진행파 (Traveling wave) | 투과파와 반사파

진행파는 송전선로나 기타 전기 전도체에서 발생한 전기 신호가 시간과 공간을 따라 이동하는 현상입니다. 이 신호는 기기의 개폐나 낙뢰 등의 외부 요인으로 인해 발생하며, 진행 중에 매질의 변화나 임피던스 변동에 따라 투과되거나 반사될 수 있습니다.

 

진행파 (Traveling wave)

진행파의 반사와 투과

기기의 개폐 또는 낙뢰 등의 침입으로 발생한 서지는 송전선로를 따라서 진행하게 되는데, 매질의 변화가 없으면 입사파는 그대로 진행하고, 서지 임피던스가 달라지는 변이점에 도달하면 서지 임피던스의 비에 따라서 서지는 투과 또는 반사하게 됩니다. 서지가 투과되는 계수를 투과계수, 반사되는 비율을 반사계수라 합니다. 수식으로 표현하면 다음과 같습니다.

진행파 (투과파와 반사파)

 

수식

그림에서 e는 입사파전압, e_r은 반사파전압, e_t는 투과파전압을 나타냅니다. Z₁은 변이점 전의 도체의 서지임피던스, Z₂는 변이점 후의 도체의 서지임피던스입니다. 투과파전압 e_t는 다음과 같이 주어집니다

 

e_t = (2Z₂ / (Z₁ + Z₂)) × e = γ × e

 

반사파전압 e_r은 다음과 같이 주어집니다

 

e_r = ((Z₂ - Z₁) / (Z₁ + Z₂)) × e = β × e

 

여기서 γ는 투과계수라 하며 다음과 같이 정의됩니다

 

γ = 2Z₂ / (Z₁ + Z₂)

 

β는 반사계수라 하며 다음과 같이 정의됩니다

 

β = (Z₂ - Z₁) / (Z₁ + Z₂)

 

투과계수 γ와 반사계수 β 사이에는 다음의 관계가 성립합니다

 

γ = 1 + β

 

 

결론

진행파의 이해는 전력 시스템의 설계와 보호에 필수적입니다. 반사와 투과 현상을 정확히 분석하면 송전 시스템의 효율성을 높이고, 서지로 인한 장비 손상을 최소화할 수 있습니다. 이를 통해 전기 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상시키는 데 기여할 수 있습니다.