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電力線路におけるトラベリング波:概念と故障位置特定

Leon
フィールド: 故障診断
China

線路上の進行波

線路上の進行波とは、線路に沿って伝搬する電圧または電流の波であり、導体に沿って伝わる電圧または電流信号としても定義されます。

  • 定常進行波:システムが通常運転している間に線路上を伝搬する進行波で、システムの電源によって生成されます。

  • 過渡進行波:システム運転中に突然発生する進行波で、接地障害、短絡障害、線路切断、スイッチ操作、落雷などにより引き起こされます。

過渡進行波プロセス

波プロセスとは、分散パラメータ回路の過渡過程で生成される電圧および電流の波、およびそれに対応する電磁波の伝播プロセスを指し、また線路上を伝わる電圧または電流信号の急激な増加としても記述できます。

  • 電圧進行波:電流が到達した点で線路の分布容量の電界を形成する充電電流。

  • 電流進行波:線路の分布容量の充電電流。

線路上のある点で測定される進行波は、複数の進行波パルスの重ね合わせです。

波インピーダンス

これは、線路上の一対の前進または後退電圧と電流波の振幅比を指し、任意の点での電圧と電流の瞬時振幅比ではありません。

これは線路自体の構造、媒体、導体材料に関連していますが、線路の長さとは関係ありません。空中線路の波インピーダンスは約300〜500Ωです。コロナの影響を考えると、波インピーダンスは減少します。電力ケーブルの波インピーダンスは約10〜40Ωです。これは、ケーブル線路が単位長あたりのインダクタンス(L₀)が小さく、単位長あたりのキャパシタンス(C₀)が大きいからです。

波速度

波速度は、ワイヤー周囲の媒体の性質によってのみ決定されます。

損失を考慮すると、(波インピーダンスなどの特性は)導体面積や材料とは関係ありません。空中線路の場合、磁気透過率は1、誘電率は通常1です。ケーブル線路の場合、磁気透過率は1、誘電率は通常3〜5です。空中線路では、(進行波の伝播速度)は291〜294 km/msの範囲で、通常292 km/msを選択します。クロスリンクポリエチレンケーブルでは、約170 m/μsです。

反射と透過

進行波はインピーダンスの不連続部分で反射と透過を生成します。

  • 開放回路と短絡回路の反射係数:電圧と電流の反射係数は反対です。

    • 開放回路の場合:電圧反射係数は1、電流反射係数は-1です。

    • 短絡回路の場合:電圧反射係数は-1、電流反射係数は1です。

  • 透過係数:電圧と電流の透過係数は同じです。

線路損失の影響

導体上の過電圧がコロナ開始電圧を超えると、エネルギー消耗効果を持つコロナ現象が発生し、波の振幅が減少し波形が歪曲されます。

線路抵抗は、進行波の振幅を減少させ、伝送中の上昇速度を遅らせます。

異なる周波数の進行波成分は、異なる減衰係数と伝播速度を持ちます:

  • 低周波成分は速度が遅く、減衰が小さい;

  • 高周波成分は速度が早く、減衰が大きい。

速度は周波数とともに増加し、周波数が1kHzを超えると安定します。電力線路上の進行波の伝播速度は、信号周波数が1kHzを超えると基本的に安定します。

進行波故障位置検出

進行波故障位置検出で主に使用される原理は、単端距離計測(タイプA)と両端距離計測(タイプD)です。

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