第四章 线路和绕组中的波过程
4.1 单导线波过程
一、均匀无损长线
R0=0
dt di L
u L = dt du C i c =
二、波过程的物理图景 1、行波建立电场
在dt 时间内，行波前进了dx 距离，则长度为dx 的线路被充电，使其电位为u ，导线获得的电荷为
dq=udc=uc 0dx
充电电流 dt
dx
u dt dc u dt dq i c 0===
2、行波建立磁场
行波前进了dx 距离，磁通的增加量
dx i d L 0=?
导线与地间电压
dt
dx i dt dL i dt d u L 0==
? 两式相乘
dt
dx i dt dx u L c u i ??=00
C
L dt
dx v 0
1
±==
（正负表示行波传播的两个可能方向）
两式相除
C
L i
u z 0
0±==
波阻抗与阻抗的区别
表征分布参数电路特点，是储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小，具有阻抗的量纲。
例架空线
L 0=1.6?10-6H/m C 0=7?10-12F/m ∴z=470Ω
上式可改写为
u
c i L 2
0202121= 三、波动方程及其解 均匀无损线方程
t
i
x u L ???=??-
0（式4-1）电压沿x 方向的变化是由于电流在L c 上的电感压降。
t
u
x i c ???=??-
0（式4-2）电流沿x 方向的变化是由于在c 0上分去了电容电流，“-”表示在x 的正方向上，电压电流都将减小。 波动方程
t
v t
c L x u u
u
2
2
2
2
2
2
21
?=
?=???
?（式4-3）
t
v t
c L x i i
i
2
2
2
2
2
2
21
?=
?=????（式4-4）
其解 )()(21vt x vt x u u u ++-=（式4-5） )()(21vt x vt x i i i ++-=（式4-6）
电压波的符号只取决于导线对地电容上所充电荷的符号，而与电荷的运动方向无关。
电流波的符号不仅与相应电荷符号有关，而且也与电荷运动方向有关，一般取正电荷沿着x 方向运动所形成的波为正电流波。
C
L z iq
uq
0==,z if
uf
-=
4.2 波的折射与反射
∵能量守恒
∴在不同波阻抗的导线的特点必然发生波的折反射。
导线1中电压波对电流波的比值与导线2中电压波对电流波的比值不同，前行电压波和点电流波在两导线的连接点处必然发生变化，从而造成波的折射。另一方面，由于在两导线的连接点上的电压和电流只能有一个值，因此波在连接点除了有折射外一定还有反射。 一、折反射计算
u u u u f A +==12（式4-14）
i
i i i f
A
+==1
2
或 z
u z u z
u f 1
1
12
2-
=（式4-15） 解得 z z u i 2
11
22+=
（式4-16）
u u z z z z
i u 11
2
12
2
2
2
2α=+=
?=（式4-17）
u u z
z z z u u u
f
1
1
2
1
1
212β=+-=
-=（式4-18）
βα+=1 （式4-19）
α=1+
β
1、线路末端开路
z 2=∞,则1,2==βα 即u u u u f 112,2-== 开路末端电流
u z
u i i f
f 11
2,0-=-
==
电压波正的全反射 电流波
负的全反射
过电压波在开路末端的加倍升高对绝缘很危险，应充分注意。装在线路开路终端的设备，有受到高幅值的雷电过电压作用的危险。
2、线路末端短路
z 2=0,则1,0-==βα 即u u u f 12,0-==
i z
u z
u i
f
f
==-
=11
11
i i
i i f
112
2=+=
3、线路末端接有负载
R 1=z 1，则0=α，1-=β 即u u 12=，0=u f
01
=-
=z
u i
f
f
说明入射波的电磁能量全部消耗在电阻R 上，没有反射。
注意：波只有沿着分布参数电路入射时，才有可能发生反射，即从分布参数电路到到分布参数电路，从分布电路参数到集中电路参数，在其连接点上满足β不为零时才会发生反射。
因此在高压测试中，常在电缆末端接匹配电阻的消除该处折反射所引
起的测量误差。
二、计算折射波的等值电路
u z z z
u
12
12
2
2+=
计算分布参数输电线路上节点A 的电压u 2，用集中采集等值电路来求——彼得逊法则。
z
2
是负载，也可以是电阻、电感、电容等集中参数。
例1 变电所有n 条出线，一条线路落雷，求母线上电压。
)(2
t u n
u A =
4.3 行波通过并联电容和串联电感
一、串联电感
i i L
2
=
dt
d L i
z z i u 2
2120)(2?
++=
设z z T L
L 2
1+=
)1(02
e u u
T L t
-=α(式4-23) u 0为入射电压
t=0时陡度最大，[
dt
d u 2
]max =
L
z u 2
02
图6-11 电压波穿过电感和旁路电容时的折反射
t=0时，U u f 0=，∵电感中电流不能突变，开始时L 相当于开路，反射电压=入射电压，使电压升高到两倍。 t →∞时，u z
z z
z u 0
2
1
1
2
2+-=
，这时电感已不起作用，相当于短路。
波通过串联电感
二、并联电容
方程u u c 2=
dt
d c i
z z z z i u 2
212120)(2?
