الموجات المسافرة في خطوط الكهرباء: المفاهيم وتحديد موقع الأعطال

الموجات السالكة على الخطوط

تشير الموجة السالكة على الخط إلى موجة فولتية أو تيار تنتشر على طول الخط؛ وهي تُعرف أيضًا بأنها إشارة فولتية أو تيار تنتقل عبر الموصل.

• الموجة السالكة المستقرة: هي موجة سالكة تنتشر على طول الخط أثناء التشغيل العادي للنظام، وتولدها مصدر الطاقة للنظام.

• الموجة السالكة العابرة: هي موجة سالكة تحدث فجأة أثناء تشغيل النظام، وتسببها أعطال التماس بالأرض، أعطال القصر الكهربائي، انقطاع الأسلاك، عمليات الفتح والإغلاق للمفاتيح، ضربات البرق وغيرها.

عملية الموجة السالكة العابرة

تعني عملية الموجة بالموجات الفولتية والتيار التي تولد خلال العملية العابرة للدارة ذات المعاملات الموزعة، وكذلك عملية انتشار الموجة الكهرومغناطيسية المقابلة؛ ويمكن أيضًا وصفها بأنها زيادة في الإشارات الفولتية أو التيار تنتقل على طول الخط.

• الموجة السالكة للفولتية: هي التيار الشاحن الذي ينشئ المجال الكهربائي للسعة الموزعة للخط عند نقطة وصول التيار.

• الموجة السالكة للتيار: هي التيار الشاحن للسعة الموزعة للخط.

الموجة السالكة المقاسة عند نقطة معينة على الخط هي نتيجة التراكب لموجات السالكة المتعددة.

مقاومة الموجة

تعني نسبة الأمplitudes بين زوج من الموجات الفولتية والتيار الذاهبة أو الرجوعية في الخط، وليس نسبة الأمplitudes اللحظية للفولتية والتيار في أي نقطة.

وهي مرتبطة ببنية الوسط ومواد الموصلات الخاصة بالخط نفسه، ولكن ليس لها علاقة بطول الخط. تكون مقاومة الموجة للخطوط الهوائية حوالي 300-500 أوم؛ ومع الأخذ في الاعتبار تأثير التاج الكهربائي، ستنخفض مقاومة الموجة. تكون مقاومة الموجة للأسلاك الكهربائية حوالي 10-40 أوم. وهذا لأن خطوط الكابلات لديها انحصار أقل لكل وحدة طول (L₀) وسعة أكبر لكل وحدة طول (C₀).

سرعة الموجة

تتحدد سرعة الموجة فقط بخصائص الوسط المحيط بالسلك.

عند الأخذ في الاعتبار الخسائر، فإن (خصائص مثل مقاومة الموجة) لا علاقة لها بمساحة الموصل أو المادة. بالنسبة للخطوط الهوائية، يكون النفاذية المغناطيسية 1، ويكون الثابت العازل عادةً 1. بالنسبة لخطوط الكابلات، يكون النفاذية المغناطيسية 1، ويكون الثابت العازل عادةً 3 - 5. في الخطوط الهوائية، تكون (سرعة انتشار الموجات السالكة) في نطاق 291 - 294 كم / مللي ثانية، وعادة ما يتم اختيارها 292 كم / مللي ثانية؛ بالنسبة لخطوط الكابلات البولي إيثيلين المتشابكة، فهي حوالي 170 م / ميكروثانية.

الانعكاس والانتقال

تنتج الموجات السالكة الانعكاس والانتقال عند نقاط عدم الاستمرارية في المقاومة.

• معاملات الانعكاس للدوائر المفتوحة والمغلقة: معاملات الانعكاس للفولتية والتيار معاكسة.

• للدائرة المفتوحة: معامل الانعكاس للفولتية هو 1، ومعامل الانعكاس للتيار هو -1.

• للدائرة المغلقة: معامل الانعكاس للفولتية هو -1، ومعامل الانعكاس للتيار هو 1.

• معاملات الانتقال: معاملات الانتقال للفولتية والتيار متطابقة.

تأثير خسائر الخط

عندما يتجاوز الجهد الزائد على الموصل جهد بدء التاج الكهربائي، يحدث ظاهرة التاج الكهربائي ذات تأثير استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى تقليل سعة الموجة وتشوّه شكل الموجة.

تسبب مقاومة الخط تقليل سعة الموجات السالكة وتبطئ سرعة صعودها أثناء النقل.

للمكونات السالكة ذات الترددات المختلفة معاملات تضعيف مختلفة وأسرع انتشار:

• للمكونات ذات التردد المنخفض سرعات أبطأ وتضعيف أقل؛

• للمكونات ذات التردد العالي سرعات أسرع وتضعيف أكبر.

تزداد السرعة مع التردد وتستقر عندما يتجاوز التردد 1 كيلو هرتز. تستقر سرعة انتشار الموجات السالكة على خطوط الكهرباء بشكل أساسي عندما يكون تردد الإشارة أعلى من 1 كيلو هرتز.

تحديد موقع الأعطال بواسطة الموجات السالكة

المبادئ الرئيسية المستخدمة لتحديد موقع الأعطال بواسطة الموجات السالكة هي: التحديد من طرف واحد (نوع A) والتحديد من طرفيْن (نوع D).