Elektrik Hatlarında Gezen Dalga: Kavramlar ve Hata Konumlandırma

Hatlar Üzerindeki Dalga Geçidi

Hat üzerinde ilerleyen bir dalga, hat boyunca yayılan bir gerilim veya akım dalgasını ifade eder; aynı zamanda, biriletken boyunca seyahat eden bir gerilim veya akım sinyali olarak da tanımlanır.

• Durağan durum dalga geçidi: Sistemin normal işletimi sırasında hattın boyunca ilerleyen bir dalga, sistemin güç kaynağı tarafından üretilir.

• Geçici dalga geçidi: Sistem çalışması sırasında aniden oluşan bir dalga, toprak arızaları, kısa devre arızaları, tel kopmaları, anahtar işlemler, yıldırım vuruşları vb. nedeniyle oluşur.

Geçici Dalga Geçidi Süreci

Dalga süreci, dağıtılmış parametreli devrenin geçici süreci sırasında üretilen gerilim ve akım dalgalarını, yanı sıra buna karşılık gelen elektromanyetik dalga yayılım sürecini ifade eder; aynı zamanda, hat boyunca seyahat eden bir gerilim veya akım sinyali patlaması olarak da tanımlanabilir.

• Gerilim dalga geçidi: Akımın geldiği noktada hatın dağıtılmış kapasitansının elektrik alanını oluşturacak şarj akımı.

• Akım dalga geçidi: Hatın dağıtılmış kapasitansının şarj akımı.

Hat üzerinde belirli bir noktada ölçülen bir dalga geçidi, birden fazla dalga geçidi patlamasının süperpozisyonudur.

Dalga İmpedansı

Bir hat üzerindeki bir çift ileri veya geri yönde olan gerilim ve akım dalgalarının amplitüdleri arasındaki oranıdır, herhangi bir noktadaki gerilim ve akımın anlık amplitüdleri oranı değildir.

Hatın kendisinin yapısı, ortam ve iletken malzemesi ile ilişkilidir, ancak hat uzunluğuyla hiçbir ilgisi yoktur. Havada asılı hatların dalga impedansı yaklaşık 300-500 Ω'dur; korona etkisinin göz önünde bulundurulmasıyla dalga impedansı azalır. Elektrik kablolarının dalga impedansı yaklaşık 10-40 Ω'dur. Bu, kablo hatlarının birim uzunluk başına daha küçük bir indüktans (L₀) ve daha büyük bir kapasitans (C₀) sahip olması nedeniyledir.

Dalga Hızı

Dalga hızı, sadece telin etrafındaki ortamanın özelliklerinden belirlenir.

Kayıplar göz önüne alındığında, (dalga impedansı gibi özellikleri) iletken alanı veya malzemeyle hiçbir ilgisi yoktur. Havada asılı hatlar için manyetik geçirgenlik 1, dielektrik sabiti genellikle 1'dir. Kablo hatları için manyetik geçirgenlik 1, dielektrik sabit genellikle 3 - 5 arasındadır. Havada asılı hatlarda, (dalga geçidi hızı) 291 - 294 km/ms aralığındadır ve genellikle 292 km/ms olarak seçilir; çapraz bağlantılı polietilen kablolar için yaklaşık 170 m/μs'tür.

Yansıma ve İletme

Dalga geçitleri, impedans süreksizliklerinde yansıma ve iletme oluşturur.

• Açık ve kısa devre yansıma katsayıları: Gerilim ve akım yansıma katsayıları zıt işaretlidir.

• Açık devre için: gerilim yansıma katsayısı 1, akım yansıma katsayısı -1'dir.

• Kısa devre için: gerilim yansıma katsayısı -1, akım yansıma katsayısı 1'dir.

• İletme katsayıları: Gerilim ve akım iletme katsayıları aynıdır.

Hat Kayıplarının Etkisi

Bir iletken üzerindeki aşırı gerilim, iletkenin korona başlangıç gerilimini aşarsa, enerji dağılım etkileri olan bir korona fenomeni oluşur, bu da dalga amplitudesinin azalmasına ve dalga formunda bozulmalara neden olur.

Hat direnci, dalga geçitlerinin amplitudesini azaltır ve iletim sırasında yükseltme hızını yavaşlatır.

Farklı frekanstaki dalga geçit bileşenleri, farklı sönüm katsayılarına ve yayılma hızlarına sahiptir:

• Düşük frekanslı bileşenler daha yavaş hızlara ve daha küçük sönüm katsayılara sahiptir;

• Yüksek frekanslı bileşenler daha hızlı hızlara ve daha büyük sönüm katsayılara sahiptir.

Hız frekansla artar ve frekans 1kHz'i aşınca istikrarlaşır. Güç hatlarında dalga geçitlerinin yayılma hızı, sinyal frekansı 1kHz'nin üzerinde olduğunda temelde istikrarlaşır.

Dalga Geçidi Arıza Konumlandırma

Kullanılan dalga geçidi arıza konumlandırma ana prensipleri: tek uçlu aralıklı (Tip A) ve çift uçlu aralıklı (Tip D).