Ferranti-effekten i transmissionsledninger: Hvad er det?

Hvad er Ferranti-effekten?

Ferranti-effekten er et fænomen, der beskriver stigningen i spænding, der opstår ved modtagende ende af en lang transmissionsledning i forhold til spændingen ved afsendende ende. Ferranti-effekten er mere udbredt, når belastningen er meget lille, eller ingen belastning er forbundet (dvs. en åben kredsløb). Ferranti-effekten kan angives som en faktor eller som en procentvis stigning.

I almindelig praksis ved vi, at for alle elektriske systemer strøm flyder fra regioner med højere potentiale til regioner med lavere potentiale for at kompensere for den elektriske potentielle forskel, der findes i systemet. I alle praktiske tilfælde er afsendende endespænding højere end modtagende endespænding på grund af ledningsforskyld, så strømmen flyder fra kilden eller forsyningsenden til belastningen.

Men Sir S.Z. Ferranti fremsatte i 1890 en overraskende teori om middeltransmissionsledninger eller langafstandstransmissionsledninger, som foreslog, at i tilfælde af let belasted eller ubelasted drift af transmissionsystemet, ofte modtagende endespænding øges ud over afsendende endespænding, hvilket fører til et fænomen kendt som Ferranti-effekt i et energisystem.

Ferranti-effekt i transmissionsledning

En lang transmissionsledning kan betragtes som bestående af en betydelig mængde kapacitivitet og induktivitet fordelt over hele ledningens længde. Ferranti-effekten opstår, når strømmen, der trækkes af ledningens distribuerede kapacitivitet, er større end strømmen, der er forbundet med belastningen ved modtagende ende af ledningen (under let eller ubelasted drift).

Denne kapacitoropladingstrøm fører til en spændingsfald over ledningens induktor i transmissionsystemet, der er i fase med afsendende endespændinger. Dette spændingsfald fortsætter med at stige additivt, som vi bevæger os mod belastningsenden af ledningen, og herefter tendere modtagende endespænding til at blive større end den anvendte spænding, hvilket fører til fænomenet kaldet Ferranti-effekt i et energisystem. Vi illustrerer dette med hjælp af en fasordiagram nedenfor.

Så både kapacitiviteten og induktoreffekten af transmissionsledning er lige ansvarlige for, at dette specifikke fænomen opstår, og derfor er Ferranti-effekten foranedligelig i tilfælde af en kort transmissionsledning, da induktoren af en sådan ledning praktisk set betragtes som nær null. Generelt for en 300 km-ledning, der opererer med en frekvens på 50 Hz, er det blevet fundet, at modtagende endespænding uden belastning er 5% højere end afsendende endespænding.

Nu for analysen af Ferranti-effekten lad os overveje fasordiagrammerne, der vises ovenfor.
Her er Vr betragtet som referansefasor, repræsenteret af OA.

Dette er repræsenteret af fasoren OC.

Nu i tilfælde af en "lang transmissionsledning," er det praktisk observeret, at ledningens elektriske resistens er foranedligelig i forhold til ledningsreaktansen. Derfor kan vi antage længden af fasoren Ic R = 0; vi kan betragte stigningen i spændingen kun skyldes OA – OC = reaktivt fald i ledningen.

Nu hvis vi betragter c0 og L0 som værdierne af kapacitivitet og induktor per km af transmissionsledningen, hvor l er ledningens længde.

Eftersom, i tilfælde af en lang transmissionsledning, er kapacitiviteten fordelt over dens længde, er gennemsnitsstrømmen, der løber,

Så stigningen i spændingen pga. ledningsinduktor er givet ved,

Fra ovenstående ligning er det fuldstændigt klart, at stigningen i spændingen ved modtagende ende er direkte proportional med kvadratet af ledningens længde, og derfor i tilfælde af en lang transmissionsledning fortsætter den med at stige med længden, og går endda ud over den anvendte afsendende endespænding nogle gange, hvilket fører til fænomenet kaldet Ferranti-effekt. Hvis du vil blive quizet om Ferranti-effekten og relaterede emner i energisystemer, tjek vores energisystem MCQ (Multiple Choice Questions).

Erklæring: Respektér originalen, godt artikler fortjener at deles, hvis der er overtrædelse kontakt os for sletning.