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

Bir hat üzerindeki elektrik sinyalleri direnç ve iletkenlik ile karşı karşıya kalarak zayıflamaya neden olur.
Tek fazlı iki telli bir devrede, sabit seri direnç ve şönt iletkenliği birleştirmek, Laplace dönüşümü ve yayılma sabiti kullanılarak çözülebilen voltaj ve akım denklemlerini değiştirir.
Direncin endüktansa oranının iletkenliğin kapasitansa oranına eşit olduğu distorsiyonsuz çizgiler için, denklemler delta ve sigma kullanılarak yeniden yazılır ve tutarlı zayıflama ile ileri ve geri hareket eden dalgaları tanımlar.
Sinüzoidal kararlı durum dalgaları için yayılma sabiti revize edilir.
Sıfır direnç ve iletkenliğe sahip kayıpsız hatlar, dalgaların sabit hızda hareket etmesine izin vererek herhangi bir zayıflama yaşamaz.
Devre direnci ve iletkenlik nedeniyle güç kayıpları meydana gelir.
Direnç, akım akışı nedeniyle kayıplara neden olurken, iletkenlik kayıpları, öncelikle yalıtkan sızıntısı, korona etkileri ve kablolardaki dielektrik kayıplarından kaynaklanan iletkenler arasındaki voltaja bağlıdır.
Aşırı gerilim, yıldırım, anahtarlama dalgalanmaları veya güç frekansı aşırı geriliminden kaynaklanır ve devrenin voltaj sınırını aşar.

İletim hatları: geçici gerilim İşlemi

Lossy Lines and Overvoltages

<div>
 İletim hattı seri direnci ve şönt iletkenliği üç temel etkiye neden olur: zayıflama, bozulma ve güç kayıpları.
 Zayıflama
 Sabit seri direnci ve şönt iletkenliği mevcut olduğunda, voltaj ve akım denklemleri değiştirilir. Yayılma sabiti, voltaj ve akım dalgalarının hem ileri hem de geri hareket eden bileşenlerden oluştuğunu gösterir. Bu dalgalar yayıldıkça zayıflar ve zayıflama faktörü direnç ve iletkenlikle ilişkilidir. Direnç-endüktans oranının iletkenlik-kapasitans oranına eşit olduğu bozulmayan bir hatta, zayıflama faktörü sabit kalır. Dalgalar şekil değiştirmeden hareket eder, yalnızca büyüklükleri azalır.
 Bozulma
 Sinüzoidal sabit durum dalgaları için, yayılma sabiti hem faz hızını hem de zayıflamayı belirler. Kayıpsız bir hatta, faz hızı sabittir ve zayıflama yoktur. Bozulma olmayan bir hatta, tüm frekanslardaki dalgalar, uzun mesafelerde sinyal bütünlüğünü korumak için çok önemli olan, düzgün zayıflama ile sabit bir hızda hareket eder. Pratik iletim hatları için genellikle 1 MHz olan belirli bir frekansın üzerinde, çoğu hat bozulma olmayan şekilde davranır.
 Güç Kayıpları
 İletim hatlarındaki güç kayıpları, seri direnç ve şönt iletkenliğinden kaynaklanır. Dirençle ilgili kayıplar, hattan geçen akım nedeniyle oluşurken, iletkenler arasındaki voltaj iletkenlikle ilgili kayıplara neden olur. Bu tür kayıplar, yalıtkan sızıntısından, havai hatlardaki korona etkilerinden ve kablolardaki dielektrik kayıplarından kaynaklanabilir. Sabit parametrelere sahip kayıplı hatlardaki geçişleri analiz etmek (direnç, endüktans, iletkenlik ve kapasitans) karmaşıktır, özellikle de deri etkileri göz önünde bulundurulduğunda.
 Güç sistemlerindeki aşırı gerilimler, yıldırım dalgalanmaları, anahtarlama dalgalanmaları ve güç frekansı aşırı gerilimleri olarak sınıflandırılır. Başlıca bir neden olan yıldırım, karmaşık bulut etkileşimlerini içerir. Bulutlar içindeki yük ayrımı, negatif yükler taşıyan düşen yağmur damlaları ve pozitif yükler taşıyan yukarı doğru hava akımları yıldırım oluşumuna katkıda bulunur. Gerilim gradyanı havanın parçalanma gücünü aştığında, aşağı doğru bir lider yerden yukarı doğru bir liderle birleşerek bir dalgalanmaya neden olur. 
 </div>

İletim Hatları: Geçici Gerilim İşlemi

Bir hat üzerindeki elektrik sinyalleri direnç ve iletkenlik ile karşı karşıya kalarak zayıflamaya neden olur.
Tek fazlı iki telli bir devrede, sabit serileri içeren ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Elektrik Mühendisliği

Unit 1

Ünite 1

Transmission Lines: Transient Operation

İletim Hatları: Geçici Rejim Çalışması

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

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 Elektrik Mühendisliği, devre analizi teknikleriyle birlikte elektrik devrelerinin temel kavramlarını kapsayan, anlaşılması kolay animasyonlu videolar sunar. Operasyonel amplifikatörler ve devre dönüşümü kavramlarını kullanarak birinci dereceden ve ikinci dereceden devreleri içerir. Pratik tasarım örneklerinin ve gerçek dünya uygulamalarının bilim insanlarınca hazırlanan videolar aracılığıyla dahil edilmesi, karmaşık kavramları erişilebilir hale getirerek önemli bir eğitim değeri katmaktadır.

electrical engineering

Signal Attenuation and Power Losses

Description

Transcript

Tags