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标题: 远距离高压输电也需要实现阻抗匹配吗？ [打印本页]

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作者: mosman    时间: 2016-2-18 13:44
标题: 远距离高压输电也需要实现阻抗匹配吗？
当电信号传输的距离L大于波长λ的1/20时，也即是输电距离大于300公里的时候就要当做传输线来距离，这个时候要考虑阻抗匹配、反射等等问题。
$ u/ m# S. k( J) C7 e传统的输电距离在300公里以内的自然没有什么问题。今天看到一个新闻 “2016年1月11日，准东-皖南(新疆昌吉—安徽宣城)±1100千伏特高压直流输电工程开工建设。这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。”
! E; j- U4 l8 F7 @3 e' n. V- p# l; ~

4 w# [% }3 K- I6 f那么问题来了：这么远的距离(大于 300公里)肯定要考虑阻抗匹配啊，难道也要接一个什么终端耗能电阻来降低信号反射吗？
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; W. g$ x! q5 I  C7 U% b! y


) N4 {) i9 A, u8 i

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作者: cousins    时间: 2016-2-18 14:54
首先，信号考虑反射是主要针对低功率逻辑判断来说的，市电高功率传输的电源功率需要判断什么逻辑？什么逻辑需要用那么大功率来做判断?为什么要用那么大功率来做判断？
2 X3 Y( K! p$ \1 V3 b& p. o( g其次，传输线阻抗，50Hz/60Hz的信号传输的时候阻抗是多少呢？理论上因为Hz级下导体的阻抗远远小于介质的阻抗，传输线阻抗应该为无穷大。既然如此为何还要做什么终端匹配？传输线和导线不是等同的。这种频率下考虑的是导线阻抗的损耗，而不是传输线。
! f. w' W2 z& }* d% A
" X2 R) a1 ]8 d- U2 s( t
举一反三是好的，但我觉得不要生搬硬套。一个学科都是有一定的局限性的。

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作者: mosman    时间: 2016-2-18 15:37

cousins 发表于 2016-2-18 14:54
首先，信号考虑反射是主要针对低功率逻辑判断来说的，市电高功率传输的电源功率需要判断什么逻辑？什么逻辑 ...

高压输电不需要判断逻辑，但是如果存在能量反射也会带来一些问题，比如反射造成的电压尖峰超过绝缘等级造成电气击穿。阻抗不会无穷大吧？我估算下来600欧姆左右。
8 S# {+ b) B5 |! [" ]/ P" Q

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作者: cousins    时间: 2016-2-18 21:22

mosman 发表于 2016-2-18 15:37
- R6 B# S% y3 m* F1 U) D6 I高压输电不需要判断逻辑，但是如果存在能量反射也会带来一些问题，比如反射造成的电压尖峰超过绝缘等级造 ...

600欧你是怎么算的？Z=V/I，V达到上千V，电流直接从火线耦合到零线几乎为0，怎么能得出传输线的阻抗为600欧？？？？
& p7 v/ _* ]% v; E+ G3 G% H0 v" o
& w6 D+ u+ }* W
击穿的问题，你忽略了一个非常重要的东西就是变压器和储能电容。何况这里不存在你所担心的发射。

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9 \! N; T! s$ w" [

) q9 X2 ]  v" C8 l. z2 q
+ P3 _3 S0 y' `* @* @: k6 y

3 E. ^& L8 h5 m3 t" \8 j" C+ W

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作者: cousins    时间: 2016-2-18 21:45

; _+ }' u, \- S( q& \
9 B# Z- f9 U  V, r8 N4 r/ [再次补充：电源是电源，信号是信号。
. x( o/ L+ M  p( z" M; t你用电磁波传输的概念去偷换低频电流传输的概念本身就是错误，我陪你以信号的方式去分析电源只是想告诉你，即使你以信号的方式分析也是不需要考虑匹配。
电磁波传输是以传输线的方式，而低频电流传输是以电子流动方向的方式。
1 `) [$ ?2 t0 b6 {5 S9 D! ^. Q0 ?
! X# J5 x/ H9 T9 x  `$ o; P那么多前人都将高频低频分开来了，音频、射频、高速数字、学科都有不同理论，请先想想为什么会这样区分，不要生搬硬套。
. ~) c$ n( W8 z* v7 d

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作者: mosman    时间: 2016-2-19 09:57
我所用的计算公式如下：
% S* Q; I& r" p. Q5 X- q (其中η=真空波阻抗,d=两导线距离，a导线半径)
7 d: |8 F' m8 t' X$ e假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm
% h  c. r/ q. [1 M
9 t) o. x# p% W# x
& F3 B: g$ W0 P- c% }0 a2 R1 t* j

另外付公式推导过程：

0 x; N" v. @7 r5 U1 P& ?



