Putovanje valova u naponskim vodovima: Koncepti i lokacija grešaka

Putni valovi na linijama

Putni val na liniji odnosi se na val napona ili struje koji se širi duž linije; također se definira kao signal napona ili struje koji putuje duž vodnika.

• Stalni putni val: Putni val koji se širi duž linije tijekom normalnog rada sustava, generiran izvorom snage sustava.

• Privremeni putni val: Naglo nastali putni val tijekom rada sustava, uzrokan prekidima na zemlju, kratkim spojevima, prekidima vodnika, radnjama prekidača, udarcima munja itd.

Proces privremenog putnog vala

Valoviti proces odnosi se na valove napona i struje generirane tijekom privremenog procesa raspodijeljenog parametarskog kruga, kao i na odgovarajući proces širenja elektromagnetskih valova; može se također opisati kao talas napona ili struje koji putuje duž linije.

• Val napona: Struja nabijanja koja stvara električno polje distribuirane kapacitance linije u točki dolaska struje.

• Val struje: Struja nabijanja distribuirane kapacitance linije.

Putni val mjeren u određenoj točki na liniji predstavlja superpoziciju više talasa putnih valova.

Valna impedanca

Odnosi se na omjer amplituda parova valova napona i struje unaprijed ili unazad na liniji, a ne na omjer trenutnih amplituda napona i struje u bilo kojoj točki.

Povezana je s strukturom, medijem i materijalom vodnika same linije, ali nema nikakve veze s duljinom linije. Valna impedanca nadzemnih linija iznosi približno 300–500 Ω; uzimajući u obzir utjecaj korone, valna impedanca će se smanjiti. Valna impedanca napajanja kablova iznosi oko 10–40 Ω. To je zbog manjeg induktivnog otpora po jedinici duljine (L₀) i veće kapacitance po jedinici duljine (C₀) kod kablovskih linija.

Brzina vala

Brzina vala ovisi samo o svojstvima medija oko vodnika.

Uzimajući u obzir gubitke, (svojstva poput valne impedancije) nemaju nikakvu vezu s površinom presjeka ili materijalom vodnika. Za nadzemne linije, magnetna prodirnost iznosi 1, a dielektrična konstanta obično 1. Za kablovske linije, magnetna prodirnost iznosi 1, a dielektrična konstanta obično 3 - 5. U nadzemnim linijama, (brzina širenja putnih valova) je u rasponu od 291 - 294 km/ms, i obično se odabire 292 km/ms; za križani polietilen, iznosi približno 170 m/μs.

Refleksija i transmisija

Putni valovi generiraju refleksiju i transmisiju na diskontinuitetima impedancije.

• Koeficijenti refleksije za otvoreni i zatvoreni krug: Koeficijenti refleksije napona i struje su suprotni.

• Za otvoreni krug: koeficijent refleksije napona je 1, a koeficijent refleksije struje je -1.

• Za zatvoreni krug: koeficijent refleksije napona je -1, a koeficijent refleksije struje je 1.

• Koeficijenti transmisije: Koeficijenti transmisije napona i struje su isti.

Utjecaj gubitaka na liniji

Kada nadnapon na vodniku premaši njegovu inicijalnu naponsku vrijednost korone, događa se fenomen korone s efektom potrošnje energije, što rezultira smanjenjem amplituda vala i deformacijom vala.

Otpor linije dovodi do smanjenja amplituda putnih valova i usporavanja njihove brzine uspona tijekom prijenosa.

Komponente putnih valova različitih frekvencija imaju različite koeficijente prigušenja i brzine širenja:

• Niske frekvencijske komponente imaju sporije brzine i manje prigušenje;

• Visoke frekvencijske komponente imaju brže brzine i veće prigušenje.

Brzina porasta s frekvencijom i stabilizira se kada frekvencija premaši 1kHz. Brzina širenja putnih valova na elektroenergetskim linijama gotovo se stabilizira kada je frekvencija signala iznad 1kHz.

Lokacija greške putnim valovima

Glavni principi lokacije grešaka putnim valovima su: jednosmjerne lokacije (tip A) i dvosmjerne lokacije (tip D).