Matkaava aalto

Määritelmä
Matkavara on väliaikainen aalto, joka aiheuttaa häiriötä ja leviää siirtolinjalla vakiona nopeudella. Tämäntyyppinen aalto kestää lyhyen ajan (vain muutama mikrosekunti), mutta se voi aiheuttaa merkittäviä häiriöitä siirtolinjalla. Väliaikaiset aallot luodaan siirtolinjalle pääasiassa toimien kuten kytkentä, sijaintihäiriöt ja salamavarit vuoksi.
Matkavaarten merkitys
Matkavaarat ovat keskeisessä roolissa määrittäessään jännitteitä ja sähkövirtauksia eri pisteissä sähköverkossa. Lisäksi ne ovat olennaisia insuloitujen, suojaustarvikoiden, lopputermin laitteiden insulaation sekä yleisen insulaatiokoordinaation suunnittelussa sähköverkossa.
Matkavaarten määrittelyt
Matemaattisesti matkavaara voidaan esittää useilla tavoilla. Se esitetään yleisimmin äärettömän suorakulmion tai askelvaaren muodossa. Matkavaara määritellään neljällä erityisellä ominaisuudella, kuten alla olevassa kuvassa näytetään.

• Matkavaarten ominaisuudet
  Huippu: Tämä edustaa aallon suurinta amplitudia ja mitataan yleensä kilovoltteina (kV) jänniteaalloille tai kiloampereina (kA) virtausaalloille.

• Kärki: Tämä viittaa aallon osaan, joka edeltää huippua. Kärjen kesto mitataan ajan välillä, joka alkaa aallon alkamisesta ja päättyy hetkeneen, jolloin aalto saavuttaa huippuarvonsa, yleensä millisekunneissa (ms) tai mikrosekunneissa (μs).

• Hanta: Aallon hanta kattaa aallon osan, joka tulee huipun jälkeen. Sitä määrittelee aika, joka kuluu aallon alkamisesta hetkeneen, jolloin aallon amplitudi laskee 50 %:iin huippuarvostaan.
  Polariteetti: Tämä ilmaisee huippujännitteen polariteetin yhdessä sen numeerisen arvon kanssa. Esimerkiksi positiivinen aalto, jonka huippujännite on 500 kV, kärjen kesto 1 μs ja hanten kesto 25 μs, merkitään +500/1.0/25.0.

Sijoitukset
Sijoitus on erityistyyppinen matkavaara, joka syntyy sähkövarojen liikkumisesta johtimessa. Sijoituksia karakterisoi hyvin nopea ja jyrkkä jännitteen nousu (jyrkkä kärki), jota seuraa hitaampi jännitteen lasku (sijoituksen hanta). Kun nämä sijoitukset saavuttavat loppulaitteet, kuten kaapelitehdas, muuntimet tai kytkintä, ne voivat aiheuttaa vahinkoa, jos laitteita ei ole riittävästi suojattu.
Matkavaaret siirtolinjoilla
Siirtolinja on jakautuneen parametrin piiri, mikä tarkoittaa, että se tukee jännitteen ja sähkövirran aaltojen leviämistä. Jakautuneessa parametrissa sähkömagneettinen kenttä leviää äärellisellä nopeudella. Toiminnot, kuten kytkentä, ja tapahtumat, kuten salamat, eivät vaikuta kaikkiin piirin pisteisiin samanaikaisesti. Sen sijaan niiden vaikutukset leviävät piirin läpi matkavaarteina ja sijoituksina.

Kun siirtolinja yhdistetään jännitelähteeseen kytkimen suljetuksella, koko linja ei energisoitu heti. Muun sanoin, jännite ei ilmesty heti linjan toisessa päässä. Tämä ilmiö johtuu jakautuneiden vakiojen, eli induktiivisuuden (L) ja kapasitiivisuuden (C) läsnäolosta menetyksettömällä linjalla.

Kuvittele pitkä siirtolinja, jolla on jakautuneen parametrin induktiivisuus (L) ja kapasitiivisuus (C). Kuten alla olevassa kuvassa näytetään, tämä pitkä linja voidaan käsitteellisesti jakaa pienempiin osiin. Tässä S edustaa kytkintä, jota käytetään sijoitusten aloittamiseen tai lopettamiseen kytkentätoimissa. Kun kytkin suljetaan, induktiivisuus L1 toimii aluksi avoimena piirinä, kun taas kapasitiivisuus C1 toimii lyhytnä. Täsmälleen silloin seuraavan osan jännite ei voi muuttua, koska kapasitiivisuuden C1 jännite on aluksi nolla.

Täten, kunnes kapasitiivisuus C1 on ladattu tietylle tasolle, on mahdotonta ladata kapasitiivisuutta C2 induktiivisuuden L2 kautta, ja tämä latausprosessi vie aikaa. Saman periaatteen mukaan toimii myös kolmas, neljäs ja seuraavat siirtolinjan osat. Tämän seurauksena jokaisen osan jännite kasvaa asteittain. Tämä asteittainen jännitteen kasvu siirtolinjan johtimessa voidaan visualisoida jänniteaallon leviämisenä linjan toiselta päältä toiselle. Jänniteaallon kanssa yhdessä kulkeva virtausaalto luo magneettikentän ympäröivässä tilassa. Kun nämä aallot saavuttavat yhteydet ja päätökset sähköverkossa, ne heijastuvat ja sirittyvät. Monen linjan ja yhteyden verkossa yksi tapahtuma-aalto voi aloittaa useita matkavaaroita. Kun aallot hajoavat ja heijastuvat useasti, aallojen määrä kasvaa merkittävästi. On kuitenkin tärkeää huomata, että tuloksen aaltojen kokonaisenergia ei voi ylittää alkuperäisen tapahtuma-aallon energiaa, noudattaen sähköjärjestelmien peruslakeja energian säilymisestä.