Talas putovanja

Definicija
Putujuća talas je privremeni talas koji stvara perturbaciju i širi se duž vodilja na konstantnoj brzini. Ovaj tip talasa postoji samo kratko vreme (samo nekoliko mikrosekundi), ali može izazvati značajne perturbacije u vodilju. Privremeni talasi generišu se u vodilju uglavnom zbog operacija poput preključivanja, grešaka i udara munje.
Važnost putujućih talasa
Putujući talasi igraju ključnu ulogu u određivanju naponnih i strujnih vrednosti na različitim tačkama unutar sistema snabdevanja električnom energijom. Takođe, važni su za dizajn izolatora, zaštitnih uređaja, izolacije terminalnog opreme i ukupne koordinacije izolacije u sistemu snabdevanja električnom energijom.
Specifikacije putujućih talasa
Matematički, putujući talas može biti predstavljen na više načina. Najčešće se prikazuje u obliku beskonačnog pravougaonog talasa ili stepenastog talasa. Putujući talas karakterizuje četiri specifična atributa, kao što je prikazano na slici ispod.

• Karakteristike putujućih talasa
  Vrh: Ovo predstavlja maksimalnu amplitudu talasa i obično se mjeri u kilovoltima (kV) za naponske talase ili kiloamperima (kA) za strujne talase.

• Front: To se odnosi na deo talasa koji prethodi vrhu. Trajanje fronta mjeri se kao vremenski interval od početka talasa do trenutka kada dostigne svoju vrhovnu vrednost, obično izraženo u milisekundama (ms) ili mikrosekundama (μs).

• Rep: Rep talasa obuhvata deo koji dolazi posle vrha. Definiše se vremenom proteklim od početka talasa do trenutka kada amplituda talasa smanji na 50% njegove vrhove vrednosti.
  Polaritet: Ovo označava polaritet vrhovnog napona uz njegovu numeričku vrednost. Na primer, pozitivni talas sa vrhovnim naponom od 500 kV, trajanjem fronta od 1 μs i trajanjem repa od 25 μs bi se označio kao +500/1.0/25.0.

Talasi
Talas je specifičan tip putujućeg talasa koji nastaje zbog kretanja električnih nabojâ duž vodilja. Talasi karakterišu se veoma brzim i strmim porastom napona (strmi front), nakon čega sledi postepeno smanjenje napona (rep talasa). Kada ovi talasi stignu do terminalne opreme, poput kutija za kablve, transformatora ili prekidača, mogu potencijalno uzrokovati oštećenje ako oprema nije dovoljno zaštićena.
Putujući talasi na vodiljima
Vodilj je distribuirani parametarski krug, što znači da podržava širenje naponskih i strujnih talasa. U krugu sa distribuiranim parametrima, elektromagnetno polje širi se na konačnu brzinu. Operacije poput preključivanja i događaji poput udara munje ne utiču istovremeno na sve tačke kruga. Umjesto toga, njihovi efekti se šire kroz krug u obliku putujućih talasa i talasa.

Kada se vodilj iznenada poveže na naponski izvor zatvaranjem prekidača, cela linija se ne energizuje odmah. Drugim rečima, napon se ne pojavi odmah na daljem kraju linije. Ovaj fenomen se dešava zbog prisustva distribuiranih konstanti, to jest induktivnosti (L) i kapacitivnosti (C) u liniji bez gubitaka.

Razmotrimo dugi vodilj sa distribuiranom parametarskom induktivnošću (L) i kapacitivnošću (C). Kao što je prikazano na slici ispod, ovaj dugi vodilj se može konceptualno podijeliti na manje sekcije. Ovdje, S predstavlja prekidač koriscen za inicijalizaciju ili završetak talasa tokom operacija preključivanja. Kada se prekidač zatvori, induktivnost L1 početno djeluje kao otvoreni krug, dok kapacitivnost C1 djeluje kao zatvoreni krug. U tom trenutku, napon u sljedećoj sekciji ne može promijeniti jer je napon na kondenzatoru C1 inicijalno nula.

Stoga, dok se kondenzator C1 ne nabije do određene razine, nemoguće je nabiti kondenzator C2 kroz induktor L2, i ovaj proces nabijanja neizbežno zahteva vrijeme. Isti princip važi za treću, četvrtu i sljedeće sekcije vodilja. Kao rezultat, napon u svakoj sekciji postepeno raste. Ovaj postepeni porast napona duž vodilja može se vizualizirati kao naponski talas koji se širi od jednog kraja linije do drugog. Povezani strujni talas odgovoran je za ovaj postepeni proces nabijanja. Strujni talas, koji se širi zajedno sa naponskim talasom, generiše magnetno polje u okružujućem prostoru. Kada ovi talasi stignu do spojeva i terminacija unutar električne mreže, podliježu refleksiji i refrakciji. U mreži sa brojnim vodiljima i spojevima, jedan incidentni talas može inicijalizovati više putujućih talasa. Dok se talasi dijele i podliježu više refleksija, broj talasa značajno raste. Međutim, važno je napomenuti da ukupna energija rezultirajućih talasa nikad ne može premašiti energiju originalnog incidentnog talasa, u skladu sa fundamentalnim zakonom o očuvanju energije u električnim sistemima.