Reisende bølger i kraftledninger: Konsepter & feilplassering

Reisende bølger på linjer

En reisende bølge på en linje refererer til en spenning eller strøm bølge som propagerer langs linjen; den defineres også som en spenning eller strøm signal som reiser langs en ledere.

• Stabil reisende bølge: En reisende bølge som propagerer langs linjen under normal drift av systemet, generert av systemets strømforsyning.

• Overgangsreisende bølge: En plutselig oppstått reisende bølge under systemdrift, forårsaket av jordfeil, kortslutningsfeil, trådbrytninger, bryteroperasjoner, lynnedslag osv.

Overgangsreisende bølgeprosess

Bølgeprosessen refererer til spennings- og strømbølger som genereres under overgangsprosessen i et fordeltparameterkrets, samt den tilsvarende elektromagnetiske bølgepropageringsprosessen; den kan også beskrives som en støt av spenning eller strømsignaler som reiser langs linjen.

• Spenning reisende bølge: Oppspinningsstrømmen som etablerer elektrisk felt av linjens fordelt kapasitans ved punktet hvor strømmen ankommer.

• Strøm reisende bølge: Oppspinningsstrømmen av linjens fordelt kapasitans.

En reisende bølge målt på et visst punkt på linjen er superposisjonen av flere reisende bølgestøt.

Bølgeimpedans

Dette refererer til forholdet mellom amplitudene av et par fremover- eller bakovergående spenning- og strømbølger i en linje, snarere enn forholdet mellom de øyeblikkelige amplitudene av spenning og strøm på et hvilket som helst punkt.

Det er relatert til strukturen, mediumet og ledermaterialet selv, men har ingenting med lengden på linjen å gjøre. Bølgeimpedansen for ovnforledninger er omtrent 300–500 Ω; med hensyn til koronas effekt vil bølgeimpedansen reduseres. Bølgeimpedansen for kraftkabler er rundt 10–40 Ω. Dette skyldes at kabellinjer har mindre induktivitet per enhetlengde (L₀) og større kapasitans per enhetlengde (C₀).

Bølgens hastighet

Bølgehastigheten bestemmes kun av egenskapene til mediumet rundt ledningen.

Ved å ta hensyn til tap (egenskaper som bølgeimpedans) har ingen relasjon til lederareal eller materiale. For ovnforledninger er magnetisk permeabilitet 1, og dielektrisk konstant er vanligvis 1. For kabellinjer er magnetisk permeabilitet 1, og dielektrisk konstant er vanligvis 3 - 5. I ovnforledninger (hastigheten til reisende bølger) ligger i området 291 - 294 km/ms, og blir generelt valgt som 292 km/ms; for krysskoblet polyetylenkabler er det omtrent 170 m/μs.

Refleksjon og transmisjon

Reisende bølger genererer refleksjon og transmisjon ved impedansdiskontinuiteter.

• Refleksjonskoeffisienter for åpne og korte spor: Refleksjonskoeffisientene for spenning og strøm er motsatte.

• For et åpent spor: spenningens refleksjonskoeffisient er 1, og strømmens refleksjonskoeffisient er -1.

• For et kortet spor: spenningens refleksjonskoeffisient er -1, og strømmens refleksjonskoeffisient er 1.

• Transmisjonskoeffisienter: Transmisjonskoeffisientene for spenning og strøm er de samme.

Påvirkning av linjetap

Når overspenningen på en leder overstiger dens koronainitsieringsspenning, forekommer et koronafenomen med energiforbrukende effekter, som fører til reduksjon av bølgeamplitude og formforvrengning.

Linjestyrkefrihet fører til at amplituden av reisende bølger minker og deres stigehastighet senkes under overføring.

Reisende bølgemedlemmer med ulike frekvenser har ulike dempingskoeffisienter og propagasjonshastigheter:

• Lavfrekvensmedlemmer har lavere hastigheter og mindre demping;

• Høyfrekvensmedlemmer har høyere hastigheter og større demping.

Hastigheten øker med frekvensen og stabiliseres når frekvensen overstiger 1kHz. Propagasjonshastigheten for reisende bølger på kraftlinjer stabiliserer seg grunnleggende når signalfrekvensen er over 1kHz.

Feilsituering med reisende bølger

De hovedprinsippene for feilsituering med reisende bølger som brukes, er: ensidig rangering (Type A) og tosidig rangering (Type D).