Gelombang Perjalanan

Definisi
Gelombang berjalan adalah gelombang sementara yang menciptakan gangguan dan merambat sepanjang garis transmisi dengan kecepatan tetap. Jenis gelombang ini hanya berlangsung selama beberapa mikrodetik, namun dapat menyebabkan gangguan signifikan pada garis transmisi. Gelombang sementara terutamanya dihasilkan dalam garis transmisi akibat operasi seperti pemutusan, kesalahan, dan sambaran petir.
Kepentingan Gelombang Berjalan
Gelombang berjalan memainkan peranan penting dalam menentukan voltan dan arus pada titik-titik berbeza dalam sistem kuasa. Selain itu, mereka sangat membantu dalam reka bentuk isolator, peranti pelindung, isolasi untuk peralatan terminal, dan koordinasi isolasi secara keseluruhan dalam sistem kuasa.
Spesifikasi Gelombang Berjalan
Secara matematik, gelombang berjalan boleh direpresentasikan dalam pelbagai cara. Ia paling sering digambarkan dalam bentuk gelombang segi empat tepi tak terhingga atau gelombang langkah. Gelombang berjalan ditandai oleh empat atribut khusus, seperti yang diperlihatkan dalam gambar di bawah.

• Ciri-ciri Gelombang Berjalan
  Puncak: Ini mewakili amplitud maksimum gelombang dan biasanya diukur dalam kilovolt (kV) untuk gelombang voltan atau kiloamper (kA) untuk gelombang arus.

• Depan: Ia merujuk kepada bahagian gelombang yang mendahului puncak. Tempoh depan diukur sebagai selang masa dari permulaan gelombang hingga ia mencapai nilai puncaknya, biasanya dinyatakan dalam milisecond (ms) atau mikrodetik (µs).

• Ekor: Ekor gelombang meliputi bahagian yang datang selepas puncak. Ia ditakrifkan oleh masa yang berlalu dari permulaan gelombang hingga amplitud gelombang berkurang kepada 50% nilai puncaknya.
  Polariti: Ini menunjukkan polariti voltan puncak bersama-sama dengan nilai numeriknya. Sebagai contoh, gelombang positif dengan voltan puncak 500 kV, tempoh depan 1 µs, dan tempoh ekor 25 µs akan ditandakan sebagai +500/1.0/25.0.

Lonjakan
Lonjakan adalah jenis khusus gelombang berjalan yang timbul daripada pergerakan muatan elektrik sepanjang penghantar. Lonjakan ditandai dengan peningkatan voltan yang sangat cepat dan curam (depan yang curam), diikuti oleh penurunan voltan yang lebih perlahan (ekor lonjakan). Apabila lonjakan ini mencapai peralatan terminal seperti kotak kabel, transformator, atau switchgear, ia boleh menyebabkan kerusakan jika peralatan tersebut tidak dilindungi dengan cukup baik.
Gelombang Berjalan pada Garis Transmisi
Garis transmisi adalah litar parameter terdistribusi, yang bermaksud ia menyokong rambatan gelombang voltan dan arus. Dalam litar dengan parameter terdistribusi, medan elektromagnetik merambat dengan halaju terbatas. Operasi seperti pemutusan dan peristiwa seperti sambaran petir tidak mempengaruhi semua titik litar secara serentak. Sebaliknya, efek-efeknya tersebar di seluruh litar dalam bentuk gelombang berjalan dan lonjakan.

Apabila garis transmisi tiba-tiba disambungkan ke sumber voltan dengan menutup switch, seluruh garis tidak menjadi berenergi secara segera. Dengan kata lain, voltan tidak muncul seketika di hujung jauh garis. Fenomena ini berlaku kerana kehadiran konstanta terdistribusi, iaitu induktansi (L) dan kapasitansi (C) dalam garis tanpa kerugian.

Pertimbangkan garis transmisi panjang dengan induktansi (L) dan kapasitansi (C) parameter terdistribusi. Seperti yang digambarkan dalam gambar di bawah, garis panjang ini boleh dibahagikan secara konseptual ke dalam bahagian-bahagian yang lebih kecil. Di sini, S mewakili switch yang digunakan untuk memulakan atau mengakhiri lonjakan semasa operasi pemutusan. Apabila switch ditutup, induktansi L1 pada mulanya bertindak sebagai litar terbuka, manakala kapasitansi C1 bertindak sebagai litar pendek. Pada saat itu, voltan pada bahagian seterusnya tidak boleh berubah kerana voltan di seberang kapasitansi C1 pada mulanya adalah sifar.

Oleh itu, sehingga kapasitansi C1 dicas hingga tahap tertentu, adalah mustahil untuk mucas kapasitansi C2 melalui induktansi L2, dan proses pencas ini pasti memerlukan masa. Prinsip yang sama berlaku untuk bahagian ketiga, keempat, dan seterusnya dalam garis transmisi. Akibatnya, voltan pada setiap bahagian meningkat secara beransur-ansur. Penumpuan voltan beransur-ansur sepanjang penghantar transmisi ini boleh divisualisasikan sebagai gelombang voltan yang merambat dari satu hujung garis ke hujung yang lain. Gelombang arus yang berkaitan bertanggungjawab atas proses pencas beransur-ansur ini. Gelombang arus, yang merambat bersama dengan gelombang voltan, menghasilkan medan magnetik di ruang sekitarnya. Apabila gelombang-gelombang ini mencapai pertemuan dan penghujung dalam rangkaian elektrik, mereka mengalami pantulan dan pembiasan. Dalam rangkaian dengan banyak garis dan pertemuan, gelombang insiden tunggal boleh memulakan beberapa gelombang berjalan. Seiring dengan gelombang-gelombang yang terpecah dan mengalami banyak pantulan, jumlah gelombang bertambah secara signifikan. Walau bagaimanapun, penting untuk diingat bahawa tenaga total gelombang hasil tidak akan melebihi tenaga gelombang insiden asal, mematuhi undang-undang asas pemeliharaan tenaga dalam sistem elektrik.