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。”

& z# a! r0 s) S: y' L3 R) E6 M
. n, V0 h- Q. F4 A3 K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？
. B$ ^" R$ P) K: m6 ?
) [4 J. l: B" ^, s




9 z- ]; z" o6 Z$ p' z

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？
: q- P' ^' k5 Z- ]( C# z4 h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。
/ M: F1 Z( R% O- R. D5 m  d

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
! F. c, L' c! I/ Q1 \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？？？？


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 y' g4 w- E5 _  V- p7 ?
& g- V" u5 o4 {( R3 D
6 p$ A/ c$ ~; c' ?

6 H$ }6 D- }$ k) v9 j2 e( g! @

cousins

再次补充：电源是电源，信号是信号。
$ n+ R9 R2 E0 f" _+ q0 {  h) f6 Z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。
4 s# a( Y. B& J' ^
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：
; L9 x; [# a( n* [, x (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

- D0 w: q& I/ k1 Z
! Z8 k; c/ l" I4 r3 l& u
8 t+ D7 J5 V% r' E$ {! h
0 L: ~. a* ^+ n' A# P, r另外付公式推导过程：
! M( N. [$ W  a) \- `$ v
. [$ O  N5 I1 {! `- E4 I9 H
1 O1 D4 @6 M8 ~: ]
! }% z! L, c# N( h* i7 l: o! i


9 ]" J0 R! |5 r7 e$ U
: C, O3 ^, L* x: C

mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
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。

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。
% \% O: F, |. w9 }2 F3 \$ S9 b那么我有几个问题请你先考虑下：

4 v) L8 ?# g8 `3 p1 t1.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？
# w7 x3 H: t7 A8 i0 b! p& \3.50Hz/60Hz正弦波/余弦波是什么场？
; f& N9 r  M* D* b4.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？
1 z% B6 z  j& e: ^: B5.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.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 d& y8 C; E0 k! m# ^9 ~9 r5 h7.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？
) v& h- `+ ~: R

- v( \+ W, p' [5 x: H; R& e7 Q) ~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。
. F; c& M1 @6 k9 U3 C! n* W" `
4 n" B0 h; o) ^" t; a
6 A- O$ y4 P. m8 {9 T0 D! y



2 d6 u! o5 R) p. b1 S

cousins

再补充两个问题：
5 t1 V( B# y+ }# @5 M假设d=1m，a=0.005m
9 p* T6 w. C9 X6 i
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。
5 l! F7 F" X' s: i. s3 c4 n$ x
我想再次强调：
4 s+ M( W5 z- C( y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？
: A# d# w$ R& _1 o; m& D# k8 u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& y; ^; b( u' Y! G2 n

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 }1 I: A- M8 \7 }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

, P# y8 W4 m% U9 [+ v% V/ v0 E8 E' |  E

cousins 发表于 2016-2-19 10:45
2 m- N' @8 x7 x4 J/ v7 h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。
# J8 I' O; ^3 c/ S7 c' @. f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)

+ B; ]9 @) Y# h. U0 H- L
" ]* {8 n" V. a7 |2 i& c
0 x2 s, v( R; x2 V. o. e4 g5 m$ j

/ L# I2 h7 U) A! a4 Q8 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，
9 r. O4 [7 O" w" Z! Q( ~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。

8 R  g6 _1 ~! ]$ 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。

3 l! K8 Q% e" ]6 y% `! c- p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。
- I' C" i) a  D! Y: j; [( M

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 ]# G+ u* ^4 @0 }8 U1 [
表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系
. W+ T0 i0 _" }

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

2 ]2 }2 O/ p& S1 I  `% p9 B

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
. b! |! d: F  V- A" {2 j& x) l' ~5 W帮楼主查了下相关数据：
9 b5 \4 G3 u/ G8 }  |$ F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 ...

# S. F# p0 C4 U; P! B0 Y; N谢谢，有用的表格，收藏先。