波过程与雷电过电压.ppt
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波过程与雷电过电压.ppt
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75平行多导线系统中的波过程,平行多导线间互电感M、互电容K,各导线上电压波和电流波之间相互影响,一、波在平行多导线系统中传播的波动方程a.假设大地为理想导体b.波的传播将只有一个速度v,即各导线上电荷的运动是相对静止的,微笑再美再甜不是你的也不特别。
眼泪再苦再咸有你安慰也是晴天。
爱上你我连逃避的勇气都找不到。
上的鱼儿地上的鸟儿和身边的你。
我要去路港小镇数够9999只飞鸟。
我要去千年鸟道数够9999只候鸟。
白天的太阳晚上的月亮和永远的你。
天失去你我连正常的生活都过不好。
只是偶尔还会怀念那时的轰轰烈烈。
只是想起以前思念那时的反反复复。
多幸运在最美的年纪,遇见你没有遗憾和可惜。
多幸运爱你这件事情,成为我今生最对的决定。
没有人能比我更爱你,就算有天我们注定会分离。
没有人能比我更爱你,就像没有人能永远在一起。
转眼,青春的盛宴已然散场,她,还能坚持多久?
瞬间,青春的戏剧已然落幕,他,还能执着多久?
因为我们有时间差,所以我刚醒的时候你才睡下。
因为我们有性格差,所以我狂笑的时候你却尴尬。
他想要很多很多的梦、弥补以前所有的伤所有的痛。
她想要很多很多的甜、盖住以往所有的苦所有的酸。
张张给了慌慌一场美好的初恋,一场童话般的婚礼。
慌慌为了张张披上了一身婚纱,一场最美好的回忆。
没有码头的港湾无船肯泊,而我却只为你一人破例。
没有巢穴,无损耗平行多导线系统波过程麦克斯韦方程组自波阻抗互波阻抗,若导线上同时存在前行波和反行波时,对n根导线中的每根导线都有n个方程写成矩阵形式根据边界条件可求解,二、平行多导线的等值波阻抗例:
雷击杆塔波同时作用于两根避雷线,边界条件:
A点导线1、2并联,等值波阻抗,当z11=z22,三、平行多导线的耦合系数,实际中:
波在一根导线上传播时在与其平行的导线上会感应出耦合波,边界条件i2=0,耦合系数,结论:
1)平行导线1上有电压波u1传播时,与其平行的导线2上将感应出一个极性和波形都与u1相同的耦合电压波u22)z12z11k121即u2u13),d12,k12,u2,d12,k12,u2,4)导线间绝缘子上的电压uu1-u2=(1-k12)u1k12u,耦合系数是输电线路防雷计算中一个重要参数,7-6冲击电晕对线路波过程的影响,实际输电线路:
具有损耗:
1)导线电阻2)导线对地电导3)大地阻抗4)冲击电晕大地:
电流不在镜像深度上流动而是在更深深度流动这些都会引起波在传播时发生衰减变形,其中在过电压下冲击电晕是引起波衰减变形的主要原因,雷击、操作过电压,导线上冲击电压起始电晕电压,电晕,100kV,冲击电晕对波过程的影响:
1)使导线和相邻平行导线间的耦合系数k增大(1015)%2)使导线波阻抗z降低2030(c)3)使波在传播中幅值衰减、波形畸变(陡度),l:
波传播距离(km)u:
电压(kV)h:
导线对地平均高度(m)uk:
电晕起始电压(100kV),7-9单相变压器绕组中的波过程,变压器、电机(发电机、电动机)L0自电感C0对地电容K0匝间电容M0匝间电感高低压绕组间、各相间的电磁耦合,重要设备,极为复杂的R、L、C电路,雷电、操作冲击电压下会产生复杂的电磁振荡过程(波过程)主绝缘(绕组各点对地、绕组间)纵绝缘(匝间、层间、线饼间),绕组内部的自由振荡过程绕组间的电磁耦合过程,出现很高的过电压,一、等值电路和电位方程,单相双绕组变压器,假设:
1.绕组无损,且绕组的L0、C0、K0均匀连续分布2.绕组各部分间(层、匝间)无互感、原付绕组之间,相间无影响(低压绕组短路接地),等值电路,L0、C0、K0为绕组单位长度自电感、对地电容、纵向电容l为绕组长度K分合表示绕组末端(中性点)是否接地,消去iL和ik得:
