Potovanje valov v elektroenergijskih omrežjih: Koncepti in lokacija napak

Potovanje valov po črtah

Val, ki se giblje po črti, se nanaša na val napetosti ali toka, ki se širi po črti; definiramo ga tudi kot signal napetosti ali toka, ki se giblje po vodniku.

• Stacionarni potuječi val: Val, ki se širi po črti med normalno delovanjem sistema in je generiran z energijo sistema.

• Prenosni potuječi val: Nenadno nastali val med delovanjem sistema, ki ga povzročajo krivice pri zemelju, krajšanje, prekini vodičev, operacije preklopnikov, negrevne udarce itd.

Proces prenosnega potovanja vala

Valovni proces se nanaša na valove napetosti in toka, ki so generirani med prenosnim procesom distribuiranega parametričnega obvoda, kot tudi na ustrezen proces širjenja elektromagnetnih valov; lahko ga opredelimo tudi kot navad pred napetostjo ali tokom, ki se giblje po črti.

• Val napetosti: Točkovni naboj, ki vzpostavlja električno polje distribuirane kapacitance črte tam, kjer prispade tok.

• Val toka: Nabojna struja distribuirane kapacitance črte.

Val, izmerjen na določeni točki črte, je superpozicija več valovnih pretokov.

Valovno upornost

To je razmerje amplitud med parom valov napetosti in toka, ki se gibljejo v smeri naprej ali nazaj v črti, namesto razmerja trenutnih amplitud napetosti in toka na katerem koli mestu.

Povezano je s strukturo, sredstvom in materialom vodnika samega črta, toda ni povezan s dolžino črte. Valovna upornost nadzemnih črt je približno 300–500 Ω; glede na vpliv korone bo valovna upornost manjša. Valovna upornost električnih kabelov je okoli 10–40 Ω. To je zaradi manjše induktance na enoto dolžine (L₀) in večje kapacitance na enoto dolžine (C₀) kabelskih črt.

Hitrost vala

Hitrost vala je določena samo z lastnostmi sredstva okoli vodnika.

Ob upoštevanju izgub (kot so karakteristike, kot je valovna upornost) ni povezan s površino ali materialom vodnika. Za nadzemne črte je magnetna prozornoščina 1, dielektrična konstanta pa običajno 1. Za kabelske črte je magnetna prozornoščina 1, dielektrična konstanta pa običajno 3 - 5. V nadzemnih črtah (hitrost širjenja potujučih valov) sega od 291 do 294 km/ms in je običajno izbrana za 292 km/ms; za poprekrižne polietilenske kable je približno 170 m/μs.

Odbiti in prenosi

Potujuči vali generirajo odbite in prenose na nezveznostih upornosti.

• Koeficienti odbita pri odprtih in zaprtih vezavah: Koeficienti odbita napetosti in toka sta nasprotni.

• Za odprto vezavo: koeficient odbita napetosti je 1, koeficient odbita toka je -1.

• Za zaprto vezavo: koeficient odbita napetosti je -1, koeficient odbita toka je 1.

• Koeficienti prenosa: Koeficienti prenosa napetosti in toka sta enaka.

Vpliv izgub v črti

Ko preseže previsoka napetost na vodniku njegovo začetno napetost korone, se pojavi pojav korone z energetskimi izgubami, kar vodi do zmanjšanja amplitud valov in distorzije valovnih oblik.

Upornost črte povzroča, da se amplituda potujučih valov zmanjša in hitrost naraščanja ustavi med prenosom.

Komponente potujučih valov različnih frekvenc imajo različne koeficiente priguševanja in hitrosti širjenja:

• Nize frekvenčne komponente imajo počasnejše hitrosti in manjše priguševanje;

• Višje frekvenčne komponente imajo hitrejše hitrosti in večje priguševanje.

Hitrost se povečuje s frekvenco in se stabilizira, ko preseže 1 kHz. Hitrost širjenja potujučih valov na električnih črtah se v bistvu stabilizira, ko je frekvenca signala višja od 1 kHz.

Določevanje lokacije krivice s potujučimi vali

Glavni principi določevanja lokacije krivice s potujučimi vali so: enostransko določevanje razdalje (vrsta A) in dvosransko določevanje razdalje (vrsta D).