++=
设C z
z z
z T c ?+=
2
112
)1(2
1
12
2
e z
z z z u u T c t
-+
=
=)1(0e u T c
t
-α
t=0时陡度有最大值，[
dt
d u 2
]max =
C
z u 10
2
电感使得折射波波头陡度降低可以理解为：i L 不能突变，所以当波作用到电感的初瞬，电感相当于开路，它江波完全反射回去。即此时i=0，因而u 2=0以后u 2再随着i 2的增大而增大。
电容使得折射波波头陡度降低可以理解为：u c 不能突变，波旁边电容初瞬电容相当于短路。
串联电感时、并联电容折射波波头陡度都降低，但又它们个各自所产生的电压反射波却完全相反。 1、
串L
初瞬在电感前发生电压正的全反射使电感前的电压提高一倍。 2、
并C
初瞬在电容前发生电压负的全反射，使电容前的电压下降为零，由于反射波会使电感前电压抬高可能危及绝缘，∴常用并联电容降陡度。 几点结论：
1、 行波通过并联电容或串联电感后降低波的陡度，C 或L 越大，陡度越低，∴u c 、i L 不能突变。当波到达时，折射电压只能随着电容的逐渐充电或电感中电流的逐渐增大而增大。
2、 在无穷长直角波作用下，电容和电感对电压的最终稳态值无影响。∵直流作用下，电容相当于短路，电感相当于开路。
3、 但在波刚投射到电容或电感时，它们上面出现的反射波却不一样，电容上出现的负反射波（电容相当于短路）电感则相当于开路出现正反射波。
例1 P29
4.4 行波的多次反射——网格法
若在两无限长中间接入一有限长线段，那么，当行波到达这一阶段后，必将在两个节点间产生来回多次反射及折射。
无限长：当所研究的对象（线路集中电阻等）不考虑从另一端传来的反射波的影响时，就可以将其当无限长线处理。而集中电阻由于其内部无波过程，及能量的反射，也相当（等值）于无限长线，其波阻抗等于电阻值。
z z 0
1
→折射系数α
1
，z z 10→反射系数β1
z z
20
→折射系数α2，z z 20→反射系数β2
注意z
z z z 0
1
011+-=
β 线
路
z
2
上的
电压
]21```````
21[)()(1
2
2
1
2
1
2
ββββββ
α
α-++=n H U U
=β
β
ββαα2
1
2
101211)(--n
U （式4-27）
∵|β|<1，|ββ21|<1，故当n →∞，（ββ21）n →0
β
β
ααα2
1
2
1011-=U U U z
z z
U 0
2
1
2022+=
=α
U 2到达稳态值前的电压变化波形，有阻抗的关系。 （1）z z 01>，z z 02>
阶梯形上升的波形可近似用一个按指数规律上升的平滑波形代替
C
L z 0
00=
比z z 21,都小，若略去中间线段的电感，相当于并联电容
L C C 0=，∴陡度↓
（2）z z 01<，z z 02<
=z
大 电容 串联电感l L L 0=
（3）z z 01
>2
但 u 2的稳态值应小于入射波U 0
4.5 行波在平行多导线系统中的传播
静电场中多导体系统的马克斯威方程组
q q
q u n
n ααα12
12
1
11
1
`````+++=（式4-29）
自电位系数 n
h k
k r kk 2ln 210εεα∏=
互电位系数d
D km
km r km ln 21
εεα∏=
上式乘)1
(εμ
=
v v
V
v q i
k
k
= ，自波阻抗v
kk
kk z α
=
，互波阻抗v
kj
kj z α
=
i z i
z i z u n kn k k k +++=````2
21
1
在平面波的情况下，导线中的电流可以由单位长度上的电荷q 的运动求得，而各导线上的电荷相而言是相互静止的，∴可以qv i =出发，直接将静电场中麦克斯韦方程运用到波过程的计算中。
1、 电压源同时合闸于多根导线，求总的等值波阻抗。
三相 z i z i z i u 133122111++=
z i z i z i u 233222211++= z i z i z i u 333322311++=
z z z
332211
==，z z z 132312==， i i i i ===321
z z u
i 12
112+=
接到同一电源的三根导线可以用等值的单导线代替，其等值阻抗为
3
231211
z z i
u z +==
n 根导线为n
n z z z
12
11
)1(-+=
多根导线的电流的等值波阻抗由自波阻抗增大为z z 12112+（互相系统，三相同时进波）
∵相邻导线的电流通过互波在本导线上产生感应电压，等值波阻↑ 2、
三导线系统
电源u 合闸于导线1，导线2对地绝缘，导线2处在导线1电磁波产生的电磁场内会出现耦合波，∵1上行波的传播，导线2上这种电荷分离也同步的向前推进。∴有u 2但无电荷沿导线2作纵向运动，∴无i 2
z
i u u 11
1
1
==
z
i u 12
1
2
=
u k z
z u u 12
11
1212== k
12
—耦合系数
导线间的耦合系数对计算多导线系统的波过程有重要意义。 此时，u u u u k k u u <-=-=-)1(121221
k
12
越大，则u 12越小，越有利于绝缘子串的安全运行。
∴i
i z z i u u u 2
1
22
11
3
2
1
,0,===== 单避r b k d D
∏=2ln ln 1212，双避r b k d
D d D d D ∏++=2ln
ln ln ln 12
12
23
23
1313 1、2 为避雷线，3为导线，以上D 、d 计算用“平均高度”
4.6 线路上行波的衰减和变形（其决定因素为电晕）
1、冲击电晕和交流电晕一样，由系列导电的流注所构成 ∵电流密度∝电压变化率，∴电流密度大得多。 大的冲击电流使流注通道温度升高，场强降低→
电感不变
对地电容导线有效半径↑
↑}→自波阻↓20～30%，轴向电流不变，∴互波阻抗并不
改变c v 4
3
=，耦合系数↑
波的损耗有五种： 1、 导线电阻（包括集肤效应和邻近效应的影响）的损失。 2、
导线对地电导与电缆线路的介损
3、大地包括波形对地中电流分布的影响的损耗。
4、极高频或陡坡下的辐射损耗。
5、电晕损耗。
2、极性的影响
正极性冲击电晕时，在空间的正电荷加强了距导线较远处的电位梯度，有利于电晕发展；负极性冲击电晕发展比较弱，使过电压波产生衰减和变形比较小。
3、波的衰减和变形（电晕的效应）
∵电压高于的各点由于电晕使线路的对地电容增大，从而以 耦合系数的电晕校正系数k1 4、冲击电晕使导线间耦合系数增大（电晕的另一效应） K=K1K0 (式 4-41) K 1电晕校正系数，电压越高，K 1越大 K 1=1.1～1.5 一、 B 绕组的等值电路 K 0单位长度的纵向（段间）电容；C 0对地电容 二 起始电压分布 ∵电感中电流不能突变，L 0=0（短路）C 0K 0均相当于开路若距绕组首端x 处的电压为u ，纵向电容dx k 0上的电荷为q ，对地电容dx c 0上的 电荷为dQ 。 du dx Q k = （式4-42） dx u dQ c 0= （式4-43） 将式4-42对x 微积分代入式4-43，得 00 02 2 =-u u k c dx d （式4-44） 解为 e e x x B A u αα-?+?=（式4-45） 式中k c 0 0= α 边界条件：末端接地u=0 l sh x l sh U x u t αα) (0 ) (-== (式4-47) 末端不接地 电流为零 即du/dx=0 l ch x l ch U x u t αα) (0 0)(-== (式4-48) 式中，l l l k c 0 0= α e U x u x l t τ α? -=?