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1、高电压技术8.6.3 8.6.3 平行多导线的耦合系数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u1U0，求此时导线2上感应的电压波u2。由i20解：消去i1，得K为导线1对导线2的耦合系数耦合系数。因为Z12 Z11，所以K 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9 实
2、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。108.7.2 8.7.2 冲击电晕对波过程的影响冲击电晕对波过程的影响u当线路上出现雷击或者过电压时，会产生冲击电晕。u此时，波传播时的衰减和变形将主要因冲击电晕而引起。u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。u电晕发展与冲击波极性相关。正极性冲击为细丝状，负极性冲击为舌状。u雷电多为负极性。11一、对导线耦合系数的影响一、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
3、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=k1*k0耦合系数的电晕校正系数k112二、对波阻抗和波速的影响二、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。13三、对波形的影响三、对波形的影响u0(t)表示原来的波形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
4、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。冲击电晕减低波的陡度和幅值，可用于变电所的防雷中。148.8 8.8 变压器绕组中的波过程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，是绕组绝缘结构设计的基础158.8.1 8.8.1 单相变压器绕组的波过程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
5、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16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，则电容K0/dx上的电压与电流满足关系：电容C0dx上的电压和电流满足关系：两式联立，解得：其中A、B由初始条件决定17(1) (1) 绕组末端接地绕组末端接地边界条件为：解得，则电压分布为18(2) (2) 绕组末端开路绕组末端开路边界条件为：解得，则电压分布为19在不同的l下，绕组电压初始分布的变化(a)末端接地 (b)末端短路 20从图、公式中可以看出：从图、公式中可以看出：1) l 越大，绕组上电压分布不
6、均匀性越明显。2)当l 5时，末端开路和末端接地的情况基本相同。3)绕组中的起始电压分布取决于绕组全部对地电容C0l和全部匝间电容K0/l4) 最大电位梯度出现在绕组首端。21 变压器绕组中的电磁振荡过程在10s还未发展起来。因此，在分析雷电波的危害时，绕组中的电感在高频情况下阻抗很大，流过它的电流也就很小。绕组中的电位分布与起始电位分布非常接近。 为分析方便，将忽略电感后的绕组的电容链等值为一个电容，叫做入口电容入口电容。变压器可用一入口电容来表示。C绕组总的对地电容, K绕组总的匝间电容。变压器入口电容与其结构、电压等级和电容量有关。纠结式绕组变压器高压端绕组的等值入口电容22二、稳态电位
7、分布与振荡过程二、稳态电位分布与振荡过程 变压器绕组在稳态情况下，电感短路，电容开路，因此绕组的电位分布取决于绕线电阻，分布均匀。23过渡过程的特点过渡过程的特点1） 振荡的激烈程度与稳态电位分布与起始电位分布之差有关。在无阻尼状态下，最大电压为：U最大U稳态（U稳态U初始）2U稳态U初始2） 由于各点频率不同，因此各点到达峰值时刻不同。将各点峰值点连接，可得最大电位包络线。无损耗时的包络线如曲线4所示。3） 末端接地时，最大电位出现在约1/3处，1.4U0 末端开路时，最大电位出现在末端，为1.9U0.4)起始电压分布时，最大电位梯度在首端，为U0 但在随后的振荡过程中，其他地方可能出现更高
8、的电位梯度。5） 绕组内的波过程还与冲击波形有关。 波头时间越长，由于电感的分流影响，振荡越缓和，最大对地电压和纵向电位梯度都将下降。 波尾时间越短，如短波过程，振荡还未充分发展，外加电压已经减小，因此绕组中的对地电压和电位梯度也下降。24截波侵入绕组的过程截波侵入绕组的过程1绕组的入口电容2管型避雷器或者设备闪络L入口线段的电感截波u可看成是u1和u2的叠加。u2的幅值可接近u1的2倍，而且非常陡。因此将在绕组上产生很高的过电压，危及到变压器的纵绝缘。实测表明：截波作用下的绕组内的最大电位梯度将比全波作用时大。对电力变压器必须进行截波冲击试验。25三、改善绕组中电位分布的方法三、改善绕组中电
9、位分布的方法u稳态电位分布与 初始电位分布不同是造成振荡的原因。减弱振荡的方法就是使得初始电位分布尽量稳态电位分布，即一种均匀分布。u初始电位分布不均匀的原因在于电容链中，对地电容的分流作用。u改善初始电位分布的方法主要有两种：一是补偿对地电容的影响，二是增大纵向电容。26( (一）一） 补偿对地电容的影响补偿对地电容的影响1静电环高压端2绕组的线饼3静电匝4静电匝的绝缘5垫圈27( (一）一） 补偿对地电容的影响补偿对地电容的影响u真正实现全补偿是很难的，也没有必要。u一般只要部分补偿，使得绕组各处电位都不超过0就可以了。u对220kV以上的变压器，会显著增加体积和重量。28( (二）二） 增大纵向电容增大纵向电容减小l，也可以减小不均匀性。也即增大纵向电容K029纵向补偿的实际结构纵向补偿的实际结构 由于安装和绝缘限制，通常只用在首端附近的几个线饼中30大容量变压器中的纵向补偿大容量变压器中的纵向补偿连续式绕组：K110K0/8; 纠结式绕组：K110K0/2318.8.2 8.8.2 三相绕组中的波过程三相绕组中的波过程32
