Mi a Ferranti-hatás?
Mi a Ferranti-hatás?
A Ferranti-hatás definíciója
A Ferranti-hatás azt jelenti, hogy egy hosszú átviteli vonal végén mért feszültség magasabb, mint a küldő oldalon. Ez a hatás inkább megfigyelhető, amikor a terhelés nagyon kicsi vagy nincs terhelés (nyitott áramkör). A hatást százalékos növekedés formájában is leírhatjuk.
Általánosságban az áram a magasabb potenciálból a csökkenő potenciál felé folyik, hogy kiegyenlítse az elektromos potenciált. Általában a küldő oldali feszültség magasabb, mert a vonalveszteségek miatt, így az áram a forrásból a terhelés felé folyik.
Azonban Sir S.Z. Ferranti 1890-ben egy meglepő elméletet állított fel a közepes és hosszú távolságú átviteli vonalakról, amely szerint könnyű terhelés esetén vagy nyitott áramkörben a fogadó oldali feszültség gyakran megnövekszik a küldő oldali feszültségen felül, ami a Ferranti-hatás nevű jelenséghez vezet a villamosenergia rendszerekben.
A Ferranti-hatás az átviteli vonalakban
Egy hosszú átviteli vonalnak jelentős kapacitása és induktanciája van a hosszán. A Ferranti-hatás akkor következik be, amikor a vonal kapacitásától eredő áram nagyobb, mint a fogadó oldali terhelés árama, különösen könnyű vagy nincs terhelés esetén.
A kondenzátor töltési árama okoz egy feszültségugratást a vonal induktorán, ami fázisban van a küldő oldali feszültséggel. Ez a feszültségugrás a vonal mentén növekszik, amiért a fogadó oldali feszültség magasabb lesz, mint a küldő oldali feszültség. Ez a Ferranti-hatás.
Tehát mind a kapacitáns, mind az induktáns hatás egyaránt felelős ezen jelenségért, és a rövid átviteli vonalaknál a Ferranti-hatás elhanyagolható, mivel ilyen vonal induktanciája praktikusan nulla. Általában egy 300 km-es vonal esetén 50 Hz-os frekvencián a nyitott áramkörben a fogadó oldali feszültség 5%-kal magasabb, mint a küldő oldali feszültség.
A Ferranti-hatás elemzéséhez tekintsük a fentebb bemutatott fázordiagramokat.
Itt Vr a referenciavektor, amit OA jelöl.
Ezt a vektort OC jelöli.
A "hosszú átviteli vonal" esetén gyakorlatilag megfigyelték, hogy a vonal elektrikus ellenállása elhanyagolhatóan kicsi a vonal reaktanciához képest. Így feltételezhetjük, hogy az Ic R vektor hossza 0, és a feszültségemelkedést csak OA – OC = reaktív ugrik a vonalban.
Ha c0 és L0 a vonal kilométerenkénti kapacitása és induktanciája, ahol l a vonal hossza.
Mivel a hosszú átviteli vonal kapacitása a teljes hosszán keresztül oszlik, az átlagos áram,
A fenti egyenlet alapján világos, hogy a fogadó oldali feszültségemelkedés arányos a vonal hosszának négyzetével, ezért a hosszú átviteli vonalak esetén a feszültség emelkedése a hossz függvényében növekszik, és még túlhaladhat a küldő oldali alkalmazott feszültségen, ami a Ferranti-hatás jelenségét eredményezi. Ha szeretné tesztelni a tudását a Ferranti-hatásról és a hozzá kapcsolódó villamosenergia rendszer témákról, nézze meg a villamosenergia rendszer T/F (Többválaszos Kérdések) részünket.
Világos, hogy a fogadó oldali feszültségemelkedés arányos a vonal hosszának négyzetével. A hosszú átviteli vonalak esetén ez a növekedés még túlhaladhat a küldő oldali feszültségen, ami a Ferranti-hatás jelenségét eredményezi. Ha szeretné tesztelni a tudását, nézze meg a villamosenergia rendszer T/F (Többválaszos Kérdések) részünket.
