【教学课件】第6讲-电缆系统的电磁暂态分析.ppt
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1、,电磁暂态分析Electromagnetic Transient Analysis何金良,清华大学电机工程与应用电子技术系 电力系统安全国家重点实验室电磁环境技术研究室+62775585,emeail,第6讲 电缆系统的电磁暂态分析,1.概 述,随着我国电力工业的迅速发展,尤其是城市电网的发展和改造,高压和超高压电力电缆正在得到广泛应用GIS(Gas Insulated Substation)信号传输电缆解决电缆系统的过电压防护、绝缘配合、电磁干扰等工程课题,需要深入研究电缆系统的电缆暂态过程,美国SuperPower公司(主要承建商)住友电工(超导电缆、空中终端、电缆接头的生产、铺设及运转)
2、美国National Grid公司(提供电力线路)美国BOC公司(冷却系统、监控2700万美元纽约州州府奥尔巴尼(Albany)市,电缆结构,电缆结构,电缆与线路的区别,电力电缆、GIS母线与架空线路的区别:一是结构比较复杂且导体尺寸与导体间距可以比拟,导体间相互影响的邻近效应较强而不能简单被忽略二是频变特性更强且与大地联系更为紧密,理论发展,为适应通信技术的发展,早在本世纪三十年代,同轴电缆的电磁场理论分析就已经由等人基本完成电力电缆电磁暂态计算方法的研究,就是在这一基础上继续进行的L.M Wedepohl和D.J Wilcox1973年发表了比较系统的论文,后A.Ametani等人对电缆计
3、算方法作了研究本章主要介绍电缆的参数计算方法,流动波在电缆中传播的模量分析,2 电缆的参数计算,物理模型:将电缆看成n个平行导体系统,再共同与大地构成返回回路电缆系统在频域的线路方程 Z是电缆单位长度串联阻抗矩阵,在一般情况下电阻R和电感L又都随频率而变化Y是电缆单位长度对地导纳矩阵,电导G和电容C认为不随频率变化,并且往往将G忽略不计,单相单芯电缆的阻抗,看成三个回路,单相单芯电缆的阻抗,沿电缆轴向的回路压降在频域中的方程,单相单芯电缆的阻抗,Z11是回路 1的单位长度的自阻抗,Z1电缆导芯外表面的内阻抗(以屏蔽层为回路)Z2电缆导芯与屏蔽层之间的绝缘介质中,时变磁通所表现出的阻抗Z3屏蔽层
4、内表面的内阻抗(以导芯为回路),单相单芯电缆的阻抗,Z22是回路2的自阻抗,Z4屏蔽层外表面的内阻抗(以护层为回路);Z5屏蔽层与护层之间的介质中,时变磁通所表现出的阻抗Z6护层内表面的内阻抗(以屏蔽层为回路),单相单芯电缆的阻抗,Z33是回路3的自阻抗,Z7 护层外表面的内阻抗(以护层为回路)Z8护层与大地之间的绝缘介质中,时变磁通所表现出的阻扰Z9 大地回路的内阻抗,单相单芯电缆的阻抗,Z12、Z21是由于1、2回路共用屏蔽层所出现的两回路之间的互阻抗(或称转移阻抗),Zm1屏蔽层的转移阻抗,Z32、Z23是由于2、3回路共用护层所出现的两回路之间的互阻抗(称转移阻抗),Zm2护层的转移阻
5、抗,单相单芯电缆的阻抗,各阻抗可以归结为四种类型同心圆柱电极间的绝缘介质中,时变磁通所表现的阻抗Z2、Z5、Z8,管状导体内、外表面的阻抗Z1、Z3、Z4、Z6、Z7,其计算公式,内管表面阻抗,外表面阻抗,单相单芯电缆的阻抗,管状导体内、外表面之间的转移阻抗Zm1、Zm2、Zm3,大地回路的内阻抗Z9,单相单芯电缆的阻抗,单相单芯电缆的阻抗,回路电流电压与导体电流电压关系,单相单芯电缆的阻抗,用于暂态计算的单相单芯电缆阻抗矩阵,单相单芯电缆的阻抗,单芯电缆阻抗矩阵展开得其中各元素,三相单芯电缆的阻抗,三相单芯电缆的阻抗,各相电缆都是很凑紧的同轴圆柱体,又共同以大地为返回回路,因此a相大地回路中
6、的电流必然会对b相和c相回路压降产生影响,这表现为相间的互阻抗并且认为每两相电缆的导芯之间,屏蔽层之间,护层之间,以及各个相对应的芯、层之间的互阻抗均为同一值,三相单芯电缆的阻抗,Ze是由电缆敷设方式及各相电缆之间的相对位置等条件所决定电缆的敷设一般有三种方式一是架设在地面之上,二是敷设在地表面,三是埋于土壤之中,电缆的导纳矩阵,电缆是同轴圆柱导体系统,导纳矩阵反映各导体层间横向电流与电压的关系工程计算中又多忽略介质的电导电流,因此各导体之间的横向电流就只有电容电流导纳矩阵各元素均可用同轴圆柱电容计算公式来表达,电缆的导纳矩阵,Yph就是单相单芯电缆的导纳矩阵,三相电缆的导纳矩阵,由于大地是导
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