=00 ) ((l α越大，电压分布越不均匀) 大部分压降在绕组首端附近，且在x=0处电位梯度最大 l l U U dx du dx du x αα)([ [ 00max 0]]平均电位梯度==== 入口电容CT ：随容量和电压不同，在500～5000PF 间变化 )(0 00 01 dx du K U U Q x X CT ==== = αU k U 00 1 =αk 0 =k c k 0 00 =c k 0 = ck l l k c =? （几何平均值）（式4-45） C —B 绕组总的对地电容；k —总纵向电容。 三、 稳定电压分布和振荡过程 1、初始与稳态不同→过渡过程（此过程因电感电容间的能量转换而具有振荡性质） 2、 最大能量=稳态电压+稳态-起始 3、末端接地 最大电位在绕组首端附近1/3地方，值为（1.2～1.3） U 末端不接地 最大电位在绕组末端附近1/3地方，值为（1.5～1.8） U （理论值2U 0） 4、不同时刻，随振荡的发展，不但在首端，而且在其他部分，特别在接地的末端附近，也会出现大的电位梯度。 5、梯度电压：出现在匝间，线段间等纵绝缘上的电压。 6、截波 ∵其他电气设备的绝缘闪络而使侵入波突然截断，这时的入口电容与线段的电感形成振荡回路。 截波可看成u u 21+，u 2的幅值接近u 1截断值的2倍，而且陡度很大。∴产生很大电位梯度。 四、 B 的内部保护 起始与稳态电压分布不一致的原因：对地电容的分流作用 1、 利用绕组首端加电容环或匝c ?' ，向对地电容c ?提供电荷，以 使纵向电容k ?上的电荷等于或接近相等。（横补偿） （a ） 部分补偿c ?' 1c ?' 2 （b ） 全补偿c c c n ???' ' 2' 1````` 2、尽量加大纵向电容k ?的数值，以削弱对地电容电流的影响。（纵补偿） 纠结式绕组 3、利用金属氧化物电阻片即MOV（Metal Oxide Varistor）分段并接在绕组上实现内部保护 （1）MOV优异的非线性特性 Ⅰ区：电流只有A μ级，它相当于开路。 Ⅱ区：电流只有千安级，它相当于开路。 （2）高的能量吸收能力 Ⅱ区：它相当于一耗散能量相当大而组织相当小的元件。 工作原理： Ⅰ区正常电压下，I小而R大（几倍兆欧）对与其并联的绕组而言MOV 相当于开路。 Ⅱ区过电压下，R小，I大（百安～千安）并伴随吸收过电压能量。电压变化不大，可将过电压波限制在一定范围内。 电缆芯片与外皮之间的耦合关系。 当行波电压u到达电缆的首端时，可能引起接在此处的保护间隙或GB动作→电缆芯和外皮在首端连在一起，变成并联支路。∴u u2 = 1 ∵i2产生的磁通全部与电缆芯线相交链，z22（外皮的自波阻抗）=z12(芯线与外皮的互波阻抗) ∴i1产生的磁通只有一部分与外皮相交链 ∴z 11（芯的自波阻抗）>z 12 设u u u ==21 i z i z i z i z u 222121212111+=+= z z 2212= 则i z i z 121111=，只能在01=i 时成立 这个现象在有直配发电机的防雷保护中获得应用。 ∵缆芯上会感应出与外皮电压相等，但方向相反的电动势，阻止电流流入缆芯（与导体中集肤放应相似） 图6-33 绕组分段并接的MOV 的保护效果 （a ） 原理接线 （b ）保护效果 五、三相变压器中的波阻抗 1、高压绕组中性点接地 三相变压器每一相可看成是末端接地的独立绕组（∵相与相之间影响不大） 2、高压绕组中性点不接地 （1）A 相进波，B 、C 出现端相当于接地，A 点到接地点间可看成是单向绕组A0+B0//C0 1—起始电压分布；2—稳态电压分布 （2）三相进波用叠加法，中性点最大电位为 U 0 34 （3）三相进波同末端不接地的单向绕组，中性点最大电位为U 02 4.8 冲击电压在绕组间的传递 一、静电耦合（电容传递）（在冲击电压开始作用的短暂瞬间出现的） ∵i L 不能突变 静电方程用简化公式结算U C C C U 0 20 12 12 2+= C 12 —绕组1、2间的电容；C 20绕组2的对地电容. 1、 若低压侧开路，则C 20小，高中压侧进波时，U 2大，需加单相 避雷器 2、 若低压侧与许多出线或电缆相连的条件下，则相当于加大了 C 20 无危险。 二、电磁感应（磁传递） 对末端接地绕组：i L 产生磁通，感应电压U ' 2与变比有关 过电压波，则铁耗大。 ∴电磁感应分量不与变比成正比且经振荡趋于稳态。 在大多数情况下，电磁耦合分量：不会显著超过由变比决定的数值k u 1。当冲击电压波从B 低压侧或中压侧侵入时，在高压绕组上出现的电磁耦合传递过电压是最危险的。（ 额定电压越高，绝缘的裕度越小） 在配电变压器中由于电磁耦从低压侧传递到高压侧绕组的过电压是配电B 受雷击损毁的主演原因之一。 4.9 电机绕组中的波过程 一、结构特点 1、电机绕组是能在定子铁芯的槽中，大容量电机槽中多为单匝，将F 等值电路视同输电线路一样，具有一定波阻抗，在电机中波的传播即入射波的一定速度，沿绕组传播。 2、由于绕组的嵌波分槽内，槽外两部分，其绝缘处理和绝缘介质是不同的，对地高度也不一样，因而槽的内外波阻抗及减速都不相同，通常为平均值。 P ↑→z ↓(∵c 0↑) v ↓ u e ↑→z ↑ (∵绝缘厚度降低↑而导致c 0 ↓) 最大纵向电位梯度在绕组首端。 作用在匝间绝缘上的电压)(kV v al U = （4-57） 研究表明：将进波的陡度限制到5～6kV/s μ则可避免匝间绝缘故障。 2011 年春季学期《输电线路设计》课程考试试卷( A 卷) 注意：1、本试卷共 2 页； 2、考试时间:110分钟； 3、姓名、学号、网选班级、网选序号必须写在指定地方。 一、填空题 (每空1分，共30分) 1、 输电线路的主要任务是 ，并联络各发电厂、变电站使 之并列运行。 2、 镀锌钢绞线 1×19-12.0-1370-A YB/T5004-2001中，1×19表示 ， 12.0表示 ，1370表示 。 3、 某线路悬垂串的绝缘子个数为 13片，该线路的电压等级是 kV 。 4、 线路设计的三个主要气象参数是 、 、 。 5、 输电线路设计规范规定，导线的设计安全系数不应小于 ；年平 均气象条件下的应力安全系数不应小于 。 6、 导线换位的实现方式主要有 、 、 三种。 7、 架空线呈“悬链线”形状的两个假设条件是 、 。 8、 档距很小趋于零时， 将成为控制气象条件；档距很大趋于无限 大时， 将成为控制气象条件。 9、 判定架空线产生最大弧垂的气象条件，常用方法有 和 。 10、状态方程式建立的原则是 。 11、已知某档档距为 498 m ，高差为40 m ，相同条件下等高悬点架空 线的悬挂曲线长度L h=0=500 m，则该档架空线悬挂曲线长度为______________ m。 12、孤立档的最大弧垂位于相当梁上剪力的地方，最低点位于相当 梁上剪力的地方。 13、排定直线杆塔位置时需使用____________________模板，校验直 线杆塔上拔时需使用_____________________模板。 14、在杆塔定位校验中，摇摆角临界曲线的临界条件是 _____________；悬点应力临界曲线的临界条件是_________________；悬垂角临界曲线的临界条件是________________。 15、发生最大弧垂的可能气象条件是_______ _________或_____ _________。 