Reizende golf

Definitie
Een trekkende golf is een tijdelijke golf die een verstoring veroorzaakt en zich met constante snelheid langs een overlijning voortplant. Deze soort golf bestaat slechts voor een korte periode (slechts enkele microseconden), maar kan aanzienlijke verstoringen in de overlijning veroorzaken. Tijdelijke golven ontstaan in de overlijning voornamelijk door operaties zoals schakelen, storingen en blikseminslagen.
Belang van Trekkende Golven
Trekkende golven spelen een cruciale rol bij het bepalen van de spanningen en stromen op verschillende punten binnen het elektriciteitsnet. Bovendien zijn ze essentieel voor het ontwerp van isolatoren, beschermingsapparatuur, isolatie voor eindapparatuur en de algemene isolatiecoördinatie in het elektriciteitsnet.
Specificaties van Trekkende Golven
Wiskundig gezien kan een trekkende golf op verschillende manieren worden weergegeven. Het wordt meestal afgebeeld in de vorm van een oneindige rechthoekige golf of een trapsgolf. Een trekkende golf wordt gekenmerkt door vier specifieke attributen, zoals getoond in de onderstaande figuur.

• Kenmerken van Trekkende Golven
  Top: Dit vertegenwoordigt de maximale amplitude van de golf en wordt meestal gemeten in kilovolts (kV) voor spanninggolven of kiloamperes (kA) voor stroomgolven.

• Front: Hiermee wordt het deel van de golf bedoeld dat voor de top komt. De duur van het front wordt gemeten als de tijdsduur vanaf het begin van de golf tot het moment dat deze zijn topwaarde bereikt, doorgaans uitgedrukt in milliseconden (ms) of microseconden (µs).

• Staart: De staart van de golf omvat het deel dat na de top komt. Het wordt gedefinieerd door de tijd die verstrijkt vanaf het begin van de golf tot het moment dat de amplituded van de golf afneemt tot 50% van zijn topwaarde.
  Polariteit: Dit geeft de polariteit van de topspanning samen met de numerieke waarde aan. Bijvoorbeeld, een positieve golf met een topspanning van 500 kV, een frontduur van 1 µs en een staartduur van 25 µs zou worden aangeduid als +500/1.0/25.0.

Overstroomingen
Een overstrooming is een specifiek type trekkende golf dat ontstaat door de beweging van elektrische ladingen langs een geleider. Overstroomingen worden gekenmerkt door een zeer snelle en steile toename van de spanning (het steile front), gevolgd door een langzamer afnemen van de spanning (de staart van de overstrooming). Wanneer deze overstroomingen eindapparatuur zoals kabeldozen, transformatoren of schakelapparatuur bereiken, kunnen ze potentieel schade veroorzaken als het apparaat niet adequaat beschermd is.
Trekkende Golven op Overlijningen
Een overlijning is een circuit met verdeelde parameters, wat betekent dat het de voortplanting van spanning- en stroomgolven ondersteunt. In een circuit met verdeelde parameters propageert het elektromagnetische veld met een eindige snelheid. Operaties zoals schakelen en gebeurtenissen zoals blikseminslagen hebben niet onmiddellijk effect op alle punten van het circuit. In plaats daarvan verspreiden hun effecten zich over het circuit in de vorm van trekkende golven en overstroomingen.

Wanneer een overlijning plotseling wordt verbonden met een spanningbron door het sluiten van een schakelaar, wordt de hele lijn niet onmiddellijk geladen. Met andere woorden, de spanning verschijnt niet onmiddellijk aan het einde van de lijn. Dit fenomeen komt door de aanwezigheid van verdeelde constanten, namelijk zelfinductie (L) en capaciteit (C) in een verliesvrije lijn.

Overweeg een lange overlijning met verdeelde-parameter zelfinductie (L) en capaciteit (C). Zoals in de onderstaande figuur wordt getoond, kan deze lange lijn conceptueel worden verdeeld in kleinere secties. Hierbij staat S voor de schakelaar die wordt gebruikt om overstroomingen tijdens schakeloperaties te initiëren of te beëindigen. Wanneer de schakelaar wordt gesloten, werkt de zelfinductie L1 eerst als een open circuit, terwijl de capaciteit C1 werkt als een kortsluiting. Op dat moment kan de spanning in de volgende sectie niet veranderen omdat de spanning over condensator C1 aanvankelijk nul is.

Daarom is het onmogelijk om condensator C2 via zelfinductie L2 te laden totdat condensator C1 tot een bepaald niveau is opgeladen, en dit laadproces neemt onvermijdelijk tijd in beslag. Dezelfde principes gelden voor de derde, vierde en volgende secties van de overlijning. Als gevolg hiervan neemt de spanning in elke sectie geleidelijk toe. Deze geleidelijke toename van de spanning langs de geleider kan worden gevisualiseerd als een spanningsgolf die zich van het ene uiteinde van de lijn naar het andere voortplant. De daarmee gepaard gaande stroomgolf is verantwoordelijk voor dit geleidelijke laadproces. De stroomgolf, die parallel met de spanningsgolf reist, genereert een magnetisch veld in de omringende ruimte. Wanneer deze golven knooppunten en eindpunten in het elektriciteitsnet bereiken, ondergaan ze reflectie en breking. In een netwerk met vele lijnen en knooppunten kan één incidentele golf meerdere trekkende golven initiëren. Terwijl de golven splitsen en meerdere reflecties ondergaan, neemt het aantal golven aanzienlijk toe. Het is echter belangrijk op te merken dat de totale energie van de resulterende golven nooit de energie van de oorspronkelijke incidentele golf kan overschrijden, in overeenstemming met de fundamentele wet van energiebehoud in elektrische systemen.