Gezen Dalga

Tanım
Gezgin dalga, bir bozulma yaratıp iletim hattı boyunca sabit bir hızla yayılan geçici bir dalga türüdür. Bu tür dalga kısa bir süre (sadece birkaç mikrosaniye) için var olur, ancak iletim hattında önemli bozulmalara neden olabilir. Geçici dalgalar genellikle anahtarlama, arızalar ve yıldırım darbeleri gibi işlemler sonucunda iletim hattında oluşur.
Gezgin Dalgaların Önemi
Gezgin dalgalar, güç sisteminin çeşitli noktalarındaki gerilimler ve akımların belirlenmesinde kritik bir rol oynar. Ayrıca, izolatörlerin, koruma cihazlarının, terminal ekipmanlarının izolasyonunun ve genel olarak güç sistemindeki izolasyon koordinasyonunun tasarlanmasında önemli araçlardır.
Gezgin Dalgaların Özellikleri
Matematiksel olarak, gezgin bir dalga birden fazla şekilde temsil edilebilir. En yaygın olarak, sonsuz dikdörtgen dalgası veya basamak dalgası şeklinde gösterilir. Aşağıdaki şemada gösterildiği gibi, gezgin bir dalga dört belirli özelliğe sahiptir.

• Gezgin Dalgaların Özellikleri
  Tepesi: Bu, dalganın maksimum amplitudunu temsil eder ve genellikle gerilim dalgaları için kilovolt (kV), akım dalgaları için de kiloamper (kA) cinsinden ölçülür.

• Önü: Dalga tepeyi takip eden kısmıdır. Önün süresi, dalganın başlangıcından tepesine ulaşana kadar geçen zaman aralığı olarak ölçülür ve genellikle milisaniye (ms) veya mikrosaniye (µs) cinsinden ifade edilir.

• Kuyruğu: Dalga tepeyden sonraki kısmı kapsar. Dalga tepe değerinin %50'sine düşene kadar geçen süreyi tanımlar.
  Polaritesi: Bu, tepe geriliminin kutupluluğunu ve sayısal değerini gösterir. Örneğin, 500 kV tepe gerilimi, 1 µs ön süresi ve 25 µs kuyruk süresi olan pozitif bir dalga +500/1.0/25.0 olarak ifade edilir.

Dalgalanmalar
Dalgalanma, elektrik yüklerinin bir iletken boyunca hareket etmesinden kaynaklanan özel bir tür gezgin daldır. Dalgalanmalar, voltajda çok hızlı ve dik bir artış (dik öne) ve ardından daha az dik bir azalış (dalgalanma kuyruğu) ile karakterize edilir. Bu dalgalanmalar, kablosuz kutular, transformatorlar veya anahtar panelleri gibi terminal ekipmanlarına ulaştığında, ekipman uygun şekilde korunmadıysa hasara neden olabilir.
İletim Hatlarındaki Gezgin Dalgalar
Bir iletim hattı, dağıtılmış parametreli devre olduğu için, gerilim ve akım dalgalarının yayılmasını destekler. Dağıtılmış parametreli bir devrede, elektromanyetik alan sınırlı bir hızla yayılır. Anahtarlama ve yıldırım darbeleri gibi işlemler devrenin tüm noktalarını aynı anda etkilemez. Bunun yerine, etkileri gezgin dalgalar ve dalgalanmalar şeklinde devrede yayılır.

Bir iletim hattı aniden bir anahtarı kapatarak bir gerilim kaynağına bağlandığında, hattın tamamı anında enerji alır durumuna gelmez. Başka bir deyişle, gerilim hattın uzak ucunda anında görünmez. Bu fenomen, zayıf bir hatta dağıtılmış olan indüktans (L) ve kapasitans (C) gibi sabitlerin varlığından kaynaklanır.

Dağıtılmış parametreli indüktans (L) ve kapasitans (C) ile uzun bir iletim hattını düşünün. Aşağıdaki şemada gösterildiği gibi, bu uzun hat, daha küçük bölümlere kavramsal olarak ayrılabilir. Burada S, anahtarlama işlemleri sırasında dalgalanmaları başlatmak veya sonlandırmak için kullanılan anahtarı temsil eder. Anahtar kapandığında, L1 indüktansı başlangıçta açık devre gibi davranırken, C1 kapasitansı başlangıçta kısa devre gibi davranır. Bu an itibariyle, kapasitör C1'in başlangıçta sıfır olması nedeniyle, sonraki bölümdeki gerilim değişemez.

Bu nedenle, C1 kapasitörü belirli bir seviyeye yüklenene kadar, C2 kapasitörü L2 indüktörü üzerinden yüklenemez ve bu yükleme işlemi kaçınılmaz olarak zaman alır. Aynı prensip iletim hattının üçüncü, dördüncü ve sonraki bölümleri için de geçerlidir. Sonuç olarak, her bölümdeki gerilim yavaş yavaş artar. İletim iletken boyunca bu gerilimin yavaş yavaş artması, bir ucu diğer ucundan geçen bir gerilim dalgası olarak görselleştirilebilir. Bu yükleme sürecini sağlayan ilişkili akım dalgası, çevresindeki alanda bir manyetik alan oluşturur. Bu dalgalar, elektrik ağındaki bağlantı noktalarına ve bitişlerine ulaştıklarında yansıma ve kırılma geçirir. Birçok hat ve bağlantı noktasına sahip bir ağda, tek bir olay dalgası birçok gezgin dalgayı başlatabilir. Dalga bölündükçe ve birçok kez yansıdığında, dalga sayısı önemli ölçüde artar. Ancak, sonuç dalgaların toplam enerjisinin asla orijinal olay dalgasının enerjisini aşamayacağını unutmamak gerekir, bu da elektrik sistemlerindeki temel enerji korunma yasasına uygundur.