二、判断题(每题2分,共10分) 1、架空线上任意两点的垂向应力差等于比载与相应高差的乘积。 （） 2、架空线的平均应力等于平均高度处的应力。（） 3、如果临界档距，则两者中较小者对应的气象条件不起 控制作用。 ( ) 4、导线只有在最低气温时产生最大张力。（） 5、在连续倾斜档紧线施工时，各档的水平应力不等，山上档比山下 档大。（） 三、简答题 (共24分) 导线截面的选择 1、按经济电流密度选择 线路的投资总费用Z1 Z1 =(F0+αΑ)Ｌ 式中：F0—与导线截面无关的线路单位长费用； α—与导线截面相关的线路单位长度单位截面的费用； Α—导线的截面积； Ｌ—线路长度。 线路的年运行费用包括折旧费，检修维护费和管理费等，可用百分比 b 表示为 Z 2=bZ 1=b(F 0+aA)L 线路的年电能损耗费用（不考虑电晕损失）： Z 3=3I 2max Ci A PL 式中i —最大负荷损耗小时数。可依据最大负荷利用小时数和功率因数 I max —线路输送的最大电流 C —单位电价 P —导线的电阻率 若投资回收年限为 n 得到导线的经济截面A n A m =I max ) 1(3nb a nPCi + 经济电流密度J n Jn= n A I max =nPCi nb a 3) 1(+ An=n J I max 我国的经济电流密度可以按表查取。 2、按电压损耗校验 在不考虑线路电压损耗的横分量时，线路电压、输送功率、功率因数、电压损耗百分数、导线电阻率以及线路长度与导线截面的关系，可用下式表示 )(01 2?δtg X R U L P m += 式中：δ—线路允许的电压损耗百分比； P m —线路输送的最大功率，MW ； U i —线路额定电压KV L —线路长度m ； R —单位长度导线电阻，Ω/m ； X 0—单位长度线咱电抗，Ω/m ，可取0.4×10-3 Ω/m ； tg ?—负荷功率因数角的正切。 3、按导线允许电流校验 （1）按导线的允许最大工作电流校验 导线的允许最大工作电流为 Im= 1 0) R t t F -（β 其中 R1=[] A P t t 0 0)(21-+ 上二式中a —导线的电阻温度系数 t —导线的允许正常发热最高温度。我国钢芯铝绞线一般采用+70℃，大跨越可采用+90℃；钢绞线的允许温度一般采用+125℃； t 0—周围介质温度，应采用最高气温月的最高平均气温，并考虑太阳辐射的影响； β—导线的散热系数； F —单位长度导线的散热面积，F=md ； R 1—温度t 时单位长度导线的电阻； P 0—温度t 0时导线的电阻率； A —导线的截面积 d —导线的直径； （2）按短路电流校验 第四章 线路和绕组中的波过程 4.1 单导线波过程 一、均匀无损长线 R0=0 dt di L u L = dt du C i c = 二、波过程的物理图景 1、行波建立电场 在dt 时间内，行波前进了dx 距离，则长度为dx 的线路被充电，使其电位为u ，导线获得的电荷为 dq=udc=uc 0dx 充电电流 dt dx u dt dc u dt dq i c 0=== 2、行波建立磁场 行波前进了dx 距离，磁通的增加量 dx i d L 0=? 导线与地间电压 dt dx i dt dL i dt d u L 0== ? 两式相乘 dt dx i dt dx u L c u i ??=00 C L dt dx v 0 1 ±== （正负表示行波传播的两个可能方向） 两式相除 C L i u z 0 0±== 波阻抗与阻抗的区别 表征分布参数电路特点，是储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小，具有阻抗的量纲。 例架空线 L 0=1.6?10-6H/m C 0=7?10-12F/m ∴z=470Ω 上式可改写为 u c i L 2 0202121= 三、波动方程及其解 均匀无损线方程 t i x u L ???=??- 0（式4-1）电压沿x 方向的变化是由于电流在L c 上的电感压降。 t u x i c ???=??- 0（式4-2）电流沿x 方向的变化是由于在c 0上分去了电容电流，“-”表示在x 的正方向上，电压电流都将减小。 波动方程 t v t c L x u u u 2 2 2 2 2 2 21 ?= ?=??? ?（式4-3） 第二篇电力系统过电压及其防护 电力系统中各种电气设备的绝缘在运行过程中除了长期受到工作电压的作用（要求它能够长期耐受、不损坏、也不会迅速老化）外，由于种种原因还会受到比工作电压高的多的电压作用，会直接危害到绝缘的正常工作，造成事故。我们称这种对绝缘有危险的电压升高和电位差升高为“过电压”。 一般来说，过电压都是由于系统中的电磁场能量发生了变化而引起的。究其原因，这种变化可能是由于系统外部突然加入一定的能量（例如雷击导线、设备或导线附近的大地）而引起的，或者是由于电力系统内部，当系统参数发生变化时，电磁场能量发生了重新分配而引起。因此可将过电压作如下分类。 电力系统过电压包括：雷电（大气）过电压、内部过电压 雷电过电压：直击雷电过电压、感应雷电过电压 内部过电压：操作过电压、暂时过电压【工频电压升高、谐振过电压】不论哪种过电压，它们作用时间虽然很短（谐振过电压，有时较长），但其数值较高，可能使电力系统的正常运行受到破坏，使设备的绝缘受到威胁。因此为了保证系统安全、经济的运行，必须研究过电压产生的机理和物理过程、影响因素，从而提出限制过电压的措施，以保证电气设备能够正常运行和得到可靠地保护。 第七章线路及绕组中的波过程 本章要求：过电压的定义和分类 无损单导线中的波过程：波动方程，波阻抗和波速，波的折射与反射，彼德逊等值电路，行波通过串联电感和并联电容 波的多次折反射。 冲击电晕对波过程的影响： 变压器绕组中的波过程：等值电路的建立，电压的初始分布与稳态分布，最大电位包络线，入口电容，三相变压器绕组中的波过程。 波的传递及电机绕组波过程简介 电力系统中各个元件都是通过导线连接成一个整体，而电力系统中的过电压绝大多数是发源于输电线路，在发生雷击或进行开关操作时，线路上都可能产生以流动波形式出现的过电压。 导线截面的选择 1、按经济电流密度选择 线路的投资总费用Z1 Z1 =(F0+αΑ)Ｌ 式中：F0—与导线截面无关的线路单位长费用； α—与导线截面相关的线路单位长度单位截面的费用； Α—导线的截面积； Ｌ—线路长度。 线路的年运行费用包括折旧费，检修维护费和管理费等，可用百分比 b 表示为 Z 2=bZ 1=b(F 0+aA)L 线路的年电能损耗费用（不考虑电晕损失）： Z 3=3I 2max Ci A PL 式中i —最大负荷损耗小时数。可依据最大负荷利用小时数和功率因数 I max —线路输送的最大电流 C —单位电价 P —导线的电阻率 若投资回收年限为 n 得到导线的经济截面A n A m =I max ) 1(3nb a nPCi + 经济电流密度J n Jn= n A I m ax =nPCi nb a 3)1(+ An= n J I m ax 我国的经济电流密度可以按表查取。 2、按电压损耗校验 在不考虑线路电压损耗的横分量时，线路电压、输送功率、功率因数、电压损耗百分数、导线电阻率以及线路长度与导线截面的关系，可用下式表示 )(01 2?δtg X R U L P m += 式中：δ—线路允许的电压损耗百分比； P m —线路输送的最大功率，MW ； U i —线路额定电压KV L —线路长度m ； R —单位长度导线电阻，Ω/m ； X 0—单位长度线咱电抗，Ω/m ，可取0.4×10-3 Ω/m ； tg ?