د روان پرې شوی موج

تعریف
موج مسافر موج کوتاهی است که اختلال ایجاد می‌کند و با سرعت ثابت در طول خط انتقال حرکت می‌کند. این نوع موج تنها برای مدت کوتاه (فقط چند میکروثانیه) وجود دارد، اما می‌تواند اختلالات قابل توجهی در خط انتقال ایجاد کند. موج‌های کوتاه عمدتاً به دلیل عملیاتی مانند تغییر وضعیت، خرابی‌ها و ضربه‌های برق زن در خط انتقال ایجاد می‌شوند.
اهمیت موج‌های مسافر
موج‌های مسافر نقش مهمی در تعیین ولتاژ و جریان در نقاط مختلف سیستم برق دارند. علاوه بر این، آنها در طراحی عایق‌ها، دستگاه‌های محافظ، عایق‌بندی تجهیزات پایانه‌ای و هماهنگی کلی عایق‌بندی در سیستم برق موثر هستند.
مشخصات موج‌های مسافر
از نظر ریاضی، موج مسافر می‌تواند به چندین شکل نمایش داده شود. به طور معمول به صورت موج مستطیلی نامتناهی یا موج پله‌ای نمایش داده می‌شود. موج مسافر توسط چهار ویژگی خاص مشخص می‌شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

• ویژگی‌های موج‌های مسافر
  قمم: این بخش نشان‌دهنده حداکثر دامنه موج است و معمولاً به کیلوولت (kV) برای موج‌های ولتاژ یا کیلوآمپر (kA) برای موج‌های جریان اندازه‌گیری می‌شود.

• قسمت جلو: این بخش به قسمتی از موج گفته می‌شود که قبل از قممه قرار دارد. مدت زمان قسمت جلو به عنوان فاصله زمانی از شروع موج تا زمانی که موج به مقدار قممه خود می‌رسد، معمولاً به میلی‌ثانیه (ms) یا میکروثانیه (µs) بیان می‌شود.

• قسمت پشت: قسمت پشت موج شامل بخشی است که بعد از قممه قرار دارد. این بخش توسط زمانی که از شروع موج تا زمانی که دامنه موج به ۵۰٪ مقدار قممه خود کاهش می‌یابد، تعریف می‌شود.
  قطبیت: این بخش نشان‌دهنده قطبیت ولتاژ قممه همراه با مقدار عددی آن است. به عنوان مثال، موج مثبت با ولتاژ قممه ۵۰۰ kV، مدت زمان قسمت جلو ۱ µs و مدت زمان قسمت پشت ۲۵ µs به صورت +۵۰۰/۱.۰/۲۵.۰ نشان داده می‌شود.

جنبش‌ها
جنبش نوع خاصی از موج مسافر است که از حرکت بارهای الکتریکی در طول رسانا ایجاد می‌شود. جنبش‌ها توسط افزایش بسیار سریع و تیز ولتاژ (قسمت جلو تیز) و دنباله‌ای کم‌تر تدریجی از ولتاژ (دنباله جنبش) مشخص می‌شوند. وقتی این جنبش‌ها به تجهیزات پایانه‌ای مانند جعبه‌های کابل، ترانسفورماتورها یا دستگاه‌های کلیدزنی می‌رسند، می‌توانند در صورت عدم محافظت کافی تجهیزات، آسیب‌رسانی کنند.
موج‌های مسافر در خطوط انتقال
خط انتقال یک مدار با پارامترهای توزیع شده است که به معنای حمایت از انتشار موج‌های ولتاژ و جریان است. در یک مدار با پارامترهای توزیع شده، میدان الکترومغناطیسی با سرعت محدود منتشر می‌شود. عملیات مانند تغییر وضعیت و حوادث مانند ضربه‌های برق زن تمام نقاط مدار را همزمان تحت تأثیر قرار نمی‌دهند. بلکه اثرات آنها به صورت موج‌های مسافر و جنبش‌ها در مدار گسترده می‌شوند.

وقتی یک خط انتقال به طور ناگهانی با بستن یک کلید به منبع ولتاژ متصل می‌شود، کل خط فوراً تغذیه نمی‌شود. به عبارت دیگر، ولتاژ فوراً در انتهای دور خط ظاهر نمی‌شود. این پدیده به دلیل وجود مقادیر توزیع شده، یعنی القای (L) و ظرفیت (C) در یک خط بدون زیان اتفاق می‌افتد.

در نظر بگیرید یک خط انتقال بلند با القای (L) و ظرفیت (C) توزیع شده. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، این خط بلند می‌تواند به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم شود. در اینجا S نشان‌دهنده کلیدی است که برای شروع یا پایان دادن به جنبش‌ها در عملیات تغییر وضعیت استفاده می‌شود. وقتی کلید بسته می‌شود، القای L1 ابتدا به عنوان یک مدار باز عمل می‌کند، در حالی که ظرفیت C1 به عنوان یک مدار کوتاه عمل می‌کند. در همان لحظه، ولتاژ در بخش بعدی نمی‌تواند تغییر کند زیرا ولتاژ روی ظرفیت C1 ابتدا صفر است.

بنابراین، تا زمانی که ظرفیت C1 به حدی مشخص شارژ شود، امکان شارژ کردن ظرفیت C2 از طریق القای L2 وجود ندارد و این فرآیند شارژ کردن حتماً زمان می‌برد. همین اصل برای بخش‌های سوم، چهارم و بخش‌های بعدی خط انتقال نیز صدق می‌کند. در نتیجه، ولتاژ در هر بخش به تدریج افزایش می‌یابد. این افزایش تدریجی ولتاژ در طول رسانا می‌تواند به عنوان یک موج ولتاژ که از یک انتهای خط به انتهای دیگر حرکت می‌کند، تصویرسازی شود. موج جریان مرتبط با این فرآیند شارژ کردن تدریجی میدان مغناطیسی در فضای اطراف ایجاد می‌کند. وقتی این موج‌ها به گره‌ها و پایانه‌های شبکه برق می‌رسند، بازتاب و شکست می‌خورند. در یک شبکه با خطوط و گره‌های زیاد، یک موج ورودی می‌تواند چندین موج مسافر را آغاز کند. با تجزیه و بازتاب‌های چندگانه موج‌ها، تعداد موج‌ها به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. اما باید توجه داشت که انرژی کلی موج‌های نتیجه‌ای هرگز نمی‌تواند از انرژی موج ورودی اولیه بیشتر باشد و این امر به قانون اساسی حفظ انرژی در سیستم‌های برق مطابقت دارد.