Resande vågor i elnät: Begrepp & felplatsbestämning

Resande vågor på linjer

En resande våg på en linje hänvisar till en spännings- eller strömvåg som sprider sig längs linjen; den definieras också som ett spännings- eller strömsignal som reser sig längs en ledare.

• Stadig tillståndsresande våg: En resande våg som sprider sig längs linjen under det normala driftläget i systemet, genererad av systemets elnät.

• Transient resande våg: En plötsligt uppstående resande våg under systemdrift, orsakad av jordfel, kortslutningsfel, trådbristningar, brytarslutningar, blixtträsningar osv.

Process för transient resande våg

Vågprocessen hänvisar till de spännings- och strömvågor som genereras under den transient processen i en distribuerad parameterkrets, samt den motsvarande elektromagnetiska vågutspridningsprocessen; det kan också beskrivas som en våg av spännings- eller strömsignaler som reser sig längs linjen.

• Spänningsresande våg: Laddningsströmmen som etablerar linjens distribuerade kapacitansens elektriska fält vid punkten där strömmen anländer.

• Strömsresande våg: Laddningsströmmen av linjens distribuerade kapacitans.

En resande våg mätt vid en viss punkt på linjen är överlagringen av flera resande vågsurser.

Vågimpedans

Det hänvisar till förhållandet mellan amplituderna mellan ett par framåt- eller bakåtspännings- och strömvågor i en linje, snarare än förhållandet mellan de momentana amplituderna av spänning och ström vid någon punkt.

Det beror på linjens struktur, medium och ledmateriale, men har ingenting att göra med linjens längd. Vågimpedansen för övre ledningar är ungefär 300–500 Ω; med hänsyn tagen till koronans inflytande kommer vågimpedansen att minska. Vågimpedansen för elkablar ligger runt 10–40 Ω. Detta beror på att kabellinjer har en mindre induktans per enhetslängd (L₀) och en större kapacitans per enhetslängd (C₀).

Våghastighet

Våghastigheten bestäms endast av egenskaperna hos mediumet runt ledaren.

När förluster beaktas (egenskaper som vågimpedans) har ingen relation till ledområdet eller materialet. För övre ledningar är magnetpermeabiliteten 1, och dielektrisk konstant är vanligtvis 1. För kabellinjer är magnetpermeabiliteten 1, och dielektrisk konstant är vanligtvis 3 - 5. I övre ledningar (spridningshastigheten för resande vågor) ligger i området 291 - 294 km/ms, och väljs vanligtvis till 292 km/ms; för korslänkade polyetenkablar är det ungefär 170 m/μs.

Reflektion och transmission

Resande vågor genererar reflektion och transmission vid impedansdiskontinuiteter.

• Reflektionskoefficienter för öppna och kortslutna circuit: Reflektionskoefficienterna för spänning och ström är motsatta.

• För en öppen circuit: spänningsreflektionskoefficienten är 1, och strömsreflektionskoefficienten är -1.

• För en kortsluten circuit: spänningsreflektionskoefficienten är -1, och strömsreflektionskoefficienten är 1.

• Transmissionskoefficienter: transmissionskoefficienterna för spänning och ström är samma.

Inverkan av linjeförluster

När överspänningen på en ledare överskrider dess koronauppkomstspänning inträffar en koronafenomen med energiförlusteffekter, vilket leder till minskad vågamplitud och vågformsförvrängning.

Linjerestansen gör att amplituden av resande vågor minskar och deras uppgångshastighet saktas ned under överföring.

Resande vågkomponenter av olika frekvenser har olika dämpningskoefficienter och spridningshastigheter:

• Lågfrekvenskomponenter har långsammare hastigheter och mindre dämpning;

• Högfrekvenskomponenter har snabbare hastigheter och större dämpning.

Hastigheten ökar med frekvensen och stabiliserar sig när frekvensen överskrider 1kHz. Spridningshastigheten för resande vågor på elkraftlinjer stabiliserar sig i princip när signalfrekvensen ligger över 1kHz.

Resande våg felplatsbestämning

De huvudsakliga principerna för resande våg felplatsbestämning som används är: ensidig räckvidd (Typ A) och tvåsidig räckvidd (Typ D).