变压器为什么会被雷劈

核心提示变压器会被雷劈,是因为当地是雷区,而且变压器没有做好防雷保护。雷电冲击波是一种幅值很大,持续时间很短的非周期电压脉冲。这个冲击波从雷击的地方沿输电线路以光速向两端传播,当这种波传到变压器时,变压器引线上电压很快上升,相当于施加一个频率和幅值

变压器会被雷劈,是因为当地是雷区,而且变压器没有做好防雷保护。

雷电冲击波是一种幅值很大,持续时间很短的非周期电压脉冲。这个冲击波从雷击的地方沿输电线路以光速向两端传播,当这种波传到变压器时,变压器引线上电压很快上升,相当于施加一个频率和幅值都很高的电压,这个电压施加于变压器纵绝缘上,其值比正常的工频电压可能高十几或几十倍,在最初瞬间,靠近绕组首端的几个线匝匝电压升得很高,甚至高达额定电压运行时的50~200倍,很易造成绕组首端绝缘击穿。

解决方法:

(1)变压器中性点的防雷保护。当运行在中性点直接接地系统中的变压器中性点没有接地点时,应在中性点上装设避雷器;当运行在中性点不直接接地系统中的变压器中性点没有接地时,也要考虑在中性点上加装避雷器;如中性点经消弧线圈接地,为了消除消弧线圈端部可能出现的过电压,应与消弧线圈并联安装一只避雷器。

(2)自耦变压器出线端的防雷保护。在其高压侧与中压侧出线端都要装设避雷器,并要求出线端与避雷器之间不能装设任何刀闸,保证在变压器出线端断开时避雷器仍能接在变压器的出线端上。这样可以合得当高压侧遭雷击时,防止中压侧在一开始就出现入射波电压。中压侧遭雷击时,防止在高压侧可能出现的三倍进波电压。实现保护进波线端绝缘。

在低压侧出线端的一相装设避雷器,即可防止低压开路时由静电感应过电压造成的危害。低压为双分裂时,要在每相的分裂绕组上各装一只避雷器。

(3)三绕组变压器的防雷保护。三绕组变压器的中压或低压绕组长期处于开路运行时,为了避免静电感应对中、低压绕组绝缘的危害,在中、低压绕组为星形接线时,可将中性点接地;为三角形接线时,可将任一相线端接地。如经常临时开路运行,则应装设相当于相电压或线电压的避雷器代替中性点或任一相接地。

(4)配电变压器的防雷保护应采用相应电压等级的避雷器或压敏电阻保护。

在末端开路的情况下,波发生反射后,为什么导线上的电压会提高一倍

又称电报方程,是说明传输线上电压U和电流I之间关系的微分方程组。按分布参数电路的观点,一小段传输线可等效为由分布电阻R1(欧/米)、分布电感L1(亨/米)、分布电导G1(西/米)和分布电容C1(法/米)等集总元件构成的T型网络(对无耗线,R1=G1=0),实际的传输线表示为各段等效网络的级联。

设传输线与z轴平行、时谐信号角频率为ω,

特征阻抗,

传播常数,

则传输线方程可写成

其解U(z)和I(z)都由含因子的两项组成

上标i,r分别表示入射波与反射波。一般,传输线上的电压和电流各由上述两相反方向的行波合成,形成驻波分布。 描述电压或电流行波沿传输线行进过程中的衰减和相移的参量。通常,它是一个复常数

式中α称为衰减常数,单位是奈/米或分贝/米(1奈/米=8.686分贝/米);β称为相移常数,单位是弧度/米。

对于无耗线(R1=G1=0),有

分别说明行波过程中没有衰减;以及波行进一个波长有2π弧度的相位延迟。式中μ和ε分别为传输线所在媒质的导磁率和介电常数。

在传输线上行波的速度为

与频率f无关。

对于低损耗线(R1<<ωL1,G<<ωC1),近似有 传输线上行波传播时的电压与电流之比。通常它也是复常数

对无耗线

它与频率无关,仅取决于线本身的物理参数和几何尺寸,可表征线的“特性”,故称特性阻抗。

由于传输线横截面上电磁场的瞬时分布与二维静电场、静磁场的分布相似,因而可借助静电场和恒流磁场的方法分别计算分布参数C1和L1,从而算出特性阻抗Z0。通常是只计算C1,利用关系式⑷,由公式Z0=1/υC1算出特性阻抗。

