E,Z,1,i,1,q,=E/Z,1,A,i,1,f,=-E/Z,1,线路末端短路,电压折射系数,=0,，电压反射系数,=-1,能量角度解释：因为线路末端接地短路，入射波到达末段后，全部能量反射回去成为磁场能量，电流增加,1,倍,Z,1,u,1,q,=E,A,u,1,f,=-E,Z,1,i,1,q,=E/Z,1,A,i,1,f,=E/Z,1,线路末端接有负载电阻,R=Z1,电压折射系数,=1,，电压反射系数,=0,相当于线路末端接于另一波阻抗相同的线路，波到达末端后无反射,两种情况的物理意义,相同吗？,Z,1,u,1,q,=E,A,R=Z,1,Z,1,i,1,q,=E/Z,1,A,R=Z,1,4.,集中参数等值电路（彼德逊法则）,适用范围：入射波必须沿分布参数线路传播而来，和节点相连的线路必须无穷长或反射波没有到达计算点,Z,2,Z,1,Z,2,u,1,q,(,t,),A,i,2,u,2,u,2q,(,t,),Z,1,i,2q,2,u,1,q,(,t,),Z,2,U,2q,(,p,),Z,1,I,2q,(,p,),2,U,1,q,(,p,),例题：某变电所母线上接有条线路，其中某一条线路落雷，电压幅值为,U,0,的雷电流自该线路侵入变电所，求母线上的电压。,n-1,n-1,条出线,u,0,z,z,母线,U,0,z,z,z,z,折射系数：,5.,波经过电容和电感,Z,2,U,2q,(,p,),Z,1,I,2q,(,p,),2,E,/,p,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,=E,A,C,1/,pC,A,Z,1,Z,2,u,1,q,=E,A,C,u,2,q,u,1,f,Z,2,U,2q,(,p,),Z,1,I,2q,(,p,),2,E,/,p,Z,1,Z,2,1,2,u,1,q,=E,A,L,u,2,q,u,1,f,pL,A,Z,1,Z,2,u,1,q,=E,A,L,最大陡度发生在,t,=0时刻,只要增加电容或电感就可以将限制侵入波的陡度,在无穷长的直角波作用下，电容和电感对最终的稳态值没有影响，因为直流电压作用下，电容相当于开路、电感相当于短路,6.,波的多次折反射,7.,波在平行多导线系统中的传播,静电方程,考虑到,为第,k根导线中的电流,平行多导线的耦合系数,导线1对导线2的耦合系数1,平行多导线的耦合系数,随导线之间距离的减小而增大，两根导线越靠近，其耦合系数越大,耦合系数是输电线路防雷计算的一个重要参数,由于耦合作用，当导线1上有电压波作用时，导线1、2之间的电位差不再等于E，而是比E小,导线之间的耦合系数越大，其电位差越小，这对线路防雷是有利的,8、,冲击电晕对波过程的影响,造成行波衰减和变形的因素：,导线与大地之间的漏导和导线电阻使行波消耗一部分能量,线路参数随频率而变得特性,过电压的作用，导线上出现冲击电晕,主要原因,冲击电晕对耦合系数的影响,冲击电晕使导线有效半径增大，使导线间耦合系数增大,k,0,几何耦合系数,k,1,电晕效应耦合系数,冲击电晕对波阻和波速的影响,冲击电晕使导线对地电容增大、电感不变,导线波阻可下降,20%30%,波速可减到光速的,0.75,倍,冲击电晕造成波的衰减和变形,冲击波的电压超过电晕起始电压的各点的电晕程度不同，造成各点的波阻和波速不同，使得冲击波各点以不同的速度向前运动，波头被拉长、陡度变缓。,