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。
3 g- s* p8 {! f$ V( @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。”
/ [, ^# s& p# l
  N1 V  q# Q4 G) o4 ~! G
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？
% ]+ E! }) h% w& `/ B



* \; y+ y# `" ?4 ?" V
; m# p2 W2 Z8 w/ y: P% T, c5 S# \

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。

+ W* `0 t+ h& [8 o8 ^9 b
3 Y* A% X# m3 {: j% 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。
3 X% `" d$ i. u# ~! }2 K

mosman

cousins 发表于 2016-2-18 14:54
  }& s+ k* \3 T! @; O9 R0 \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 ...

* k* D/ G" ]7 |8 J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
& @4 U( E: s  \; X0 w% z& 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 ...

. k8 Z& b7 m& E' W0 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？？？？
  y! n! |9 A6 I! s7 b

( C; F+ J& F, K$ w0 v+ L0 S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。

3 j4 a3 b  ?% z: E+ i
+ v) Y: \( Z& `! Y9 ~- z! W' N

5 v1 w  F3 J+ ?5 a& b, |

5 E0 L+ c5 _4 A8 F0 c( }$ H

cousins

! Y5 _$ b3 a; g3 R) p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。

8 L" g# O: ?: 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。
; u: A9 f6 d- v" n

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)
8 d5 K* |3 q! W! C0 A  R6 D假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm
: K1 Q; I2 C; `5 f- f
: ^2 A+ E; e3 m4 N

/ u( P, j$ T" Y% Z, ~1 y) Q1 X, l
- Z7 t7 d5 }! @* Z, B( z另外付公式推导过程：
. U/ A: N& Z+ t8 y
, X- B- ~- |1 \6 X
7 R' o' h; }. z2 X7 x" |
' j3 I2 D- ~& ?& U) U

0 H7 h. E" X1 E) 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。
- A; b5 {0 q6 I6 f  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 ...

, B  b" a3 V! _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。
" Y& U) g* @1 \

cousins

mosman 发表于 2016-2-19 10:00
* s9 [2 [9 F- A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。

1 P1 m6 U' H- g% m$ z0 K好。我们先假设你的理论是正确的。
( b$ ~  O7 H5 W那么我有几个问题请你先考虑下：
% @' P6 N& S/ L/ h
) G: ~( m7 S2 Z) Y! o( i, p1.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？
1 o1 |3 X0 N/ `: 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？
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？
2 t8 ^4 s- w% ^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.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？
0 d, \% Z4 s$ l4 v8.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？
( g7 C5 s$ B; T

; o' e9 Z7 s  E/ \& K+ R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 I; U* o6 I2 S" u$ c& g
+ S. ?( D2 I3 ~! E  s
& z% _( x+ `7 T8 n2 U

2 x& P" ?# \& M. b

) R6 c5 o/ L' ]* Y, s9 l

cousins

再补充两个问题：
( g$ Y3 [1 D) r* `+ W假设d=1m，a=0.005m

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。
. S" |1 W5 H! V2 {2 [
  m- c2 ~5 l, L" j$ x我想再次强调：
2 I, T. G! R: A% l7 |! U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？
$ L8 C6 m  P% w" I) U9 X' J. Q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。

2 l9 @  Y4 ^7 c# h9 D" c
# C! T  Z% g# N$ j
0 K, q4 `2 v) }+ e3 j$ D+ E2 q( }

mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:25
好。我们先假设你的理论是正确的。
. V3 I. P' S! h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。
, s$ K8 S& g. D* E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 P; k3 `4 K, R$ ]/ M

- e. \, b, F$ O$ K2 _
/ P8 P: Y8 c$ |1 {% E& r$ v

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。
+ h2 }' M+ {$ o0 g: a0 i7 [5 e% T. ?
, S' g& c! y- x/ h6 w) @- |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。
1 n( Z1 r" N. d, z6 s# {

tanghao113

   帮楼主查了下相关数据：
- Y& l$ |5 y' H' a0 s" 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。
# l/ c! X) i3 W3 U4 x1 C7 D

, L  v4 U- [) [/ G$ S* ]$ E  r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

3 r' w& D8 k* W% Q, D! a1 `

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
. R  `* P; Q' F% U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 ...

1 _9 x8 k) r  b8 Z; u谢谢，有用的表格，收藏先。