武汉大学过电压总结.docx

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武汉大学过电压总结

第一章集中参数电路中的暂态过程

1.电源合闸至单频振荡电路，在电容元件上产生的最大过电压幅值为，Ucm=稳态值+振荡幅值=稳态值+（稳态值—初始值）=2*稳态值—初始值

第二章长线路的暂态过程

1.波阻抗Z和集中参数电阻R有相同点和不同点。

答：

相同点：

①都是反映电压与电流之比。

②量纲相同都为Ω。

不同点：

①R：

电压u为R两端的电压，电流i为流过R的电流。

Z：

电压u为导线对地电压，电流i为同方向导线电流。

②R：

耗能；Z：

不耗能将电场能量储存在导线周围的介质里。

③R：

常常与导线长度l有关。

Z：

只与L0和C0有关，与导线长度无关。

2.彼得逊法则：

当波沿分布参数线路传到节点A时，计算节点A电压u2q可应用等值集中参数电路进行计算。

在等值集中参数电路中：

电源电动势为入射电压波u1q的两倍；等值集中参数电路的内阻为入射所经过的波阻抗Z1；Z2作为负载电阻。

使用条件：

①波沿分布参数的线路入射；②波在节点只有一次折、反射过程。

要满足上述条件②，则要求和节点相连的线路必须是无穷长。

如果节点A两端的线路为有限长的话，则以上等值电路只适用于在线路端部形成的反射波尚未到达节点A的时间内。

优势：

彼德逊法则把分布参数电路问题，变成集中参数等值电路问题，把微分方程问题变成代数方程问题，简化了计算。

3.导致波在传播过程产生损耗的因素主要有以下四种：

1）导线电阻引起损耗；2）导线对地电导引起的损耗；3）大地电阻的损耗；4）导线发生电晕引起的损耗。

4.冲击电晕对波过程的影响

对导线耦合系数的影响：

发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。

对波阻抗和波速的影响：

冲击电晕将使线路波阻抗减小、波速减小

对波形的影响：

冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保护。

5.行波发生折反射的原因是什么？

答：

在电力系统中常会遇到两条不同波阻抗的线路连接在一起的情况，如从架空输电线路到电缆或者相反，当行波传播到连接点时，如下图所示，在节点Ａ的前后都必须保持单位长度导线的电场能量和磁场能量总和相等的规律，故必然要发生电磁场能量的重新分配过程，也就是说在节点Ａ上将要发生行波的折射和反射。

第三章变压器和电机绕组内的暂态过程

1.在冲击电压作用下，变压器绕组的初始电压分布对变压器绝缘的影响：

初始电压分布要尽量接近稳态电压分布，可有效降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并消弱振荡，减小振荡过电压的幅值。