对其进行拉氏变换,式中,方程的解,A、B为常数,由起始条件及边界条件确定,变压器首端(x=0)加一直角波电压u0,1)绕组末端接地(K合上),2)绕组末端开路(K分开),二、起始电位分布和入口电容由拉氏变换的起始值定理,变压器绕组的空间系数,末端短路末端开路,可见起始电位分布与绕组的电感无关,这是因为t=0时电感电流不能突变,电感支路可视为开路,等值电路为k0/dx和c0dx组成的电容链,对于连续式绕组,一般l=5-15平均10当l5时,又当x/l0.8时,不论绕组末端接地与否,大部分绕组中(x/l0.8)的起始电位相同,只是末端电位分布有效差异,中性点接地中性点绝缘,对地电容的分流作用使绕组起始电位分布很不均匀,l越大,分布越不均匀,大部分降落在绕组首端附近,x0处电位梯度du/dx最大,表明t=0瞬间绕组首端(x0)电位梯度为平均梯度的l倍l越大则加在绕组首端纵绝缘上的电压越高,对绝缘危害越大,在较陡冲击电压波作用下,变压器绕组中的电磁振荡过程在10s内尚未发展起来,电位分布与起始电位分布接近,此时电感电流很小,可忽略电感。
因此在变电站防雷分析中,变压器可用一等值集中参数电容CT(入口电容)代替,入口电容是绕组全部对地电容与全部匝间电容的几何平均值一般变压器入口电容5006000pF,三、稳态电位分布和振荡过程由拉氏变换的终值定理,中性点接地,按电阻分布电位,中性点开路,由于起始电位分布和稳态电位分布不同,因此出现过渡过程差值越大振荡幅值越高,过电压(对地电位)越高,最大电位出现在首端附近可达1.4u0,最大电位出现在末端可达1.9u0,最大电位梯度都出现在首端,理论及试验表明:
绕组内的振荡过程与作用电压陡度有关陡度振荡,变电站内由于避雷器动作或设备绝缘闪络,使入侵的冲击电压波发生截断,形成截波因此,必须对电力变压器进行截波冲击试验四、变压器的过电压保护1)在绕组首端部位加一些电容环和电容匝补偿对地电容2)增大纵向电容,减小对地电容的影响纠结式绕组,外部避雷器内部改善起始电位分布,710三相变压器绕组中的波过程,一、中性点接地的星形绕组Y0,波过程与单相绕组相同,二、中性点不接地的星形绕组Y,单相进波中性点最大电压为2U0/3两相进波中性点最大电压为4U0/3三相进波中性点最大电压为2U0,类似中性点不接地,三、三角形绕组单相进波,和末端接地的单相绕组相同三相进波,绕组中部电压最高可达2U0,7-12旋转电机绕组中的波过程,旋转电机(发电机、调相机、大型电动机),经变压器,直配,电网,1.单匝绕组,不存在匝间电容,可视为具有一定波阻抗的输电线路2.多匝绕组,由于运行中采用了限制侵入波陡度的措施,侵入电机的冲击电压的波头较平缓,可以忽略匝间电容的影响,因此也可视为具有一定波阻抗的输电线路3.槽内外波阻抗及波速不相同,通常所指的波阻抗为槽内外波阻抗的平均值,大小与其匝数、电压等级及额定容量有关,一般随容量的增加而减少,旋转电机绕组,大功率高速电机单匝小功率低转速或电压较高的电机多匝,4.波在电机绕组中传播时,存在着相对大的损耗(铁损、铜损),因此波的衰减和变形严重5.作用在匝间绝缘上的电压仅为前行电压波,匝间电压与进波陡度成正比,当匝间电压超过匝间绝缘的冲击耐压值时,就可能引起匝间绝缘击穿事故6.故需将进波陡度限制到5kV/s以下,以避免匝间绝缘故障,第八章雷电及防雷装置,概述,雷电是大气中集声、光、电、热极为壮观的自然现象。
它对人类的生活、生产都有着重大影响。
雷闪放电促使无机物合成为氨基酸等有机物质导致孕育地球生命,在生命起源占有相当的地位;大气层中的电离层也起着防止太阳和宇宙各种射线进入地面,保护地球上的生命,而雷电就起着补充电离层电荷,平衡电荷总量的作用;也正是雷电放电引起森林大火可能启发了远古人类对火的发现和利用,从而结束了茹毛饮血的生活,加快了人类的进化。
但是现代生活中,雷电也给人类各行各业带来了巨大的灾害。
据统计,现今全球平均每年因雷电灾害造成的直接经济损失就超过10亿美元,死亡人数在三千人以上,这个统计没有包括中国。
我国根据气象部门和劳动部门的估算,每年雷击伤亡人数均超过1万,其中死亡3000多人。
雷电灾害被国际电工委员会(IEC)称为“电子化时代的一大公害”。