; g  U- k0 x! v9 t7 V

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作者: mosman    时间: 2016-2-19 10:00

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
再次补充：电源是电源，信号是信号。
2 H* C8 `8 @3 E) D7 a" s你用电磁波传输的概念去偷换低频电流传输的概念本身就是错误，我陪你 ...

) L4 g( y1 y8 H0 s8 V* a/ L( a我觉得信号和电源不分家。电源的传播产生了信号，信号可以由电源的能量传播来表示。

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作者: cousins    时间: 2016-2-19 10:25

mosman 发表于 2016-2-19 10:00
5 [& q& Q, T' F% }0 E+ _1 b) W2 Q我觉得信号和电源不分家。电源的传播产生了信号，信号可以由电源的能量传播来表示。

4 W- u1 z6 u8 J7 J, U+ C好。我们先假设你的理论是正确的。
. h, Y) M* a7 B3 Q8 S7 P3 t那么我有几个问题请你先考虑下：
- h9 @- P9 C- Z2 m; r% J4 m* S
, k. q( H2 I  f3 y$ g1.你能告诉我你计算的这个公式是基于什么场吗？
2.静态场还是时变场？这两种场最根本的区别是什么？
3.50Hz/60Hz正弦波/余弦波是什么场？
4.信号和电源不分家，那么你告诉我，为什么要分数字和模拟？为什么仪器测试电源和测试信号要用不同的探头？
5.为什么要做振荡电路来把低频电源转换成信号？信号为什么不用大功率？
6 j0 L, W+ e( g6.此推导过程来源应该是射频/微波的教程材料。射频和微波频谱范围麻烦一起来回顾下。50Hz/60Hz是处于什么频谱呢?
7.空气的特征阻抗才377欧，我们首先假设你的600欧是对的，你觉得能用什么介质和导体能搭出600多欧特征阻抗的传输线？我们用什么仪器能测出600欧的阻抗？
8.既然是600欧传输线，请给个推导，咱们的高压传输上百万功率如何解决热耗问题？


你很认真的在纠结一个跨领域的问题。至少，你应该先知道为什么要用高压传输吧,还有公式推导都有哪些限定条件的，不要把条件偷换掉了。

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: D0 S5 C2 S  H: C. j

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作者: cousins    时间: 2016-2-19 10:45
再补充两个问题：
假设d=1m，a=0.005m

4 A7 Z: i( W# S, X# y$ q' k我们肉眼也能判断高压线的直径不止1cm吧，至于火零线的间距也到不了1m吧。恐怕你的600欧也不对了。
# t. E& {% d0 O# ?( @) c
我想再次强调：
0 y$ m+ H. P* ]传输线特征阻抗到底应该应用于什么条件下。特征阻抗和瞬态阻抗的区别是什么？
我们所说的传输线阻抗通常是指瞬态阻抗，其和特征阻抗相等时是基于什么条件。
/ I' L; h4 q- P7 v/ l
  f+ m1 t- z$ B9 F0 q

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作者: mosman    时间: 2016-2-19 10:45

cousins 发表于 2016-2-19 10:25
9 M( q* m2 C8 P8 D5 A: D& \1 H好。我们先假设你的理论是正确的。
- n3 k2 ?2 d) C$ H那么我有几个问题请你先考虑下：

谢谢版主的回复，虽然我现在还不是很理解你说的，但是我会认真求证。如果其他坛友看到有不同的见解希望不吝赐教啊！！！
$ a) b" U3 }# i6 f4 i, F+ Z4 L

