Cestující vlny v elektrických článcích: Koncepty a lokalizace poruch

Cestovní vlny na čárách

Cestovní vlna na čáře se týká vlny napětí nebo proudu, která se šíří podél čáry; definuje se také jako signál napětí nebo proudu, který se šíří podél vodiče.

• Stacionární cestovní vlna: Cestovní vlna, která se šíří podél čáry během normálního provozu systému, vygenerovaná zdrojem energie systému.

• Přechodová cestovní vlna: Náhlá cestovní vlna, která vzniká během provozu systému, způsobená zemními zkraty, krátkozaměnnými zkratami, přerušením vodičů, operacemi s přepínači, bleskovými údery atd.

Proces přechodové cestovní vlny

Vlnový proces se týká vln napětí a proudu, které jsou generovány během přechodového stavu obvodu s rozloženými parametry, a také odpovídajícího procesu šíření elektromagnetických vln; může být také popsán jako nárůst signálů napětí nebo proudu, které se šíří podél čáry.

• Cestovní vlna napětí: Nabíjecí proud, který vytváří elektrické pole distribuované kapacity čáry v bodě, kde proud dorazí.

• Cestovní vlna proudu: Nabíjecí proud distribuované kapacity čáry.

Cestovní vlna změřená v určitém bodě čáry je superpozicí více nárůstů cestovních vln.

Vlnový impedance

Jedná se o poměr amplitud mezi párem vln napětí a proudu, které se šíří vpřed nebo vzad v čáře, nikoliv o poměr okamžitých amplitud napětí a proudu v libovolném bodě.

Je spojena se strukturou, prostředím a materiálem vodiče samotné čáry, ale nemá nic společného s délkou čáry. Vlnová impedance povrchových čar je přibližně 300–500 Ω; s ohledem na vliv koróny se vlnová impedance sníží. Vlnová impedance elektrických kabelů je okolo 10–40 Ω. To je proto, že kabelové čáry mají menší induktanci na jednotku délky (L₀) a větší kapacitu na jednotku délky (C₀).

Rychlost vlny

Rychlost vlny je určena pouze vlastnostmi prostředí kolem vodiče.

Když se zohledňují ztráty, (charakteristiky jako vlnová impedance) nemají žádný vztah k ploše nebo materiálu vodiče. Pro povrchové čáry je magnetická permeabilita 1 a dielektrická konstanta obvykle 1. Pro kabelové čáry je magnetická permeabilita 1 a dielektrická konstanta obvykle 3 - 5. U povrchových čar (rychlost šíření cestovních vln) je v rozmezí 291 - 294 km/ms a obvykle se volí 292 km/ms; pro kříženě propojené polyethylenové kabely je přibližně 170 m/μs.

Odrážení a přenos

Cestovní vlny generují odrážení a přenos v místech nespojitosti impedancí.

• Koeficienty odrážení pro otevřenou a zkrácenou cestu: Koeficienty odrážení napětí a proudu jsou opačné.

• Pro otevřenou cestu: koeficient odrážení napětí je 1 a koeficient odrážení proudu je -1.

• Pro zkrácenou cestu: koeficient odrážení napětí je -1 a koeficient odrážení proudu je 1.

• Koeficienty přenosu: Koeficienty přenosu napětí a proudu jsou stejné.

Vliv ztrát v čáře

Pokud překročí nadnapětí na vodiči jeho počáteční napětí koróny, dojde k výskytu koronového jevu s efektem disipace energie, což má za následek snížení amplitudy vlny a deformaci vlnové formy.

Odpornost čáry způsobuje, že amplituda cestovních vln během přenosu klesá a jejich rychlost stoupání se zpomaluje.

Různé frekvenční složky cestovních vln mají různé koeficienty zeslabení a rychlosti šíření:

• Nízkofrekvenční složky mají pomalejší rychlost a menší zeslabení;

• Vysokofrekvenční složky mají rychlejší rychlost a větší zeslabení.

Rychlost roste s frekvencí a stabilizuje se, když frekvence překročí 1kHz. Rychlost šíření cestovních vln na elektrických čárách se zásadně stabilizuje, když je frekvence signálu nad 1kHz.

Umístění poruch pomocí cestovních vln

Hlavní principy umístění poruch pomocí cestovních vln jsou: jednostranné dálkoměření (Typ A) a oboustranné dálkoměření (Typ D).