Путешествующие волны в линиях электропередач: понятия и определение места повреждения

Бегущие волны на линиях

Бегущая волна на линии — это волна напряжения или тока, распространяющаяся вдоль линии; также определяется как сигнал напряжения или тока, распространяющийся по проводнику.

• Стационарная бегущая волна: бегущая волна, распространяющаяся вдоль линии во время нормальной работы системы, генерируемая источником питания системы.

• Временная бегущая волна: внезапно возникающая бегущая волна во время работы системы, вызванная замыканием на землю, короткими замыканиями, обрывами проводов, операциями выключателей, ударом молнии и т. д.

Процесс временной бегущей волны

Процесс волны относится к волнам напряжения и тока, возникающим во время переходного процесса распределенного параметрического контура, а также соответствующему процессу распространения электромагнитных волн; он также может быть описан как скачок напряжения или тока, распространяющийся вдоль линии.

• Бегущая волна напряжения: зарядный ток, устанавливающий электрическое поле распределенной емкости линии в точке, где приходит ток.

• Бегущая волна тока: зарядный ток распределенной емкости линии.

Бегущая волна, измеренная в определенной точке линии, является суперпозицией нескольких скачков бегущих волн.

Волновое сопротивление

Это отношение амплитуд между парой прямых или обратных волн напряжения и тока на линии, а не отношение мгновенных амплитуд напряжения и тока в любой точке.

Оно связано со структурой, средой и материалом проводника самой линии, но не имеет отношения к длине линии. Волновое сопротивление воздушных линий составляет примерно 300-500 Ом; учитывая влияние короны, волновое сопротивление уменьшается. Волновое сопротивление силовых кабелей находится в пределах 10-40 Ом. Это связано с тем, что кабельные линии имеют меньшую индуктивность на единицу длины (L₀) и большую емкость на единицу длины (C₀).

Скорость волны

Скорость волны определяется только свойствами среды вокруг провода.

При учете потерь (характеристики, такие как волновое сопротивление) не зависят от площади поперечного сечения проводника или материала. Для воздушных линий магнитная проницаемость равна 1, а диэлектрическая проницаемость обычно равна 1. Для кабельных линий магнитная проницаемость равна 1, а диэлектрическая проницаемость обычно составляет 3-5. В воздушных линиях (скорость распространения бегущих волн) находится в диапазоне 291-294 км/мс, и обычно выбирается 292 км/мс; для кабелей с перекрестносшитым полиэтиленом она составляет примерно 170 м/мкс.

Отражение и передача

Бегущие волны создают отражение и передачу при разрывах волнового сопротивления.

• Коэффициенты отражения для открытого и короткого замыкания: коэффициенты отражения напряжения и тока противоположны.

• Для открытого замыкания: коэффициент отражения напряжения равен 1, а коэффициент отражения тока равен -1.

• Для короткого замыкания: коэффициент отражения напряжения равен -1, а коэффициент отражения тока равен 1.

• Коэффициенты передачи: коэффициенты передачи напряжения и тока одинаковы.

Влияние потерь на линии

Когда перенапряжение на проводнике превышает его начальное напряжение короны, происходит явление короны с эффектом рассеивания энергии, что приводит к уменьшению амплитуды волны и искажению формы волны.

Сопротивление линии приводит к уменьшению амплитуды бегущих волн и замедлению их скорости нарастания при передаче.

Компоненты бегущих волн различных частот имеют различные коэффициенты затухания и скорости распространения:

• Компоненты низкой частоты имеют более низкие скорости и меньшее затухание;

• Компоненты высокой частоты имеют более высокие скорости и большее затухание.

Скорость увеличивается с частотой и стабилизируется, когда частота превышает 1 кГц. Скорость распространения бегущих волн на линиях электропередачи практически стабилизируется, когда частота сигнала выше 1 кГц.

Локализация неисправностей с помощью бегущих волн

Основные принципы локализации неисправностей с помощью бегущих волн: односторонняя локализация (тип A) и двухсторонняя локализация (тип D).