Utazóhullám

Definíció
A futó hullám egy átmeneti hullám, amely zavaró hatást gyakorol és állandó sebességgel terjed a továbbítási vonalon. Ez a hullám típusa rövid időre (csak néhány mikropercre) létezik, mégis jelentős zavart okozhat a továbbítási vonalon. Az átmeneti hullámok főleg kapcsoló műveletek, hibák és villámlések miatt jelennek meg a továbbítási vonalon.
A Futó Hullámok Jelentősége
A futó hullámok kulcsszerepet játszanak a feszültségek és áramok meghatározásában a különböző pontokon a villamos rendszerben. Ezenkívül alapvetőek a szigetelők, védelmi eszközök, végponti berendezések szigetelése, valamint az általános szigetelési koordináció tervezésében a villamos rendszerben.
A Futó Hullámok Specifikációi
Matematikailag a futó hullámot többféleképpen is ábrázolhatjuk. Leggyakrabban végtelen téglalap alakú hullámként vagy lépcső alakú hullámként ábrázolják. A futó hullámot négy specifikus attribútum jellemli, ahogy az az alábbi ábrán látható.

• A Futó Hullámok Jellemzői
  Csúcs: Ez a hullám maximális amplitúdusa, amely általában kilovoltban (kV) van mérve a feszültség hullámok esetén, vagy kiloamperben (kA) az áram hullámok esetén.

• Előtér: Ez a rész a hullámnak, ami a csúcstól előz meg. Az előtér időtartama a hullám kezdete és a csúcseredmény elérése közötti időintervallum, általában millisekundumban (ms) vagy mikrosekundumban (µs) fejezi ki.

• Háttér: A hullám háttér része a csúcs utáni részt jelenti. A háttér időtartama a hullám kezdete és a hullám amplitúdusa 50%-os csökkenése között eltelt idő.
  Polaritás: Ez a csúcsfeszültség polaritását és numerikus értékét jelöli. Például, egy pozitív hullám, aminek a csúcsterméke 500 kV, az előtér időtartama 1 µs, a háttér időtartama pedig 25 µs, úgy jelölhető, mint +500/1.0/25.0.

Felfutások
A felfutás a futó hullám speciális típusa, amely a töltések mozgásából ered a vezetőben. A felfutások jellemzően nagyon gyors és meredek feszültségemelkedéssel (a meredek előtér) kezdődnek, majd lassabb feszültség-csökkenéssel (a felfutasz háttér). Amikor ezek a felfutások olyan végponti berendezésekhez érnek, mint a kábelek dobozai, transzformátorok vagy kapcsolókészülékek, potenciálisan károsodást okozhatnak, ha a berendezések nem megfelelően védettek.
Futó Hullámok Továbbítási Vonalakon
Egy továbbítási vonal disztribuált paraméterű áramkör, ami azt jelenti, hogy támogatja a feszültség- és áramhullámok terjedését. Disztribuált paraméterű áramkörben az elektromágneses mező véges sebességgel terjed. A kapcsoló műveletek és a villámlések nem egyszerre érik a circuit minden pontját. Ehelyett hatásaik futó hullámok és felfutások formájában terjednek a circuiten.

Amikor egy továbbítási vonalt váratlanul kapcsolnak egy feszültségforráshoz, a teljes vonal nem energizálódik azonnal. Más szóval, a feszültség nem jelenik meg azonnal a vonal távoli végén. Ez a jelenség a disztribuált konstansok, nevezetesen a tekercs (L) és a kapacitás (C) jelenlétének köszönhető egy veszteségmentes vonalon.

Fontoljuk meg egy hosszú továbbítási vonalt, amely disztribuált paraméterű tekercs (L) és kapacitással (C) rendelkezik. Ahogy az alábbi ábrán látható, ezt a hosszú vonalt koncepcionálisan kisebb szakaszokra lehet osztani. Itt S a kapcsolót jelenti, amelyet a kapcsoló műveletek során használnak a felfutások indításához vagy leállításához. Amikor a kapcsoló bezár, a tekercs L1 kezdetben nyitott áramkörként működik, míg a kapacitás C1 rövidzáras áramkörként. Pontosan ebben a pillanatban a következő szakasz feszültsége nem változhat, mert a C1 kapacitáson átmenő feszültség kezdetben nulla.

Tehát, amíg a C1 kapacitás bizonyos szintig nem töltődik fel, lehetetlen a C2 kapacitást az L2 tekercsen keresztül feltölteni, és ez a feltöltési folyamat szükségképpen időt vesz igénybe. Ugyanez a princípium érvényes a továbbítási vonal harmadik, negyedik és további szakaszaiban is. Így a feszültség minden szakaszban fokozatosan növekszik. Ez a feszültség fokozatos emelkedése a továbbítási vezetőnél vizualizálható, mint egy feszültséghullám, amely a vonal egyik végéről a másik végéig terjed. A hozzá tartozó áramhullám felelős ennek a fokozatos feltöltési folyamatnak. Az áramhullám, amely a feszültséghullámmal együtt terjed, elektromágneses mezőt generál a környező térben. Amikor ezek a hullámok csomópontokhoz és végpontokhoz érnek a villamos hálózatban, tükröződnek és törvényileg viselkednek. Sok vonallal és csomóponttal rendelkező hálózatban egyetlen incidenseboli hullám több futó hullámot is indíthat. Ahogy a hullámok szétesnek és többszörös tükröződést átesnek, a hullámok száma jelentősen növekszik. Fontos azonban, hogy a keletkező hullámok teljes energia soha nem haladhatja meg az eredeti incidenseboli hullám energiáját, ami az elektromos rendszerekben az energiaconservation alaptörvényének megfelel.