据美国的保守估计,主要由于雷电冲击导致计算机网络系统失效或损坏,平均每年约占全部故障的70。
据我国一些省市统计,因雷害作用,电子设备的直接损失约占雷电灾害总损失的80,造成了巨大的直接经济损失和无法估量的间接经济损失与社会影响。
北京地区1980-1996年造成经济损失上亿元的数百起事故中,微电子占54.8。
广东地区1997年雷害事故共计1465起,其中电子电器设备雷害事故705起,共计直接经济损失1亿6770万元,间接经济损失5亿1730万元。
1989年月1日,我国青岛市黄岛油库遭雷击失火,燃烧104小时才勉强扑灭。
伤亡人员近百名,烧毁原油3.6万吨,整个油库变成一片废墟。
我们电力系统的发电厂、变电站,特别是高压输电线路纵横交错地分布在旷野上,极易遭受雷击,引起停电事故。
雷击引起线路跳闸一直是供电部门十分头疼的事情。
有些供电局雷雨季节有时每天因雷击跳十几条线路,严重时不得不停电避雷,损失巨大。
93年4月杨家坪双山变电站就因雷击造成停电十几天,直接经济损失250万元,间接损失无法估计。
可见雷害事故涉及邮电通信、广播通讯、计算机行业、电子工业、石油化工、航天航空、建筑、包括电力工业几乎的所有行业。
由于雷电破坏性极大,所以必须研究雷闪放电的机理、发展过程、放电特点及参数。
目前雷闪放电还不能控制,只能进行防护,采取一些防雷措施和装置,以确保电力系统安全可靠经济地运行。
雷电现象从古代以来就为人们关注。
我们知道两百多年前美国著名科学家富兰克林的风筝试验。
实际我国对雷电现象观察与研究已很久了。
三千五百年前的殷商甲骨文已有“雷”字,周朝青铜器上已有“电”;东周时庄子上就有“阴阳分争故为电,阴阳交争故为雷”;宋代沈括“梦溪笔谈”从实践经验中总结对雷电的三个重要性质雷电沿金属通过并熔化金属而周围的一般物体没有损坏雷对建筑物的易击点是建筑物突出部分鸱大地参与雷电活动(下安于地)我国劳动人民总结出大量与雷电活动有关的谚语“立春一声雷,一月不见天”“雷打秋,一半收”“立夏无雷声,粮食少几升”,“立夏无雷动,谷米皆成空”“雷鸣惊蛰后,一镰割不透”“惊蛰闻雷米如泥”“先打雷不下,后打雷不晴”“电先行,后跟雷,大风大雨即将临”“冬暖春雷多”“梅里有雷主大水”“雷打清明后,平地种成豆”“先雷不下,有雨不大”,随着科技的进步,上世纪以来对雷电的认识有了很大进展,全球许多地方都建立了雷电观测站,采用了高速摄像、雷达、卫星、雷电定向定位仪等许多先进的设备,获得了大量雷电参数,同时在实验室进行了大量的人工雷闪放电(长间隙放电)研究。
对雷闪放电的发展过程有了很多认识,基本弄清了雷电作用于电气设备时产生过电压的机理、幅值、波形,同时也找到了与雷害作斗争的防雷措施和防雷装置(避雷针、避雷线、避雷器、接地装置等)雷电具有几至几百kA的冲击电流,通过被击电气设备时由于电磁效应,形成幅值很高的冲击电压波,使电气设备绝缘破坏,电动力的机械效应使物体炸裂,冲击电流的热效应使金属熔化。
81雷闪过程及雷电参数,一、雷云的形成雷闪放电带电荷的雷云,云,局部地形雷云锋面雷云,范围小,危害小,范围广,危害大,地面水蒸气上升凝结成小水滴,季风(冷气团、暖气团),云带电(综合过程),瀑布起电(水滴破裂效应),空气中被强烈的气流吹裂的水滴较大残滴带正电,细微的水沫带负电,水沫被气流带走,于是云中各部带有不同的电荷,冰雹效应(水滴冻冰效应),水结冰时,冰粒上带有正电,被风吹走残余的水带负电,实测表明:
510km高度主要是正电荷的云层,15km高度主要是负电荷云层,云底部往往有一块区域不大的正电荷聚集区。
云中的电荷分布不均匀,形成几个0.11库仑的电荷密集中心,雷云对地电位可高达几万千伏亿伏。
当云中电荷密集区电场强度达到(2530)kV/m时,就会放电,大部分放电是在云间或云中进行的,只有小部分对地放电。
二、放电过程据测:
对地放电的雷云绝大多数(7590)是带负电荷,雷电流为负极
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- 过程 雷电 过电压