यात्रुक तरंग

परिभाषा
यात्रुक तरंग एक अस्थायी तरंग हो जो एक विक्षेपण बनाता है और एक स्थिर गति से प्रसारण लाइन में प्रसारित होता है। यह प्रकार की तरंग केवल एक छोटे समय के लिए (केवल कुछ माइक्रोसेकेण्ड) मौजूद रहती है, फिर भी यह प्रसारण लाइन में महत्वपूर्ण विक्षेपण उत्पन्न कर सकती है। अस्थायी तरंगें मुख्य रूप से स्विचिंग, दोष, और बिजली की चार्ज के कारण प्रसारण लाइन में उत्पन्न होती हैं।
यात्रुक तरंगों का महत्व
यात्रुक तरंगें विद्युत प्रणाली के विभिन्न बिंदुओं पर वोल्टेज और धारा को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। इसके अलावा, वे आइसोलेटर, सुरक्षा उपकरण, टर्मिनल उपकरणों के लिए आइसोलेशन, और विद्युत प्रणाली में समग्र आइसोलेशन समन्वय के डिज़ाइन में महत्वपूर्ण हैं।
यात्रुक तरंगों की विशेषताएं
गणितीय रूप से, यात्रुक तरंग को अनेक तरीकों से दर्शाया जा सकता है। इसे सबसे अधिक एक अनंत आयताकार तरंग या एक स्टेप तरंग के रूप में दर्शाया जाता है। एक यात्रुक तरंग नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए चार विशिष्ट विशेषताओं से विशिष्ट होती है।

• यात्रुक तरंगों की विशेषताएं
  शिखर: यह तरंग की अधिकतम आयाम को दर्शाता है और आमतौर पर वोल्टेज तरंगों के लिए किलोवोल्ट (kV) या धारा तरंगों के लिए किलोएम्पियर (kA) में मापा जाता है।

• फ्रंट: यह तरंग का वह भाग है जो शिखर से पहले आता है। फ्रंट की अवधि को तरंग की शुरुआत से लेकर शिखर मान तक पहुंचने तक के समय अंतराल के रूप में मापा जाता है, आमतौर पर मिलीसेकेण्ड (ms) या माइक्रोसेकेण्ड (µs) में व्यक्त किया जाता है।

• टेल: टेल तरंग का वह भाग है जो शिखर के बाद आता है। यह तरंग की शुरुआत से लेकर तरंग की आयाम 50% शिखर मान तक घटने तक के समय द्वारा परिभाषित होता है।
  ध्रुवता: यह शिखर वोल्टेज की ध्रुवता और इसके संख्यात्मक मान को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, एक धनात्मक तरंग जिसका शिखर वोल्टेज 500 kV, फ्रंट अवधि 1 µs, और टेल अवधि 25 µs है, +500/1.0/25.0 द्वारा दर्शाया जाएगा।

सर्ज
सर्ज एक विशिष्ट प्रकार की यात्रुक तरंग है जो एक चालक में विद्युत चार्जों के चलन से उत्पन्न होती है। सर्जों का विशेष लक्षण वोल्टेज में बहुत तेज और तीव्र वृद्धि (तीव्र फ्रंट) होती है, जिसके बाद वोल्टेज में धीमी रूप से कमी आती है (सर्ज टेल)। जब ये सर्ज केबल बॉक्स, ट्रांसफार्मर, या स्विचगियर जैसे टर्मिनल उपकरणों तक पहुंचते हैं, तो ये उपकरणों को क्षति पहुंचा सकते हैं यदि उनका उचित रूप से सुरक्षा नहीं की गई है।
प्रसारण लाइनों पर यात्रुक तरंगें
एक प्रसारण लाइन एक वितरित-पैरामीटर सर्किट है, जिसका अर्थ है कि यह वोल्टेज और धारा तरंगों के प्रसारण का समर्थन करती है। वितरित-पैरामीटर सर्किट में, विद्युत चुंबकीय क्षेत्र सीमित गति से प्रसारित होता है। स्विचिंग जैसी ऑपरेशन और बिजली की चार्ज जैसी घटनाएं सर्किट के सभी बिंदुओं को एक साथ प्रभावित नहीं करती हैं। बल्कि, उनके प्रभाव यात्रुक तरंगों और सर्जों के रूप में सर्किट में फैलते हैं।

जब एक प्रसारण लाइन को एक वोल्टेज स्रोत से अचानक जोड़ा जाता है तो पूरी लाइन तुरंत ऊर्जाबद्ध नहीं होती है। दूसरे शब्दों में, वोल्टेज लाइन के दूर के छोर पर तुरंत नहीं दिखाई देता है। यह घटना वितरित स्थिरांकों, जैसे इंडक्टेंस (L) और कैपेसिटेंस (C) की उपस्थिति के कारण होती है।

वितरित-पैरामीटर इंडक्टेंस (L) और कैपेसिटेंस (C) वाली एक लंबी प्रसारण लाइन को ध्यान में रखें। नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए अनुसार, यह लंबी लाइन को छोटे खंडों में अवधारणात्मक रूप से विभाजित किया जा सकता है। यहाँ, S स्विचिंग ऑपरेशन के दौरान सर्जों को शुरू या समाप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्विच को दर्शाता है। जब स्विच बंद किया जाता है, तो इंडक्टेंस L1 शुरुआत में एक खुला सर्किट की तरह व्यवहार करता है, जबकि कैपेसिटेंस C1 एक छोटा सर्किट की तरह व्यवहार करता है। उसी समय, अगले खंड का वोल्टेज बदल नहीं सकता क्योंकि कैपेसिटर C1 के द्वारा वोल्टेज शुरुआत में शून्य होता है।

इसलिए, जब तक कैपेसिटर C1 एक निश्चित स्तर तक चार्ज नहीं हो जाता, तब तक इंडक्टर L2 के माध्यम से कैपेसिटर C2 को चार्ज नहीं किया जा सकता, और यह चार्जिंग प्रक्रिया निश्चित रूप से समय लेती है। इसी सिद्धांत का तीसरे, चौथे, और अगले खंडों पर भी लागू होता है। इस परिणामस्वरूप, प्रत्येक खंड का वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ता है। यह वोल्टेज का धीरे-धीरे बढ़ना प्रसारण चालक के दूसरे छोर से एक वोल्टेज तरंग के रूप में प्रसारित होने का दृश्य होता है। संबद्ध धारा तरंग इस धीरे-धीरे चार्जिंग प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार होती है। धारा तरंग, जो वोल्टेज तरंग के साथ यात्रा करती है, आसपास के अंतरिक्ष में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। जब ये तरंगें विद्युत नेटवर्क के जंक्शन और टर्मिनेशन तक पहुंचती हैं, तो वे प्रतिबिंबित और अपवर्तित होती हैं। अनेक लाइनों और जंक्शनों वाले नेटवर्क में, एक घटना तरंग अनेक यात्रुक तरंगों को शुरू कर सकती है। जब तरंगें विभाजित होती हैं और अनेक प्रतिबिंबित होती हैं, तो तरंगों की संख्या में बहुत बढ़ोतरी होती है। हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि फलस्वरूप तरंगों की कुल ऊर्जा कभी भी मूल घटना तरंग की ऊर्जा से अधिक नहीं हो सकती, जो विद्युत प्रणालियों में ऊर्जा संरक्षण के मूल नियम का पालन करती है।