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。”
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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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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？
) T8 s- J) \" @2 H& A) l$ A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。

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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。
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mosman

cousins 发表于 2016-2-18 14:54
1 H+ p; M( X0 i& s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
3 P1 w% H8 {1 b5 ^# y! z+ W/ g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 ...

0 o* B/ h7 L9 n- m) Y; g. ]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？？？？
( w( c% |- I4 D+ S3 e

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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7 b, a1 M% Z4 S/ l9 a
3 }* V* ?2 B4 u% j. C; q; x# v
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! m" d1 j+ o5 T& t
5 w0 d( w2 f' X/ P7 m

cousins

+ s8 a1 M7 k0 X6 F* f+ \1 ^
再次补充：电源是电源，信号是信号。
* u/ G& V- z; Q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。
2 d; O/ ?8 V- s% A+ X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
, V4 F" T) ?6 f/ O  P8 v. z


7 v" g0 p' ?  T" F! x: t
另外付公式推导过程：

2 |6 X. \! W  {) E- ?. C# g8 E


; A: t* ]% W' X1 l
, v% p' S7 X- p" T% H- i4 m

mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
再次补充：电源是电源，信号是信号。
% D5 r- x. A& s( E7 ?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
4 e/ Y, F( v4 H5 H6 P1 q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：
. `4 J& R1 [# o% Y# p! Q
  E! f( \5 K! t. B1.你能告诉我你计算的这个公式是基于什么场吗？
+ i) d# m. o# k. y- u2.静态场还是时变场？这两种场最根本的区别是什么？
) ]6 s# o' U% w" f3.50Hz/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？
, I, k0 X( j4 ~: P7 k9 E$ Y6.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？
  @; H% ?- {9 ^8 W7 }0 U; r8.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？
! w% k+ E8 \/ a7 m, P: b: C5 J

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 a* R+ Y- M5 n8 |9 x

2 l9 C7 B( b- v1 [$ P


3 C4 e! O3 C, |

cousins

再补充两个问题：
1 F0 u5 G- W  I2 O' a假设d=1m，a=0.005m
! n0 |; W& s" k: M+ D7 W
, E) Q3 j0 N; p2 `% h) P- H% ~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。

我想再次强调：
1 b( m( y/ a2 [% b) h  u% Z  k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？
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。


5 l( x- F* z! N: h" \0 t/ e
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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！！！
" e5 \' ~3 D, h* G

mosman

9 g* K5 {- E" k5 i: P! c! C' ?- j

cousins 发表于 2016-2-19 10:45
再补充两个问题：
0 }3 f3 p% \( {8 c1 i8 |7 q5 X! \( \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。
7 h9 ^9 D* }* r. U( ?) m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)


* l7 h; ?1 r! f) b
  F" n. a7 s- j* J# l  v" ^" m

; E! i& g7 ]5 X) m

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，
1 r7 u( V9 k) w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。
: p2 S* W2 Y( D
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。
% S4 i) |4 d7 r
" k4 k# M% `$ k% r2 n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。
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tanghao113

   帮楼主查了下相关数据：
2 V  e& Y1 D' R( I. Z2 u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。

- \. q% Y# {; V  M" c5 D3 w1 L
. ~6 `5 n& ]% ~) Q; O表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系
* y% V4 T0 a9 g; U! ?% Z$ B6 }2 K

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

, y5 `) @5 K- f* y: W& O4 I; S

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
& ^# Z! W& a6 d% W6 E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 ...

谢谢，有用的表格，收藏先。