高电压技术——3电力系统波过程
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1 气体的绝缘特性与介质的电气强度1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么,为什么?1-2简要论述汤逊放电理论。
1-3为什么棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的?1-5操作冲击放电电压的特点是什么?1-6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些?1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电,哪个对于绝缘的危害比较大,为什么?1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么,为什么?答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。
这是因为电子体积小,其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多,所以在电场中获得的动能比离子大得多。
其次.由于电子的质量远小于原子或分子,因此当电子的动能不足以使中性质点电离时,电子会遭到弹射而几乎不损失其动能;而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近,每次碰撞都会使其速度减小,影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子,此电子到达阳极表面时由于α过程,电子总数增至d e α个。
假设每次电离撞出一个正离子,故电极空间共有(d e α-1)个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动,并撞击阴极.按照系数γ的定义,此(d e α-1)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(d e α-1)个新电子,则(d e α-1)个正离子撞击阴极表面时,至少能从阴极表面释放出一个有效电子,以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子,则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(d eα-1)=1或γde α=1。
1-3为什么棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?答:(1)当棒具有正极性时,间隙中出现的电子向棒运动,进入强电场区,开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升,到放电达到自持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多的电子崩。
变压器绕组中的波过程1、变压器绕组的波过程(过电压)出现在绕组的主绝缘(对地和对其它两相绕组的绝缘)和纵绝缘(匝间、层间、线饼间等绝缘)上。
2、变压器绕组的波过程和下列三个因素有关:绕组的接法、中性点接地方式、进波情况(一相、两相,三相)。
单相绕组的波过程:星形接法中性点接地,星形接法中性点不接地三相同时进波三相绕组的波过程:星形接法中性点不接地一相进波、三角形接法单相绕组的波过程、星形接法中性点接地1、和线路波过程的区别:变压器绕组中的波过程不应以行波传播的概念来处理,而是以一些列振荡形成的驻波的方法来处理。
2、中性点接地方式对初始电压分布影响不大,初始最大电位梯度出现在绕组首端,其值为U0α13、中性点接地,最大电压出现在绕组首端约l/3处,其值约为1.4U0;中性点不接地,最大电压出现在绕组末端,其值为1.9U0(理论值为2.0U0)星形接法中性点不接地1、初始最大电位梯度出现在绕组首端,中性点电位接近于零。
2、稳态电压分布取决于电阻3、单相进波:中性点电位为U0/3,振荡过程中性点电位最大为2U0/3。
4、两相进波:中性点电位为U02/3,振荡过程中性点电位最大为4U0/3。
5、三相进波:中性点最大电压为2U0.三角形接法1、一相进波:最大电压出现在绕组首端约l/3处,其值约为1.4U0(相当于单相绕组中性点接地)2、两相或三相进波:振荡中最大电压出现在每相绕组的中部,其值接近于2U0.波在变压器绕组间的传递1、变压器绕组间的感应(传递)过电压包括静电感应电压和电磁感应电压。
2、静电感应电压:通过绕组间的电容耦合传递,和变比无关。
高压绕组进波时,低压绕组空载开路时需要进行防护,可在低压绕组任一相出线上接一只避雷器。
(对低压绕组造成危害)3、电磁感应电压:通过磁耦合产生,和变比、绕组接法、进波相数有关。
低压绕组进波时,对高压绕组有危害,高压绕组每相安装一只避雷器(总共三只)。
变压器保护1、变压器外部保护的目的:降低入侵电压波的幅值和陡度。
考点4:线路和绕组中的波过程4.1 无损耗单导线线路中的波过程实际的输电线路,一般由多根平行架设的导线组成,各导线之间有电磁耦合,电磁过程也较为复杂。
通常从单根导线着手研究输电线路波过程比较的方便,进一步可推广到多根导线系统的波过程。
当输电线路较短时,线路电阻很0R 小,对波过程的影响可忽略不计,一般线路对地电导参数0G 也很小,也可忽略不计,这时的线路为单根无损线路。
当雷击输电线路时,将有大量的电荷沿雷电通道倾注到雷击点,并向线路两侧迅速流动,即电磁波的传播过程称之为行波的传播.在此过程中会产生瞬间的高幅值的过电压,下面分析无损耗单导线线路中行波的传播规律。
一、均匀无损长线及其等值电路单根无损线路,设首端是坐标原点,确定X 轴正方向。
在这条均匀分布的无损线路上、电压、电流是空间和时间的函数,即⎩⎨⎧==),(),(t x i i t x u u其参考方向如图所示。
线路单位长度的电感、电容分别是00,C L ,而电阻和电导分别为零。
均匀无损单根导线的方程为这组偏微分方程可由拉普拉斯变换,或者分离变量法等多种方法来求解,线路上的电流,电压可表示为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+--=++-=)](([1)()(v x t u v x t u z i vx t u v x t u u f q f q式中001C L v =为输电线路上的电磁波传输速度,00C L Z =为线路的波阻抗。
这两式中)(v xt u q -相当于线路上沿X 轴正方向传播的行波,叫行波电压,)(vxt u q +相当于X 轴上反向传播的行波,叫反行波电压,显然波传播速度为v 。
同理)(1v xt u z i q q -=称为前行波)(1vxt u z i f f +=称为反行波上述各式可简化为a)行波概念说明:前行电压波uq 和前行电流波iq 表示电压和电流在导线上的坐标是以速度v 沿x 的正方向移动;反行电压波uf 和前行电流波if 表示电压和电流在导线上的坐标是以速度v 沿x 的负方向移动。
高电压技术研究的对象主要是电气设备的绝缘、绝缘的测试和系统的过电压等。
在电力系统中,除了雷电过电压还有内部过电压。
第一部分系统过电压一.雷电过电压----大气过电压分类:直击雷过电压和感应雷过电压1.雷电的放电过程1)雷电放电是由雷云引起的放电现象。
2)雷电放电自上而下发展的是下行雷,自下而上发展的是上行雷。
3)放电的过程可以分为三个阶段:先导、主放电和余光放电。
先导:发展的速度慢,时间长,电流小(数十至数百安)、导电性良好。
主放电:比先导的速度要快得多,电流大(数十至数百千安)、时间短。
余光放电:时间长,电流小(数百安)2.防雷的设备1)避雷针和避雷线目的:防止直击雷的过电压分类:独立避雷针和构架避雷针。
原理:在避雷针(线)的顶端形成局部电场强度集中的空间,以影响雷电先导放电的发展方向,引导雷电向避雷针放电,再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地。
应用:避雷针一般用于保护发电厂和变电站,避雷线主要用于保护线路,也可以用来保护变电站和发电厂。
保护范围:是按保护概率99.9%确定的。
当hx>=h/2Rx=(H-Hx)*p=Ha*pRx——避雷针在hx水平上的保护半径,mH——避雷针的高度,mHx——被保护物体的高度,mHa——避雷针的有效高度,mP——高度影响系数,h<=30m;p=1;30<h<=120m, p=5.5/h当hx<h/2时Rx=(1.5h-2hx)*p2).避雷器目的:防止行波过电压种类:保护间隙;排气式避雷器;阀式避雷器;氧化锌避雷器。
残压的定义:是指雷电流通过避雷器时阀片电阻上产生的电压降。
残压越低说明保护性能越好。
3)接地装置目的:减小接地电阻,以降低雷电流通过避雷针(线)或避雷器上的过电压。
分类;防雷接地、工作接地和保护接地。
工作接地:是根据电力系统正常运行的需要而进行的接地。
接地电阻一般为0.5~10欧保护接地:为了保证人身安全,而将高压电气设备的金属外壳接地。