Reizende golven in elektriciteitsleidingen: Concepten & Foutlocatie

Reizende golven op lijnen

Een reizende golf op een lijn verwijst naar een spannings- of stroomgolf die zich langs de lijn voortplant; het wordt ook gedefinieerd als een spannings- of stroomsignaal dat zich langs een geleider beweegt.

• Staande reizende golf: Een reizende golf die zich tijdens normale werking van het systeem langs de lijn voortplant, gegenereerd door de stroomvoorziening van het systeem.

• Tijdelijke reizende golf: Een plotseling optredende reizende golf tijdens de werking van het systeem, veroorzaakt door grondfouten, kortsluitingen, kabelbreuken, schakeloperaties, blikseminslagen, enz.

Proces van tijdelijke reizende golf

Het golfproces verwijst naar de spannings- en stroomgolven die worden gegenereerd tijdens het overgangsproces van een circuit met verdeelde parameters, evenals het bijbehorende elektromagnetische golfpropagatieproces; het kan ook worden omschreven als een stoot van spannings- of stroomsignalen die zich langs de lijn verplaatst.

• Spanningsreizende golf: De laadstroom die het elektrisch veld van de verdeelde capaciteit van de lijn opbouwt op het punt waar de stroom aankomt.

• Stroomreizende golf: De laadstroom van de verdeelde capaciteit van de lijn.

Een reizende golf die op een bepaald punt op de lijn wordt gemeten, is de superpositie van meerdere reizende golfstoten.

Golfimpedantie

Het verwijst naar het verhouding tussen de amplitudes van een paar voorwaartse of achterwaartse spanning- en stroomgolven in een lijn, in plaats van het verhouding van de momentane amplitudes van spanning en stroom op elk punt.

Het is gerelateerd aan de structuur, het medium en het geleidermateriaal van de lijn zelf, maar heeft niets te maken met de lengte van de lijn. De golfimpedantie van bovengrondse lijnen ligt ongeveer tussen 300-500 Ω; met inachtneming van de invloed van corona zal de golfimpedantie afnemen. De golfimpedantie van krachtlijnen ligt rond 10-40 Ω. Dit komt omdat kabellijnen een kleinere induktie per lengteenheid (L₀) en een grotere capaciteit per lengteenheid (C₀) hebben.

Golfsnelheid

De golfsnelheid wordt alleen bepaald door de eigenschappen van het medium rond de draad.

Bij het beschouwen van verliezen, (eigenschappen zoals golfimpedantie) hebben geen relatie met de geleideroppervlakte of -materiaal. Voor bovengrondse lijnen is de magnetische doordringbaarheid 1, en de dielektrische constante is meestal 1. Voor kabellijnen is de magnetische doordringbaarheid 1, en de dielektrische constante is meestal 3-5. Bij bovengrondse lijnen (de propagatiesnelheid van reizende golven) ligt in het bereik van 291-294 km/ms, en wordt meestal 292 km/ms gekozen; voor gekruiste polyethyleen kabels is het ongeveer 170 m/μs.

Reflectie en transmissie

Reizende golven genereren reflectie en transmissie bij impedantiediscontinuïteiten.

• Reflectiecoëfficiënten voor open en gesloten circuits: De reflectiecoëfficiënten van spanning en stroom zijn tegengesteld.

• Voor een open circuit: de spanningreflectiecoëfficiënt is 1, en de stroomreflectiecoëfficiënt is -1.

• Voor een gesloten circuit: de spanningreflectiecoëfficiënt is -1, en de stroomreflectiecoëfficiënt is 1.

• Transmissiecoëfficiënten: De transmissiecoëfficiënten van spanning en stroom zijn hetzelfde.

Invloed van lijnverliezen

Wanneer de overspanning op een geleider de corona-inceptiespanning overschrijdt, treedt een corona-fenomeen met energieverbruik op, wat leidt tot verminderde golfamplitude en vervorming van de golfvorm.

Lijnweerstand zorgt ervoor dat de amplitude van reizende golven afneemt en hun stijgsnelheid vertraagt tijdens de overdracht.

Reizende golfcomponenten met verschillende frequenties hebben verschillende dempingscoëfficiënten en propagatiesnelheden:

• Componenten met lage frequentie hebben langzamere snelheden en kleinere demping;

• Componenten met hoge frequentie hebben hogere snelheden en grotere demping.

De snelheid neemt toe met de frequentie en stabiliseert wanneer de frequentie 1kHz overschrijdt. De propagatiesnelheid van reizende golven op krachtlijnen stabiliseert zich grotendeels wanneer de signalfrequentie boven 1kHz ligt.

Locatie van fouten door reizende golven

De belangrijkste principes die worden gebruikt voor locatie van fouten door reizende golven zijn: eindafstandsbepaling (Type A) en dubbele eindafstandsbepaling (Type D).