चल तरंग

परिभाषा
यात्री तरंग एक स्थायी तरंग है जो एक परिवर्तन उत्पन्न करती है और एक स्थिर गति से प्रसारण लाइन पर प्रसारित होती है। इस प्रकार की तरंग का अस्तित्व केवल एक छोटी अवधि (केवल कुछ माइक्रोसेकंड) तक होता है, फिर भी यह प्रसारण लाइन में महत्वपूर्ण विकार पैदा कर सकती है। ट्रांजिएंट तरंगें मुख्य रूप से स्विचिंग, दोष और बिजली की चपेटाहट जैसी संचालनों के कारण प्रसारण लाइन में उत्पन्न होती हैं।
यात्री तरंगों का महत्व
यात्री तरंगें विद्युत प्रणाली के विभिन्न बिंदुओं पर वोल्टेज और धारा का निर्धारण करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। इसके अतिरिक्त, वे आइसोलेटर, सुरक्षा उपकरण, टर्मिनल उपकरण के लिए आइसुलेशन, और विद्युत प्रणाली में समग्र आइसुलेशन समन्वय के डिजाइन में भी महत्वपूर्ण हैं।
यात्री तरंगों की विशेषताएँ
गणितीय रूप से, एक यात्री तरंग कई तरीकों से प्रदर्शित की जा सकती है। यह सबसे आम तौर पर एक अनंत आयताकार तरंग या एक स्टेप तरंग के रूप में दिखाई जाती है। एक यात्री तरंग को नीचे दिए गए चित्र में चार विशिष्ट विशेषताओं से विशेषता दी जाती है।

• यात्री तरंगों की विशेषताएँ
  शिखर: यह तरंग का अधिकतम आयाम प्रदर्शित करता है और आमतौर पर वोल्टेज तरंगों के लिए किलोवोल्ट (kV) या धारा तरंगों के लिए किलोअम्पियर (kA) में मापा जाता है।

• फ्रंट: यह तरंग का वह भाग है जो शिखर से पहले आता है। फ्रंट की अवधि को तरंग की शुरुआत से लेकर तरंग अपने शिखर मान तक पहुंचने तक के समय अंतराल के रूप में मापा जाता है, जो आमतौर पर मिलीसेकंड (ms) या माइक्रोसेकंड (µs) में व्यक्त किया जाता है।

• टेल: टेल तरंग का वह भाग है जो शिखर के बाद आता है। यह तरंग की शुरुआत से लेकर तरंग का आयाम अपने शिखर मान का 50% तक घटने तक के समय अंतराल द्वारा परिभाषित होता है।
  ध्रुवता: यह शिखर वोल्टेज की ध्रुवता साथ ही उसका संख्यात्मक मान दर्शाता है। उदाहरण के लिए, एक सकारात्मक तरंग जिसका शिखर वोल्टेज 500 kV, फ्रंट अवधि 1 µs, और टेल अवधि 25 µs है, +500/1.0/25.0 के रूप में निरूपित की जाएगी।

सर्ज
सर्ज एक विशिष्ट प्रकार की यात्री तरंग है जो एक चालक में विद्युत आवेशों के चलन से उत्पन्न होती है। सर्जों का विशेष रूप से वोल्टेज में बहुत तेज और तीव्र वृद्धि (तेज फ्रंट) और फिर वोल्टेज में धीमी गिरावट (सर्ज टेल) के द्वारा परिभाषित किया जाता है। जब ये सर्ज केबल बॉक्स, ट्रांसफॉर्मर, या स्विचगियर जैसे टर्मिनल उपकरणों तक पहुंचते हैं, तो यदि उपकरण पर्याप्त रूप से सुरक्षित नहीं हैं, तो ये क्षति पहुंचा सकते हैं।
प्रसारण लाइनों पर यात्री तरंगें
प्रसारण लाइन एक वितरित-पैरामीटर सर्किट है, जिसका अर्थ है कि यह वोल्टेज और धारा तरंगों के प्रसारण का समर्थन करता है। वितरित-पैरामीटर वाले सर्किट में, विद्युत-चुंबकीय क्षेत्र एक परिमित गति से प्रसारित होता है। स्विचिंग जैसी संचालन और बिजली की चपेटाहट जैसी घटनाएँ सर्किट के सभी बिंदुओं को एक साथ प्रभावित नहीं करती हैं। इनके प्रभाव यात्री तरंगों और सर्जों के रूप में सर्किट में फैलते हैं।

