过电压及防护 ppt课件

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《过电压保护》PPT课件

特点:过电压持续时间较长，频率低 . 会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
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8
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事故，使设备运行状态发生改变,引起振荡，从而产生过电压。
例: 切、合高压空载长线路（空载变压器、电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1．形成：雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强引发截流过电压。开断空载变压器和开断高压电动机都有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电弧接地时，可能产生过电压，一般把这种过电压称为电弧接地过电压。
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10
第二节直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷针或避雷线。一.单支避雷针的保护范围例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高度的保护半径为（）

过电压与防雷

雷电过电压的Biblioteka 种基本形式：(1)直接雷击：雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲和闪络放电。
(2)间接雷击：雷电未直接击中电力系统中的任何部分而是由雷对设备、线或其他物体的静电感应所产生的过电压。雷电过电压还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击而引起的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据统计，其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应予以足够的重视。 2、雷电的形成及概念 1）雷电的形成雷电是带有电荷的“雷云”之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自然现象。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
第四节过电压与防雷
一、过电压及雷电
1、过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1）内部过电压内部过电压是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的
工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压一般不会超
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感应作用，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。当两者在某一方位的电场强度达到 25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。先导相通道中的正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有强烈的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般约50～100μs，图8—26所示。
过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。

高电压技术第4章_电力系统大气过电压及防护

主放电时，通道突发地明亮，发生巨大的雷响，沿着雷电流通道流过很大的雷电流，且由于电流突然增加，使被雷击点周围的磁场发生很大变化。这就是主放电过程会造成雷电放电具有最大的破坏作用的原因.
3．余辉放电阶段
主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地，形成余辉放电。与余辉放电阶段相对应的电流是逐渐衰减的，约为1000— 10A，持续时间较长，约为几ms。
lg P IL 108
IL雷电流幅值，KA P雷电流超过IL 的概率
3. 雷电流的幅值
平均雷暴日小于20的一般地区，雷电活动较弱，雷电流幅值概率：
lgP IL 54
IL雷电流幅值，KA P雷电流超过IL 的概率
3. 雷电流的幅值
例：当IL =100kA时，P=11.9%。表明每100次雷电中，大约有12次雷电流超过100kA。
放电间隙中的新通道好似一个良导体把大地电位带到初始主放电通道的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的电荷仍留在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在初始主放电通道上端与原先导通道下端的交界处出现了极大的场强，形成强烈的游离，也就是说将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道，所以说主放电是从地面向云发展的。
1.雷电先导放电过程：雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中，最主要的方向决定于最大电场强度。
（1）雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体的影响。
1.雷电先导放电过程：（2）雷雨云下面的地面和地面建筑物受雷云电荷的静电感应，产生出与雷电异号的电荷，并使各地面建筑物表面的电场强度增强。当下行先导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场开始被地面建筑物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强度方向发展。

内部过电压防护—电弧接地过电压(高电压技术课件)

二、电弧接地过电压发展过程
过电压发展过程图
1（3）t=t3 时刻
• 燃弧后过电压最大幅值=2稳态值-初始值
uA(t3-)= 0
uB(t3-)= -3.5Uxg
u
C(
t
3
)
=
-3.5Uxg
二、电弧接地过电压发展过程
故障相
第一次熄弧
健全相
电弧重燃
• 在t3以后，每隔半个周期交替出现电弧的熄灭与重燃；
仅存在于中性点不接地的系统。
一、影响因素
断续电弧接地过电压的影响
实际电网中，断续电弧接地过电压倍数一般小于3.1，这种过电压对正常绝缘的电气设备一般危害不大，但其遍及全电网，对系统内绝缘较差的设备、线路上的绝缘薄弱点，以及在恶劣的环境下，可能造成设备损坏和大面积停电。
中性点不接地电网中的单相接地电流(电容电流)较大，接地点电弧将不能自熄，而以断续电弧（断续地熄灭和重燃）的形式存在，就会产生
另一种严重的操作过电压一断续电弧接地过电压
一、电弧接地过电压概述
产生电弧接地过电压的原因
电弧接地过电压的特点
危害
接地点产生接地电弧，并在其中流过非故障相的电流，这种
电容电流在6～10kV系统 (>30A)、35～60kV系统 (>10A)中难以自行熄灭。由于电弧不稳定(间歇性电弧)，引起系统强烈的电磁振荡过程，系统中性点发生偏移，产生电
二、电弧接地过电压发展过程
过电压发展过程图
1（3）t=t3 时刻
• A相电压再次达到最大值，可能再次燃弧。
燃弧前 uA(t3-)= 2.0Uxg 燃弧后 uA(t3+)= 0
燃弧前 uB(t3-)= 0.5Uxg 燃弧后 uB(t3+)= -1.5Uxg