改善绕组初始电压分布：

补偿对地电容的影响，增大纵向电容

2.变压器在冲击电压下产生振荡的原因：

绕组电容电感之间的能量转换和电压初始分布于最终分布不一致导致振荡。

振荡的对地最大电位与哪些因素有关：

Umax与绕组末端接地有关接地，出现在拒绕组首段附近l/3处，1.4U0；不接地，绕组末端，1.9U0。

最大Umax作用于变压器绕组的主绝缘。

3.对三相变压器，什么样的进波条件下和在变压器绕组的什么部位会产生最严重的振荡过电压：

三相绕组同时进波；在震荡过程中产生的中性点最大电位将为首端电位的两倍

4.电机绕组为什么容量越大，波速和波阻越小，而当额定电压越高时，波阻越大：

电机容量大，导线的半径将增大，每槽的匝数将减小，使电容C0增大而L0减小，使其波阻抗减小；电压等级升高，电机每槽匝数增多，L0变大，因而波阻抗增大。

5.在冲击电压的作用下，沿变压器绕组的初始电压分布按指数规律分布，最大电位梯度出现在绕组的首端。

在冲击电压作用下，变压器绕组中将发生电磁暂态振荡，产生的最大对地电位与绕组接线形式、进波的相数等因素有关。

在冲击电压作用的初瞬，变压器等效为入口电容Cr。

采用内部保护的措施，可改善变压器绕组的初始电压分布，提高变压器耐受冲击电压作用的能力。

电机绕组中的波过程与输电线路相似，可用波阻抗和波速参数表征其冲击特性。

6.一般连续式变压器绕组的αl值为5~10。

变压器绕组的末端不论接地与否，其初始电压分布均相同，按指数规律分布。

最大电位梯度出现在绕组的首端。

冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的αl倍。

αl越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。

（危及变压器绕组的首端匝间绝缘）

7.变压器绕组中的电磁振荡过程在10μs以内尚未发展起来，在这段时间内变压器绕组的特性主要由其纵向电容和对地电容组成的电容链决定，对首端来说相当于一个等效集中电容Cr，称为变压器的入口电容。

8.最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于αU0，对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘）有危害。

绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。

过电压波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。

波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位梯度也比较低。

截波作用下绕组内的最大电位梯度将比全波作用时大，会在变压器绕组中产生很大的电位梯度，从而危及变压器绕组的纵绝缘，电力变压器不仅需要进行全波冲击耐压试验，还要通过截波耐压试验。

9.三相变压器绕组，三角形接线方式（Δ）

对于三角形接线的变压器，当冲击电压波沿一相线路（A相）入侵时，同样因为绕组的冲击波阻抗远大于线路波阻抗，所以B、C两端点相当于接地，因此在AB、AC绕组中的波过程与单相绕组末端接地的情况相同。

若发生两相或三相线路进波，则三角形接线的每相绕组两端同时有波侵入，当波传到绕组中部时，相当于波传到开路末端的情况，会产生较高的过电压，在各相绕组的中部出现的最大对地电位将达2U0。

10.变压器绕组内部保护的关键措施是：

改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接近稳态电位分布。

这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过电压的幅值.。

（1）补偿对地电容C0dx的影响；（静电环）

（2）增大纵向电容K0/dx（纠结式绕组）

第四章雷电参数及防雷措施

1.雷电参数：

1）雷暴日Td：

在指定地区内一年四季所有发生雷电放电的天数，以Td表示。

一天内只要听到一次或一次以上的雷声就算是一个雷电日。

根据雷电活动的频繁程度，通常把我国年平均雷电日数超过90的地区叫做强雷区，把超过40的地区叫做多雷区，把不足15的地区叫做少雷区。

2）雷暴小时Th：

在一个小时内，只要听到一次或一次以上雷声就算是一个雷电小时。

3）地面落雷密度：

云—地放电频度。

单位时间，单位面积的地面平均落雷次数。

单位为次/（平方公里.雷暴日）4）雷电流：

雷直击于接地良好的物体时泄入大地的电流。

（幅值陡度波形极性）

2.避雷器与电子设备防雷保护器件

基本要求：

a.过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压b.过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合c.过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力，即在过电压作用下放电后迅速恢复绝缘强度，保证系统正常运行。

