Vad är Ferranti-effekten?
Vad är Ferranti-effekten?
Definition av Ferranti-effekt
Ferranti-effekten definieras som en ökning av spänningen vid mottagaränden av en lång överföringsledning jämfört med sändaränden. Denna effekt är mer märkbar när belastningen är mycket liten eller inte finns (öppen krets). Det kan beskrivas som en faktor eller en procentuell ökning.
I allmän praktik flödar ström från högre potential till lägre potential för att balansera elektriska potentialskillnader. Vanligtvis är spänningen vid sändaränden högre än vid mottagaränden på grund av ledningsförluster, så strömmen flödar från försörjningsänden till belastningen.
Men Sir S.Z. Ferranti, år 1890, kom fram till en förbluffande teori om mellanlånga överföringsledningar eller långdistansöverföringsledningar, vilket innebär att vid lätta belastningar eller utan belastning i överföringssystemet, ofta ökar mottagarändens spänning bortom sändarändens spänning, vilket leder till ett fenomen kallat Ferranti-effekt i ett energisystem.
Ferranti-effekt i överföringsledning
En lång överföringsledning har betydande kapacitans och induktans längs sin längd. Ferranti-effekten inträffar när strömmen som dras av ledningens kapacitans är större än belastningsströmmen vid mottagaränden, särskilt under lätta eller obelastade villkor.
Kapacitetsladdningsströmmen orsakar en spänningsfall över ledningens induktor, vilket är fasmedvetet med sändarändens spänning. Detta spänningsfall ökar längs ledningen, vilket gör mottagarändens spänning högre än sändarändens spänning. Detta kallas Ferranti-effekt.
Så både kapacitans- och induktor-effekterna i överföringsledningen är lika ansvariga för detta specifika fenomen, och därför är Ferranti-effekten försumbar i fallet med en kort överföringsledning eftersom induktorn i en sådan ledning praktiskt sett anses nära noll. I allmänhet för en 300 km lång ledning som drivs vid en frekvens av 50 Hz, har det visat sig att den obelastade mottagarändens spänning är 5% högre än sändarändens spänning.
Nu för analys av Ferranti-effekten låt oss betrakta fasordiagrammen ovan.
Här anses Vr vara referensfasorn, representerad av OA.
Detta representeras av fasorn OC.
Nu i fallet med en "lång överföringsledning" har det praktiskt observerats att ledningens elektriska resistans är försumbart liten jämfört med ledningens reaktans. Därför kan vi anta att längden på fasorn Ic R = 0; vi kan betrakta spänningstillväxten endast som OA – OC = reaktiv fall i ledningen.
Om vi nu betraktar c0 och L0 som värdena för kapacitans och induktor per km av överföringsledningen, där l är längden på ledningen.
Eftersom kapacitansen i fallet med en lång överföringsledning är fördelad längs hela dess längd, är den genomsnittliga strömmen som flödar,
Av ovanstående ekvation är det absolut tydligt att spänningstillväxten vid mottagaränden är direkt proportionell mot kvadraten av ledningens längd, och därför i fallet med en lång överföringsledning fortsätter den att öka med längden, och ibland går den även bortom den tillämpade sändarändens spänning, vilket leder till fenomenet kallat Ferranti-effekt. Om du vill bli testad på Ferranti-effekten och relaterade energisystemteman, kolla in våra energisystem MCQ (flervalsfrågor).
Det är tydligt att spänningstillväxten vid mottagaränden är direkt proportionell mot kvadraten av ledningens längd. I långa överföringsledningar kan denna ökning ens överstiga sändarändens spänning, vilket leder till Ferranti-effekten. Om du vill testa din kunskap, kolla in våra energisystem MCQ (flervalsfrågor).
