Bazni val

Definicija
Putujuća valna je privremeni val koji stvara perturbaciju i širi se duž prijenosne linije stalnom brzinom. Ovaj tip vala postoji samo kratko vrijeme (samo nekoliko mikrosekundi), ali može uzrokovati značajne perturbacije u prijenosnoj liniji. Privremeni valovi generiraju se u prijenosnoj liniji uglavnom zbog operacija poput prekidačkih radnji, grešaka i udara bljesnava.
Važnost putujućih valova
Putujući valovi igraju ključnu ulogu u određivanju napona i struja na različitim točkama unutar sustava snage. Također su važni za dizajn izolatora, zaštitnih uređaja, izolacije terminalnog opreme te ukupne koordinacije izolacije u sustavu snage.
Specifikacije putujućih valova
Matematički, putujući val može se predstaviti na više načina. Najčešće se prikazuje u obliku beskonačnog pravokutnog vala ili korak vala. Putujući val karakterizira četiri specifična atributa, kako je ilustrirano na sljedećoj slici.

• Karakteristike putujućih valova
  Vrh: To predstavlja maksimalnu amplitudu vala i obično se mjeri u kilovoltima (kV) za naponske valove ili kiloamperima (kA) za strujne valove.

• Front: To se odnosi na dio vala koji slijedi ispred vrha. Trajanje fronta mjeri se kao vremenski interval od početka vala do trenutka kada doseže svoju vrhovnu vrijednost, obično izraženo u milisekundama (ms) ili mikrosekundama (μs).

• Rep: Rep vala obuhvaća dio koji dolazi nakon vrha. Definira se vremenom proteklim od početka vala do trenutka kada amplituda vala smanji se na 50% njegove vrhovne vrijednosti.
  Polaritet: To označava polaritet vrhovnog napona zajedno s njegovom numeričkom vrijednošću. Na primjer, pozitivni val s vrhovnim naponom od 500 kV, trajanjem fronta od 1 μs i trajanjem repa od 25 μs bi se označio kao +500/1.0/25.0.

Talasi
Talas je specifičan tip putujućeg vala koji nastaje zbog gibanja električnih nabojaka duž voditelja. Talasi karakteriziraju se vrlo brzim i strmim porastom napona (strmi front), nakon čega slijedi postepen pad napona (rep talasa). Kada ovi talasi stignu do terminalne opreme poput škrinja za kablove, transformatora ili prekidača, mogu potencijalno uzrokovati oštećenje ako oprema nije dovoljno zaštićena.
Putujući valovi na prijenosnim linijama
Prijenosna linija je distribuirani parametarski krug, što znači da podržava širenje naponskih i strujnih valova. U krugu s distribuiranim parametrima, elektromagnetsko polje širi se konstantnom brzinom. Operacije poput prekidačkih radnji i događaji poput udara bljesnava ne utječu istovremeno na sve točke kruga. Umjesto toga, njihovi efekti se šire kroz krug u obliku putujućih valova i talasa.

Kada se prijenosna linija naglo spoji s naponskim izvorom zatvaranjem prekidača, cijela linija se ne energizira odmah. Drugim riječima, napon se ne pojavi odmah na dalekoj strani linije. Ovaj fenomen događa se zbog prisutnosti distribuiranih konstanti, to jest induktivnosti (L) i kapacitivnosti (C) u liniji bez gubitaka.

Promotrimo dugu prijenosnu liniju s distribuiranom induktivnošću (L) i kapacitivnošću (C). Kao što je prikazano na sljedećoj slici, ova duga linija se može konceptualno podijeliti na manje dijelove. Ovdje, S predstavlja prekidač koji se koristi za pokretanje ili prestanak talasa tijekom prekidačkih radnji. Kada se prekidač zatvori, induktivnost L1 početno djeluje kao otvoreni krug, dok kapacitivnost C1 djeluje kao zatvoreni krug. U tom trenutku, napon u sljedećem dijelu ne može se promijeniti jer je napon na kondenzatoru C1 inicijalno nula.

Stoga, dok se kondenzator C1 ne napuni do određene razine, nemoguće je napuniti kondenzator C2 kroz induktor L2, a ovaj proces napunjavanja neizbježno zahtijeva vrijeme. Ista principa se primjenjuje na treći, četvrti i sljedeće dijelove prijenosne linije. Rezultat je postepeni porast napona u svakom dijelu. Taj postepeni porast napona duž voditelja može se vizualizirati kao naponski val koji se širi od jednog kraja linije do drugog. Pridruženi strujni val odgovoran je za ovaj postepeni proces napunjavanja. Strujni val, koji se kreće uz naponski val, generira magnetsko polje u okolnom prostoru. Kada ovi valovi stignu do prijelaza i završetaka u električnoj mreži, podliježu refleksiji i refrakciji. U mreži s brojnim linijama i prijelazima, jedan incidentni val može pokrenuti više putujućih valova. Dok se valovi dijele i podliježu više refleksija, broj valova značajno raste. Međutim, važno je napomenuti da ukupna energija rezultirajućih valova nikada ne može premašiti energiju originalnog incidentnog vala, što se slaže s fundamentalnim zakonom održanja energije u električnim sustavima.