—负荷功率因数角的正切。 3、按导线允许电流校验 （1）按导线的允许最大工作电流校验 导线的允许最大工作电流为 Im= 1 0) R t t F -（β 其中 R1=[] A P t t 0 0)(21-+ 上二式中a —导线的电阻温度系数 t —导线的允许正常发热最高温度。我国钢芯铝绞线一般采用+70℃，大跨越可采用+90℃；钢绞线的允许温度一般采用+125℃； t 0—周围介质温度，应采用最高气温月的最高平均气温，并考虑太阳辐射的影响； β—导线的散热系数； F —单位长度导线的散热面积，F=md ； R 1—温度t 时单位长度导线的电阻； P 0—温度t 0时导线的电阻率； A —导线的截面积 d —导线的直径； （2）按短路电流校验 第四章 均布荷载下架空线的计算 在高压架空线路的设计中，不同气象条件下架空线的弧垂、应力、和线长占有十分重要的位置，是输电线路力学研究的主要内容。这是因为架空线的弧垂和应力直接影响着线路的正常安全运行，而架空线线长微小的变化和误差都会引起弧垂和应力相当大的改变。设计弧垂小，架空线的拉应力就大，振动现象加剧，安全系数减少，同时杆塔荷载增大因而要求强度提高。设计弧垂过大，满足对地距离所需杆塔高度增加，线路投资增大，而且架空线的风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故，若加大塔头尺寸，必然会使投资再度提高。因此设计合适的弧垂是十分重要的。 架空线悬链方程的积分普遍形式 假设一：架空线是没有刚度的柔性索链，只承受拉力而不承受弯矩。 假设二：作用在架空线上的荷载沿其线长均布；悬挂在两基杆塔间的架空线呈悬链线形状。 由力的平衡原理可得到一下结论： 1、架空线上任意一点C 处的轴向应力σx 的水平分量等于弧垂最低点处的轴向应力σ0，即架空线上轴向应力的水平分量处处相等。 σx cos θ=σ0 2、架空线上任意一点轴向应力的垂直分量等于该点到弧垂最低点间线长L oc 与比载γ之积。 σx sin θ=γL oc 推导出： 0 t g L o c γ θσ= 0 dy L oc dx γσ= 即 0 'y L o c γσ= （4-3） 由（4-3）推导出 10 ()dy sh x C dx γσ=+ (4-4) 结论：当比值γ/σ0一定时，架空线上任一点处的斜率于该点至弧垂最低点之间的线长成正比。最 后推到得到架空线悬链方程的普遍积分形式。C1、C2为积分常数，其值取决于坐标系的原点位置。 第二篇 电力系统过电压及其防护 电力系统中各种电气设备的绝缘在运行过程中除了长期受到工作电压的作用（要求它能够长期耐受、不损坏、也不会迅速老化）外，由于种种原因还会受到比工作电压高的多的电压作用，会直接危害到绝缘的正常工作，造成事故。我们称这种对绝缘有危险的电压升高和电位差升高为“过电压”。 一般来说，过电压都是由于系统中的电磁场能量发生了变化而引起的。究其原因，这种变化可能是由于系统外部突然加入一定的能量（例如雷击导线、设备或导线附近的大地）而引起的，或者是由于电力系统内部，当系统参数发生变化时，电磁场能量发生了重新分配而引起。因此可将过电压作如下分类。 电力系统过电压包括：雷电（大气）过电压、内部过电压 雷电过电压：直击雷电过电压、感应雷电过电压 内部过电压：操作过电压、暂时过电压【工频电压升高、谐振过电压】 不论哪种过电压，它们作用时间虽然很短（谐振过电压，有时较长），但其数值较高，可能使电力系统的正常运行受到破坏，使设备的绝缘受到威胁。因此为了保证系统安全、经济的运行，必须研究过电压产生的机理和物理过程、影响因素，从而提出限制过电压的措施，以保证电气设备能够正常运行和得到可靠地保护。 第七章 线路及绕组中的波过程 本章要求：过电压的定义和分类 无损单导线中的波过程：波动方程，波阻抗和波速，波的折射与反射，彼德逊等值电路，行波通过串联电感和并联电容 波的多次折反射。 冲击电晕对波过程的影响： 变压器绕组中的波过程：等值电路的建立，电压的初始分布与稳态分布，最大电位包络线，入口电容，三相变压器绕组中的波过程。 波的传递及电机绕组波过程简介 电力系统中各个元件都是通过导线连接成一个整体，而电力系统中的过电压绝大多数是发源于输电线路，在发生雷击或进行开关操作时，线路上都可能产生以流动波形式出现的过电压。 过电压在线路上的传播，就其本质而言是电磁场能量沿线路的传播过程，即在导线周 围空间逐步建立起电场E 和磁场H 的过程，也是在导线周围空间储存或传递电磁能的过 程。这个过程的基本规律是储存在电场中的能量与储存在磁场中的能量彼此相等。空间中各个点的电场和磁场相互垂直，并处于同一个平面内，与波的传播方向也相互垂直，故为一维电磁波。若用电磁场方程来求解线路波过程就比较复杂，为了方便起见，一般采用输电线路上电压、电流波过程代替输电线路周围空间的电磁场波过程。 什么叫行波？为什么要研究波动过程？ 答：沿着导线传输的电压、电流波叫行波，又叫流动波。波动过程，从本质上讲就是电磁能量沿导线的传播过程，就是分布参数电路的过渡过程。学习波动过程，主要是讨论电压波、电流波在输电线路、变压器、发电机绕组中的传播过程，为研究雷电波和操作波的传导过程打下理论基础。 什么叫分布参数电路？集中参数电路和分布参数电路有何区别？设备的等值电路采用 输电线路设计计算公式汇总 均布荷载下架空线的计算 在高压架空线路的设计中，不同气象条件下架空线的弧垂、应力、和线长占有十分重要的位置，是输电线路力学研究的主要内容。这是因为架空线的弧垂和应力直接影响着线路的正常安全运行，而架空线线长微小的变化和误差都会引起弧垂和应力相当大的改变。设计弧垂小，架空线的拉应力就大，振动现象加剧，安全系数减少，同时杆塔荷载增大因而要求强度提高。设计弧垂过大，满足对地距离所需杆塔高度增加，线路投资增大，而且架空线的风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故，若加大塔头尺寸，必然会使投资再度提高。因此设计合适的弧垂是十分重要的。 架空线悬链方程的积分普遍形式 假设一：架空线是没有刚度的柔性索链，只承受拉力而不承受弯矩。 假设二：作用在架空线上的荷载沿其线长均布；悬挂在两基杆塔间的架空线呈悬链线形状。 由力的平衡原理可得到一下结论： 1、架空线上任意一点C 处的轴向应力σx 的水平分量等于弧垂最低点处的轴向应力σ0，即架空线上轴向应力的水平分量处处相等。 σx cos θ=σ0 2、架空线上任意一点轴向应力的垂直分量等于该点到弧垂最低点间线长L oc 与比载γ之积。 σx sin θ=γL oc 推导出： 0 tg Loc γ θσ= dy Loc dx γ σ= 即 0'y Loc γσ= （4-3） 由（4-3）推导出 10 ()dy sh x C dx γ σ=+ (4-4) 结论：当比值γ/σ0一定时，架空线上任一点处的斜率于该点至弧垂最低点之间的线长成正比。最 后推到得到架空线悬链方程的普遍积分形式。C1、C2为积分常数，其值取决于坐标系的原点位置。 0(1)20 y ch x C C σγγσ= ++ （4-5） 等高悬点架空线的弧垂、线长和应力 等高悬点架空线的悬链方程 等高悬点是指架空线的两个挂点高度相同。由于对称性，等高悬点架空线的弧垂最低点位于档距中央，将坐标原点取在该点，如图： 0(1)0 y ch x σγγσ= - （4-6） 由上式可以看出，架空线的悬链线具体形状完全由比值σ0 /γ决定，即无论何种架空线、 何种气象条件。只要σ0 /γ相同，架空线的悬挂曲线形状就相同。