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。”
: I9 `7 D4 k" W  m, v7 X: ?

4 [: _* f  m. `% c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？



) q6 ]6 V2 g: h$ |& |
# r9 K6 I" Q9 l5 j

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？
' l1 B" n$ u2 g7 C+ g2 j* ?* Y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。
( @& k/ ?! v( h( o$ J$ o  C, q

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。

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 ...

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？？？？


  H: T! y. l: ^) u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。
4 [4 J' o, i4 ]" ?% P2 b
5 l, ?9 ]2 `. S* o+ S9 d- K. w
- A% F. p( O9 B0 T# A




) p+ [. V* k5 d7 P5 @

cousins

6 c6 F; w1 i; H( N
再次补充：电源是电源，信号是信号。
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。
/ D: @8 J# V; ~! \/ P' f( l
( M: C. I, l* t2 ]% R& ?. u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 D! ^2 M, y$ W7 x

mosman

我所用的计算公式如下：
(其中η=真空波阻抗,d=两导线距离，a导线半径)
& P( R2 A9 J/ ^: m假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm

7 X) `1 L9 {2 u3 z, H0 y, M
$ y! @7 V/ A9 O. Q) @% u; f
/ V7 X5 _9 c6 ?' I
另外付公式推导过程：


2 [) U( e- N# J
6 Y0 d! J+ X1 P  g3 v: Q, a
8 P+ O6 ~; Z2 Y  y% t3 ~

mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
1 u4 T8 x& J$ s5 p! J& {再次补充：电源是电源，信号是信号。
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。
$ w3 e9 i$ o# U9 Z3 W/ f

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。

( p" C0 _: V% h2 W8 }4 i6 \好。我们先假设你的理论是正确的。
9 G7 Z5 L% F' z# p/ q- q9 M+ Y那么我有几个问题请你先考虑下：
' @; q7 ]9 z- m* X5 ]$ M& w
, _' D6 l4 }0 P! s2 g. r2 T' u1.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？
6 S1 `# b5 O2 p4 R% f4.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？
  o9 U# {( N+ V+ s) X# _9 M5.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？
" H: m0 ?9 ^; C" M6.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?
& E' o! a' y8 x& 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？
9 |4 Q' q; w) ?- Q, h! h8.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？

  f9 l% M3 M6 Y) I' v% ]' d4 O; @: u" h
( j8 i3 q; t2 z4 i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。




/ r* o; `5 {6 @1 d

) ?: s. k" P( U+ n6 `7 A! i

cousins

再补充两个问题：
: K  X/ U9 n4 n) M5 h% H假设d=1m，a=0.005m
7 C0 n9 j6 S4 z1 [" s
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。
: p, {+ \2 F% Q8 t- P% }
) r; E# X( g! |1 f  z1 i. |- M' Y我想再次强调：
5 h' [1 {6 G: f( H# I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？
5 S& e$ U5 E0 l# S8 ]( ?' K) C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。

' H) Q( j3 d1 o8 d8 s: _

4 J( v  ^5 C% ^" ^+ ]
; `4 \/ f0 l# l* e

mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:25
$ J; U7 b( Q+ Q1 C4 J! }1 u" Q0 o( V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：

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

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

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。
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)


5 z5 X4 L- o- l- H6 t
' e2 z, L$ C0 t' N+ I

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，
! u, R# o8 P7 d1 O/ \4 S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。
- S1 M9 d3 Y, M
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。
4 e9 d7 d. [& t0 i5 G( r6 V# _; H
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：
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。


0 D, w8 b% [6 z表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系
  l4 Y. K& i" B) s1 R

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 6 l2 |5 A- b2 x5 j  W

: A+ Z% o+ n7 q9 I( U: v! m

mosman

tanghao113 发表于 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 ...

" @' |4 r6 g- m  g9 O& T) t* |谢谢，有用的表格，收藏先。