LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ
Wykonali : Aneta Kampa i Paweł Gołuszko		II rok informatyki		grupa 2B
Temat ćwiczenia : Linia długa jednofazowa
Nr ćwiczenia : 12	Data wykonania :94-11-15		Data oddania :94-12-13

W napowietrznych liniach energetycznych przesyłany jest na duże odległości prąd rzędu setek kV. Powoduje to, że w liniach tych nie możemy pominąć strat napięcia na rezystancji przewodu, na indukcyjności przewodu, oraz zakłóceń prądu na nieszczelnościach izolacji i pojemności stworzonej przez różnicę potencjałów pomiędzy poszczególnymi przewodami i ziemią. Model takiej lini, zwanej linią długą, znajduje się na stanowisku ćwiczeniowym. Aby móc zmierzyć przebiegi falowe w lini długiej o długości 150 cm zwiększono częstotliwość prądu do 181 MHz, tak aby na całej długości przyrządu zmieścił się przynajmniej jeden okres (w normalnych liniach, przy częstotliwościach 50 Hz długość fali wynosi 6000 km)

Jeżeli przez L0 oznaczymy indukcję linii na jednostkę długości, C0 pojemność linii na jednostkę długości, R0 rezystancję na jednostkę długości, a G0 przewodność linii, to impedancja falowa

Linia, która jest na stanowisku ćwiczeniowym ma następujące wartości:

f = 181 MHz R0 = 0,83 /m L0 = 8,11*10-7 H/m G0 = 10-8 S/m

C0 = 1,37*1011F/m L0 = 916 /m C0 = 0,0155 S/m

Zc = Rc = 243 0

Jak widać, R0 jest dużo mniejsze od L0, a G0 jest dużo mniejsze od C0, że można te wielkości pominąć nie popełniając większego błędu. Traktujemy tę linię jako linię bez strat. Impedancja falowa lini bez strat wynosi
.

Do badania rozkładu napięcia i prądu w lini zastosowano wskażniki napięcia i prądu. Wskaźnik prądu to żarówka zasilana przez pętlę sprzężoną magnetycznie z przewodami lini. Wskażnik napięcia to żarówka zasilana przez sprzężenie pojemnościowe z linią. W pomiarach zastosowano również wskażnik wychyłowy, którym jest mikroamperomierz.

Wskażniki do badania lini długiej

a)wskaźnik prądu b)wskaźnik napięcia

W lini długiej tworzą się fale stojące napięcia i prądu. W stanie jałowym lini, na końcu lini tworzy się węzeł fali prądu i strzałka fali napięcia. Zarówno na wykresie komputerowym, jak i na wykresie zrobionym wg pomiarów wykonanych na ćwiczeniach na końcu wykresu, dla x = 0 znajduje się strzałka napięcia. Ponieważ na ćwiczeniach nie było wskaźnika wychyłowego prądu nie mogę ustalić zgodności wyników ćwiczeniowych z wykresem. Na wykresie komputerowym na końcu lini znajduje się węzeł fali prądu. Prąd wyprzedza w fazie napięcie o 900 jak na idealnym kondensatorze.

W stanie zwarcia lini na końcu lini bez strat istnieje węzeł fali napięcia i strzałka prądu. Zarówno wykresy komputerowe, jak i wykres wykonany na podstawie wyników ćwiczeniowych potwierdzają tę teorię. Napięcie wyprzedza w fazie prąd o 900 jak na idealnej cewce.

Następnie obciążyliśmy linię kondensatorem o pojemności wyliczonej wg zależności :

Niestety wobec skomplikowaności wzorów pozwalających na obliczenie węzła napięciowej fali stojącej w lini długiej nie policzyłem tej wartości. Z wykresu wychodzi to około 35 i 118 cm.

Gdy obciążyliśmy linię rezystorem o oporze równym Z0 =243 wykres wyrównał się na jednym poziomie około 16 dz. Oznacza to, że rezystor ten sprawia, że nie ma już fali stojącej. Znika ona na rezystancji. Podobnie rezystor Z0­=486. Wprawdzie linia faluje, ale już nie dookoła zera, ale pewnej dodatniej wartości. Fala padająca nie odbija się już w sposób klasyczny, ale następuje pewne przesunięcie pomiędzy falą padającą a odbitą.

Wykresy komputerowe w znacznym stopniu pokrywają się z wykresami doświadczalnymi. Jedynie w stanie zwarcia prawdopodobnie popełniliśmy jakiś błąd, gdyż trzy kolejne wartości znacznie odbiegają od wykresu. O błąd nie było zresztą trudno, gdyż wystarczyło dotknąć przewodów lini długiej, lub niewłaściwie trzymać palce na wskaźnikach aby otrzymać inne wyniki. Wskaźniki prądowy i napięciowy zapalały się w miejscach, gdzie wartości napięcia i prądu były największe (wskażnik napięcia zapalał się już przy około 45 dz)

Lp	stan jałowy					stan zwarcia								obc. pojmnościowe
	l-x		wskaźnik		l-x					wskaźnik			l-x				wskaźnik
	cm	dz	nap	prą		cm	dz		nap		prą	cm			dz			nap	prą
1	140	42				140	57		V		V	140			60			V
2	130	24				130	90		V		V	130			44			V
3	120	5		V		120	110		V		V	120			18
4	110	22		V		110	138		V			110			9				V
5	100	35				100	130		V			100			15				V
6	90	42				90	32				V	90			35				V
7	80	49	V			80	13				V	80			46			V	V
8	70	52	V			70	53				V	70			64			V	V
9	60	46				60	100		V		V	60			70			V
10	50	30				50	78		V		V	50			71			V
11	40	7		V		40	80		V		V	40			54			V
12	30	18		V		30	77		V			30			26				V
13	20	30		V		20	127		V			20			8				V
14	10	40				10	88		V		V	10			27				V
15	0	49				0	15				V	0			38

V - wskaźniki świecą

Lp	R=ZC=243		R=2ZC=486
	l-x			l-x
	cm	dz		cm	dz
1	140	12		140	25
2	130	16		130	18
3	120	16		120	14
4	110	16		110	16
5	100	16		100	21
6	90	16		90	24
7	80	18		80	28
8	70	18		70	29
9	60	18		60	27
10	50	17		50	22
11	40	16		40	14
12	30	15		30	8
13	20	14		20	16
14	10	16		10	23
15	0	18		0	28

---