Name: signal attenuation and power losses
Uploaded: 2024-11-21T14:54:41.000Z
Duration: 1 min 22 s
Channel: JoVE

تواجه الإشارات الكهربائية على الخط مقاومة وتوصيل ، مما يتسبب في التوهين.
في دائرة أحادية الطور ثنائية الأسلاك ، يؤدي دمج مقاومة السلسلة الثابتة وتوصيل التحويلة إلى تغيير معادلات الجهد والتيار ، والتي يمكن حلها باستخدام ثابت تحويل وانتشار لابلاس.
بالنسبة للخطوط غير المشوهة ، حيث تساوي نسبة المقاومة إلى الحث نسبة الموصلية إلى السعة ، تتم إعادة كتابة المعادلات باستخدام دلتا وسيجما ، لوصف الموجات المتحركة للأمام والخلف مع توهين ثابت.
بالنسبة لموجات الحالة المستقرة الجيبية ، يتم مراجعة ثابت الانتشار.
لا تتعرض الخطوط غير المفقودة ، مع مقاومة وتوصيل ، لأي توهين ، مما يسمح للموجات بالانتقال بسرعة ثابتة.
تحدث خسائر الطاقة بسبب مقاومة الدائرة والتوصيل.
تتسبب المقاومة في خسائر بسبب تدفق التيار ، بينما ترتبط خسائر التوصيل بالجهد عبر الموصلات ، بشكل أساسي من تسرب العازل ، وتأثيرات الهالة ، وخسائر العزل الكهربائي في الكابلات.
ينتج الجهد الزائد عن البرق أو ارتفاع التبديل أو الجهد الزائد لتردد الطاقة ، مما يتجاوز حد جهد الدائرة.

خطوط النقل: التشغيل المؤقت

Lossy Lines and Overvoltages

<div style="direction:rtl">
تسبب مقاومة سلسلة خطوط النقل والموصلية التحويلية ثلاثة تأثيرات أساسية: التوهين والتشويه وفقدان الطاقة.

التخفيف 

عندما تكون المقاومة المتسلسلة الثابتة وموصلية التحويل موجودة، يتم تعديل معادلات الجهد والتيار. يشير ثابت الانتشار إلى أن موجات الجهد والتيار تتكون من مكونات تتحرك للأمام والخلف. تتضاءل هذه الموجات أثناء انتشارها، مع ارتباط عامل التخفيف بالمقاومة والموصلية. في خط خالٍ من التشويه، حيث تساوي نسبة المقاومة إلى المحاثة نسبة الموصلية إلى السعة، يظل عامل التخفيف ثابتًا. تنتقل الموجات دون تغيير الشكل، بل تتناقص في المقدار فقط.

تشويه

بالنسبة للموجات الجيبية ذات الحالة المستقرة، يحدد ثابت الانتشار كل من سرعة الطور والتوهين. في الخط الخالي من الفقد، تكون سرعة الطور ثابتة، بدون أي توهين. في الخط الخالي من التشويه، تنتقل موجات جميع الترددات بسرعة ثابتة مع توهين موحد، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الإشارة لمسافات طويلة. فوق تردد معين، عادة 1 ميجا هرتز لخطوط النقل العملية، تتصرف معظم الخطوط وكأنها خالية من التشويه.

خسائر الطاقة 

تنتج خسائر الطاقة في خطوط النقل عن المقاومة المتسلسلة وموصلية التحويل. تحدث الخسائر المتعلقة بالمقاومة بسبب تدفق التيار عبر الخط، في حين يتسبب الجهد عبر الموصلات في خسائر تتعلق بالموصلية. يمكن أن تنبع مثل هذه الخسائر من تسرب العازل وتأثيرات الهالة في الخطوط العلوية والخسائر العازلة في الكابلات. يعد تحليل الظواهر العابرة على الخطوط التي تعاني من فقدان التيار مع معلمات ثابتة - المقاومة والمحاثة والموصلية والسعة - أمرًا معقدًا، خاصة مع مراعاة التأثيرات السطحية.

تُصنف حالات زيادة الجهد في أنظمة الطاقة على أنها طفرات البرق، وطفرات التبديل، وفرط جهد تردد الطاقة. البرق، وهو أحد الأسباب الرئيسية، ينطوي على تفاعلات معقدة بين السحب. يساهم فصل الشحنات داخل السحب، وقطرات المطر المتساقطة التي تحمل شحنات سالبة، والتيارات الهوائية الصاعدة التي تحمل شحنات موجبة في تكوين البرق. عندما يتجاوز تدرج الجهد قوة انهيار الهواء، يتصل قائد هابط بقائد صاعد من الأرض، مما يتسبب في حدوث زيادة مفاجئة.

