上海交通大学：《高电压工程》课程教学资源（试验报告）电缆波过程实验

(一)实验目的： 1.加深对分布参数电路理论的理解，对电缆波过程实验结果与彼得森法则计算 结果进行比较学会彼得森法则的实际应用。 2.学习测量波过程、波速度和衰减系数的方法。 3.研究行波在电缆节点上的折、反射及多次反射的运动规律。 (二)实验内容： 1.通过实验装置，不断调节两个可变电阻，观察和测量电缆两端的电压波形。 通过比较电压波形可以测量电缆的波阻抗，即比较R1=Z,R2=Z时的电压 波形和R1=Z,R2≠Z的电压波形。 2.观察和测量行波在电缆中传播的速度。当R1=Z,R2≠Z(可取R2=∞)时， 通过测量进入波的前沿和反射波前沿的时间差，即可计算得到被测电缆的波 速度。 3.观察和测量行波在电缆中传播的衰减。通过测量R1=Z,R2=Z时电缆首末 端电压波形的幅值，比较这两个幅值的差值即可计算得到被测电缆的衰减系 数。 4.测量电缆进波处的电压波形：可变电阻参数为：R1=R2=1/9Z:R1=R2=9Z: R1=1/9Z,R2=9Z;R1=9Z,R2=1/9Z。并与计算值比较。 5.R1=R2=Z,在电缆中点并一个电容器，测量电缆进波处和终点处的电压波形。 6.R1=R2=Z,在电缆中点串一个电感器，测量电缆进波处和终点处的电压波形。 （三)实验用仪器设备： 1.20MHz~100MHz示波器 2.方波发生器 3.电缆波过程 (四)实验用详细线路图或其它示意图： 图1实验电缆箱原理图

（一）实验目的： 1．加深对分布参数电路理论的理解，对电缆波过程实验结果与彼得森法则计算 结果进行比较学会彼得森法则的实际应用。 2．学习测量波过程、波速度和衰减系数的方法。 3．研究行波在电缆节点上的折、反射及多次反射的运动规律。 （二）实验内容： 1．通过实验装置，不断调节两个可变电阻，观察和测量电缆两端的电压波形。 通过比较电压波形可以测量电缆的波阻抗，即比较 R1＝Z，R2＝Z 时的电压 波形和 R1＝Z，R2≠Z 的电压波形。 2．观察和测量行波在电缆中传播的速度。当 R1＝Z，R2≠Z(可取 R2＝∞)时， 通过测量进入波的前沿和反射波前沿的时间差，即可计算得到被测电缆的波 速度。 3．观察和测量行波在电缆中传播的衰减。通过测量 R1＝Z，R2＝Z 时电缆首末 端电压波形的幅值，比较这两个幅值的差值即可计算得到被测电缆的衰减系 数。 4．测量电缆进波处的电压波形；可变电阻参数为：R1＝R2＝1/9Z；R1＝R2＝9Z； R1＝1/9Z，R2＝9Z；R1＝9Z，R2＝1/9Z。并与计算值比较。 5．R1＝R2＝Z，在电缆中点并一个电容器，测量电缆进波处和终点处的电压波形。 6．R1＝R2＝Z，在电缆中点串一个电感器，测量电缆进波处和终点处的电压波形。 （三）实验用仪器设备： 1．20MHz～100MHz 示波器 2．方波发生器 3．电缆波过程 （四）实验用详细线路图或其它示意图： 图 1 实验电缆箱原理图

图2电缆中点并一个电容器 图3电缆中点串一个电感器 (五)实验有关原理及原始计算数据，所应用的公式： 实验的有关原理请参考文献[2]、[4]和上述（四）中部分实验的原理图。 实验原始数据：波形的参数从示波器上读得。 (六)实验数据记录： 1、电缆长度： 2、进入波的前沿和反射波前沿之间的时间差： 3、R1=Z,R2=Z电缆首末端电压波形的幅值： (七)实验结果的计算及曲线： 1、波速度：v= 2、电缆的衰减系数：n= 3、接入电感和电容后的行波波形示例如下： 1

