7-1为什么需要用波动过程研究电力系统中过电压？
答：实际电力系统采用三相交流或双极直流输电，属于多导线线路，而且沿线路的电场、磁场和损耗情况也不尽相同，因此所谓均匀无损单导线线路实际上是不存在的。但为了揭示线路波过程的物理本质和基本规律，可暂时忽略线路的电阻和电导损耗，假定沿线线路参数处处相同，故首先研究均匀无损单导线中的波过程。
7-2 试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同点？
答：分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻虽然有相同的量纲，但物理意义上有着本质的不同：
（1）波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间比值的大小；电磁被通过波阻抗为Z的无损线路时，其能量以电磁能的形式储存于周围介质中．而不像通过电阻那样被消耗掉。
（2）为了区别不同方向的行波，Z的前面应有正负号。
（3）如果导线上有前行波，又有反行波，两波相遇时，总电压和总电流的比值不再等于波阻抗，即
uf?ubuuf?ub??Z?Z iif?ibuf?ub（4）波阻抗的数值Z只与导线单位长度的电感L0和电容C0有关，与线路长度无关。
7-3试分析直流电势E合闸于有限长导线(长度为l，波阻为Z)的情况，末端对地接有电阻R(如图7-24所示)。假设直流电源内阻为零。
l的电压波形； 2l(2)R??时，分析末端与线路中间的电压波形；
2l(3)当R=0时，分析末端的电流波形和线路中间的电压波形。
2(1)当R=Z时，分析末端与线路中间
解：（1）当R=Z时，没有反射电压波和反射电流波，即u1b?0。则末端与线路中间电压相同，u2?u1?u1b?u1f?E，波形如下。
l的2 26
图(1) 末端接集中负载R=Z时的电压波形
（2）当R，??2,??1，即末端电压??时，根据折射和反射系数计算公式（7-17）
U2=u2f=2E，反射电压u1b=E，线路中间
l的电压u1?u1b?u1f?2E，波形如下。 2
图(2) 末端开路时的电压波形
（3）当R=0时，根据折射和反射系数计算公式（7-17），??0,???1，即线路末端电
压U2=u2f=0，反射电压u1b=-E，线路中间i1b=?l的电压u1?u1b?u1f?0。反射电流2u1b?E???i1f。在反射波到达范围内，导线上各点电流为i1?i1f?i1b?2iif，末端ZZ?2E的电流i2?i1?。
Z
图(3－1) 末端接地时末端的电流波形
图(3－2) 末端接地时线路中间
l的电压波形 27-4母线上接有波阻抗分别为Z1、Z2、Z3的三条出线，从Z1线路上传来幅值为E的无
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穷长直角电压波。求出在线路Z3出现的折射波和在线路Z1上的反射波。
解：当无穷长直角波uif?E沿线路Z1达到母线后，在线路Z1上除u1f、i1f外又会产生新的行波u1b、i1b，因此线路上总的电压和电流为
u1?u1f?u1b???
i1?i1f?i1b??设线路Z2为无限长，或在线路Z2上未产生反射波前，线路Z2上只有前行波没有反行波，则线路Z2上的电压和电流为
u2?u2f???
i2?i2f??同理，线路Z3上的电压和电流为
u3?u3f???
i3?i3f??然而母线上只能有一个电压电流，因此其左右两边的电压电流相等，即u1?u2?u3，
i1?i2?i3，因此有
u2f?u3f?u1f?u1b???
i2f?i3f?i1f?i1b??将
uifi1f?Z1，
u2fi2f?Z2，
u3fi3f?Z3，
uib??Z1，uif?E代入上式得， i1b线路Z3出现的折射波
i3?Z22Z21i2?(E?Z1i1b)? Z3Z3Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3u3?i3Z3?2Z2Z3
Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3线路Z1出现的反射波
i1b?EZ1Z3?Z1Z2?Z2Z3
Z1(Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3)Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3)
Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3u1b??Z1i1b??E( 28
i1?Z1Z3?Z1Z2?Z2Z32(Z1Z3?Z1Z2)E ?E?EZ1Z1(Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3)Z1(Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3)u1?E?E(Z1Z3?Z1Z2?Z2Z32Z2Z3 )?EZ1Z3?Z1Z2?Z2Z3Z1Z3?Z1Z2?Z2Z3
7-5有一直角电压波E沿波阻抗为Z＝500?的线路传播，线路末端接有对地电容C＝O.0lμF。
(1)画出计算末端电压的彼德逊等值电路，并计算线路末端电压波形；
(2)选择适当的参数，把电容C等值为线段，用网格图计算线路末端的电压波形； (3)画出以上求得的电压波形，并进行比较。
解：（１）计算末端电压的彼德逊等值电路如图（4），线路末端电压为
u2f?2Z2E
Z?Z2
图（4） 彼德逊等值电路
（２）略 （３）略
7-6波在传播中的衰减与畸变的主要原因？说明冲击电晕对雷电波波形影响的原因？ 答：波的衰减和变形受到以下因素的影响： （1）线路电阻和绝缘电导的影响
实际输电线路并不满足无变形条件（式7-28），因此波在传播过程中不仅会衰减，同时还会变形。此外由于集肤效应，导线电阻随着频率的增加而增加。任意波形的电磁波可以分
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解成为不同频率的分量，因为各种频率下的电阻不同，波的衰减程度不同，所以也会引起波传播过程中的变形。
（2）冲击电晕的影响
由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的畸变。
冲击电晕对雷电波波形影响的原因：
雷电冲击波的幅值很高，在导线上将产生强烈的冲击电晕。研究表明，形成冲击电晕所需的时间非常短，大约在正冲击时只需0.05μs，在负冲击时只需0.01μs；而且与电压陡度的关系非常小。由此可以认为，在不是非常陡峭的波头范围内，冲击电晕的发展主要只与电压的瞬时值有关。但是不同的极性对冲击电晕的发展有显著的影响。当产生正极性冲击电晕时，电子在电场作用下迅速移向导线，正空间电荷加强距离导线较远处的电场强度，有利于电晕的进一步发展；电晕外观是从导线向外引出数量较多较长的细丝。当产生负极性电晕时，正空间电荷的移动不大，它的存在减弱了距导线较远处的电场强度．使电晕不易发展；电晕外观上是较为完整的光圈。由于负极性电晕发展较弱，而雷电大部分是负极性的，所以在过电压计算中常以负极性电晕作为计算的依据。
7-7当冲击电压作用于变压器绕组时，在变压器绕组内将出现振荡过程，试分析出现振荡的根本原因，并由此分析冲击电压波形对振荡的影响。
答：出现振荡的根本原因：由于变压器的稳态电位分布与起始电位分布不同，因此从起始分布到稳态分布，其间必有一个过渡过程。而且由于绕组电感和电容之间的能量转换，使过渡过程具有振荡性质。
冲击电压波形对振荡的影响:变压器绕组的振荡过程，与作用在绕组上的冲击电压波形有关。波头陡度愈大，振荡愈剧烈；陡度愈小，由于电感分流的影响，起始分布与稳态分布愈接近，振荡就会愈缓和，因而绕组各点的对地电位和电位梯度的最大值也将降低。此外波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大大衰减，故使绕组各点的对地电位和电位梯度也较低。
7-8说明为什么需要限制旋转电机的侵入波陡度。
答：在直接与电网架空线连接方式下，雷电产生的冲击电压直接从线路传到电机，对电机的危害性很大，需采取限制侵入波陡度的保护措施，使得侵入电机的冲击电压的波头较平
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