Схемы замещения длинных линий

Тема 9.1 УРАВНЕНИЯ ДЛИННОЙ ЛИНИИ

РАЗДЕЛ 9

Длинные линии строят для передачи электрической энергии, для электросвязи (передачи информации). Их рассматривают как объекты с распределенными параметрами при низких частотах и длине в десятки и сотни километров.

В радиотехнике при высоких частотах распределениё параметров по длине учитывают в более коротких участках проводов (единицы и доля метра), например в антеннах.

На рис. изображена схема электрической цепи, состоящей из источника и приемника электрической энергии, связанных двухпроводной линией. Эту цепь можно рассматривать неразветвленной, с одинаковым током во всех ее элементах, если не учитывать двух обстоятельств: скорость распространения электромагнитных возмущений конечна; имеются токи, обусловленные емкостью между проводами (емкостный ток) и проводимостью изоляции (ток утечки через изоляцию).

В данном случае первое обстоятельство можно не учитывать, так как скорость распространения электромагнитных возмущений действительно велика (в вакууме равна скорости света)

Емкостные токи и токи утечки пропорциональны напряжению между проводами; кроме того, емкостной ток увеличивается с ростом частоты, так как уменьшается емкостное сопротивление. Поэтому при высоком напряжении или большой частоте, а также при большой длине линии емкостные токи и токи утечки становятся значительными по величине и их нельзя исключить из расчета.

Токи между проводами существуют на сколь угодно малом отрезке линии, поэтому ток в проводах уменьшается по мере удаления от начала линии.

Вдоль линии напряжение между проводами тоже неодинаково. Оно уменьшается в направлении от начала к концу линии, так как растет падение напряжения, обусловленное активным и индуктивным сопротивлениями проводов.

Для расчета можно составить схему замещения линии, изображенную на рис. 26.2. На схеме замещения бесконечно малый участок двухпроводной линии длиной dх представлен ячейкой с активным сопротивлением R₀ dх прямого и обратного проводов, индуктивностью L₀ dх, проводимостью G₀ dх и емкостью С₀dх между проводами. Вся линия изображается электрической схемой последовательного соединения таких ячеек. Активное сопротивление, индуктивность, проводимость и емкость считают равномерно распределенными вдоль линий, а L₀, С₀ G₀ — величины этих параметров на единицу длины.

Линия с равномерным распределением параметров называется однородной. Реальные линии можно считать однородными лишь приближенно, так как параметры их все же распределены неравномерно. Например, проводимость воздушной линии сосредоточена в основном на опорах, а благодаря провесу проводов емкость по отношению к земле вдоль пролета неодинакова.

В зависимости от целей и требуемой точности расчета можно учитывать все четыре параметра или некоторые из них. Так, при рассмотрении линии электропередачи с напряжением до 35 кВ и при частоте 50 Гц часто не учитывают емкостные токи и токи утечки, т. е. считают равными нулю параметры G₀ и С₀.

При высокой частоте (например, в радиотехнических устройствах) или при коротких импульсах напряжения а линиях, возникающих от грозовых разрядов, емкостные токи между проводами могут быть сравнительно большими и ими пренебрегать нельзя.

Вместе с тем при высокой частоте и малой длине линии в отдельных случаях. можно пренебречь активным сопротивлением Rо и проводимостью G₀.

При таком упрощении получается линия без потерь, схема замещения которой показана на рис.