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作者: mosman    时间: 2016-2-19 11:21

cousins 发表于 2016-2-19 10:45
再补充两个问题：
% X; g$ \* r1 s0 u! L3 R) u9 m5 m4 O假设d=1m，a=0.005m

" q5 q0 U+ M/ y/ k具体数值我不太清楚，查了一下d和输电的电压大小有关，a与功率有关。
# o( e+ ^, L4 E, |3 y3 r假设是500kv的高压输电，d=8m，a=？？ cm(为了减小阻抗，有些是用多股分裂线，等效增加了导线直径，从而增加了单位长度的电容，减小了单位长度的电感，电场分布如下图)
6 N* F# j& @1 ^. P  ]

0 P$ H6 x) l) q1 T* p


) `! Y4 e( e* j- p- D) f

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作者: 雪窖冰天    时间: 2016-2-29 15:47
反射也好，串扰也好，输电线也符合电场磁场理论肯定也是适用的，不过负载阻抗是随时变化的，从源端看到的阻抗也就是变化的，
不过在电力系统中传输线影响的是无功功率，发电厂是通过调节无工功率来匹配阻抗，这是传递功率的一部分。所以再负载端频率始终不会变化。当然电力系统中干扰也是存在的，主要是电机等感性负载带来的。其实分析电路的时候将信号源、传输线、负载一起作为一个整体分析就清晰了。楼上说的分为音频、射频、高速数字学科，有不同理论，其实就是将主要影响的部分提取出来重点分析，其他影响进行简化或者忽略，比如电力系统中负载阻抗影响远远大于传输线，所以忽略掉了传输线或者加入一个固定的补偿值。

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作者: cousins    时间: 2016-2-29 16:07
我说了学科有局限性。可没说电磁场理论不能适用。电磁场也分场类型，要加不同的边界条件。

传输线理论基于的是时变场，传输线本身的V和I都是基于时变参数，用于准静态场本身就属于跨领域了。你可以用来分析，但是不能简单的套用。像前面简单的用物理结构计算传输线阻抗，用反射理论分析V+,V-，都已经忽略了时变条件，也忽略了频带条件，当然会得出一个不合理的结果。
# w! l7 Q6 q' d/ s' N
同意你的不同学科忽略其他影响观点。同时还是想说，不同学科，有不同限制，不能用DC的理论去做AC，也不能用低频的方式去分析高频，更不要简单套用高频的方式来分析低频。
/ z6 G* o& t( I% X+ N7 x

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作者: tanghao113    时间: 2016-3-14 14:37
   帮楼主查了下相关数据：
各级电压架空输电线路的输送容量与输电距离是多少？ 答：电力线路在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率，称为该线路的输送容量。电力线路的额定电压，与其输送距离、输送功率有关。电压越高，输送功率越大，输送距离也越长，其三者的关系见表5-1。


表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系
: L  Y3 o- e& V  B- u5 A; H

额定电压(kV)	输送容量(MW)	输送距离(km)
0.4	0.1以下	0.6
10	0.2～2.0	6～20
35	2～10	20～50
110	10～50	50～1 00
220	100～500	100～300
500	1000～1500	250～800

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作者: mosman    时间: 2016-12-9 15:22

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
" i- F* [" b3 h# ^帮楼主查了下相关数据：
  M7 s6 w# m2 Y5 I7 v0 L各级电压架空输电线路的输送容量与输电距离是多少？ 答：电力线路在综合考虑技 ...

; }& ]/ D8 ^* M. J# Z: e" G% U谢谢，有用的表格，收藏先。

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作者: oak    时间: 2016-12-20 16:18

cousins 发表于 2016-2-29 16:07
4 D- y$ z0 U3 A/ d$ ]8 `/ L3 Z7 ?我说了学科有局限性。可没说电磁场理论不能适用。电磁场也分场类型，要加不同的边界条件。
2 S* c- m# r; C; z5 T
传输线理论基 ...

其实楼主说的已经是属于高频的范畴了，300KM，相对于波长来讲已经属于传输线了，不过实际电力传输过程中不会一次使用这么长的距离，会使用中继分段传输来避免传输线效应。
还有就是交流电对波形要求很高，同样不允许出现信号变形，否则会影响有效电压和功率传输。

* G# p4 P, K- [% z3 {

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