Gelombang Perjalanan

Definisi
Gelombang berjalan adalah gelombang sementara yang menciptakan gangguan dan merambat sepanjang garis transmisi dengan kecepatan konstan. Jenis gelombang ini hanya ada dalam jangka waktu singkat (hanya beberapa mikrodetik), namun dapat menyebabkan gangguan signifikan pada garis transmisi. Gelombang sementara terutama dihasilkan di garis transmisi karena operasi seperti pemutusan, gangguan, dan sambaran petir.
Kepentingan Gelombang Berjalan
Gelombang berjalan memainkan peran penting dalam menentukan tegangan dan arus di berbagai titik dalam sistem tenaga. Selain itu, mereka sangat membantu dalam perancangan isolator, perangkat pelindung, isolasi untuk peralatan terminal, dan koordinasi isolasi secara keseluruhan dalam sistem tenaga.
Spesifikasi Gelombang Berjalan
Secara matematis, gelombang berjalan dapat direpresentasikan dalam berbagai cara. Yang paling umum digambarkan dalam bentuk gelombang persegi panjang tak terbatas atau gelombang step. Gelombang berjalan ditandai oleh empat atribut khusus, seperti yang digambarkan dalam gambar di bawah ini.

• Ciri-ciri Gelombang Berjalan
  Puncak: Ini mewakili amplitudo maksimum dari gelombang dan biasanya diukur dalam kilovolt (kV) untuk gelombang tegangan atau kiloampere (kA) untuk gelombang arus.

• Depan: Ini mengacu pada bagian gelombang yang mendahului puncak. Durasi depan diukur sebagai interval waktu dari awal gelombang hingga saat mencapai nilai puncaknya, biasanya dinyatakan dalam milidetik (ms) atau mikrodetik (μs).

• Ekor: Ekor gelombang mencakup bagian yang datang setelah puncak. Didefinisikan oleh waktu yang berlalu dari awal gelombang hingga amplitudo gelombang berkurang menjadi 50% dari nilai puncaknya.
  Polaritas: Ini menunjukkan polaritas tegangan puncak bersama dengan nilai numeriknya. Misalnya, gelombang positif dengan tegangan puncak 500 kV, durasi depan 1 μs, dan durasi ekor 25 μs akan dinyatakan sebagai +500/1.0/25.0.

Lonjakan
Lonjakan adalah jenis khusus gelombang berjalan yang muncul dari pergerakan muatan listrik sepanjang konduktor. Lonjakan ditandai dengan peningkatan tegangan yang sangat cepat dan curam (depan curam), diikuti oleh penurunan tegangan yang lebih bertahap (ekor lonjakan). Ketika lonjakan ini mencapai peralatan terminal seperti kotak kabel, transformator, atau switchgear, mereka dapat berpotensi menyebabkan kerusakan jika peralatan tersebut tidak dilindungi dengan cukup baik.
Gelombang Berjalan pada Garis Transmisi
Garis transmisi adalah rangkaian parameter terdistribusi, yang berarti ia mendukung propagasi gelombang tegangan dan arus. Dalam rangkaian dengan parameter terdistribusi, medan elektromagnetik merambat dengan kecepatan terbatas. Operasi seperti pemutusan dan peristiwa seperti sambaran petir tidak mempengaruhi semua titik rangkaian secara serempak. Sebaliknya, efek-efek tersebut menyebar di seluruh rangkaian dalam bentuk gelombang berjalan dan lonjakan.

Ketika garis transmisi tiba-tiba terhubung ke sumber tegangan dengan menutup saklar, seluruh garis tidak langsung menjadi berenergi. Dengan kata lain, tegangan tidak muncul seketika di ujung jauh garis. Fenomena ini terjadi karena adanya konstanta terdistribusi, yaitu induktansi (L) dan kapasitansi (C) dalam garis bebas kerugian.

Pertimbangkan garis transmisi panjang dengan induktansi (L) dan kapasitansi (C) parameter terdistribusi. Seperti yang digambarkan dalam gambar di bawah ini, garis panjang ini dapat dibagi secara konseptual menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Di sini, S mewakili saklar yang digunakan untuk memulai atau mengakhiri lonjakan selama operasi pemutusan. Ketika saklar ditutup, induktansi L1 pada awalnya bertindak sebagai sirkuit terbuka, sementara kapasitansi C1 bertindak sebagai sirkuit pendek. Pada saat itu, tegangan di bagian berikutnya tidak dapat berubah karena tegangan di seberang kapasitor C1 pada awalnya nol.

Oleh karena itu, sampai kapasitor C1 terisi hingga tingkat tertentu, tidak mungkin untuk mengisi kapasitor C2 melalui induktor L2, dan proses pengisian ini pasti membutuhkan waktu. Prinsip yang sama berlaku untuk bagian ketiga, keempat, dan bagian-bagian berikutnya dari garis transmisi. Akibatnya, tegangan di setiap bagian meningkat secara bertahap. Penumpukan bertahap tegangan sepanjang konduktor transmisi ini dapat divisualisasikan sebagai gelombang tegangan yang merambat dari satu ujung garis ke ujung lainnya. Gelombang arus yang terkait bertanggung jawab atas proses pengisian bertahap ini. Gelombang arus, yang merambat bersama dengan gelombang tegangan, menghasilkan medan magnetik di ruang sekitarnya. Ketika gelombang-gelombang ini mencapai persimpangan dan terminasi dalam jaringan listrik, mereka mengalami refleksi dan refraksi. Dalam jaringan dengan banyak garis dan persimpangan, satu gelombang insiden dapat memicu beberapa gelombang berjalan. Saat gelombang-gelombang ini terbagi dan mengalami refleksi berulang, jumlah gelombang meningkat secara signifikan. Namun, penting untuk dicatat bahwa energi total gelombang hasil tidak akan pernah melebihi energi gelombang insiden asli, sesuai dengan hukum dasar konservasi energi dalam sistem listrik.