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。”


; G* N1 e% c* _, {4 l' p% d4 P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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# X3 M8 K1 M& T" V

8 d0 F" a/ }, {: u$ c- L

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？
% ^& I! B# P7 _  I4 P2 x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。
- Z4 x) ~; W" M8 P( S0 R! h! J

& ?  N# c7 d9 N$ F: l" K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
. C2 w- B4 e) _' M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？？？？

5 T: w# g; Z- }  k: {; ]+ v
2 h, p3 s! u4 t+ r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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cousins

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。

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。

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)
假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm

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( F- m8 b/ J: Z" N$ d
, U" ]' ^+ @; w& {
另外付公式推导过程：


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) S. O) ?! V: x
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mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
1 e$ O- q& O3 F$ P( O% n0 {& t再次补充：电源是电源，信号是信号。
! ?' i! _. `: P( x! {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 ...

3 Z- P# |+ X0 J1 f3 P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
$ g. F, F5 h  F/ s: z: f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：
- [. r7 h2 P! `' V7 x% X4 L' ]& y
. y6 X) y  H7 c0 k; I$ Z1.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？
8 {' x. f% g* C! ~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？
4 J( D, g1 [1 C8 \1 D6.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?
5 Z2 w( I& K( g7.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？

4 x) F& z+ I7 D& A7 q7 Y: r/ n/ G
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。
6 m5 ?6 G* Z$ F: R, X9 L


# _7 g  T7 j; Q% T$ n6 k: [6 @- ^

3 j  m' r$ f% a0 L5 M+ e3 f4 P

cousins

再补充两个问题：
/ @4 r( i- U& d0 s4 n8 W% ~0 c* [假设d=1m，a=0.005m
1 a9 C# ?! k& H+ s$ x
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。

0 [: M- ^* T& W+ B我想再次强调：
+ o- g6 z' A, l# N$ ]% v; ]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？
' Q! D1 O* s- A% r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。
& \( K. V3 l' `/ `



; e3 W+ Y- V7 j) E/ Q& s, s

mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:25
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：

5 ~0 Y4 `' ]2 T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！！！
  t$ s9 C; i( S; V' e9 ?6 i

mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:45
$ _: Y/ N& j( F再补充两个问题：
假设d=1m，a=0.005m

! y. \+ r. d+ o) H7 m8 m2 c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)


  ]1 C9 Q9 @$ v+ _
" `( y3 g6 n- M- I9 t' X

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。

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。
) m, E- ]& L3 O/ c, O% I  I0 e6 i
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。
7 m5 u4 G' |) d, E% Y

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。
( W# K! s& n8 M3 Q" g2 m6 Z
% J1 R& I3 Q; e9 @. F
, ^9 ?3 V/ k9 I. ^; A表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系
) S" s% k! G+ o# ~: k4 y- u% a

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

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
% F5 c" M- S% `8 q% d  ?帮楼主查了下相关数据：
3 Q+ B4 A6 t0 E' I5 b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 ...

谢谢，有用的表格，收藏先。