避雷器的电气参数：

1）标称放电电流：

冲击波形为8/20μs的放电电流峰值，单位kA，用以区分避雷器的等级。

我国规定的标称电流有1、1.5、2.5、5、10和20kA几个等级。

2）残压：

包括标称放电电流下的残压、陡波电流下的残压和操作冲击电流下的残压。

其中陡波电流波形为1/5μs，操作冲击电流的波头时间为30~100μs。

3）雷电冲击保护水平：

避雷器标称放电电流下的残压值为其雷电冲击保护水平。

陡波电流下的残压与标称放电电流下的残压之比不得大于1.15。

4）操作冲击保护水平：

避雷器在操作冲击电流（波头时间为30~100μs）下的最大残压。

5）额定电压：

指能施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值。

6）最大持续运行电压：

为在运行中允许持续地施加在避雷器上的最大工频电压有效值，单位kV。

其值一般应等于或大于额定电压的0.8倍，且不低于系统的最高运行相电压。

7）起始动作电压（又称参考电压或转折电压）：

通常指通过1mA工频阻性电流分量峰值或1mA直流电流时避雷器端电压的峰值U1mA。

8）压比：

指避雷器在波形为8/20μS的标称冲击电流（例如10kA）作用下的残压U10kA与起始动作电压U1mA之比。

压比（U10kA/U1mA）愈小，表明避雷器的非线性愈好。

9）荷电率：

指最大持续运行电压的幅值与起始动作电压的比值。

3.接地：

将电力系统或建筑物内的电气设备的某一部分与大地相连接，与大地保持等电位。

接地是由接地装置实现的。

接地装置包括接地体与接地线，接地体是埋设于大地并直接与大地土壤接触的金属导体，作用是减小接地电阻，接地线是连接被接地物与接地体的金属导线。

接地电阻R的数值等于接地装置对地电压U与通过接地极流入地中电流I的比值。

接地电阻R的数值与大地的结构和电阻率直接有关，还与接地体的形状和几何尺寸有关。

通常用电压电流表法测量接地电阻。

冲击接地电阻：

雷电流作用下接地装置的冲击接地电阻的计算，通常是在工频接地电阻计算的基础上，考虑冲击系数α，α的数值可根据计算分析和实验得到。

冲击系数：

接地极流过冲击电流呈现的接地电阻成为冲击接地电阻，接地极流过的工频交流电流呈现的电阻称为工频接地电阻，两者的比值称为冲击系数。

加大接地体的尺寸可以减少接地电阻，但由于雷电流的等值频率很高，伸长接地体在雷电流的作用下，接地体自身的电感将会产生很大影响，会增加接地体的阻抗。

所以，通常伸长接地体只在40~60m的范围内有效，超过这一范围对降低接地阻抗不起作用。

4.电力系统中的接地分类：

1）工作接地：

电力系统正常运行的需要而设置的接地。

例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。

其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平，并有利于实现继电保护。

工作接地要求的接地电阻一般为0.5~5Ω。

2）保护接地：

为了人身安全，而将电气设备的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等加以接地。

这样可以保证金属外壳处于地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时，不致有危险的电压升高对人身安全造成威胁。

同时也要将接触电势和跨步电势限制在安全范围。

高压设备接地保护要求的接地电阻为1~10Ω。

3）防雷接地：

针对防雷保护的需要而设置的接地，比如杆塔的接地、高层建筑物的接地、避雷装置的接地等，目的是将雷电流安全地导入大地，并减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。

架空输电线路杆塔的接地电阻一般不超过10~30Ω，避雷器的接地电阻一般不超过5Ω。

5.输电线路杆塔接地：

在高压输电线路的每一基杆塔下一般都设有接地装置，并通过引线（或金属杆塔本身）与避雷线相连，其目的是使击中避雷线和杆塔的雷电流通过较低的接地电阻进入大地。

高压线路杆塔都有混凝土基础，它们也起着接地体的作用，称为自然接地体。

只有在土壤电阻率较低（300Ω•m以下）的地区，自然接地体才有些作用。

在大多数情况下，单纯依靠自然接地体是不能满足要求的，需要装设人工接地装置。

6.发电厂和变电站的接地：

发电厂和变电站的接地，将同时起到工作接地、安全接地和防雷接地的作用。

发电厂变电站的接地体主要采用由扁钢水平敷设组成的地网，以将变电站内的设备与接地体相连，同时使站内的地表电位分布均匀，其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同。

7.采用远离法和补偿法来提高工频接地电阻测量精度：

1）远离法：

把电流极打在远离被测接地电极10a的地方，同时把电压极打在零位面，测量结果将会比实际值小10%，这在工程上是可以接受的。

2）补偿法：

选择合适的电压极的位置，将电压极打在DGP=0.618DGC处，就能测得正确的结果。

8.雷电放电的时间短、电流大，可分为先导放电、主放电、余光放电三个阶段。

避雷针和避雷线的作用是将雷电吸引到自身上来，并将其安全导入地中，从而保护其周围的物体免遭雷击。

避雷针（线）的抱回范围是指其周围雷击概率小于0.1%的