内部过电压防护—空载线路过电压(高电压技术课件)

空载线的合闸
正常合闸自动重合闸
产生操作过电压
合闸过电压
注意：由于两者的初始条件不同，重合闸过电压是合闸过电压中最严重的一种
二、正常合闸过电压的发展过程
线路电压的初始值为零
正常合闸时，若三相接线完全对称，且三相断路器完全
同步动作，则可按照单相电路进行分析研究在图(a)所
示的等值电路中，其中空载线路用一T型等值电路来代
2、断路器性能
断路器触头重燃、熄弧具有明显的随机性
(1)分闸时，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在电源到达最大值并与线路残压极性相反时发生。如果重燃提前发生，振荡振幅和相应的过电压随之降低
当重燃在断弧后的1/4 工频周期内产生，则不会引起过电压
(2)熄弧不一定在高频电流第一次过零时发生，在第二次过零或更后的时间才被切断，线路上残余电压大大降低，断路器触头间的恢复电压和重燃过电压都大大减小
三、限制措施
装设并联合闸电阻的作用原理
并联合闸电阻应先合辅助触头2、后合主触头1
在合辅助触头2的第一阶段，R对振荡起阻尼作用，使过渡过程中的过电压最大值有所降低，R越大、阻尼作用越大、过电压就越
小，所以希望选用较大的阻值；
大约经过8～15ms，开始合闸的第二阶段，主触头1闭合，将R短接，使线路直接与电源相连，完成合闸操作。在第二阶段，R值越大，过电压也越大，所以希望选用较小的阻
8.2.1分闸过电压
8.2.1.1过电压发展过程
一、空载线路分闸过电压概念
切除空载过电压是电力系统中常见的操作
之一
因断路器分闸过程中的重燃现象产生过电
压
切除空载线路时引起的操作过电压幅值大，持续时间长

过电压技术及防范措施

内过电压—操作过电压
操作过电压
电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压。常见的操作过电压有以下几种。
①空载线路合闸与重合闸过电压：输电线路具有电感和电容性质。空载线路合闸时简化的等值电路原理如图2所示。
图2中L为电源和线路的等值电感，C为线路的等值电容,e（t）为交流电源。
当开关 K突然合上时，在回路中会发生以角频率
增大谐振回路的阻尼是限制谐振过电压的主要措施。还应力求从系统运行方式上避免可能发生的谐振过电压。
谢谢各位专家
工频过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压。暂时过电压主要是工频振荡，持续时间较长，衰减过程较慢，故又称工频电压升高。常见的暂时过电压有以下几种。 ①空载长线电容效应（费兰梯效应）：输电线路具有电感、电容等分布参数特性。在工频电源作用下，远距离空载线路由于电容效应逐步积累，使沿线电压分布不相等，末端电压最高。线路首端电压U1与末端电压U2的关系为
过电压技术及防范措施
内过电压—谐振过电压
②铁磁谐振过电压：谐振回路中的电感元件因铁心的磁饱和现象，使电感参数随电流（磁通）而变化，成为非线性电感。例如，电磁式电压互感器就是这种元件。非线性电感与电容串联而激发起的一种谐振现象称为铁磁谐振，它会使电气设备出现过电压。由于发生铁磁谐振回路中的电感不是常数，回路的谐振频率也不是单一值。同一回路既可能产生工频的基波谐振，又可能产生高次谐波（如2、 3、5次谐波）或分谐波（如1/2、1/3、1/5次谐波）谐振。
针对过电压的起因，电力系统必须采取防护措施以限制过电压幅值。如安装避雷线、避雷器、电抗器，开关触头加并联电阻等，以合理实施绝缘配合，确保电力系统安全运行。

电力设备过电压防护与接地

1.1.2中性点不接地
A
B C
•
IK
•
EC
•
IK
UB'
UK 0 UA'
•
•
EB EA
a单相接地的电流回路
b相量图
图7-3 发生单相接地的中性点直接接地系统
非故障相对地电压值升高 3 倍，变为线电压。中性点处的电压由0升高到相电压。设备的相对地绝缘要按线电压来考虑，从而提高了设备的绝缘成本。
接地故障系数定义：在三相系统的选定地点(通常为设备的安装地点)以及给定的系统结构，接地故障(系统中任一点发生的单相或多相接地故障)时，健全相的最高相对地工频电压有效值与该选定地点无故障时的相对地工频电压有效值之比。
6000
6000
图7-1典型的多接地极接地网
为加强对雷电流的散流作用、降低对地电位，发电厂和变电站中还装设集中接地装置。
防雷接地装置可采用垂直接
地极，作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄雷电流之用，一般敷设3～5 根垂直接地极。在土壤电阻率较高的地区，则敷设3～5根放射形水平接地极。
消弧线圈补偿网络和传递过电压的线性谐振；线路断线和电磁式电容器饱和引起的铁磁谐振及发电机同步或异步自励磁引起的参数谐振。防止谐振过电压的措施：
对消弧线圈采用过补偿方式，超高压线路并联电抗器的中性点串小电抗，选用不发生非全相拒动的断路器，电磁式电压互感器中性点接阻尼电阻或防谐装置等。同时可通过安排合理的运行方式和操作程序来减少谐振过电压。
自然接地极：直接与大地相接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建(构)筑物的基础、金属管道和设备等。
发电厂和变电站中的地，通常是
预先埋设在地下，由垂直和水平接地极组成的大型水平地网(称为接地网或复合接地极)，其主要作用是电力设备的泄流和均压。

