Gelombang Berjalan pada Saluran Listrik: Konsep & Penentuan Lokasi Kegagalan

Gelombang Berjalan pada Jalur

Gelombang berjalan pada jalur merujuk pada gelombang tegangan atau arus yang merambat sepanjang jalur; juga didefinisikan sebagai sinyal tegangan atau arus yang merambat sepanjang konduktor.

• Gelombang berjalan steady-state: Gelombang berjalan yang merambat sepanjang jalur selama operasi normal sistem, dihasilkan oleh sumber daya sistem.

• Gelombang berjalan transien: Gelombang berjalan yang tiba-tiba terjadi selama operasi sistem, disebabkan oleh gangguan ke tanah, gangguan pendek sirkuit, putus kabel, operasi saklar, sambaran petir, dll.

Proses Gelombang Berjalan Transien

Proses gelombang merujuk pada gelombang tegangan dan arus yang dihasilkan selama proses transien dari rangkaian parameter terdistribusi, serta proses penyebaran gelombang elektromagnetik yang sesuai; juga dapat digambarkan sebagai lonjakan sinyal tegangan atau arus yang merambat sepanjang jalur.

• Gelombang berjalan tegangan: Arus pengisian yang membentuk medan listrik kapasitansi terdistribusi jalur pada titik kedatangan arus.

• Gelombang berjalan arus: Arus pengisian kapasitansi terdistribusi jalur.

Gelombang berjalan yang diukur pada titik tertentu pada jalur adalah superposisi dari beberapa lonjakan gelombang berjalan.

Impedansi Gelombang

Merujuk pada rasio antara amplitudo sepasang gelombang tegangan atau arus maju atau mundur dalam jalur, bukan rasio amplitudo instan tegangan dan arus di titik mana pun.

Ini berkaitan dengan struktur, media, dan bahan konduktor jalur itu sendiri, tetapi tidak ada hubungannya dengan panjang jalur. Impedansi gelombang jalur udara sekitar 300-500 Ω; dengan mempertimbangkan pengaruh korona, impedansi gelombang akan berkurang. Impedansi gelombang kabel listrik sekitar 10-40 Ω. Ini karena kabel memiliki induktansi per satuan panjang (L₀) yang lebih kecil dan kapasitansi per satuan panjang (C₀) yang lebih besar.

Kecepatan Gelombang

Kecepatan gelombang ditentukan hanya oleh sifat media di sekitar kawat.

Dengan mempertimbangkan kerugian, (karakteristik seperti impedansi gelombang) tidak berhubungan dengan area atau bahan konduktor. Untuk jalur udara, permeabilitas magnetiknya 1, dan konstanta dielektrik biasanya 1. Untuk kabel, permeabilitas magnetiknya 1, dan konstanta dielektrik biasanya 3 - 5. Pada jalur udara, (kecepatan propagasi gelombang berjalan) berada dalam rentang 291 - 294 km/ms, dan umumnya dipilih 292 km/ms; untuk kabel polietilena silang, sekitar 170 m/μs.

Refleksi dan Transmisi

Gelombang berjalan menghasilkan refleksi dan transmisi pada ketidaklanjutan impedansi.

• Koefisien refleksi untuk sirkuit terbuka dan pendek: Koefisien refleksi tegangan dan arus berlawanan.

• Untuk sirkuit terbuka: koefisien refleksi tegangan adalah 1, dan koefisien refleksi arus adalah -1.

• Untuk sirkuit pendek: koefisien refleksi tegangan adalah -1, dan koefisien refleksi arus adalah 1.

• Koefisien transmisi: Koefisien transmisi tegangan dan arus sama.

Pengaruh Kerugian Jalur

Ketika tegangan tinggi pada konduktor melebihi tegangan inisiasi korona, fenomena korona dengan efek pelepasan energi terjadi, menyebabkan penurunan amplitudo gelombang dan distorsi bentuk gelombang.

Hambatan jalur menyebabkan amplitudo gelombang berjalan menurun dan kecepatan naiknya melambat selama transmisi.

Komponen gelombang berjalan dengan frekuensi berbeda memiliki koefisien redaman dan kecepatan propagasi yang berbeda:

• Komponen frekuensi rendah memiliki kecepatan yang lebih lambat dan redaman yang lebih kecil;

• Komponen frekuensi tinggi memiliki kecepatan yang lebih cepat dan redaman yang lebih besar.

Kecepatan meningkat dengan frekuensi dan stabil ketika frekuensi melebihi 1kHz. Kecepatan propagasi gelombang berjalan pada jalur listrik secara dasar stabil ketika frekuensi sinyal di atas 1kHz.

Penentuan Lokasi Gangguan Gelombang Berjalan

Prinsip utama penentuan lokasi gangguan gelombang berjalan yang digunakan adalah: pemetaan satu ujung (Tipe A) dan pemetaan dua ujung (Tipe D).