Ondas viaxes nas liñas eléctricas: Conceptos e localización de fallos

Ondas viaxantes nas liñas

Unha onda viaxante nunha liña refírese a unha onda de voltaxe ou corrente que se propaga ao longo da liña; tamén se define como un sinal de voltaxe ou corrente que viaxa por un conductor.

• Onda viaxante en estado estacionario: Unha onda viaxante que se propaga ao longo da liña durante a operación normal do sistema, xerada polo suministro eléctrico do sistema.

• Onda viaxante transitoria: Unha onda viaxante que ocorre de súpeto durante a operación do sistema, causada por fallos a terra, cortocircuitos, roturas de fío, operacións de interruptores, impactos de raio, etc.

Proceso de onda viaxante transitoria

O proceso de onda refírese ás ondas de voltaxe e corrente xeradas durante o proceso transitorio dun circuito de parámetros distribuídos, así como ao correspondente proceso de propagación de ondas electromagnéticas; tamén pode describirse como un aumento de sinais de voltaxe ou corrente que viaxan ao longo da liña.

• Onda viaxante de voltaxe: A corrente de carga que establece o campo eléctrico da capacitancia distribuída da liña no punto onde chega a corrente.

• Onda viaxante de corrente: A corrente de carga da capacitancia distribuída da liña.

Unha onda viaxante medida nun determinado punto da liña é a superposición de múltiples aumentos de ondas viaxantes.

Impedancia de onda

Refírese á relación entre as amplitudes dun par de ondas de voltaxe e corrente directas ou inversas nunha liña, e non á relación entre as amplitudes instantáneas de voltaxe e corrente en calquera punto.

Está relacionada coa estrutura, medio e material do conductor da propia liña, pero non ten nada que ver coa lonxitude da liña. A impedancia de onda das liñas aéreas está aproximadamente entre 300–500 Ω; considerando a influencia da corona, a impedancia de onda diminuirá. A impedancia de onda dos cabos de enerxía está arredor de 10–40 Ω. Isto é debido a que as liñas de cabo teñen unha menor inductancia por unidade de lonxitude (L₀) e unha maior capacitancia por unidade de lonxitude (C₀).

Velocidade de onda

A velocidade da onda só está determinada polas propiedades do medio arredor do fío.

Ao considerar as perdas, (características como a impedancia de onda) non teñen relación coa área ou material do conductor. Para as liñas aéreas, a permeabilidade magnética é 1, e a constante dieléctrica é xeralmente 1. Para as liñas de cabo, a permeabilidade magnética é 1, e a constante dieléctrica é xeralmente 3 - 5. Nas liñas aéreas, (a velocidade de propagación das ondas viaxantes) está no rango de 291 - 294 km/ms, e xeralmente se selecciona 292 km/ms; para os cabos de polietileno reticulado, é aproximadamente 170 m/μs.

Reflexión e transmisión

As ondas viaxantes xeran reflexión e transmisión nas discontinuidades de impedancia.

• Coeficientes de reflexión para circuitos abertos e cerrados: Os coeficientes de reflexión de voltaxe e corrente son opostos.

• Para un circuito aberto: o coeficiente de reflexión de voltaxe é 1, e o coeficiente de reflexión de corrente é -1.

• Para un circuito cerrado: o coeficiente de reflexión de voltaxe é -1, e o coeficiente de reflexión de corrente é 1.

• Coeficientes de transmisión: Os coeficientes de transmisión de voltaxe e corrente son os mesmos.

Influencia das perdas na liña

Cando o sobrevoltaxe nun condutor excede a tensión de inicio de corona, ocorre un fenómeno de corona con efectos dissipadores de enerxía, resultando nunha redución da amplitude da onda e distorsión da forma de onda.

A resistencia da liña causa unha diminución da amplitude das ondas viaxantes e unha desaceleración da súa velocidade de subida durante a transmisión.

Os compoñentes de ondas viaxantes de diferentes frecuencias teñen diferentes coeficientes de atenuación e velocidades de propagación:

• Os compoñentes de baixa frecuencia teñen velocidades máis lentas e menor atenuación;

• Os compoñentes de alta frecuencia teñen velocidades máis rápidas e maior atenuación.

A velocidade aumenta coa frecuencia e estabilízase cando a frecuencia supera os 1kHz. A velocidade de propagación das ondas viaxantes nas liñas de enerxía básicamente estabilízase cando a frecuencia do sinal está por encima de 1kHz.

Localización de fallos mediante ondas viaxantes

Os principais principios utilizados para a localización de fallos mediante ondas viaxantes son: rangemento monolateral (Tipo A) e rangemento bilateral (Tipo D).