过电压保护ppt课件

想；间隙动作后会形成截波；熄弧能力低
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理：当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时，间隙首先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点：结构简单、制造方便缺点：伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特性较陡且放电分散性大，且会形成截波，并受大气条件影响较大，所只用在线路保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放电流，避雷器两端维持较低的残压，保护电气设备不受损坏。过电压过后，立即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也不需要进行灭弧。
第二节直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2

过电压保护

二、过电压的分类直接雷击过电压雷电反击过电压雷电过电压感应雷过电压雷侵入波过电压过电压工频过电压谐振过电压内部过电压操作过电压
线性谐振非线性谐振参数谐振切、合空载长线路
切、合空载变压器
开断感应电动机开断关联电容器弧光接地
三、雷电过电压
1、雷电放电雷电放电是雷云所引起的放电现象。如果放电时附近没有带异号电荷的其他雷云，这时雷云就会对地放电，特别是对地面上的高大树木或建筑物放电。
例如：切除空载线路过电压（断路器灭弧很强，截流过电压）
在电流波形瞬时值未达到零点之前，就强行将电流截断，如果分断的又是电感性负载，如高压电动机、变压器等设备，则有可能发生截流过电压。因为电流的突然变化，电感性负载设备磁路中磁通量跟着发生突变，根据电磁感应原理，将会产生很高的感应电动势，从而发生过电压。
例如：切除空载线路过电压（断路器灭弧不
够强时）
切空线操作是常见的一种操作，如检修线路断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长（0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑过电压时，主要以切空线过电压为依据。
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
为什么要在间隙两端并联电阻：

内部过电压防护—谐振过电压(高电压技术课件)

如此循环，电流依次递增
i5 2i3 2i1 i6 2i4 4i1
经过电磁振荡，不断把机械能转化为电磁能，回路中能量愈积愈多，电感电流和电容电压越来越大。
三、参数谐振特点
1.谐振所需的能量由改变参数的原动机所供给，不需要单独的电源电压。一般只要有一定的剩磁或电容中具有很小的残余电荷，就可以使谐振得到发展。
为磁能，根据能量守恒定理，电流升至
1 2
L1i32
L1i12 ，i3
2 i1
2
t=t3，电感突变(L1L2)，磁链不能突变，电流发生
突变至2 2 ，储能为4W1
W3
1 2
L2i42
4 L1i12 2
4W1
二、参数谐振发展过程
t=t4，电感突变(L2L1)，电流过零时电容端电压为
U 2 2W1 / C
二、线性谐振过电压防护
3、限制线性谐振过电压的措施（1）使回路脱离谐振状态（2）增加回路的损耗
8.4.1谐振过电压原理及防护
8.4.1.3铁磁谐振过电压防护
一、铁磁谐振过电压的概念
概念
电路中的电感元件因带有铁
芯，会产生饱和现象，这种
含有非线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生
分类
.
铁磁谐振，铁磁谐振又称为
非线性谐振。
基波谐振-谐振频率等于工频的工频谐振
高次谐波谐振-谐振频率可能等于工频的整数倍（2、3、5倍等）
多次谐波谐振-谐振频率可能等于工频的分数倍（1/2、1/3、1/5、2/3、 3/5倍等）
二、铁磁谐振产生的过程
带有铁芯电感的非线性电路
忽略回路中能量损耗（设电路中 R=0），则
一、谐振过电压的特点及分类

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dq udC uC0dx

dq dC
dx
充电电流 i dt u dt uC0 dt
(1)
16
第七章过电压及防护

充电电流
dq dC dx i dt u dt uC0 dt
(1)
行波前进了dx距离，磁通的增加量：
d idL iL0dx

d dL
dx
u
6000km (20ms)
13
第七章过电压及防护
波沿均匀无损单导线传播示意图 u,i
t=0
E
x
t=0
L0dx
L0dx
L0dx
E
C0dx
C0dx
C0dx
C0dx
14
第七章过电压及防护
一、波沿均匀无损单导线的传播
1. 均匀无损单导线系统的波阻抗：线路各点电气参数完全一样；线路无能量损耗（R0=0，G0=0）单元等值电路：
t
8
第七章过电压及防护
(2) 等值斜角平顶波
i I
0 T1
t
i at(t T1) i aT1 I (t T1)
9
第七章过电压及防护
(3) 等值半余弦波
i
I
0.5I
0 T1
t
i I (1 cost)
2

