Onde Viaggianti nelle Linee Elettriche: Concetti e Localizzazione dei Guasti
Onde Viaggianti sulle Linee
Un'onda viaggiante su una linea si riferisce a un'onda di tensione o corrente che si propaga lungo la linea; è anche definita come un segnale di tensione o corrente che si propaga lungo un conduttore.
Onda viaggiante in stato stazionario: Un'onda viaggiante che si propaga lungo la linea durante il normale funzionamento del sistema, generata dall'alimentazione del sistema.
Onda viaggiante transitoria: Un'onda viaggiante che si verifica improvvisamente durante il funzionamento del sistema, causata da guasti a terra, cortocircuiti, rottura dei cavi, operazioni degli interruttori, colpi di fulmine, ecc.
Processo dell'Onda Viaggiante Transitoria
Il processo ondulatorio si riferisce alle onde di tensione e corrente generate durante il processo transitorio di un circuito a parametri distribuiti, nonché al processo di propagazione delle onde elettromagnetiche corrispondenti; può anche essere descritto come un'impennata di segnali di tensione o corrente che si propaga lungo la linea.
Onda viaggiante di tensione: La corrente di carica che stabilisce il campo elettrico della capacità distribuita della linea nel punto in cui arriva la corrente.
Onda viaggiante di corrente: La corrente di carica della capacità distribuita della linea.
Un'onda viaggiante misurata in un determinato punto della linea è la sovrapposizione di diverse impennate di onde viaggianti.
Impedenza Ondulatoria
Si riferisce al rapporto tra le ampiezze di un paio di onde di tensione e corrente in avanti o all'indietro in una linea, piuttosto che al rapporto tra le ampiezze istantanee di tensione e corrente in qualsiasi punto.
È legata alla struttura, al mezzo e al materiale del conduttore della linea stessa, ma non ha nulla a che fare con la lunghezza della linea. L'impedenza ondulatoria delle linee aeree è approssimativamente 300-500 Ω; considerando l'influenza della corona, l'impedenza ondulatoria diminuirà. L'impedenza ondulatoria dei cavi di alimentazione è intorno a 10-40 Ω. Questo perché le linee di cavo hanno una induttanza per unità di lunghezza (L₀) più piccola e una capacità per unità di lunghezza (C₀) maggiore.
Velocità dell'onda
La velocità dell'onda è determinata solo dalle proprietà del mezzo circostante il filo.
Considerando le perdite, (caratteristiche come l'impedenza ondulatoria) non hanno relazione con l'area o il materiale del conduttore. Per le linee aeree, la permeabilità magnetica è 1, e la costante dielettrica è solitamente 1. Per le linee di cavo, la permeabilità magnetica è 1, e la costante dielettrica è solitamente 3 - 5. Nelle linee aeree, (la velocità di propagazione delle onde viaggianti) è compresa tra 291 - 294 km/ms, e viene generalmente scelta 292 km/ms; per i cavi di polietilene incrociato, è approssimativamente 170 m/μs.
Riflessione e Trasmissione
Le onde viaggianti generano riflessione e trasmissione nelle discontinuità di impedenza.
Coefficienti di riflessione per circuiti aperti e chiusi: I coefficienti di riflessione di tensione e corrente sono opposti.
Per un circuito aperto: il coefficiente di riflessione di tensione è 1, e il coefficiente di riflessione di corrente è -1.
Per un cortocircuito: il coefficiente di riflessione di tensione è -1, e il coefficiente di riflessione di corrente è 1.
Coefficienti di trasmissione: I coefficienti di trasmissione di tensione e corrente sono gli stessi.
Influenza delle Perdite sulla Linea
Quando la sovratensione su un conduttore supera la sua tensione di inizio corona, si verifica un fenomeno di corona con effetti dissipativi di energia, risultando in una riduzione dell'ampiezza dell'onda e distorsione del segnale.
La resistenza della linea causa una diminuzione dell'ampiezza delle onde viaggianti e rallenta la loro velocità di ascesa durante la trasmissione.
I componenti delle onde viaggianti di frequenze diverse hanno coefficienti di attenuazione e velocità di propagazione diversi:
La velocità aumenta con la frequenza e si stabilizza quando la frequenza supera 1kHz. La velocità di propagazione delle onde viaggianti sulle linee di alimentazione si stabilizza fondamentalmente quando la frequenza del segnale è superiore a 1kHz.
Localizzazione del Guasto tramite Onde Viaggianti
I principi principali utilizzati per la localizzazione del guasto tramite onde viaggianti sono: rilevamento monodirezionale (Tipo A) e rilevamento bidirezionale (Tipo D).
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