Onda de viaxe

Definición
Unha onda viaxante é unha onda transitória que xera un disturbio e se propaga ao longo dunha liña de transmisión a unha velocidade constante. Este tipo de onda existe durante un período breve (durando só uns poucos microsegundos), pero pode causar perturbacións significativas na liña de transmisión. As ondas transitórias xéranse na liña de transmisión principalmente debido a operacións como conmutacións, fallos e impactos de raio.
Significado das Ondas Viaxantes
As ondas viaxantes xogan un papel crucial na determinación dos voltaxes e correntes en diversos puntos do sistema eléctrico. Ademais, son instrumentais no deseño de aisladores, dispositivos protexidos, aislamento para equipos terminais e na coordinación xeral do aislamento no sistema eléctrico.
Especificacións das Ondas Viaxantes
Matemáticamente, unha onda viaxante pode representarse de múltiples xeitas. A súa forma máis común é a dunha onda rectangular infinita ou unha onda de paso. Unha onda viaxante caracterízase por catro atributos específicos, como se ilustra na figura a seguir.

• Características das Ondas Viaxantes
  Cresta: Esta representa a amplitud máxima da onda e xeralmente mide-se en quilovoltios (kV) para ondas de voltaxe ou kiloamperios (kA) para ondas de corrente.

• Frente: Refírese á parte da onda que precede á cresta. A duración da frente mide-se como o intervalo de tempo desde o inicio da onda ata o momento no que alcanza o seu valor de cresta, xeralmente expresado en milisegundos (ms) ou microsegundos (μs).

• Rabo: O rabo da onda engloba a parte que ve despois da cresta. Defínese polo tempo transcorrido desde o inicio da onda ata que a amplitud da onda diminúe ata o 50% do seu valor de cresta.
  Polaridade: Indica a polaridade do voltaxe de cresta xunto co seu valor numérico. Por exemplo, unha onda positiva cun voltaxe de cresta de 500 kV, unha duración de frenta de 1 μs e unha duración de rabo de 25 μs denotaríase como +500/1.0/25.0.

Sobresaltos
O sobresalto é un tipo específico de onda viaxante que surge do movemento de cargas eléctricas ao longo dun conductor. Os sobresaltos caracterízanse por un aumento moi rápido e brusco no voltaxe (a frenta brusca), seguido por unha diminución máis gradual do voltaxe (o rabo do sobresalto). Cando estes sobresaltos chegan a equipos terminais como caixas de cables, transformadores ou equipamentos de conmutación, poden causar danos se o equipo non está adequadamente protexido.
Ondas Viaxantes en Liñas de Transmisión
Unha liña de transmisión é un circuito de parámetros distribuídos, o que significa que soporta a propagación de ondas de voltaxe e corrente. Neste tipo de circuito, o campo electromagnético se propaga a unha velocidade finita. Operacións como a conmutación e eventos como os impactos de raio non afectan todos os puntos do circuito simultaneamente. En vez diso, os seus efectos se espraián a través do circuito na forma de ondas viaxantes e sobresaltos.

Cando unha liña de transmisión se conecta de súpeto a unha fonte de voltaxe pechando un interruptor, toda a liña non se energiza instantaneamente. En outras palabras, o voltaxe non aparece inmediatamente no extremo distante da liña. Este fenómeno ocorre debido á presenza de constantes distribuídas, nomeadamente indutancia (L) e capacitancia (C) nunha liña sen perdas.

Considérase unha liña de transmisión longa con indutancia (L) e capacitancia (C) de parámetros distribuídos. Como se ilustra na figura a continuación, esta liña longa pode ser conceptualmente dividida en seccións máis pequenas. Aquí, S representa o interruptor usado para iniciar ou finalizar sobresaltos durante as operacións de conmutación. Cando o interruptor está pechado, a indutancia L1 actúa inicialmente como un circuito aberto, mentres que a capacitancia C1 actúa como un circuito curto. Nese mesmo momento, o voltaxe na sección seguinte non pode cambiar porque o voltaxe a través do capacitor C1 é inicialmente cero.

Por tanto, até que o capacitor C1 sexa cargado a un certo nivel, non é posible cargar o capacitor C2 a través do inductor L2, e este proceso de carga inevitabelmente leva tempo. O mesmo principio aplica á terceira, cuarta e subsecuentes seccións da liña de transmisión. Como resultado, o voltaxe en cada sección aumenta gradualmente. Este gradativo incremento de voltaxe ao longo do conductor de transmisión pode visualizarse como unha onda de voltaxe propagándose dende un extremo da liña ao outro. A onda de corrente asociada é responsable deste proceso de carga gradual. A onda de corrente, que viaxa xunto coa onda de voltaxe, xera un campo magnético no espazo circundante. Cando estas ondas chegan a empalme e terminais dentro da rede eléctrica, sufrirán reflexión e refracción. Nunha rede con numerosas liñas e empalmes, unha única onda incidente pode iniciar múltiples ondas viaxantes. A medida que as ondas se dividen e sufren múltiples reflexións, o número de ondas aumenta significativamente. Pero é importante notar que a enerxía total das ondas resultantes nunca pode superar a enerxía da onda incidente orixinal, adhiriéndose á lei fundamental da conservación da enerxía nos sistemas eléctricos.