行波

定義
進行波は、送電線を一定の速度で伝播する一時的な波であり、短時間（数マイクロ秒）だけ存在しますが、送電線に大きな影響を与えることがあります。この種の波は主にスイッチング操作、障害、落雷によって生成されます。
進行波の重要性
進行波は、電力システム内の様々なポイントでの電圧と電流を決定する上で重要な役割を果たします。また、絶縁体、保護装置、端末設備の絶縁、および電力システム全体の絶縁調整の設計においても重要な役割を果たします。
進行波の仕様
数学的には、進行波は複数の方法で表現できます。最も一般的には無限の矩形波またはステップ波の形式で示されます。進行波は以下の図に示すように4つの特定の属性によって特徴付けられます。

• 進行波の特性
  波峰：これは波の最大振幅を表し、通常は電圧波ではキロボルト（kV）、電流波ではキロアンペア（kA）で測定されます。

• 前縁：これは波峰の前にある部分を指します。前縁の持続時間は、波の開始から波峰値に達するまでの時間間隔で測定され、通常ミリ秒（ms）またはマイクロ秒（µs）で表されます。

• 後縁：後縁は波峰の後に来る部分を含みます。これは波の開始から波の振幅が波峰値の50%に減少するまでの時間を定義します。
  極性：これは波峰電圧の極性とその数値を示します。例えば、波峰電圧が500 kV、前縁持続時間が1 µs、後縁持続時間が25 µsの正の波は+500/1.0/25.0と表記されます。

サージ
サージは、導体内を動く電荷から生じる特定のタイプの進行波です。サージは、電圧が非常に急速かつ急激に上昇（急な前縁）した後、より徐々に電圧が下がる（サージの後縁）という特徴があります。これらのサージがケーブルボックス、変圧器、またはスイッチギアなどの端末設備に到達すると、適切に保護されていない場合、損傷の可能性があります。
送電線における進行波
送電線は分布パラメータ回路であり、電圧と電流の波の伝播をサポートします。分布パラメータを持つ回路では、電磁場は有限の速度で伝播します。スイッチング操作や落雷などのイベントは、回路のすべての点を同時に影響させません。代わりに、これらの効果は進行波やサージの形で回路全体に広がります。

送電線がスイッチを閉じて突然電源に接続されたとき、全線が瞬時に充電されるわけではありません。つまり、電圧は直ちに線路の遠端には現れません。これは、損失のない線路に分布定数であるインダクタンス（L）とキャパシタンス（C）があるためです。

分布パラメータインダクタンス（L）とキャパシタンス（C）を持つ長い送電線を考えます。以下の図に示すように、この長い線路は概念的に小さなセクションに分割することができます。ここで、Sはスイッチング操作中にサージを開始または終了するために使用されるスイッチを表します。スイッチが閉じられたとき、最初にインダクタンスL1は開回路として動作し、キャパシタンスC1は短絡回路として動作します。その瞬間、キャパシタンスC1の電圧が最初にゼロであるため、次のセクションの電圧は変化しません。

したがって、キャパシタンスC1が一定のレベルまで充電されるまで、インダクタL2を通じてキャパシタンスC2を充電することは不可能であり、この充電プロセスは必然的に時間がかかります。同じ原理が送電線の第3、第4、そしてその後のセクションにも適用されます。結果として、各セクションの電圧は徐々に増加します。この送電線沿いの電圧の徐々の上昇は、線路の一端から他端へと伝播する電圧波として視覚化できます。関連する電流波はこの徐々の充電プロセスを担います。電流波は電圧波とともに伝播し、周囲の空間に磁場を生成します。これらの波が電気ネットワーク内の接合部や終端に到達すると、反射と屈折が起こります。多くの線路と接合部を持つネットワークでは、単一の入射波が複数の進行波を開始することがあります。波が分割され、複数の反射を受けるにつれて、波の数は大幅に増加します。ただし、結果の波の総エネルギーが元の入射波のエネルギーを超えることはありません。これは、電気システムにおけるエネルギー保存の基本法則に従うからです。