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。”
  a# @  `2 n( G* x& Y

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？

0 t0 b. T' k/ I8 e* {
% `* A+ @5 w+ Q6 Z3 D9 l
9 K' V: k9 Z0 ?. |* H- S
6 U- _3 H* C) h4 d1 h) |. t+ \

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？
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。
: L- i" |/ Z' f9 p  k+ v
+ j8 O8 `* A6 w+ [. K+ R" T
  ]% r* t; P' j8 t2 j  N) 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。
! m; U) ^, q0 U  \  J

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 ...

0 p" s# x  N1 ~9 _* ~* O/ F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。
* G0 Y$ f  K6 D# h

cousins

mosman 发表于 2016-2-18 15:37
* N$ |5 b- o$ l( [# K6 j" X  Q4 C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 e+ p$ F' ~5 I  ^# `
5 E& d! e2 l' p& K7 H+ }0 g
+ k, o( t+ M) q- I+ O/ x9 O- ]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。


8 o. D/ ?  H, r, m

3 C3 ]0 Z/ y) U" e3 a9 I# p* C4 y


( _* P0 y: U- z) X5 A8 s  S8 ?

cousins

2 b) ~" h' a$ J; [! s2 |6 I
: k" @* x; g0 K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。
0 x( u1 a- `+ E4 f1 d5 j6 R, k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。
/ d6 x& @2 I* 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。

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)
! O$ c4 t% t5 p' F) r6 J8 I假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm
1 }- l: J2 H# p1 W



另外付公式推导过程：
" i) c- X5 [% Z! x5 W( @
4 H# U( J  [1 K  K( i8 N% D3 U1 o* I
  C) P" K9 H1 ]
9 d6 q0 u. q$ X3 q. L0 w
# H- U' T3 r# O' U4 f7 u2 E* m8 Q
$ {7 i8 M# ]6 c2 }; r8 v5 m) ~& n

mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
+ o/ l8 S9 ~  C, K. o. g9 U再次补充：电源是电源，信号是信号。
# [4 O8 o' E" J# u* j# P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 ...

) H$ o* \% E) c. H1 o4 l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。
0 ]7 [, j8 J( d# `* w那么我有几个问题请你先考虑下：

$ U& D7 r8 `! r& h7 e! ~8 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？
4 N) p  _. i5 r6 O9 C( F3.50Hz/60Hz正弦波/余弦波是什么场？
+ Z* m" J8 ~* S3 d) o1 q! c4.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？
( k; C, F2 G- r& \* P5.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 F. H+ @# `$ c6 x* G5 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?
( {. P; M  z0 X7.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？
# N) h5 }' t6 ]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。
6 w0 P( l. s6 a  D! L
5 R0 j" r  y) m
% X3 N  ^% n7 }6 ?6 m! q4 p


: Q5 I1 T. h( K4 w- N/ c
2 T# p5 u5 \% z& B1 F

cousins

再补充两个问题：
: D" G0 s3 ?$ M$ i. c5 b假设d=1m，a=0.005m
! f! _" }+ l4 k5 ?& 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。

+ d" H' y% X% s; q, ~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？
4 F' h9 v4 u( J0 ?1 l' h, w% y9 w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。


0 l# Q, d* B% ?9 j
" N0 Q: l$ G6 M9 Z  S5 ?- X  w/ O

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：

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

; H1 R: Q7 q0 f" p9 `

cousins 发表于 2016-2-19 10:45
9 h* {. Y  T" O3 E* ]5 B& F再补充两个问题：
* \, J* w6 M6 j) n* S假设d=1m，a=0.005m

* u. d9 P* A  E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)

6 N# n& P( C8 r

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，
8 M2 t1 i7 ]7 [4 \7 Q. u' M7 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。

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。
% [% P& s" O/ C  N- T0 k! E- c$ Z
/ F! f2 t/ f' l, A9 Z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：
3 t4 ~! l4 f2 J! z/ k. `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。

& D7 ]5 ~7 j0 S9 y5 M
& d% R3 \# k! o" M( N表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系

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 + B# A( h$ o- ?# L  q# u7 k

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
0 K7 I: T. f  y$ w8 P0 G8 s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 ...

. |( ?8 l; `9 d6 `8 Q+ j谢谢，有用的表格，收藏先。