Rejsende bølge

Definition
En rejsevæg er en midlertidig bølge, der skaber en forstyrrelse og bevæger sig langs en transmissionsledning med konstant hastighed. Denne type bølge findes i et kort tidsrum (kun få mikrosekunder), men kan dog forårsage betydelige forstyrrelser i transmissionsledningen. Midlertidige bølger dannes hovedsageligt i transmissionsledningen på grund af handlinger som slukning, fejl og lynnedslag.
Betydning af Rejsevægge
Rejsevægge spiller en afgørende rolle i fastsættelsen af spændinger og strømme ved forskellige punkter inden for strømforsyningsnettet. Desuden er de væsentlige for designet af isolatorer, beskyttelsesenheder, isolation for slutudstyr og den samlede isolationskoordinering i strømforsyningsnettet.
Specifikationer for Rejsevægge
Matematisk kan en rejsevæg repræsenteres på flere måder. Den vises oftest i form af en uendelig rektangulær bølge eller en trappebølge. En rejsevæg kendetegnes ved fire specifikke attributter, som illustreres i nedenstående figur.

• Karakteristika for Rejsevægge
  Top: Dette repræsenterer bølgens maksimale amplitude og måles typisk i kilovolt (kV) for spændingsbølger eller kiloamper (kA) for strømbølger.

• Front: Dette refererer til den del af bølgen, der foregår top. Frontens varighed måles som tidsintervallet fra starten af bølgen til det øjeblik, hvor den når sin topværdi, normalt udtrykt i millisekunder (ms) eller mikrosekunder (µs).

• Hale: Haleen af bølgen omfatter den del, der kommer efter top. Den defineres af tiden, der går fra starten af bølgen, indtil bølgens amplitude falder til 50% af dens topværdi.
  Polaritet: Dette angiver polariteten af topspændingen sammen med dens numeriske værdi. For eksempel ville en positiv bølge med en topspænding på 500 kV, en frontvarighed på 1 µs, og en halevarighed på 25 µs blive angivet som +500/1.0/25.0.

Svingninger
En svingning er en specifik type af rejsevæg, der opstår som følge af elektriske ladninger, der bevæger sig langs en ledning. Svingninger kendetegnes ved en meget hurtig og stejl stigning i spændingen (den stejle front), fulgt af en mere gradvis nedgang i spændingen (svingningshale). Når disse svingninger når slutudstyr som kabler, transformatorer eller skiveapparater, kan de potentielt forårsage skade, hvis udstyret ikke er tilstrækkeligt beskyttet.
Rejsevægge i Transmissionsledninger
En transmissionsledning er en fordelte-parametre-kredsløb, hvilket betyder, at den understøtter propagation af spændings- og strømbølger. I en kredsløb med fordelte parametre propagerer det elektromagnetiske felt med en endelig hastighed. Handlinger som slukning og begivenheder som lynnedslag påvirker ikke alle punkter i kredsløbet samtidigt. I stedet spreder deres effekter sig gennem kredsløbet i form af rejsevægge og svingninger.

Når en transmissionsledning pludseligt tilsluttes en spændingskilde ved at lukke en skive, bliver hele linjen ikke straks energiseret. Med andre ord optræder spændingen ikke med det samme ved linjens anden ende. Dette fænomen skyldes tilstedeværelsen af fordelte konstanter, nemlig induktans (L) og kapacitans (C) i en tabfri linje.

Overvej en lang transmissionsledning med fordelte-parametre induktans (L) og kapacitans (C). Som vist i nedenstående figur, kan denne lange linje konceptuelt opdeles i mindre sektioner. Her repræsenterer S skiven, der bruges til at initiere eller afslutte svingninger under slukningsoperationer. Når skiven lukkes, virker induktans L1 først som en åben kredsløb, mens kapacitans C1 virker som en kortslutning. I præcis dette øjeblik kan spændingen i den næste sektion ikke ændres, da spændingen over kondensatoren C1 er nul fra starten.

Derfor er det umuligt at oplade kondensator C2 gennem induktoren L2, indtil kondensator C1 er opladt til en vis grad, og denne opladningsproces tager nødvendigvis tid. Samme princip gælder for den tredje, fjerde og efterfølgende sektioner af transmissionsledningen. Derfor stiger spændingen i hver sektion gradvist. Denne gradvise stigning i spændingen langs transmissionsledningen kan visualiseres som en spændingsbølge, der bevæger sig fra den ene ende af linjen til den anden. Den tilhørende strømbølge er ansvarlig for denne gradvise opladningsproces. Strømbølgen, der bevæger sig sammen med spændingsbølgen, genererer et magnetfelt i det omgivende rum. Når disse bølger når knudepunkter og afslutninger i elektriske net, undergår de refleksion og brydning. I et net med mange linjer og knudepunkter kan en enkelt incident bølge give anledning til flere rejsevægge. Da bølgerne opdeles og undergår flere refleksioner, øges antallet af bølger betydeligt. Det er dog vigtigt at bemærke, at den totale energi i de resulterende bølger aldrig kan overstige energien i den originale incident bølge, i overensstemmelse med den fundamentale lov om energibevarelse i elektriske systemer.