1 图 2 电缆中点并一个电容器 图 3 电缆中点串一个电感器 （五）实验有关原理及原始计算数据，所应用的公式： 实验的有关原理请参考文献[2]、[4]和上述（四）中部分实验的原理图。 实验原始数据：波形的参数从示波器上读得。 （六）实验数据记录： 1、电缆长度： 2、进入波的前沿和反射波前沿之间的时间差： 3、R1＝Z，R2＝Z 电缆首末端电压波形的幅值： （七）实验结果的计算及曲线： 1、波速度：υ= 2、电缆的衰减系数：η＝ 3、接入电感和电容后的行波波形示例如下：

Z 42 02 图4行波穿过电感时的折、反射 1 i 工 M2 uj 效 2 图5行波旁过电容时的折、反射

2 图 4 行波穿过电感时的折、反射 图 5 行波旁过电容时的折、反射

(八)对实验结果、实验中某些现象的分析讨论： 思考并完成下述问题： 1.若被测量电缆的外皮不接地，对电缆波过程实验有什么影响？如何解释？ 2.当波发生器内阻不为零，对电缆波过程实验有什么影响？ 3.行波一般在电缆中的传播速度为什么比在架空导线的传播速度慢？ 4.在电缆中点并联电容器或串联电感器对电压波形有什么影响？这种改变有什 么实际应用？ 5.如实验中两电缆的波阻抗不相等，则实验5和实验6的电压波形会有什么变 化？ 6.分析折射系数和反射系数的变化范围以及它们的关系。 7.在什么条件下长导线可用集中参数元件代替？ 8.架空线路的波阻抗大约为多少？线高，线径和分裂数三个因素，哪一个对波 阻抗Z的影响较大？ (九)实验方法指示及注意事项： 1.实验开始前，请同学们预习电缆波过程的原理，掌握波速度的测量原理及方 法。 2.实验时，仔细观察并记录在不同条件下波形的变化。 (十)对同学的要求： 1.实验前，同学们应预习本次实验的内容，了解掌握实验接线及实验方法。 2.实验时，要求同学特别注意安全，同组同学之间要注意配合，设定、核查、 操作、监督的分工要明确。 3.实验后，应认真完成实验报告。 参考文献 [1]华中理工大学、上海交通大学合编，《高电压试验技术》，中国电力出版社， 北京，2002年 [2]上海交通大学编，《电气工程基础》，上海交通大学出版社，上海，2000年 [3]清华大学编，《高电压试验工程》，清华大学出版社，北京，2001年 [4]浙江大学编，《高电压技术》，中国电力出版社，北京，1999年 备注

3 （八）对实验结果、实验中某些现象的分析讨论： 思考并完成下述问题： 1．若被测量电缆的外皮不接地，对电缆波过程实验有什么影响？如何解释？ 2．当波发生器内阻不为零，对电缆波过程实验有什么影响？ 3．行波一般在电缆中的传播速度为什么比在架空导线的传播速度慢？ 4．在电缆中点并联电容器或串联电感器对电压波形有什么影响？这种改变有什 么实际应用？ 5．如实验中两电缆的波阻抗不相等，则实验 5 和实验 6 的电压波形会有什么变 化？ 6．分析折射系数和反射系数的变化范围以及它们的关系。 7．在什么条件下长导线可用集中参数元件代替？ 8．架空线路的波阻抗大约为多少？线高，线径和分裂数三个因素，哪一个对波 阻抗 Z 的影响较大？ （九）实验方法指示及注意事项： 1．实验开始前，请同学们预习电缆波过程的原理，掌握波速度的测量原理及方 法。 2．实验时，仔细观察并记录在不同条件下波形的变化。 （十）对同学的要求： 1．实验前，同学们应预习本次实验的内容，了解掌握实验接线及实验方法。 2．实验时，要求同学特别注意安全，同组同学之间要注意配合，设定、核查、 操作、监督的分工要明确。 3．实验后，应认真完成实验报告。 参考文献 [1] 华中理工大学、上海交通大学合编，《高电压试验技术》，中国电力出版社， 北京，2002 年 [2] 上海交通大学编，《电气工程基础》，上海交通大学出版社，上海，2000 年 [3] 清华大学编，《高电压试验工程》，清华大学出版社，北京，2001 年 [4] 浙江大学编，《高电压技术》，中国电力出版社，北京，1999 年 备注

本实验指导书2002年5月第一版，本版为2003年2月修订的第二版

4 本实验指导书 2002 年 5 月第一版，本版为 2003 年 2 月修订的第二版