在比载γ一定的情况下，架空线的水 平应力是决定悬链线形状的唯一因素，所以平时架空线的水平张力对架空线的空间形状有着决定性的影响。 等高悬点架空线的弧垂 架空线上任意一点的弧垂是指该点距两悬点连线的垂直距离。在设计中需要计算架空线任意一点x 处的弧垂f x ，以验算架空线对地的安全距离。参照图4-2 20000 2(1)24B l l f y ch sh σσγγγσγσ== -= 0(1)20 B l y ch σγγσ= - 可得到式： 0 1100 2() 22x x l x f sh sh σγγγ σσ-= （4-8） 在档距中央，弧垂有最大值，此时x=0或x 1=L/2,所以有 20000 2(1)24B l l f y ch sh σσγγγσγσ== -= （4-9） 架空线的弧垂一般指的是最大弧垂。最大弧垂在线路的设计、施工中占有重要的位置。 等高悬点架空线的线长 L oc 弧垂最低点O 与任意一点C 之间的架空线的线长。 天津理工大学中环信息学院教案首页 题目：线路和绕组中的波过程 讲授内容提要： 1.均匀无损耗单导线线路中的波过程 2. 行波的折射与反射 教学目的：掌握微分方程的推倒 教学重点：理解波过程的四个基本规律、波阻抗和波速的概念 教学难点：理解折、返射定理和推倒和彼得逊法则。 采用教具和教学手段：多媒体及板书 授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。 第七章 线路和绕组中的波过程 本次课主要内容： 1. 微分方程的推倒 2.波过程的四个基本规律 3.波阻抗和波速的概念 4.折、返射定理和推倒 5.彼得逊法则 一、 波过程的物理概念 波传播的基本过程描述 ◆ 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 为什么研究波传播的基本过程 一般单条架空线路的长度在几百公里以内。 工频时：一个周期为20mS ，在架空线上波 传播距离6000km 。 雷电冲击：上升沿1.2μS ，在架空线上波 传播距离300m 。 可见在频率较高的情况下，不得不考虑波的传播速度。 二、 波沿无损单导线传播的基本规律. 单根无损线 ?????????=??-??=??-t u C x i t i L x u 00??????? ??++??=??++??=dx x i i t u dx C i dx x u u t i dx L u 00 1、已知有一回220kV 的架空线路经过一海拔1750米地区（K=2），线路采用X —4.5型绝缘子（h x =28cm ），试求悬垂串绝缘子每相的片数。 解：依题意得： 222015.728 x kU n h ?≥==（片）取16片； [10.1(1)]16[10.1(1.751)]17.2n N H ≥+-=?+-=（片）取18片。 故悬垂串绝缘子每相为18片。 2、已知有一回330kV 的架空线路，导线型号为为LGJ －240（2271.1s mm =，2max 11.2/kg mm σ=）线路采用X —7型绝缘子（P=7000kg ），试求耐张串绝缘子每相的串数（k ＝2.0）。 解：依题意得： []211.2271.10.877000 K s n P σ??≥== 故取1串。 3、有一回35kV 架空线路，通过第四气象区，导线采用L J —150，线路档距为180米，试进行如下计算：（1）计算线路的各种比载；（2）已知高温时的应力为24037/N mm σ+=，求此时的线长及弧垂。 解：依题意得： 第四气象区：c 0max 40=θ， c 0min 20-=θ，s m v /25max =（85.0=f a ），s m v /10=冰（0.1=f a ），5b m m =； 150-J L ：2148mm s =，mm d 5.17=， （1.1=k ），kM kg q /4071= 1、比载计算： 3332114079.8109.81026.9510(/)148 q g N M mm s ---=? ?=??=? 33322()5(517.5)27.71027.71021.055710(/)148b b d g N M mm s ---+?+=??=??=?3231248.005710(/)g g g N M mm -=+=? 2 23 3324 1.10.8517.5259.8109.81042.322810(/)1616148f Ca dV g N M mm s ---???=??=??=??2 23 3325(2) 1.21(17.525)109.8109.81013.657110(/)1616148f Ca d b V g N M mm s ---+??+??=??=??=? ?32650.174810(/)g N M mm -==? 32749.910610(/)g N M mm -==? 2、线长及弧垂计算 32121 180.1289()24l g L l M σ=+= 211 2.95()8l g f M σ== 4、在一丘陵地带有一悬点不等高档距，档距为300米，悬点高差为8米，采用TJ —95导线（3218910/g N m mm -=?），低温时应力为2161.5/N mm ，求低温时的各种弧垂及线长。 解：依题意得： 因为/8/300 2.7%h l ?==，所以是小高差。 112396.779()2203.221()A B h l l M g l h l l M g l σσ?=+=?=-= 毕业设计说明书 作者：xx 学号：xx 系： xx 专业： xx 题目： 500KV双回路送电线路设计 指导者： 评阅者： 2012 年 6月 目录 第1章引言 (1) 第2章导、地线设计 (1) 2.1气象区条件及选取导、地线型号 (1) 2.2 导线比载计算及临界档距的求 (2) 2.3 应力弧垂的求取及应力弧垂曲线的绘制 (6) 2.4 杆塔定位及定位后的校验 (9) 第3章金具设计 (16) 3.1 绝缘子数量的选择 (16) 3.2 防震锤的设计 (16) 第4章杆塔设计荷载 (18) 4.1杆塔荷载的来源与分类 (18) 4.2 5A-ZB1塔荷载计算 (19) 4.3 5A-ZB1塔荷载分布图 (26) 第5章自立式铁塔的内力计算 (28) 5.1自立式铁塔内力计算简介 (28) 5.2自立式铁塔的内力计算 (29) 5.3双腹杆平面的桁架的内力计算 (32) 第6章基础的上拔下压强度校验计算 (33) 6.1自立式铁塔基础简介 (33) 6.2自立式铁塔基础校验计算 (33) 第7章防雷设计 (35) 7.1防雷设计简介 (35) 7.2防雷设计的计算 (35) 结束语 (46) 参考文献 (47) 单回路500KV架空送电线路设计 摘要：500k高压输电线路工程设计主要研究线路所用导线、地线型号、铁塔定位、铁塔型式、受力分析、金具选用、防雷接地设计、基础设计等问题。导线应导电性能良好，具有一定的机械强度， 且重量轻、价格低廉。铁塔的选用应根据各种气象条件下的受力情况及运输、线路占用走廊等 因素进行综合的技术比较。基础的选择应根据线路的地形、地质、水文等情况及基础的受力条 件进行综合来确定。 关键词：500KV；输电线路；杆塔荷载设计；防雷接地 第1章引言 高压输电打破了地域的局限，增大了传输容量和距离，降低传输每瓦电力的线路造价以及降低输电线路的损耗。 我国自50年代起，自行设计建造了第一条220KV输电线路以来， 70年代又出现第一条330KV输电线路。