T1
10
第七章过电压及防护
第二节雷电冲击波沿导线的传播
L0dx C0dx
L0dx C0dx
L0dx
15
第七章过电压及防护
x
L0 dx C0dx
dx
i
L0 dx
u C0dx
i i dx x
L0 dx
u u dx x
设dt时间内，行波前进了dx距离，则长度为dx的线路被充电，充电电容为Codx，使其电位为U，在这段时间内，导线获得的电荷为：
rr
对架空线： v 3108 (m / s) c
对油纸绝缘电缆： r 1,r 4,
v 0.5c
18
第七章过电压及防护
波阻抗： Z u L0
i
C0
是表征分布参数电路特点的最重要的参数，它是储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小，具有阻抗的量纲，其值决定于单位长度导线的电感和电容，与线路长度无关。
二、雷电参数
1. 雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数(30-40)。雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数(100)。
地面落雷密度( ) : 每平方公里地面在一个雷暴日
中受到的平均雷击次数。
2. 通道波阻抗
Z0
Z0 300
4
第七章过电压及防护
5
第七章过电压及防护
3. 雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻（≤ 30W）的物体时流过雷击点的电流。
主要有两大类：长线路和高频电压（如雷电冲击电压波）
12
第七章过电压及防护
空气中波的传播速度为光速 c 300m / s
u
(1.2 / 5 0s ) 220kV线路的平均长度为200~250km
冲击波
冲击波波前在线路上的
分布长度只有360m 200km
Um
x, t
0 1500km
(5ms)
发现电代厂供电电气技部术分
第七章过电压及防护
大气过电压雷电冲击波沿导线的传播防雷保护装置变电所与线路的防雷内部过电压变电所保护接地
PPT课件
1
第七章过电压及防护
第一节大气过电压
2
第七章过电压及防护
一、雷电放电过程
先导阶段、主放电和迎面流注阶段、余辉阶段。
3
第七章过电压及防护
经验公式： I » 2 I 0
一般地区： lg P P
44
I—雷电流幅值（kA) I0—电流入射波（kA)
P—幅值大于I的雷电流出现的概率
6
第七章过电压及防护 4. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T2 、陡度
实测表明：T1 :1 ~ 4s T2 : 20 ~100s
20
第七章过电压及防护
2. 均匀无损单导线的波动方程：
u
i
x L0 t

i x
C0
u t
电压沿x方向的变化是由于电流在L0上的电感压降；电流沿x方向的变化是由于在C0上分去了电容电流；负号表示在x正方向上电压和电流都将减少。
u u1(x vt) u2 (x vt) u u
11
第七章过电压及防护
a. 波过程的定义
在本课程中指电压波（或电流波）在输电线路、电缆、变压器、电机等电力设备上的传播过程
b. 波过程的特点
电压、电流不但是时间t的函数，而且也是空间位置x 的函数，
需要用分布参数电路来分析。
u f (x,t)
c. 分布参数电路的应用范围
i f (x,t)
dt
i dt
iL0 dt
(2)
（1）× (2)
波速 v dx 1
dt
L0C0
（2）÷ (1)
波阻抗 Z u L0
i
C0
17
第七章过电压及防护
由电磁场理论可知：
L0

0r 2
ln
2hc r
，C0

2 0r
ln 2hc
r
1
3108
∴ v

(m / s)
0r0 r

i

1 Z
[u1 (x vt) u2 (x vt)] i i
21
第七章过电压及防护
u u1(x vt) —前行电压波（入射波）
u u2(x vt) —反行电压波（反射波）
我国在防雷设计中取 2.6/ 40s
波前的平均陡度： I (kA / s)
2.6
7
第七章过电压及防护
5. 雷电流极性及计算波形 75~90%的雷电流是负极性，在防雷设计中一般按负极性考虑。
常用计算波形：
i
I
(1) 双指数波
0.5I
i I0 (et et )
0 T1
T2
对单导线架空线，Z=500 左右，考虑电晕影响取400 左右，电缆的波阻抗约为十几欧姆至几十不等。
电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。
19
第七章过电压及防护
比较波阻抗Z和R：二者量纲相同，并且都和电源频率或波形无关，可见波阻抗是阻性的；波阻抗是一个比例常数，其数值只与导线单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度成正比；波阻抗是储能元件，它从电源吸收能量，以电磁波的形式沿导线向前传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中；电阻是耗能元件，它从电源吸收的能量转换成热能而散失。