Resegolvning

Definition
En färdsignal är en tillfällig våg som skapar en störning och sprider sig längs en överföringsledning med konstant hastighet. Denna typ av våg existerar under en kort period (bara några mikrosekunder), men den kan orsaka betydande störningar i överföringsledningen. Tillfälliga vågor genereras huvudsakligen i överföringsledningen på grund av operationer som växling, fel och blixtnedslag.
Betydelsen av färdsignaler
Färdsignaler spelar en viktig roll för att bestämma spänningar och strömmar vid olika punkter inom elkraftsystemet. Dessutom är de viktiga för designen av isolatorer, skyddsanordningar, isolering för terminalutrustning och den totala isoleringskoordinationen i elkraftsystemet.
Specifikationer för färdsignaler
Matematiskt kan en färdsignal representeras på flera sätt. Den framställs oftast i form av en oändlig rektangulär våg eller en trappvåg. En färdsignal kännetecknas av fyra specifika attribut, som illustreras i figuren nedan.

• Karakteristika för färdsignaler
  Toppen: Detta representerar vågens maximala amplitud och mäts vanligtvis i kilovolt (kV) för spänningsvågor eller kiloamper (kA) för strömavvikelser.

• Front: Detta avser den del av vågen som föregår toppen. Frontens varaktighet mäts som tidsintervallet från början av vågen till det ögonblick då den når sin toppvärde, vanligtvis uttryckt i millisekunder (ms) eller mikrosekunder (µs).

• Svans: Vågens svans omfattar den del som kommer efter toppen. Den definieras av tiden som gått från början av vågen tills vågens amplitud minskar till 50% av dess toppvärde.
  Polaritet: Detta indikerar polariteten för toppspänningen tillsammans med dess numeriska värde. Till exempel skulle en positiv våg med ett toppspänning på 500 kV, en frontvaraktighet på 1 µs och en svansvaraktighet på 25 µs anges som +500/1.0/25.0.

Toppvågor
En toppvåg är en specifik typ av färdsignal som uppstår genom rörelsen av elektriska laddningar längs en ledare. Toppvågor kännetecknas av en mycket snabb och brant ökning i spänning (den branta fronten), följt av en mer gradvis minskning i spänning (toppvågs-svansen). När dessa toppvågor når terminalutrustning som kabelfält, transformatorer eller växlar, kan de potentiellt orsaka skador om utrustningen inte är tillräckligt skyddad.
Färdsignaler i överföringsledningar
En överföringsledning är en distribuerat-parametrar-krets, vilket innebär att den stöder propagationen av spännings- och strömavvikelser. I en krets med distribuerade parametrar propagerar elektromagnetiska fält med en ändlig hastighet. Operationer som växling och händelser som blixtnedslag påverkar inte alla punkter i kretsen samtidigt. Istället sprider deras effekter sig i kretsen i form av färdsignaler och toppvågor.

När en överföringsledning plötsligt kopplas till en spänningssource genom att stänga en växel, energiseras inte hela ledningen omedelbart. Med andra ord dyker spänningen inte omedelbart upp i det fjärran änden av ledningen. Detta fenomen inträffar på grund av närvaron av distribuerade konstanter, nämligen induktans (L) och kapacitans (C) i en förlustfri ledning.

Överväg en lång överföringsledning med distribuerad-parameter induktans (L) och kapacitans (C). Som illustrerat i figuren nedan kan denna långa ledning konceptuellt delas in i mindre sektioner. Här representerar S växeln som används för att initiera eller avsluta toppvågor under växlingsoperationer. När växeln stängs agerar induktans L1 först som en öppen krets, medan kapacitans C1 agerar som en kortslutning. Just i det ögonblicket kan spänningen i den efterföljande sektionen inte ändras eftersom spänningen över kondensator C1 är noll från början.

Därför är det omöjligt att ladda kondensator C2 genom induktorn L2 förrän kondensator C1 har laddats till en viss nivå, och denna laddningsprocess tar nödvändigtvis tid. Samma princip gäller för den tredje, fjärde och efterföljande sektionerna av överföringsledningen. Resultatet blir att spänningen i varje sektion gradvis ökar. Denna gradvisa ökning av spänningen längs överföringsledaren kan visualiseras som en spänningsvåg som propagerar från ena änden av ledningen till den andra. Den associerade strömavvikelsen är ansvarig för denna gradvisa laddningsprocess. Strömavvikelsen, som reser tillsammans med spänningsvågen, genererar ett magnetfält i det omgivande rummet. När dessa vågor når korsningar och slutpunkter inom elkraftnätet undergår de reflektion och brytning. I ett nätverk med många ledningar och korsningar kan en enda incidentvåg initiera flera färdsignaler. När vågorna delas och undergår flera reflektioner ökar antalet vågor betydligt. Det är dock viktigt att notera att den totala energin hos de resulterande vågorna aldrig kan överstiga energin hos den ursprungliga incidentvågen, i enlighet med det grundläggande energikonserveringslaget i elkraftsystem.