जब एक प्रसारण लाइन को एक वोल्टेज स्रोत से अचानक जोड़ा जाता है, तो पूरी लाइन तुरंत ऊर्जायुक्त नहीं होती। दूसरे शब्दों में, वोल्टेज लाइन के दूर के छोर पर तुरंत दिखाई नहीं देता। यह घटना वितरित स्थिरांक, अर्थात उपचार-मुक्त लाइन में इंडक्टेंस (L) और कैपेसिटेंस (C) की उपस्थिति के कारण होती है।

वितरित-पैरामीटर इंडक्टेंस (L) और कैपेसिटेंस (C) वाली एक लंबी प्रसारण लाइन पर विचार करें। नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए अनुसार, यह लंबी लाइन छोटे खंडों में अवधारणात्मक रूप से विभाजित की जा सकती है। यहाँ, S स्विचिंग संचालन के दौरान सर्जों की शुरुआत या समाप्ति करने वाला स्विच को दर्शाता है। जब स्विच बंद किया जाता है, तो इंडक्टेंस L1 शुरुआत में एक खुला सर्किट की तरह कार्य करता है, जबकि कैपेसिटेंस C1 एक शॉर्ट सर्किट की तरह कार्य करता है। उसी क्षण, अगले खंड पर वोल्टेज बदल नहीं सकता क्योंकि कैपेसिटर C1 पर वोल्टेज शुरुआत में शून्य होता है।

इसलिए, जब तक कैपेसिटर C1 एक निश्चित स्तर तक चार्ज नहीं हो जाता, तब तक इंडक्टर L2 के माध्यम से कैपेसिटर C2 को चार्ज करना असंभव है, और यह चार्जिंग प्रक्रिया अनिवार्य रूप से समय लेती है। इसी सिद्धांत का तीसरे, चौथे, और आगे के प्रसारण लाइन के खंडों पर भी लागू होता है। इस परिणामस्वरूप, प्रत्येक खंड पर वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ता है। इस वोल्टेज के धीरे-धीरे बढ़ने की प्रक्रिया को एक वोल्टेज तरंग के रूप में देखा जा सकता है, जो लाइन के एक सिरे से दूसरे सिरे तक प्रसारित होती है। संबंधित धारा तरंग इस धीरे-धीरे चार्जिंग प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार होती है। धारा तरंग, जो वोल्टेज तरंग के साथ यात्रा करती है, आसपास के अंतरिक्ष में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। जब ये तरंगें विद्युत नेटवर्क के जंक्शन और समाप्ति तक पहुंचती हैं, तो वे परावर्तन और अपवर्तन का अनुभव करती हैं। एक बहुत सारी लाइनों और जंक्शनों वाले नेटवर्क में, एक घटना तरंग कई यात्री तरंगों की शुरुआत कर सकती है। जैसे-जैसे तरंगें विभाजित होती हैं और बहुत सारे परावर्तनों का अनुभव करती हैं, तरंगों की संख्या महत्वपूर्ण रूप से बढ़ जाती है। हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि परिणामी तरंगों की कुल ऊर्जा कभी भी मूल घटना तरंग की ऊर्जा से अधिक नहीं हो सकती, जो विद्युत प्रणालियों में ऊर्जा संरक्षण के मौलिक नियम का पालन करता है।