اثر فرانتی در خطوط انتقال: آن چیست؟

چیست اثر فرانتی؟

اثر فرانتی پدیده‌ای است که افزایش ولتاژ در سمت گیرنده خط انتقال بلند نسبت به ولتاژ سمت ارسال را توصیف می‌کند. اثر فرانتی زمانی بیشتر مشاهده می‌شود که بار بسیار کم باشد یا هیچ باری متصل نباشد (یعنی داشته باشیم یک مدار باز). اثر فرانتی می‌تواند به صورت ضریب یا درصد افزایش بیان شود.

در عمل عمومی می‌دانیم که برای تمامی سیستم‌های الکتریکی جریان از منطقه با بالاترین پتانسیل به منطقه با پایین‌ترین پتانسیل جریان می‌یابد، تا اختلاف پتانسیل الکتریکی موجود در سیستم را جبران کند. در تمامی موارد عملی، ولتاژ سمت ارسال بعلت تلفات خط بالاتر از ولتاژ سمت گیرنده است، بنابراین جریان از منبع یا سمت تأمین به بار جریان می‌یابد.

اما آقای S.Z. فرانتی در سال ۱۸۹۰ نظریه‌ای شگفت‌انگیز درباره خطوط انتقال متوسط یا بلند مسافت مطرح کرد که در صورت بار خفیف یا عدم وجود بار در سیستم انتقال، ولتاژ سمت گیرنده اغلب بیشتر از ولتاژ سمت ارسال می‌شود که این پدیده را اثر فرانتی در سیستم قدرت می‌نامند.

اثر فرانتی در خط انتقال

یک خط انتقال بلند می‌تواند حاوی مقدار قابل توجهی ظرفیت و پیوند الکتریکی در طول کل خط باشد. اثر فرانتی زمانی رخ می‌دهد که جریان مصرفی توسط ظرفیت توزیع شده در خط بیشتر از جریان مرتبط با بار در سمت گیرنده خط (در حالت بار خفیف یا بدون بار) باشد.

این جریان شارژ کننده خازنه باعث افت ولتاژ در پیوند الکتریکی سیستم انتقال می‌شود که در فاز با ولتاژ سمت ارسال است. این افت ولتاژ به طور جمعی با حرکت به سمت گیرنده خط افزایش می‌یابد و در نتیجه ولتاژ سمت گیرنده بزرگتر از ولتاژ اعمال شده می‌شود که این پدیده را اثر فرانتی در سیستم قدرت می‌نامند. ما این مورد را با کمک نمودار فازی زیر نشان می‌دهیم.

بنابراین هم ظرفیت و هم پیوند الکتریکی خط انتقال به طور مساوی مسئول رخ دادن این پدیده هستند و بنابراین اثر فرانتی در خط انتقال کوتاه قابل چشم‌پوشی است زیرا پیوند الکتریکی چنین خطی به طور عملی به صفر نزدیک می‌شود. به طور کلی برای یک خط ۳۰۰ کیلومتری که در فرکانس ۵۰ هرتز کار می‌کند، ولتاژ سمت گیرنده بدون بار حدود ۵٪ بیشتر از ولتاژ سمت ارسال است.

حال برای تحلیل اثر فرانتی نمودارهای فازی بالا را در نظر بگیرید.
در اینجا Vr به عنوان فازور مرجع در نظر گرفته شده و با OA نمایش داده شده است.

این با فازور OC نمایش داده می‌شود.

حال در مورد یک "خط انتقال بلند"، مشاهده شده است که مقاومت الکتریکی خط نسبت به واکنش خط بسیار کوچک است. بنابراین می‌توانیم طول فازور Ic R = 0 را در نظر بگیریم؛ می‌توانیم افزایش ولتاژ را فقط به علت OA – OC = افت واکنشی در خط در نظر بگیریم.

حال اگر c0 و L0 مقادیر ظرفیت و پیوند الکتریکی در هر کیلومتر خط انتقال باشند، که l طول خط است.

از آنجا که در مورد یک خط انتقال بلند، ظرفیت در طول خط توزیع شده است، جریان متوسط عبوری از آن است،

بنابراین افزایش ولتاژ ناشی از پیوند الکتریکی خط به صورت زیر است،

از معادله فوق به وضوح مشخص است که افزایش ولتاژ در سمت گیرنده مستقیماً متناسب با مجذور طول خط است و بنابراین در مورد یک خط انتقال بلند با افزایش طول خط افزایش می‌یابد و گاهی اوقات حتی از ولتاژ ارسال شده بیشتر می‌شود که این پدیده را اثر فرانتی می‌نامند. اگر می‌خواهید درباره اثر فرانتی و مباحث مرتبط با سیستم قدرت تست شوید، به سوالات چندگزینه‌ای سیستم قدرت ما مراجعه کنید.

بیانیه: احترام به اصلی، مقاله‌های خوب ارزش اشتراک گذاری دارند، اگر حق نویسندگی وجود داشته باشد لطفاً با ما تماس بگیرید تا حذف شود.