電纜中的波速度與波阻抗

    1. 波速度

    行波從電纜一端傳到另一端需要一定的時(shí)間，電纜長度與傳播時(shí)間之比，稱為波速度V。

經(jīng)分析可知，電纜中行波的波速度可表示為：

    其中：S=3×108米/秒，是光的傳播速度；

    μ為電纜芯線周圍介質(zhì)的相對導(dǎo)磁系數(shù)；

    ε為電纜芯線周圍介質(zhì)的相對介電系數(shù)。

    可見，電纜中波速度只與電纜的絕緣介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)體芯線的材料與截面積無關(guān)。對于由不同導(dǎo)體材料制成的電纜，只要絕緣介質(zhì)相同的，其波速度是不變的，這一點(diǎn)必須注意，因?yàn)椴簧偃讼氘?dāng)然地認(rèn)為電纜的波速度受芯線的材料與截面積影響。

    經(jīng)測量可知，對于油浸紙絕緣電纜V≈160米/微秒；塑料電纜V≈170-200米/微秒，對于橡膠電纜V≈220米/微秒。

    2. 波阻抗

    電纜中的電壓波在向前運(yùn)動時(shí)，對分布電容不斷充電產(chǎn)生伴隨的向前運(yùn)動的電流波，一對電壓、電流波之間的關(guān)系，用波阻抗（也稱特性阻抗）Z0來描述。

經(jīng)分析可知，電纜的波阻抗可表示為：

    L0、C0除與電纜所用介質(zhì)材料、介電系數(shù)與導(dǎo)磁系數(shù)有關(guān)外，還與電纜芯線的截面積和芯線與外皮之間的距離有關(guān)。所以，不同規(guī)格和種類的電纜，其波阻抗也不同。電纜芯線截面積越大，波阻抗值越小。一般電力電纜的波阻抗值在10-40歐左右。

    對于正向電壓波U+與電流波i+之間，滿足關(guān)系：

           U+/i+=Z0                       (2.1)

    而對于反向電壓波U-與電流波i-之間，則有：

           U-/i-=-Z0                      (2.2)

    由式2.1與2.2看出，正向電壓、電流波同極性，而反向電壓、電流波反極性。

a

b

圖2.3 電流行波的極性

假定電壓行波極性為正，線路上電流行波的流動方向是電壓行波前進(jìn)的方向。規(guī)定電流的正方向與距離坐標(biāo)X的正方向一致。顯然，正向電流行波流動方向與距離坐標(biāo)方向一致，為正極性，圖2.3.a；而反向電流行波流動方向與距離坐標(biāo)方向相反，為負(fù)極性，圖2.3.b。

    電纜的波阻抗與電纜本身的結(jié)構(gòu)與絕緣介質(zhì)及導(dǎo)體材料有關(guān)，而與電纜的長度無關(guān)，即使很小一段電纜，它的波阻抗也處處相等。波阻抗是電纜中一對正向或反向電壓、電流波之間的幅值之比，而不是任一點(diǎn)電壓、電流瞬間幅值之比，因?yàn)殡娎|任一點(diǎn)電壓、電流的瞬時(shí)值，是通過該點(diǎn)的許多個正向與反向電壓、電流行波相迭加而形成的。

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