远距离高压输电也需要实现阻抗匹配吗？

mosman

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。
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。”
+ f* Y. k1 H+ ]$ i4 q

. H; g' @- @. G5 R8 Z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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. f7 S  G9 i7 m0 U9 [

# r* A: o3 M9 Y0 ~! u
4 Q, ?" j2 U1 |5 |+ F5 F

cousins

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？
) B" h& a- `% u- K/ b. u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。
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# L5 P( c9 t' g9 H0 ^
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。

mosman

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。
* [. G- `6 T  c) Z

cousins

mosman 发表于 2016-2-18 15:37
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 ...

& S0 M( i8 `! m- f1 r% v- ?  X600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？？？？

" @0 p' ]6 Z$ Y# [; d
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。
2 ~0 Y) H" o2 K' n* h
% M  O6 L+ X' {( O
5 `" K9 S' c6 T' F. |

/ N9 o4 H3 W* v# s. `

cousins

' x) |2 B+ v8 v
再次补充：电源是电源，信号是信号。
# U- Y+ k& n6 g* n8 G3 b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。
/ l# G- Z$ V5 b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。

- O! X7 U; S2 H- q1 x5 X6 e% k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。
' `2 U3 z, q6 H4 K

mosman

我所用的计算公式如下：
: l4 ?6 K+ e7 d$ [ (其中η=真空波阻抗,d=两导线距离，a导线半径)
假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm
/ w- V! j0 j- `% I
% ]1 h( M2 e% h
5 X; o- R6 o, Y1 k8 T9 p; A

另外付公式推导过程：
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9 o# Z. `- w* m) Y+ `& [4 N7 d7 l


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mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
* {1 B, e- k  T; E# Z: U, w再次补充：电源是电源，信号是信号。
2 }  R+ Q, f+ d% }+ |* J4 ?" ^; b' k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 ...

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。

cousins

mosman 发表于 2016-2-19 10:00
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。

好。我们先假设你的理论是正确的。
那么我有几个问题请你先考虑下：
( A, D3 H7 ?" p6 W  X8 A# V* F3 _
1.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 n' X0 `+ W; R  t# h2 v3.50Hz/60Hz正弦波/余弦波是什么场？
. @! |7 z- @! A( }9 \% l4.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？
2 D% j: c6 n+ j& f, Z- [$ F5.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？
9 O8 V1 k- B% o/ E, F3 B6.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?
/ q6 W$ b0 t2 j: S( V+ h& I7.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？
2 \* l7 n  g4 t3 s4 X8.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？


6 X6 D' H+ S- d9 o; E3 z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。

9 F& G9 `, d. M* @. i

- i, T" A. Q* |: T* x# o
7 D! O4 V6 C! n  G7 [  J- K

cousins

再补充两个问题：
假设d=1m，a=0.005m
- e' m& c' A) k9 P# {9 L
+ T4 o0 a7 V" K6 E1 k# O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。
" D9 F; I; Y: a' C" V- K
1 L$ m- K4 M& R! P& [# @我想再次强调：
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。



: C% Z. ?' d# b1 c' s# i
) E5 s: |- Y# ]4 P6 }

mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:25
好。我们先假设你的理论是正确的。
5 S" C$ Z; A2 T  j/ Y那么我有几个问题请你先考虑下：

* K0 n2 @( B* X% X5 }7 A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！！！

mosman

" G  [7 t+ o5 L. Q2 z% }

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

+ f7 I* X* T6 h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。
" n5 v% y* f5 K. b8 B8 k$ }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)

7 J- S2 U8 r: _


+ [/ q  R, a, k( V% _
& \! {6 H  c7 I  L6 W0 H% U

雪窖冰天

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。

cousins

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。
: A3 F' U. D8 c# v
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。

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。

tanghao113

   帮楼主查了下相关数据：
. o: T7 o4 H& W7 e0 q2 U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。
. a$ H( B( ^5 f" x! U: x: E/ h# z/ V

表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系
3 t3 g4 ]" q6 F5 v7 m

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 1 Q; a( {+ {0 I5 M/ ~: ?1 H

0 j/ B; C7 X$ F: m' Q6 l

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
帮楼主查了下相关数据：
' H3 O! V( Q' i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 ...

7 Q% ~; }+ \% X4 z; Y. |) ~1 ]) w谢谢，有用的表格，收藏先。