82年又出现了500KV的输电线路。时隔30年，500KV 高压输电线路已遍布全国各地，但这远远落后于欧美发达国家。 本设计主要进行500KV输电线路工程设计。 本论文选用全国第Ⅴ典型气象区的气象条件，采用四分裂导线。XP-16式绝缘子以单回路垂直排列杆塔设计。 第2章导、地线设计 2.1气象区条件及选取导、地线型号 查导地线参数，根据气象区条件，计算导地线的七种比载，计算出临界档距，判断出控制气象，以控制气象为第I状态，待求气象为第II状态，利用状态方程，求出待求气象条件下的不同档距的应力与弧垂，并计算出安装条件下，不同温度时的各个档距的应力及相应弧垂，以横坐标表示档距，以纵坐标表示弧垂（应力），绘制出导线应力弧垂曲线及导线的安装曲线。 1）耐张段长度：5km。 2）气象条件：第Ⅴ典型气象区。 3）地质条件：坚硬粘土。 4）地形条件：平原。 5）污秽等级：0级。 6）输送方式及导线型号：单回路，LGJ—400/50导线。 7）地线：GJ-70 架空输电线路电气参数计算 一、提资参数表格式 二、线路参数的计算： 1.3倍。 导线的直流电阻可在导线产品样本中查到。 当线路的相导线为两分裂导线时，相当于两根导线并联，则其电阻应除以2。多分裂导线以此类推。 1）单回路单导线的正序电抗： X1＝0.0029f lg(d m/r e) Ω/km 式中f－频率（Hz）; d m－相导线间的几何均距，（m）； dm＝3√（d ab d bc d ca） d ab d bc d ca －分别为三相导线间的距离，（m）； r e－导线的有效半径，（m）； r e≈0.779r r－导线的半径，（m）。 2）单回路相分裂导线的正序电抗： X1＝0.0029f lg(d m/R e) Ω/km 式中f－频率（Hz）; d m－相导线间的几何均距，（m）； dm＝3√（d ab d bc d ca） d ab d bc d ca －分别为三相导线间的距离，（m）； R e－相分裂导线的有效半径，（m）; n＝2 R e＝（r e S）1/2 n＝4 R e＝1.091（r e S3）1/4 n＝6 R e＝1.349（r e S5）1/6 S－分裂间距，（m）。 3）双回路线路的正序电抗： X1＝0.0029f lg (d m/R e) Ω/km 式中f－频率（Hz）; d m－相导线间的几何均距，（m）； a 。c′。 dm＝12√（d ab d ac d a b′d ac′‵d ba d bc d ba′d bc′d ca d cb d ca′d cb′） b 。b′。 d ab d bc ……分别为三相双回路导线间的轮换距离，（m）； c 。a′。 R e－相分裂导线的有效半径，（m）; R e＝6√（r e3 d aa′d bb′d cc′） 国内常用导线的线路正序电抗查《电力工程高压送电线路设计手册》第二版 P18～P19 查表时注意：1）弄清计算线路有代表性的塔型（用得多的塔型），或有两种塔型时，用加权平均计算出线路的几何均距。2）区别计算单回路与双回路的几何均距。 科技信息 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 2013年第9期0引言 输电线路是电力系统的大动脉，它将巨大的电能输送到四面八 方，是连接各个变电站、各重要用户的纽带。输电线路的安全运行，直接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。因此，输电线路的安全运行在电网中占据举足轻重的地位，也是实现“强电强网”的需要，也是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。 1输电线路耐雷水平的计算 输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。其中雷击跳闸率通常是假定在每年40个雷电日的情况下，每百公里线路每年因雷害而可能跳闸的次数，它可用来衡量不同设计方案的相对优劣，并不能代表线路实际运行中真实遮断情况。 由于平等导线之间存在着互感和线间电容，因此一旦在避雷线上出现电压行波时，在相导线上就要耦合出一个相应的电压。真正作用在绝缘子的电压是它们二者之差，即U l -U=U l （1-K ），耦合系数K 通常约在0.2左右。耦合作用使绝缘所受到的电压低于塔顶电位U l ，耦合系数在不考虑电晕的情况下，可根据导线的几何尺寸算出，又可称为几何耦合系数。 雷电流可以根据i m =（I m /2）×（1－cos ωt ）计算（见图1），从而可算出塔顶电位U l =i m ×R ，其中R 为杆塔的接地电阻值。U l 再乘上一个考虑耦合的系数（1-K ），就是实际作用于导线绝缘上的电压。如果它超过绝缘子的50%闪络电压，就可以认为要造成闪络，雷电对线路放电引起绝缘闪络时的雷电流临界值，称作线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。 图1雷电流波形图 但是，当雷电流超过线路的耐雷水平时，虽然会导致一次雷电闪络，却并不一定意味着一次故障。这时候，雷电流沿击穿通道入地，但时间只有几十微秒，线路开关来不及动作。只要在雷电过程迅速消逝后，在闪络点不随之建立工频.电弧，就仍然可以照常供电。只有当沿击穿通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧，引起相间短路线路才会跳闸停电。雷电闪络后是否会使工频电流乘虚而入，这是一个机会问题，通常用建弧率来表示。它是一个随机变量，与单位长度的绝缘上所实际作用的工频电压有关，也就是同绝缘的工作电位梯度有关，这个电位梯度越大，建弧的机会也越大。因此，当绝缘子串发生闪络后，应尽量使它不转化为稳定的工频电弧，因为如果工频电弧建立不了，线路则不会跳闸。由运行经验与试验数据得出，冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率（建弧率）的计算公式为η=（4.5E 0.75-14）%，其中η为建弧率；E 为绝缘子串的平均工作电压梯度，kV r.m.s /m 。 对中性点有效接地电网有： E=U e /3 姨L j +0.5L m 姨姨 姨姨 对中性点非有效接地的电网有： E=U e /2L j +L m 姨姨姨 姨式中，U e 为额定电压，kV ；L j 为月绝缘子串长度，m ；L m 为线路的线间距离，m （对铁横担和钢筋混凝土横担线路，L m =0）。 显然，降低建弧率可采取的措施是：适当增加绝缘子片数，减少绝 缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式，防止建立稳定的工频电弧。 2 线路感应雷过电压和直击雷过电压的计算 2．1 感应雷过电压 当雷云接近输电线路上空时，根据静电感应的原理，将在线路上感应出一个与雷云电荷相等但极性相反的电荷，这就是束缚电荷，而与雷云同号的电荷，则通过线路的接地中性点逸入大地，对中性点绝缘的线路，此同号电荷将由线路泄漏而逸入大地。 此时如雷云对地（输电线路附近地面）放电，或者雷击塔顶但未发生反击（它们之间的差别仅在于后者以杆塔代替部分雷电通道），由于放电速度很快，雷云中的电荷便很快消失，于是输电线路上的束缚电荷就变成了自由电荷，分别向线路左右传播。 设感应电压为u ，当发生雷电主放电以后，由雷云所造成的静电场突然消失，从而产生行波。根据波动方程初始条件，可知，波将一分为二，向左右传播。