موجات مسافر در خطوط برق: مفاهیم و موقعیت خطا

خطوط موجی در حرکت

موج در حال حرکت در خط به موج ولتاژ یا جریانی اشاره دارد که در طول خط پخش می‌شود؛ همچنین به عنوان سیگنال ولتاژ یا جریانی تعریف می‌شود که در طول رسانا حرکت می‌کند.

• موج در حال حرکت حالت پایدار: موج در حال حرکت که در طول خط در زمان عملکرد عادی سیستم، توسط منبع تغذیه سیستم ایجاد می‌شود.

• موج در حال حرکت موقت: موج ناگهانی که در طول عملکرد سیستم به وجود می‌آید و توسط خطاها در زمین، خطاها در کوتاه شدن مدار، قطع شدن سیم، عملیات شیرها، ضربه برق ایجاد می‌شود.

فرآیند موج در حال حرکت موقت

فرآیند موج به موج‌های ولتاژ و جریانی که در طول فرآیند موقت مدار با پارامترهای توزیع شده ایجاد می‌شوند، اشاره دارد، همچنین به فرآیند پخش موج الکترومغناطیسی مربوط می‌شود؛ همچنین می‌توان آن را به عنوان افزایش سیگنال‌های ولتاژ یا جریانی که در طول خط حرکت می‌کنند، توصیف کرد.

• موج ولتاژ در حال حرکت: جریان شارژ کننده که میدان الکتریکی ظرفیت توزیع شده خط را در نقطه رسیدن جریان برقرار می‌کند.

• موج جریان در حال حرکت: جریان شارژ کننده ظرفیت توزیع شده خط.

موج در حال حرکت که در نقطه خاصی از خط اندازه‌گیری می‌شود، ترکیبی از چندین افزایش موج در حال حرکت است.

امپدانس موج

به نسبت دامنه‌های میان یک جفت موج ولتاژ یا جریان در جهت مثبت یا منفی در خط اشاره دارد، نه به نسبت دامنه‌های لحظه‌ای ولتاژ و جریان در هر نقطه.

این مقدار مرتبط با ساختار، مedium و مصالح رسانا در خط است، اما با طول خط مرتبط نیست. امپدانس موج خطوط هوایی حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ اهم است؛ با در نظر گرفتن تأثیر کرونا، امپدانس موج کاهش می‌یابد. امپدانس موج خطوط برق حدود ۱۰ تا ۴۰ اهم است. این به این دلیل است که خطوط کابلی دارای اندوکتانس کمتر در واحد طول (L₀) و ظرفیت بیشتر در واحد طول (C₀) هستند.

سرعت موج

سرعت موج فقط توسط خواص محیط اطراف سیم تعیین می‌شود.

هنگام در نظر گرفتن تلفات، (ویژگی‌هایی مانند امپدانس موج) مرتبط با مساحت یا ماده رسانا نیست. برای خطوط هوایی، نفوذپذیری مغناطیسی ۱ است و ثابت دی الکتریک معمولاً ۱ است. برای خطوط کابلی، نفوذپذیری مغناطیسی ۱ است و ثابت دی الکتریک معمولاً ۳ تا ۵ است. در خطوط هوایی، (سرعت انتشار موج‌های در حال حرکت) در محدوده ۲۹۱ تا ۲۹۴ کیلومتر بر میلی‌ثانیه است و معمولاً ۲۹۲ کیلومتر بر میلی‌ثانیه انتخاب می‌شود؛ برای کابل‌های پلی‌اتیلن متقاطع، حدود ۱۷۰ متر بر میکروثانیه است.

بازتاب و انتقال

موج‌های در حال حرکت در ناپیوستگی‌های امپدانس بازتاب و انتقال ایجاد می‌کنند.

• ضرایب بازتاب برای مدار باز و کوتاه: ضرایب بازتاب ولتاژ و جریان مخالف هستند.

• برای مدار باز: ضریب بازتاب ولتاژ ۱ و ضریب بازتاب جریان -۱ است.

• برای مدار کوتاه: ضریب بازتاب ولتاژ -۱ و ضریب بازتاب جریان ۱ است.

• ضرایب انتقال: ضرایب انتقال ولتاژ و جریان یکسان هستند.

تأثیر تلفات خط

وقتی ولتاژ بیش از حد روی رسانا از ولتاژ شروع کرونا فراتر می‌رود، پدیده کرونا با اثرات مصرف انرژی رخ می‌دهد که باعث کاهش دامنه موج و تحریف شکل موج می‌شود.

مقاومت خط باعث کاهش دامنه موج‌های در حال حرکت و کندی سرعت صعود آن‌ها در طول انتقال می‌شود.

مؤلفه‌های موج در حال حرکت با فرکانس‌های مختلف دارای ضرایب کاهش و سرعت‌های انتشار مختلفی هستند:

• مؤلفه‌های فرکانس پایین دارای سرعت کمتر و کاهش کمتر هستند؛

• مؤلفه‌های فرکانس بالا دارای سرعت بیشتر و کاهش بیشتر هستند.

سرعت با فرکانس افزایش می‌یابد و وقتی فرکانس بیش از ۱ کیلوهرتز است، پایدار می‌شود. سرعت انتشار موج‌های در حال حرکت در خطوط برق وقتی فرکانس سیگنال بالاتر از ۱ کیلوهرتز است، پایدار می‌شود.

تعیین موقعیت خطا با موج‌های در حال حرکت

اصلی‌ترین اصول استفاده شده برای تعیین موقعیت خطا با موج‌های در حال حرکت عبارتند از: تعیین موقعیت از یک سر (نوع A) و تعیین موقعیت از دو سر (نوع D).