คลื่นเดินทางในสายส่งไฟฟ้า: แนวคิดและตำแหน่งของข้อผิดพลาด

คลื่นเดินทางบนสายส่ง

คลื่นเดินทางบนสายส่งหมายถึงคลื่นแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ตามสายส่ง; ยังสามารถกำหนดให้เป็นสัญญาณแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ตามตัวนำ

• คลื่นเดินทางในภาวะคงที่: คลื่นเดินทางที่เคลื่อนที่ตามสายส่งระหว่างการทำงานปกติของระบบ ซึ่งเกิดจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าของระบบ

• คลื่นเดินทางชั่วขณะ: คลื่นเดินทางที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหันระหว่างการทำงานของระบบ เกิดจากความผิดปกติเช่น การลัดวงจร การขาดสาย การทำงานของสวิตช์ การถูกฟ้าผ่า ฯลฯ

กระบวนการคลื่นเดินทางชั่วขณะ

กระบวนการคลื่นหมายถึงคลื่นแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการชั่วขณะของวงจรพารามิเตอร์กระจาย รวมถึงกระบวนการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น; ยังสามารถบรรยายได้ว่าเป็นการพุ่งของสัญญาณแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ตามสายส่ง

• คลื่นแรงดัน: กระแสไฟฟ้าที่ชาร์จเพื่อก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าของความจุกระจายของสายส่งที่จุดที่กระแสไฟฟ้ามาถึง

• คลื่นกระแสไฟฟ้า: กระแสไฟฟ้าที่ชาร์จของความจุกระจายของสายส่ง

คลื่นเดินทางที่วัดได้ที่จุดใดๆ บนสายส่งคือผลรวมของคลื่นพุ่งหลาย ๆ คลื่น

อิมพีแดนซ์คลื่น

หมายถึงอัตราส่วนของขนาดระหว่างคู่ของคลื่นแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าหรือกลับหลังในสายส่ง ไม่ใช่อัตราส่วนของขนาดทันทีของแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่จุดใด ๆ

อิมพีแดนซ์คลื่นเกี่ยวข้องกับโครงสร้าง สื่อ และวัสดุตัวนำของสายส่งเอง แต่ไม่เกี่ยวข้องกับความยาวของสายส่ง อิมพีแดนซ์คลื่นของสายส่งอากาศประมาณ 300-500 Ω; เมื่อพิจารณาผลกระทบของโคโรนา อิมพีแดนซ์คลื่นจะลดลง อิมพีแดนซ์คลื่นของสายเคเบิลพลังงานอยู่ที่ประมาณ 10-40 Ω เนื่องจากสายเคเบิลมีอินดักแทนซ์ต่อหน่วยความยาว (L₀) น้อยกว่าและมีความจุต่อหน่วยความยาว (C₀) มากกว่า

ความเร็วคลื่น

ความเร็วคลื่นถูกกำหนดเฉพาะโดยคุณสมบัติของสื่อรอบตัวสายส่ง

เมื่อพิจารณาการสูญเสีย (คุณสมบัติเช่น อิมพีแดนซ์คลื่น) ไม่มีความเกี่ยวข้องกับพื้นที่หรือวัสดุของตัวนำ สำหรับสายส่งอากาศ ความซึมผ่านแม่เหล็กเป็น 1 และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเป็น 1 สำหรับสายเคเบิล ความซึมผ่านแม่เหล็กเป็น 1 และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเป็น 3-5 สำหรับสายส่งอากาศ (ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นเดินทาง) อยู่ในช่วง 291-294 กม./มิลลิวินาที และมักเลือกเป็น 292 กม./มิลลิวินาที; สำหรับสายเคเบิลโพลีเอธิลีนแบบไขว้ ประมาณ 170 ม./ไมโครวินาที

การสะท้อนและการส่งผ่าน

คลื่นเดินทางสร้างการสะท้อนและการส่งผ่านที่จุดที่อิมพีแดนซ์ไม่ต่อเนื่อง

• สัมประสิทธิ์การสะท้อนสำหรับวงจรเปิดและวงจรป้อนกลับ: สัมประสิทธิ์การสะท้อนของแรงดันและกระแสไฟฟ้าตรงข้ามกัน

• สำหรับวงจรเปิด: สัมประสิทธิ์การสะท้อนของแรงดันเป็น 1 และสัมประสิทธิ์การสะท้อนของกระแสไฟฟ้าเป็น -1

• สำหรับวงจรป้อนกลับ: สัมประสิทธิ์การสะท้อนของแรงดันเป็น -1 และสัมประสิทธิ์การสะท้อนของกระแสไฟฟ้าเป็น 1

• สัมประสิทธิ์การส่งผ่าน: สัมประสิทธิ์การส่งผ่านของแรงดันและกระแสไฟฟ้าเท่ากัน

ผลกระทบที่เกิดจากความสูญเสียของสายส่ง

เมื่อแรงดันเกินบนตัวนำสูงกว่าแรงดันเริ่มต้นของโคโรนา จะเกิดปรากฏการณ์โคโรนาที่มีผลทำลายพลังงาน ทำให้ขนาดคลื่นลดลงและรูปคลื่นเปลี่ยนแปลง

ความต้านทานของสายส่งทำให้ขนาดของคลื่นเดินทางลดลงและทำให้ความเร็วในการขึ้นสูงช้าลงระหว่างการส่งผ่าน

ส่วนประกอบคลื่นเดินทางที่มีความถี่ต่างกันมีสัมประสิทธิ์การลดลงและความเร็วในการแพร่กระจายต่างกัน:

• ส่วนประกอบความถี่ต่ำมีความเร็วน้อยและมีการลดลงน้อย;

• ส่วนประกอบความถี่สูงมีความเร็วมากและมีการลดลงมาก

ความเร็วเพิ่มขึ้นตามความถี่และคงที่เมื่อความถี่สูงกว่า 1kHz ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นเดินทางบนสายส่งไฟฟ้ามีความคงที่เมื่อความถี่สัญญาณสูงกว่า 1kHz

การระบุตำแหน่งความผิดพลาดด้วยคลื่นเดินทาง

หลักการสำคัญของการระบุตำแหน่งความผิดพลาดด้วยคลื่นเดินทางที่ใช้คือ: การวัดระยะทางด้านเดียว (ประเภท A) และการวัดระยะทางสองด้าน (ประเภท D)