</div>

تواجه الإشارات الكهربائية على الخط مقاومة وتوصيل ، مما يتسبب في التوهين.
في دائرة أحادية الطور ثنائية الأسلاك ، تتضمن سلسلة ثابتة ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

الهندسة الكهربائية

Unit 1

الوحدة الأولى

Transmission Lines: Transient Operation

خطوط النقل: التشغيل العابر

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

signal attenuation and power losses

Transmission lines with series resistance and shunt conductance can weaken signals, change wave shape, and waste power. These effects are called attenuation, distortion, and power losses. They matter in long power lines and other practical transmission systems.

When constant resistance and conductance are present, the voltage and current equations change. The propagation constant shows that the wave includes both forward-traveling and backward-traveling parts. As the wave moves along the line, it loses strength. The amount of attenuation depends on the resistance and conductance.

A distortionless line keeps the same wave shape while the magnitude falls. This happens when the resistance-to-inductance ratio equals the conductance-to-capacitance ratio. In that case, the attenuation factor stays constant. The signal does not spread out or change form.

For sinusoidal steady-state waves, the propagation constant also sets phase velocity and attenuation. A lossless line has a constant phase velocity and no attenuation. A distortionless line keeps the same speed for all frequencies and gives uniform attenuation. This helps preserve signal integrity over long distances. Above about 1 MHz, many practical transmission lines behave this way.

Power losses come from both series resistance and shunt conductance. Resistance causes loss as current flows through the line. Conductance causes loss because voltage appears across the conductors. These losses can come from insulator leakage, corona effects in overhead lines, and dielectric losses in cables. Analyzing transients on lossy lines with constant resistance, inductance, conductance, and capacitance is difficult, especially when skin effect is included.

The transcript also classifies overvoltages in power systems as lightning surges, switching surges, and power-frequency overvoltages. Lightning is a major source. It begins with charge separation in clouds, with falling raindrops carrying negative charge and upward air drafts carrying positive charge. When the voltage gradient becomes greater than the air breakdown strength, a downward leader meets an upward leader from the ground. That connection produces a surge.

Signal Attenuation and Power Losses

traveling waves: lossless lines

Wave Speed on Lossless Transmission Lines

Traveling waves on a lossless transmission line are shaped by the line’s inductance and capacitance. The model starts with a single-phase, two-wire line of length Δx. It has loop inductance L H/m and line-to-line capacitance C F/m. A short section of the line can then be treated as a series inductance LΔx and a shunt capacitance CΔx. Voltage v(x,t) and current i(x,t) are written for any position x and time t along the line. Kirchhoff’s Voltage Law, or KVL, is used for the voltage relation.

boundary conditions: lossless lines

Transmission Line Reflections at Both Ends

Single-phase, two-wire, lossless transmission lines show how voltage and current waves reflect at both ends of a circuit. In this model, the line has a length, a surge impedance, and a wave velocity. These are set by the line’s inductance and capacitance per unit length. A home electrical wiring system can be treated this way in a simple circuit model. At the receiving end, the boundary condition says that the voltage equals the receiving-end impedance times the current. This relationship is...

bewley lattice diagram

Tracing Transient Waves with a Bewley Diagram

The Bewley lattice diagram organizes voltage-wave reflections in transmission-line transients. It helps students follow how a signal moves along a line and bounces back from each end. The diagram was developed by L. V. Bewley. The vertical axis shows transient time, and the horizontal axis shows the line position x. Diagonal lines show traveling waves. These lines make the wave motion easier to read because each segment marks a wave moving through the line. Each reflection is found by...

lossy lines and overvoltages

Transmission lines with series resistance and shunt conductance can weaken signals, change wave shape, and waste power. These effects are called attenuation, distortion, and power losses. They matter in long power lines and other practical transmission systems. When constant resistance and conductance are present, the voltage and current equations change. The propagation constant shows that the wave includes both forward-traveling and backward-traveling parts. As the wave moves along the line,...

insulation coordination

BIL and Surge Protection for Power Equipment

Insulation coordination matches electric equipment insulation strength with protective device settings to guard against expected overvoltages. Engineers choose these levels using judgment and cost. The goal is to keep equipment safe while avoiding unnecessary expense. Equipment can usually survive short, high transient overvoltages. Repeated tests with the same waveform can still give inconsistent results. For that reason, standard impulse voltage waveforms are used in testing. These waveforms...

key terms and concepts

Learn how resistance and conductance affect transmission lines, causing attenuation, distortion, power loss, and overvoltages such as lightning surges.

Signal Attenuation and Power Losses | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Signal Attenuation and Power Losses

Description

Transcript