Mỗi một sóng điện từ (trong không gian, đường dây, trạm biến áp) lan truyền với vận tốc nhất định, Quá trình truyền sóng gây lên sự thay đổi điện áp, dòng điện trên dây dẫn, phụ thuộc vào không gian và thời gian.
Trang 1QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG
BIÊN SOẠN VÀ TRÌNH BÀY: TS NGUYỄN ĐỨC TƯỜNG
CHƯƠNG 4
Trang 2 Mỗi một sóng điện từ (trong không gian, đường
dây, trạm biến áp) lan truyền với vận tốc nhất định,
Quá trình truyền sóng gây lên sự thay đổi điện áp,
dòng điện trên dây dẫn, phụ thuộc vào không gian
u(i)
Phụ thuộc vào thời gian ở
vị trí nhất định
x(m)
u(i)
100 200 300 400
Phụ thuộc vào vị trí ở thời điểm nhất định
u(i)
3.1 TỔNG QUAN
Trang 3Xét vi phân chiều dài đường dây dx
Hệ phương trình dòng, áp ở thời điểm t và tại điểm x:
Nếu không kể đến tổn hao:
R0dx L0dx
C0dx
G0dx dx
x
u u
u
dx x
i i
i
dx
R 0 là điện trở (/m), G 0 điện dẫn (/m),
L 0 (H/m) điện cảm và C 0 (F/m) điện dung phân bố trên đơn vị dài.
t
) t , x ( u C ) t , x ( u
G x
) t , x ( i
t
) t , x ( i L ) t , x ( i
R x
) t , x ( u
0 0
0 0
t
) t , x ( u
C x
) t , x ( i
t
) t , x ( i
L x
) t , x ( u
0
) vt x
( i ) vt x
( i ) t , x ( i
) vt x
( u ) vt x
( u ) t , x ( u
p t
p t
Hệ phương trình có nghiệm dạng:
Trang 4Trong đó:
dòng điện tới
dòng điện phản xạ
là tổng sóng của đường dây,
là vận tốc truyền sóng (c = 300 m/ µs)
C
p p
C
t t
Z
) vt x ( u )
vt
x
(
i
Z
) vt x ( u )
vt
x
(
i
0
0 C
C
L
Z
Z C : - phụ thuộc kích hình học của đường dây (độ treo cao h và
bán kính r của dây dẫn),
- phụ thuộc điện cảm L0 và C0của đường dây (hằng số điện
môi và độ từ thẩm µ của vật liệu).
µ 0 = 4π.10 -7 (Vs/Am) độ từ thẩm của chân không,
0 = 8,85.10 -12 (As/Vm) hằng số điện môi của chân không.
- không phụ thuộc vào chiều dài truyền sóng, điện áp và
dòng điện.
0
0 C L
v
) ( r
h 2 ln 60 r
h 2 ln 2
1
r
h 2 ln
2 r
h 2 ln 2 C
L Z
0
0 0
0
0
0
x
x
+
-3.1 TỔNG QUAN
Trang 5Tổng trở sóng ZC và vận tốc lan truyền của một số trường hợp cụ thể:
3.1 TỔNG QUAN
Trang 6 Đóng đường dây không tải,
Lan truyền sóng quá điện áp do chạm đất,
Lan truyền sóng quá điện áp sét,
Lan truyền quá điện áp quá độ trong GIS,
Hiệu ứng cách ly/vùng bảo vệ của chống sét van,
Phóng điện tại vị trí trong GIS,
Sự cố trong cáp…
3.1 TỔNG QUAN
Trang 7Tổn hao trên điện trở
và điện dẫn
Giảm biên độ và độ dốc.
Điều kiện nối đất
Độ dẫn sâu và tốc độ
lan truyền phụ thuộc
vào tần số sóng.
Vầng quang
Giảm tổng trở sóng
Hiệu ứng bề mặt
- Mật độ dòng trên bề mặt lớn hơn ở giữa,
- Hiệu ứng điện trở tăng khi tần số tăng,
- Sinh ra dòng điện xoáy
3.1 TỔNG QUAN
Trang 8Điều kiện cân bằng:
u1+ up1 = u2 (1)
i1 - ip1 = i2 (2)
2
u1, i1 u2, i2
up1, ip1
; Z
u i
; Z
u i
; Z
u i
2
2 2
1
1 1
1
1
) Z Z
( i u
2 Z
i u
u
Z i u
u
2 1
2 1 1
2 1 1
2 2 1 1
Z1
Z2
I2
3.2 PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ CỦA SÓNG
Điện áp
Dòng điện
Hệ số
1 u 1 2 1
2
Z Z
Z 2
u
2 1
1 1
2 i
Z Z
Z 2 i
i
1 1
2 1
1 2 1 2
Z Z
Z Z u u
1 i 1 2 1
1 2
2
Z Z
Z 2 Z
U
1 i 1 2 1
2 1 1 2
Z Z
Z Z i i
; Z Z
Z 2 u
u
2 1
2 1
2
u
; Z Z
Z Z u
u
2 1
1 2 1
1
2 1
2 1 1
1 i
Z Z
Z Z i
i
Trang 9Đặc điểm cuối
Điện trở
Điện cảm
Điện dung
1 1
1
1 1
p 1 1
1 1
) R Z ( Z
Z R i
; u
R Z
Z R u
2 =
2 =0
1
2 1 1
R Z
2 i
; u
R Z
R 2 u
1 Z
1
1 1 p
t L 1 Z
1 1
Z
u i
; 1 e
2 u u
1 Z
1
1 2
t L 1 Z
1
Z
u 2 i
; e
u 2 u
Z
u i
; e
2 1 u
t
1
1 1 p
t C 1 Z 1 1
1
C 1 Z t
1
1 2
C 1 Z t
1
Z
u 2 i
; e
1 u 2 u
3.2 PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ CỦA SÓNG
Trang 10u 2
u2 1
Z
u1
Z
Zn Z Z
Z/n
Z1
Z1
u1
Z2 C
1/pC
t
1
C u 1 e u
2 1
2
Z Z
Z 2
2 1
2 1 C
Z Z
Z CZ T
Z1
u1
Z2 L
pL
Z2
2u1 u2
Z1
uL
T L
t
1
2 u 1 e u
L
T t
2 1
1 2
1
2 1
Z Z
Z Z
Z
Z u
2 u
2 1
2
Z Z
Z 2
2 1
L
Z Z
L T
3.2 PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ CỦA SÓNG
Trang 11l 1
3
2
uA=u1+21u1+21 32 12 u1
2
uA=u1+21u1+21 2
32 12 u1
2
3
4
uB= 23 12 u1
uB= 23 12 23 12 u1
0
3.2 PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ CỦA SÓNG
Trang 12
1 m
Am n
1 m
mA Am
mA 1
A A
1
U
Điện áp tại A:
với
Trong đó:
1 m mA A
n
1
m
U
1
m m A
n
1
mA n
1
mA n
1
m m A
n
1
mA n
1
Am n
1
mA A
Z
1 U Z
U 2 Z
U Z
1 U Z
U Z
U Z
U i
mA m
U U Am Z m i Am
tr đ tr
đ A
A i Z 2 U
n
1 m
mA mA n
1 m
mA m
tr đ tr
đ
m 3
2 1 n
1
tr đ
U 2
1 U
Z
Z U
Z //
Z //
Z //
Z
Z 1
1 Z
tr đ A A tr
.
u
Z1
A
Z3
u2A
u3A
ZA
Zm
umA
ZA
2uđ
t
uA
Zđt
iA
3.2 PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ CỦA SÓNG