感应过电压是由雷云的静电感应而产生的，雷电先导中的电荷Q 形成的静电场及主放电时雷电流I 所产生的磁感应，是感应过电压的两个主要组成部分。2．1．1无避雷线时的感应雷过电压 根据理论分析和实测结果，有关规程建议，当雷击点距输电线路的距离s 大于65m 时，导线上产生的感应过电压最大值可按下式计算： U =25×I×h d /s （kV ） 式中，I 为雷电流幅值，kA ；为导线悬挂平均高度，m ：为雷击点至线路的距离，m 。 感应过电压的幅值与雷电流幅值I 及导线平均高度成正比；与雷击点到线路的距离s 成反比。感应过电压的极性与雷电流极性相反。由于雷击点的自然接地电阻较大，所以最大电流值可采用I ≤100kV 进行估算。实测表明，感应过电压峰值一般最大可300-400kV 。这对35kV 及以下的水泥杆线路将可能引起闪络事故；对110kV 及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存大电位差，只能引起对地闪络，如果两相或三相同时对地闪络，才可能形成相间闪络事故。 更多的雷击，则因线路的吸引，而击于线路本身。当雷直击于杆塔或线路附近的避雷线时，周围迅速变化的电磁场将在导线上感应出相反符号的过电压。在无避雷线时，对一般高度的线路，这一感应过电压的最大值可由下式计算： U=a ×h d （kV ） 式中，a 为感应过电压系数，kV/m ，其值等于以k A/us 为单位的雷电流平均陡度值，其由给定的雷电流幅值I 和波头时间决定，取a =I/2.6。2．1．2有避雷线时的感应雷过电压 如果线路上挂有避雷线，则由于其屏蔽作用，导线上的感应过电压将会下降。假定避雷线不接地，在避雷线和导线上产生的感应过电 输电线路的防雷设计计算 张俊心 （宁夏先科电力设计咨询有限公司，宁夏银川750001） 【摘要】输电线路雷害事故引起的跳闸，不但影响电力系统的的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且由于输电线路上落雷，雷电波还会沿线路侵入变电所。而在电力系统中，线路的绝缘最强，变电所次之，发电机最弱，若发电厂、变电所的设备保护不完善，往往会引起其设备绝缘损坏，影响安全供电。由此可见，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。 【关键词】输电线路；防雷设计；设备保护；绝缘损坏；电位梯度；耐雷水平 作者简介：张俊心（1977—），男，汉族，宁夏银川人，2002年毕业于太原电力高等专科学校，工程师，从事高压输变电工程设计 。 ○电力与能源○414 电气计算有哪些内容？ 金具设计有哪些内容？ 基础底面尺寸的确定原则？ 地基承载力公式？ 控制气象的三要素？ 角钢的连结方式？ 基础埋深？ 角钢三视图？ 撞基础的形式？ 防震锤表示的意义？ 排塔定位的步骤？ 衡量杆塔使用条件的四个要素？ 铁塔内力分析思想？ 研究成果及结论？ 机械特性有几个参数？ 哪些部分工作比较突出？ 对现有结构有哪些突破？ 结论是否经过检验？ 是否能应用实际？ 对杆塔基础的影响？ 刚度大对基础有何影响？ 基础地面如何确定？垫层的作用，地脚螺栓的布置？ 导线如何确定？节点板如何计算？杆塔的高层如何确定？地基承载力的设计值？冻土层深度如何确定？ 吊点如何计算？ 塔身设计的主要部分是什么？ 箍筋的作用是什么？ 电压等级不同对杆塔有何要求？ 基础埋深如何确定？杆塔定位的过程？ 代表档距地确定？ 杆塔结构设计是动态还是静态？ 杆塔如何选材？计算长度如何选取？ 杆塔结构设计是以强度还是以稳定为主要依据？ 结构如何计算？ 500kv杆塔结构设计：绝缘子串如何选取？塔身的施工图角钢为何断开？杆塔结构的板不利情况断线如何考虑？ 刚度和档距如何考虑？ 放线的刚度如何计算？大截面铰制导线弹性修正系数分析与修正系数多少？扭转角度定义，各截面挤压的影响？ 抗弯刚度如何取值？线性分析有何变化？ 基础荷载分那几部分？风荷载是按静载还是按动载考虑？ 绝缘子串如何确定？间隔棒如何选取？间隔棒有何作用？ 什么事控制气象？两种气象最典型的结果？ 控制气象参数有哪三个？ 金具形式哪些？ 如何计算控制气象？ 分解组装拉线的作用？地基承载力系数？抱杆如何取出？ 220kv 杆塔结构设计中导线哪点应力最大？ 220kv架空送电线路铁塔结构设计杆塔整立过程？ 220kv送电线路工程重心如何确定？ 220kv送电线路工程施工过程考虑哪些 四个基础的相互关系没有在图上体现？ 送电线路绝缘配合具体内容是什么？ 什么叫绝缘配合？送电线路绝缘配合知什么？ 送电线路绝缘配合与哪些因素有关？ 什么是内部过电压？它是如何产生的？具体分为哪几种？ 影响送电线路安全运行的内部过电压有哪些形式？ 影响过电压的因素有哪些？ 如何确定塔头的尺寸？ 在计算到县对地距离时应考虑哪些因素？ 导线对地的最小距离是如何规定？ 导线对地的最小距离是如何规定？ 39.3 直流高压试验 1.直流高压试验的场合 泄漏电流测量 被试品的电容量很大的设备 常用直流高电压试验来代替工频电压试验。 对直流输电设备进行直流高压试验。 2. 直流高压试验的特点 试验设备容量小，重量轻，便于现场试验； 可同时进行泄漏电流测量 直流耐压试验更能有效发现电机定子端部的绝缘缺陷 对绝缘损伤小 对交流电气设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际 39.3.1 直流高电压的产生 直流高电压的产生 串级直流高压发生器 空载输出电压： Uo＝2nUm Um－电源交流电压幅值 n－级数 39.4 冲击高压试验 冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能 39.4.1 雷电冲击电压的产生 开关合闸后，C1和C2上的电压最大值可达： 多级回路： R 11—阻尼电阻 R 12 —波前电阻 39.4.2 操作冲击电压的产生 39.4.3冲击电压的测量 用球隙测压器测量；费时间 用分压器测量； 电阻分压器 电容分压器 阻容分压器 冲击电压数字测量系统 冲击峰值电压表测量 第40章 输电线路和绕组中的波过程 40.1 波沿均匀无损单导线的传播 架空线： 单位长度对地电容 单位长度导体电感 电缆： 单位长度对地电容 单位长度导体电感 电磁波的传播速度v 架空线： 电缆： 导线的波阻抗z ：波阻抗Z 为同方向电压波与电流波之比 架空线： 一般单根导线 z ≈500Ω 分裂导线z ≈300Ω 02(/)2ln r o p C F m h r πεε= )/(2ln 20 0m H r h L p r πμμ= ) /(1031 80 0s m v o ?==ε μ)/(105.12 1 1 800s m v v v r r ?== = ε μr h C L z p 2ln 6000== h z p r 2ln 60μ=架空输电线路设计试卷概要
输电线路设计计算公式集1～3章
线路和绕组中的波过程
高电压第七章线路与绕组中的波过程
输电线路设计计算公式集1～3章(DOC)
输电线路设计计算公式集
高电压第七章 线路及绕组中的波过程(1)
输电线路设计计算公式汇总
题目线路和绕组中的波过程
输电线路设计考试计算题(含答案)
输电线路设计
(标准)架空输电线路电气参数计算
输电线路的防雷设计计算
输电线路设计有哪些问题
电气工程师 公共基础科目 第72讲 电气设备的绝缘实验及输电线路和绕组中的波过程(2010年新版)
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