Ferranti-ilmiö siirtojoissa: Mikä se on?

Mikä on Ferranti-ilmiö?

Ferranti-ilmiö on ilmiö, joka kuvaa jännitteen kasvua vastaanottavan pään puolella pitkää siirtolinjaa verrattuna lähetyspään jännitteeseen. Ferranti-ilmiö on yleisempää, kun kuorma on hyvin pieni tai ei ole yhteydessä (eli avoin piiri). Ferranti-ilmiötä voidaan ilmaista tekijänä tai prosenttiosuutena.

Yleisessä käytännössä tiedämme, että kaikissa sähköjärjestelmissä virta virtaa korkeammasta potentiaalista matalampaan potentiaaliin, jotta kompensoitaisiin olemassa oleva sähköinen potentiaaliero järjestelmässä. Kaikissa käytännön tapauksissa lähetyspään jännite on korkeampi vastaanottavan pään jännittä linjahäviöiden vuoksi, joten virta virtaa lähteestä eli toimituspäästä kuormaan.

Mutta herra S.Z. Ferranti esitti vuonna 1890 hämmästyttävän teorian keskipitkistä ja pitkiä etäisyyksiä kattavista siirtolinjoista, jonka mukaan kevyellä kuormituksella tai ilman kuormaa toimivassa siirtojärjestelmässä vastaanottavan pään jännite usein nousee yli lähetyspään jännitteen, mikä johtaa ilmiölle, jota kutsutaan Ferranti-ilmiöksi sähköjärjestelmässä.

Ferranti-ilmiö siirtolinjassa

Pitkä siirtolinja voi olettaa sisältävänsä huomattavan määrän kapasitanssia ja induktanssia, jotka ovat levittynyt koko linjan pituudelle. Ferranti-ilmiö tapahtuu, kun linjan omalla kapasitanssilla on suurempi virta kuin vastaanottavan päätteisen kuorman kanssa liittyvä virta (kevyellä tai ilman kuormaa).

Tämä kondensaattorin latausvirta aiheuttaa jännitetehdystä siirtolinjan induktorissa, joka on vaiheessa samaa lähetyspään jännitteen kanssa. Tämä jännitetehdytys lisääntyy additiivisesti, kun siirrymme kohti kuormaa, ja seurauksena vastaanottavan pään jännite tulee suuremmaksi kuin sovellettava jännite, mikä johtaa ilmiölle, jota kutsutaan Ferranti-ilmiöksi sähköjärjestelmässä. Havainnollistamme tämän fasaorigrammin avulla alla.

Näin ollen sekä kapasitanssin että induktorin vaikutus siirtolinjassa ovat yhtä vastuussa tämän erityisen ilmiön tapahtumisesta, ja siksi Ferranti-ilmiö on merkityksetön lyhyen siirtolinjan tapauksessa, koska sellaisen linjan induktori pidetään käytännössä lähes nolla. Yleisesti ottaen 300 km:n pituiselle linjalle, joka toimii 50 Hz:n taajuudella, on havaittu, että tyhjällä kuormituksella vastaanottavan pään jännite on 5 % suurempi kuin lähetyspään jännite.

Nyt Ferranti-ilmiön analyysiä varten tarkastelemme yllä olevia fasaorigrammeja.
Tässä Vr on otettu referenssifasaorina, jota edustetaan OA:lla.

Tämä on edustettu fasaorilla OC.

Nyt pitkän siirtolinjan tapauksessa on käytännössä havaittu, että linjan sähköinen vastus on huomattavasti pienempi kuin linjan reaktanssi. Siksi voimme olettaa, että fasaorin IcR pituus on 0; voimme pitää jännitteen nousun johtuen vain OA – OC = reaktiivisesta pudotuksesta linjassa.

Jos nyt otamme c0 ja L0 arvoiksi kapasitanssille ja induktorille per kilometri siirtolinjasta, missä l on linjan pituus.

Koska pitkän siirtolinjan tapauksessa kapasitanssi on levittynyt sen koko pituudelle, keskimääräinen virta, joka virtaa, on,

Näin ollen jännitteen nousu linjan induktorin vuoksi on annettu,

Yllä olevasta yhtälöstä on ehdottomasti nähtävissä, että jännitteen nousu vastaanottavan pään puolella on suoraan verrannollinen linjan pituuden neliöön, ja siksi pitkän siirtolinjan tapauksessa se jatkaa kasvua pituuden myötä ja joskus ylittää jopa sovellettavan lähetyspään jännitteen, mikä johtaa Ferranti-ilmiöön. Jos haluat testata Ferranti-ilmiötä ja siihen liittyviä sähköjärjestelmän aiheita, katso sähköjärjestelmän monivalintakysymykset (Multiple Choice Questions).

Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaettava, jos on loukkausta, ole yhteydessä poistamaan.