POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Skład grupy: Data wykonania:

1. Brutt Krzysztof 1995-05-10

2. Sikora Artur

3. Stefaniak Piotr

LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ

Nr ćwiczenia: 17

Temat: Badanie przebiegów falowych w liniach długich.

Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie ma na celu:

• zapoznanie się z przebiegami falowymi w liniach elektroenergetycznych,

• określenie zastępczych parametrów linii i ich wpływu na przebiegi falowe,

• pomiar i obserwacja przebiegów falowych.

2. Pomiar impedancji falowej linii z_o

W niniejszym ćwiczeniu pomiarom został poddany model linii długiej o długości l_o=0.345 km. Pomiary przeprowadziliśmy w poniższym uniwersalnym układzie pomiarowym korzystając z generatora fali prostokątnej i oscyloskopu katodowego.

Poszczególne symbole oznaczają:

• G1 Wej Gen - gniazdo do podłączenia generatora fali prostokątnej,

• G2, G3, G4 - gniazda pomiarowe do podłączenia oscyloskopu,

• 1,...,6 - „przełącznik” oporności na wejściu linii,

• Pomiar R1, Pomiar R2 - podłączenie omomierza przy pomiarze rezystancji na wejściu i na wyjściu R2 linii modelowej,

• 8,...,10 - włączenie lub wyłączenie indukcyjności szeregowo w linię,

• 11,...,18 - „przełącznik” oporności na wyjściu linii,

• 11, 19 - włączenie pojemności,

• P1, P2 - pokrętła potencjometrów.

Impedancję falową linii długiej wyznaczyliśmy wiedząc, że przy dopasowaniu falowym nie występują odbicia fal. Po podłączeniu generatora do gniazda G1 i oscyloskopu do gniazd G2 i G3 nieobciążonej linii ustawiliśmy potencjometrem P1 taką wartość rezystancji, przy której nie było odbić. Rezystancja R1 dla tego stanu miała wartość R1= 434 W. Zatem impedancja falowa linii powiększona o rezystancję wewnętrzną generatora wynosi: z_o= 50 W + 434 W = 484 W.

3. Pomiar czasu przejścia fali przez linię (t_o)

Pomiaru dokonaliśmy w układzie pomiarowym jak dla p.2.

Czas przejścia t_o wynosi:

t_o=1/2 t₁, gdzie t₁ - czas, po którym napięcie na wejściu wzrasta od U do 2U (odczytany z oscyloskopu)

t₁= 2.5 μs

t_o=1/2 * 2.5 μs =1.25 μs

4. Obserwacja wielokrotnego odbicia fali

Obserwacji dokonaliśmy w układzie pomiarowym jak dla p.2.

Dla różnych oporności wejściowych i wyjściowych ustawianych „przełącznikami” tych oporności i dla stałej częstotliwości f dokonaliśmy obserwacji przebiegów na początku i na końcu linii modelowej dla czterech przypadków:

1) R1 > Z_o < R2 (R_wyj + R1 = 2.5 kΩ, Z_o = 500 Ω, R2 = 2.5 kΩ)

2) R1 < Z_o > R2 (R_wyj + R1 = 100 Ω, Z_o = 500 Ω, R2 = 100 Ω)

3) R1 > Z_o > R2 (R_wyj + R1 = 2.5 kΩ, Z_o = 500 Ω, R2 = 100 Ω)

4) R1 < Z_o < R2 (R_wyj + R1 = 100 Ω, Z_o = 500 Ω, R2 = 2.5 kΩ)

5. Obserwacja przebiegu przy trafieniu fali na pojemność skupioną C = 3.3 nF

Obserwacji dokonaliśmy w układzie pomiarowym jak dla p.2.

Przy dopasowanym falowo wejściu linii i odłączonej indukcyjności szeregowej do wyjścia linii przyłączyliśmy równolegle pojemność C = 3.3 nF oraz rezystancję R2 o wartości:

1) R2 < z_o (R2 = 100 Ω)

2) R2 > z_o (R2 = 2.5 kΩ)

6. Obserwacja przebiegu przy trafieniu fali na indukcyjność skupioną L = 0.6 mH

Obserwacji dokonaliśmy w układzie pomiarowym jak dla p.2.

Przy dopasowanym falowo wejściu linii i odłączonej pojemności do wyjścia linii przyłączyliśmy szeregowo indukcyjność skupioną L = 0.6 mH oraz rezystancję R2 o wartości:

1) R2 < z_o (R2 = 100 Ω)

2) R2 > z_o (R2 = 2.5 kΩ)

7. Obserwacja przebiegów falowych w stacji elektroenergetycznej

Korzystając z układu zawierającego model stacji, generator oraz model odgromnika zaworowego i transformatora przeprowadziliśmy obserwację fali dla:

1) trafienia fali na otwarty koniec linii (odgromnik odłączony, C = 0, R =).

2) trafienia fali na otwarty koniec linii (odgromnik załączony, C = 0, R =).

8. Wnioski

Przy dojściu fali do węzła, w którym następuje skokowa zmiana impedancji falowej linii powstają dwie nowe fale: fala przepuszczona i fala odbita, co mogliśmy zaobserwować podczas pomiarów. Parametrami określającymi te fale są:

współczynnik przepuszczania α określany jako:

α = , gdzie: z₁ - impedancja falowa linii, po której biegnie fala

z₂ - impedancja falowa linii do której fala przechodzi

współczynnik odbicia β określany jako:

β =

W zależności od impedancji z₁ i z₂ wartość współczynnika α może się zmieniać od zera (przy zwarciu w węźle, z₂ = 0) do dwóch (przy otwartej linii z₂ =). Natomiast współczynnik β może się zmieniać w granicach od -1 do 1.

Odbicie fali do zwartego końca linii jest wykorzystywane w nowoczesnych metodach lokalizacji zwarć w kablach.

---