常用的平行双线和同轴线(图1)的特性阻抗公式为平行线

同轴线

式中εr为同轴线填充介质的相对介电常数。 信号从源端经传输线传向终端,当终端接有负载阻抗ZL≠Z0时,则传向负载的入射波将激起从负载向源方向的反射波。传输线上某点处反射液电压与入射波电压之比为该点的电压反射系数,简称反射系数,通常是复数。对无耗线,反射系数 Γ=|Γ| ,沿线模|Γ|保持不变而幅角ψ呈线性变化。在负载端(反射点),|Γ|与ψ的初始值仅与比值ZL/Z0有关。

传输线上z点处的 Γ(z)与输入(视在)阻抗的关系为

式中称为用Z0归一化的阻抗。当负载端时,Γ(l)=0,线上只有传向负载的入射波,而没有从负载返回的反射波,称该传输线工作在阻抗匹配状态。 传输线上的反射波与入射波叠加后形成驻波,即沿线各点的电压和电流的振幅不同,以1/2波长为周期而变化。电压(或电流)振幅具有最大值的点,称为电压(或电流)驻波的波腹点;而振幅具有最小值的点,称为驻波的波谷点;振幅值等于零的点称为波节点。线上某电压波腹点与相邻波谷点的电压振幅之比称为电压驻波比,简称驻波比;其倒数称为行波系数。

电压与电流两种驻波曲线在空间上存在90°的相位差(波谷点位置相差1/4波长),即电压波腹点对应电流波谷点,反之亦然。图3是几种负载情形的电压驻波图型。ρ为电压驻波比,则电压波腹点处的输入阻抗为ρZ0;波谷点处的输入阻抗为Z0/ρ。

反射系数模|Γ|与驻波比ρ的关系为

|Γ|=0时,ρ=1;|Γ|=1时,ρ=∞,因此,驻波比ρ常用于描述传输线的工作状态。 目的是使传输线向负载有最大的功率转移,即要求负载阻抗与传输线的特性阻抗相等,相应地有|Γ|=0(或ρ=1)。如果负载阻抗与传输线的特性阻抗并不相等,就需要在传输线的输出端与负载之间接入阻抗变换器,使后者的输入阻抗作为等效负载而与传输线的特性阻抗相等,从而实现传输线上|Γ|=0。阻抗变换器的作用实质上是人为地产生一种反射波,使之与实际负载的反射波相抵消。在实际问题中,还需要考虑传输线输入端与信号源之间的阻抗匹配。

高频馈电系统中的阻抗匹配十分重要,阻抗失配会使输送到负载的功率降低;传输大功率时易导致击穿;且由于输入阻抗的电抗分量随位置而改变,对信号源有频率牵引作用。 传输线不仅用于传送电能和电信号,还可以构成电抗性的谐振元件。例如,长度小于1/4波长的终端短路或开路的传输线,其输入阻抗是感抗或容抗;长度可变的短路线可用作调配元件(短截线匹配器)。又如长度为1/4波长的短路线或开路线分别等效于并联或串联谐振电路,称为谐振线;其中1/4波长短路线的输入阻抗为无穷大,可用作金属绝缘支撑等。此外,还可利用分布参数传输线的延时特性制成仿真线等电路元件。

在负载端会产生反射,反射的结果是,入射波与反射波叠加,形成更高的电压,常称过冲电压,过冲电压幅值最高最高可达1至2倍。

其产生的原因是信号的上升速度过快,或线路过长,会导致上升时间小于信号在电缆上的传输时间,导致入射波与反射波叠加,产生两倍甚至更高脉冲高度的过冲尖峰电压。

 
友情链接
鄂ICP备19019357号-22