Begunska valovanje

Definicija
Potujoča valovanje je prehodno valovanje, ki ustvarja motnje in se širi po prenosni liniji s stalno hitrostjo. Ta vrsta valovanja obstaja za kratek čas (samo nekaj mikrosekund), vendar lahko povzroči znatne motnje v prenosni liniji. Prehodna valovanja so generirana v prenosni liniji predvsem zaradi operacij, kot so preklopi, napaki in negove udarce.
Pomen potujočega valovanja
Potujoče valovanje igra ključno vlogo pri določanju napetosti in tokov na različnih točkah v električnem sistemu. Poleg tega so zelo uporabne pri oblikovanju izolatorjev, zaščitnih naprav, izolacije končnih naprav in splošne koordinacije izolacije v električnem sistemu.
Specifikacije potujočega valovanja
Matematično se potujoče valovanje lahko predstavi na več načinov. Najpogosteje je prikazano v obliki neskončnega pravokotnega vala ali stopnjevalnega vala. Potujoče valovanje je karakterizirano s štirimi specifičnimi atributi, kot je prikazano na spodnji sliki.

• Značilnosti potujočega valovanja
  Vrh: To predstavlja maksimalno amplitudo vala in se tipično meri v kilovoltih (kV) za valove napetosti ali kiloamperih (kA) za valove toka.

• Fronta: Sklicuje se na del vala, ki ga prehaja pred vrhom. Trajanje fronte se meri kot časovni interval od začetka vala do trenutka, ko doseže svojo vrhovno vrednost, običajno izraženo v milisekundah (ms) ali mikrosekundah (μs).

• Rep: Rep vala zajema del, ki sledi vrhu. Določen je s časom, ki minel od začetka vala do trenutka, ko amplituda vala pada na 50% njegove vrhovne vrednosti.
  Polariteta: To kaže polariteto vrhove napetosti skupaj s numerično vrednostjo. Na primer, pozitiven val z vrhovno napetostjo 500 kV, trajanjem fronte 1 μs in trajanjem repa 25 μs bi bil označen kot +500/1.0/25.0.

Napeti
Napetost je posebna vrsta potujočega valovanja, ki izhaja iz gibanja električnih nabojov po vodniku. Napeti so karakterizirani z zelo hitrim in strmim povečanjem napetosti (strma fronta), ki je sledi bolj postopno zmanjševanje napetosti (rep napeta). Ko te napeti dosežejo končno opremo, kot so škatle za kable, transformatorji ali preklopne naprave, lahko povzročijo škodo, če oprema ni zadostno zaščitena.
Potujoče valovanje na prenosnih linijah
Prenosna linija je distribuiran parameter circuit, kar pomeni, da podpira širjenje valov napetosti in toka. V circuitu s distribuiranimi parametri se elektromagnetno polje širi z končno hitrostjo. Operacije, kot so preklopi, in dogodki, kot so negovi udarci, ne vplivajo hkrati na vse točke circuita. Namesto tega se njihove učinke razširijo po circuitu v obliki potujočih valov in napetosti.

Ko je prenosna linija nenadoma povezana z virom napetosti z zaprtjem preklopnika, celotna linija se ne energizira takoj. Z drugimi besedami, napetost se ne pojavi takoj na oddaljenem koncu linije. Ta pojav nastopa zaradi prisotnosti distribuiranih konstant, namreč induktance (L) in kapacitance (C) v brezizgubni liniji.

Razmislite o dolgi prenosni liniji z distribuiranimi parametrovinduktancijo (L) in kapacitanco (C). Kot je prikazano na spodnji sliki, se ta dolga linija lahko konceptualno razdeli na manjše dele. Tukaj S predstavlja preklopnik, ki se uporablja za zaganjanje ali prekinjanje napetosti med preklopom. Ko je preklopnik zaprt, induktanca L1 na začetku deluje kot odprta vez, medtem ko kapacitanca C1 deluje kot kratka vez. Prav v tem trenutku napetost v naslednjem delu ne more spremeniti, ker je napetost na kapacitanci C1 na začetku enaka nič.

Zato je nemogoče napraviti napetost na kapacitanci C2 skozi induktanco L2, dokler kapacitanca C1 ni dovolj nabit, in ta nabirni proces nujno traja. Isti princip velja za tretji, četrti in nadaljnje dele prenosne linije. Tako se napetost v vsakem delu postopno povečuje. Ta postopen naraštaj napetosti vzdolž vodnika se lahko vizualizira kot val napetosti, ki se širi od enega konca linije do drugega. Pripadajoči val toka je odgovoren za ta postopen nabirni proces. Val toka, ki se giblje skupaj s valom napetosti, generira magnetno polje v okolici. Ko ti valovi dosežejo priključke in končnice v električnem omrežju, se odbojajo in lomijo. V omrežju z mnogimi linijami in priključki lahko en sam incidentni val zagnane več potujočih valov. Ko se valovi razdelijo in prejdajo več odbojev, se število valov zelo poveča. Kljub temu je pomembno, da se skupna energija rezultantnih valov nikoli ne more presegati energije prvotnega incidentnega vala, kar se ujema z osnovnim zakonom ohranitve energije v električnih sistemih.