Wat is het Ferranti-effect?

Wat is het Ferranti-effect?

Definitie van het Ferranti-effect

Het Ferranti-effect wordt gedefinieerd als de toename van de spanning aan de ontvangende kant van een lange overdrachtslijn in vergelijking met de zendkant. Dit effect is vooral opvallend wanneer de belasting zeer klein is of er geen belasting is (open circuit). Het kan worden beschreven als een factor of een percentage toename.

In de algemene praktijk stroomt de stroom van hoger potentiaal naar lager potentiaal om het elektrische potentiaalverschil te compenseren. Meestal is de spanning aan de zendkant hoger dan aan de ontvangstkant vanwege lijnverliezen, waardoor de stroom van de voedingsside naar de belasting stroomt.

Maar Sir S.Z. Ferranti kwam in 1890 met een verbazingwekkende theorie over middellange overdrachtslijnen of lange afstandsoverdrachtslijnen, waarin hij suggereerde dat bij lichte belasting of geen belasting de spanning aan de ontvangstkant vaak hoger wordt dan de spanning aan de zendkant. Dit leidt tot een fenomeen dat bekend staat als het Ferranti-effect in een energienetwerk.

Ferranti-effect in overdrachtslijnen

Een lange overdrachtslijn heeft een aanzienlijke capaciteit en inductie langs zijn lengte. Het Ferranti-effect treedt op wanneer de stroom die door de capaciteit van de lijn wordt getrokken groter is dan de belastingsstroom aan de ontvangstkant, vooral bij lichte of geen belasting.

De laadstroom van de condensator veroorzaakt een spanningval over de lijninductor, die in fase is met de spanning aan de zendkant. Deze spanningval neemt toe langs de lijn, waardoor de spanning aan de ontvangstkant hoger wordt dan de spanning aan de zendkant. Dit wordt het Ferranti-effect genoemd.

Zowel de capaciteit als de inductie van de overdrachtslijn zijn even verantwoordelijk voor dit specifieke fenomeen. Daarom is het Ferranti-effect bij een korte overdrachtslijn verwaarloosbaar, omdat de inductor van zo'n lijn praktisch nul wordt beschouwd. In het algemeen is de spanning aan de ontvangstkant zonder belasting voor een 300 km-lijn die op een frequentie van 50 Hz werkt, ongeveer 5% hoger dan de spanning aan de zendkant.

Voor de analyse van het Ferranti-effect laten we de faserijschema's hierboven beschouwen.

Hierbij wordt Vr beschouwd als de referentiefase, weergegeven door OA.

Dit wordt weergegeven door de fase OC.

Bij een "lange overdrachtslijn" is in de praktijk gebleken dat de elektrische weerstand van de lijn verwaarloosbaar klein is ten opzichte van de reactieve weerstand. Daarom kunnen we de lengte van de fase Ic R = 0 aannemen; we kunnen de stijging van de spanning alleen toeschrijven aan OA – OC = reactieve val in de lijn.

Als we c0 en L0 als de waarden van de capaciteit en inductor per km van de overdrachtslijn beschouwen, waarbij l de lengte van de lijn is.

Aangezien de capaciteit bij een lange overdrachtslijn over de hele lengte verdeeld is, is de gemiddelde stroom die stroomt,

Uit de bovenstaande vergelijking blijkt duidelijk dat de stijging van de spanning aan de ontvangstkant direct evenredig is met het kwadraat van de lengte van de lijn. Bij een lange overdrachtslijn neemt deze stijging toe met de lengte en kan zelfs de aangebrachte spanning aan de zendkant overschrijden, wat leidt tot het fenomeen dat bekend staat als het Ferranti-effect. Als u zich wilt testen op het Ferranti-effect en gerelateerde onderwerpen in energienetwerken, kunt u onze meervoudige keuzevragen (MCQ) over energienetwerken bekijken.

Het is duidelijk dat de stijging van de spanning aan de ontvangstkant direct evenredig is met het kwadraat van de lengte van de lijn. Bij lange overdrachtslijnen kan deze stijging de spanning aan de zendkant zelfs overschrijden, wat leidt tot het Ferranti-effect. Als u uw kennis wilt testen, kunt u onze meervoudige keuzevragen (MCQ) over energienetwerken bekijken.