Sóng Dọc

Định nghĩa
Sóng truyền là sóng tạm thời tạo ra sự nhiễu loạn và lan truyền dọc theo đường dây truyền tải với tốc độ không đổi. Loại sóng này tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn (chỉ kéo dài vài micro giây), nhưng có thể gây ra những xáo trộn đáng kể trên đường dây truyền tải. Sóng tạm thời được sinh ra chủ yếu do các hoạt động như đóng cắt, sự cố và sét đánh.
Tầm quan trọng của Sóng Truyền
Sóng truyền đóng vai trò quan trọng trong việc xác định điện áp và dòng điện tại các điểm khác nhau trong hệ thống điện. Ngoài ra, chúng còn đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các bộ cách điện, thiết bị bảo vệ, cách điện cho thiết bị đầu cuối và phối hợp cách điện tổng thể trong hệ thống điện.
Đặc tính kỹ thuật của Sóng Truyền
Toán học, sóng truyền có thể được biểu diễn theo nhiều cách. Nó thường được mô tả dưới dạng sóng hình chữ nhật vô hạn hoặc sóng bậc thang. Sóng truyền được đặc trưng bởi bốn thuộc tính cụ thể, như được minh họa trong hình bên dưới.

• Đặc điểm của Sóng Truyền
  Đỉnh: Điều này đại diện cho biên độ tối đa của sóng và thường được đo bằng kilovolt (kV) đối với sóng điện áp hoặc kiloampe (kA) đối với sóng dòng điện.

• Phần trước: Nó đề cập đến phần của sóng đi trước đỉnh. Thời gian của phần trước được đo là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu sóng đến khi nó đạt giá trị đỉnh, thường được biểu thị bằng miligiây (ms) hoặc micro giây (µs).

• Phần sau: Phần sau của sóng bao gồm phần đi sau đỉnh. Nó được định nghĩa bằng thời gian trôi qua từ lúc bắt đầu sóng cho đến khi biên độ của sóng giảm xuống 50% giá trị đỉnh.
  Polarity: Điều này chỉ cực của điện áp đỉnh cùng với giá trị số của nó. Ví dụ, sóng dương có điện áp đỉnh là 500 kV, thời gian phần trước là 1 µs và thời gian phần sau là 25 µs sẽ được ký hiệu là +500/1.0/25.0.

Sự tăng đột biến
Sự tăng đột biến là loại sóng truyền cụ thể phát sinh từ chuyển động của điện tích dọc theo dây dẫn. Sự tăng đột biến được đặc trưng bởi sự tăng rất nhanh và dốc của điện áp (phần trước dốc), theo sau là sự giảm dần của điện áp (đuôi tăng). Khi những sự tăng đột biến này đến thiết bị đầu cuối như hộp cáp, biến áp hoặc thiết bị đóng cắt, chúng có thể gây hư hại nếu thiết bị không được bảo vệ đầy đủ.
Sóng Truyền trên Đường Dây Truyền Tải
Một đường dây truyền tải là mạch có tham số phân bố, điều này có nghĩa là nó hỗ trợ sự truyền lan của sóng điện áp và dòng điện. Trong mạch có tham số phân bố, trường điện từ truyền lan với vận tốc hữu hạn. Các hoạt động như đóng cắt và sự kiện như sét đánh không ảnh hưởng đồng thời đến tất cả các điểm của mạch. Thay vào đó, tác động của chúng lan truyền khắp mạch dưới dạng sóng truyền và sự tăng đột biến.

Khi một đường dây truyền tải đột ngột được kết nối với nguồn điện áp bằng cách đóng công tắc, toàn bộ đường dây không trở nên có điện tức thì. Nói cách khác, điện áp không xuất hiện ngay lập tức ở cuối xa của đường dây. Hiện tượng này xảy ra do sự tồn tại của các hằng số phân bố, cụ thể là cảm ứng (L) và điện dung (C) trong đường dây không mất mát.

Cân nhắc một đường dây truyền tải dài có cảm ứng (L) và điện dung (C) phân bố. Như được minh họa trong hình dưới đây, đường dây dài này có thể được chia thành các đoạn nhỏ hơn. Ở đây, S đại diện cho công tắc được sử dụng để khởi động hoặc kết thúc sự tăng đột biến trong quá trình đóng cắt. Khi công tắc đóng, cảm ứng L1 ban đầu hoạt động như một mạch mở, trong khi điện dung C1 hoạt động như một mạch tắt. Tại thời điểm đó, điện áp ở đoạn tiếp theo không thể thay đổi vì điện áp trên tụ C1 ban đầu là zero.

Do đó, cho đến khi tụ C1 được sạc đến một mức nhất định, không thể sạc tụ C2 thông qua cuộn cảm L2, và quá trình sạc này không thể tránh khỏi mất thời gian. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho đoạn thứ ba, thứ tư và các đoạn tiếp theo của đường dây truyền tải. Kết quả là, điện áp ở mỗi đoạn tăng dần. Sự tăng dần này của điện áp dọc theo dây dẫn truyền tải có thể được hình dung như một sóng điện áp truyền từ một đầu đường dây đến đầu kia. Sóng dòng điện liên quan chịu trách nhiệm cho quá trình sạc dần dần này. Sóng dòng điện, di chuyển song song với sóng điện áp, tạo ra trường từ trong không gian xung quanh. Khi các sóng này đến các mối nối và điểm kết thúc trong mạng điện, chúng trải qua phản xạ và khúc xạ. Trong một mạng có nhiều đường dây và mối nối, một sóng nhập có thể khởi tạo nhiều sóng truyền. Khi các sóng tách ra và trải qua nhiều lần phản xạ, số lượng sóng tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng năng lượng tổng cộng của các sóng kết quả không bao giờ vượt quá năng lượng của sóng nhập ban đầu, tuân theo luật cơ bản về bảo toàn năng lượng trong hệ thống điện.