32.4 : Linee di trasmissione: funzionamento transitorio

La resistenza in serie della linea di trasmissione e la conduttanza di derivazione causano tre effetti principali: attenuazione, distorsione e perdite di potenza.

Attenuazione

Quando sono presenti resistenza in serie costante e conduttanza di derivazione, le equazioni di tensione e corrente vengono modificate. La costante di propagazione indica che le onde di tensione e corrente sono costituite da componenti che viaggiano sia in avanti che all'indietro. Queste onde si attenuano mentre si propagano, con il fattore di attenuazione correlato alla resistenza e alla conduttanza. In una linea senza distorsioni, dove il rapporto resistenza-induttanza è uguale al rapporto conduttanza-capacità, il fattore di attenuazione rimane costante. Le onde viaggiano senza cambiare forma, diminuendo solo in magnitudine.

Distorsione

Per le onde sinusoidali in stato stazionario, la costante di propagazione determina sia la velocità di fase che l'attenuazione. In una linea senza perdite, la velocità di fase è costante, senza attenuazione. In una linea senza distorsioni, le onde di tutte le frequenze viaggiano a una velocità costante con attenuazione uniforme, fondamentale per mantenere l'integrità del segnale su lunghe distanze. Al di sopra di una certa frequenza, in genere 1 MHz per le linee di trasmissione pratiche, la maggior parte delle linee si comporta come senza distorsioni.

Perdite di potenza

Le perdite di potenza nelle linee di trasmissione derivano dalla resistenza in serie e dalla conduttanza di derivazione. Le perdite correlate alla resistenza si verificano a causa del flusso di corrente attraverso la linea, mentre la tensione attraverso i conduttori causa perdite correlate alla conduttanza. Tali perdite possono derivare da perdite dell'isolante, effetti corona nelle linee aeree e perdite dielettriche nei cavi. L'analisi dei transitori su linee con perdite con parametri costanti (resistenza, induttanza, conduttanza e capacità) è complessa, soprattutto considerando l’effetto pelle.

Le sovratensioni nei sistemi di alimentazione sono classificate come sovratensioni da fulmini, sovratensioni di commutazione e sovratensioni di frequenza di potenza. I fulmini, una causa principale, comportano complesse interazioni tra le nuvole. La separazione delle cariche all'interno delle nuvole, le gocce di pioggia che cadono e che trasportano cariche negative e le correnti d'aria verso l'alto che trasportano cariche positive contribuiscono alla formazione dei fulmini. Quando il gradiente di tensione supera la resistenza di rottura dell'aria, un conduttore discendente si collega a un conduttore ascendente da terra, causando una sovratensione.