Was ist der Ferranti-Effekt?
Was ist der Ferranti-Effekt?
Definition des Ferranti-Effekts
Der Ferranti-Effekt wird definiert als die Erhöhung der Spannung am Empfangsende einer langen Übertragungsleitung im Vergleich zum Sendeende. Dieser Effekt fällt besonders auf, wenn die Last sehr gering oder nicht vorhanden (offener Schaltkreis) ist. Er kann als Faktor oder prozentuale Erhöhung beschrieben werden.
In der allgemeinen Praxis fließt der Strom vom höheren Potential zum niedrigeren Potential, um den elektrischen Spannungsunterschied auszugleichen. Normalerweise ist die Spannung am Sendeende aufgrund von Leitungsschwund höher als am Empfangsende, so dass der Strom vom Versorgungsende zur Last fließt.
Sir S.Z. Ferranti stellte jedoch im Jahr 1890 eine erstaunliche Theorie über mittlere Übertragungsleitungen oder Fernübertragungsleitungen auf, die besagt, dass bei leichter Belastung oder ohne Last der Spannungswert am Empfangsende oft über den Spannungswert am Sendeende hinaus ansteigt, was zu einem Phänomen führt, das als Ferranti-Effekt in einem Energiesystem bekannt ist.
Ferranti-Effekt in der Übertragungsleitung
Eine lange Übertragungsleitung hat entlang ihrer Länge eine signifikante Kapazität und Induktivität. Der Ferranti-Effekt tritt auf, wenn der von der Leitungskapazität gezogene Strom größer als der Laststrom am Empfangsende ist, insbesondere bei leichter oder keiner Last.
Der Kondensator-Ladungsstrom verursacht einen Spannungsabfall über den Leitungsinduktor, der mit der Spannung am Sendeende in Phase liegt. Dieser Spannungsabfall nimmt entlang der Leitung zu, wodurch die Spannung am Empfangsende höher als die Spannung am Sendeende wird. Dies wird als Ferranti-Effekt bezeichnet.
Sowohl die Kapazität als auch die Induktivität der Übertragungsleitung sind gleichermaßen für dieses Phänomen verantwortlich, weshalb der Ferranti-Effekt bei kurzen Übertragungsleitungen vernachlässigbar ist, da der Induktor solcher Leitungen praktisch als nahe Null betrachtet wird. Im Allgemeinen ist bei einer 300 km langen Leitung, die mit einer Frequenz von 50 Hz arbeitet, die Spannung am Empfangsende ohne Last um 5% höher als die Spannung am Sendeende.
Für die Analyse des Ferranti-Effekts betrachten wir die oben gezeigten Phasordiagramme.
Hier wird Vr als Referenzphasor betrachtet, dargestellt durch OA.
Dies wird durch den Phasor OC dargestellt.
Nun, im Fall einer „langen Übertragungsleitung“, wurde praktisch beobachtet, dass der elektrische Widerstand der Leitung im Vergleich zur Leitungsreaktanz vernachlässigbar klein ist. Daher können wir annehmen, dass die Länge des Phasors Ic R = 0; wir können annehmen, dass die Spannungserhöhung nur auf OA – OC = reaktiver Abfall in der Leitung zurückzuführen ist.
Wenn wir nun c0 und L0 als Werte der Kapazität und Induktivität pro Kilometer der Übertragungsleitung betrachten, wobei l die Länge der Leitung ist.
Da bei einer langen Übertragungsleitung die Kapazität über ihre gesamte Länge verteilt ist, beträgt der durchschnittliche Strom,
Aus der obigen Gleichung geht eindeutig hervor, dass die Spannungserhöhung am Empfangsende direkt proportional zum Quadrat der Leitungslänge ist. Daher nimmt sie bei langen Übertragungsleitungen mit der Länge zu und überschreitet manchmal sogar die angewandte Spannung am Sendeende, was zum Phänomen des Ferranti-Effekts führt. Wenn Sie sich auf den Ferranti-Effekt und verwandte Themen im Bereich der Energiesysteme testen lassen möchten, schauen Sie sich unsere MCQ (Multiple-Choice-Fragen) zum Energiesystem an.
Es ist klar, dass die Spannungserhöhung am Empfangsende direkt proportional zum Quadrat der Leitungslänge ist. Bei langen Übertragungsleitungen kann dieser Anstieg sogar die Spannung am Sendeende überschreiten, was zum Ferranti-Effekt führt. Wenn Sie Ihr Wissen testen möchten, schauen Sie sich unsere MCQ (Multiple-Choice-Fragen) zum Energiesystem an.
