A Ferranti-hatás áramvonalakban: Miben áll?

Mi a Ferranti-hatás?

A Ferranti-hatás egy jelenség, amely azt írja le, hogy egy hosszú áramvitteli vonal végén lévő feszültség növekszik a küldő végéhez képest. A Ferranti-hatás gyakrabban fordul elő, ha a terhelés nagyon kicsi, vagy nincs terhelés (azaz nyitott áramkör). A Ferranti-hatást százalék növekedés formájában is meg lehet határozni.

Általánosságban tudjuk, hogy minden elektromos rendszerben az áram a magasabb potenciálból a kisebb potenciálba áramlik, hogy kiegyenlítheti a rendszerben létező elektromos potenciálkülönbséget. Gyakorlati esetekben a küldő végének feszültsége magasabb, mint a fogadó végének, mivel az áramvitteli veszteségek miatt az áram a forrásból vagy a tápegységből a terhelés felé áramlik.

De Sir S.Z. Ferranti 1890-ben meglepő elméletet állított össze a közepes és hosszú távú áramvitteli vonalakkal kapcsolatban, amely szerint könnyű terhelés vagy nincs terhelés esetén a fogadó végének feszültsége gyakran meghaladja a küldő végének feszültségét, ami a Ferranti-hatásnak nevezett jelenséghez vezet.

Ferranti-hatás az áramvitteli vonalon

Egy hosszú áramvitteli vonal tartalmazhat jelentős mennyiségű kapacitást és induktanciát, amely a vonal teljes hosszán elosztva van. A Ferranti-hatás akkor jelentkezik, amikor a vonal saját kapacitásából eredő áram nagyobb, mint a fogadó végén lévő terheléshez kapcsolódó áram (könnyű vagy nincs terhelés esetén).

Ez a kondenzátor töltőáram feszültségugrat okoz az áramvitteli rendszer induktorában, amely fázisszinkron a küldő végének feszültségével. Ez a feszültségugrat additívan növekszik, ahogy a vonal végéhez haladunk, és így a fogadó végének feszültsége nagyobb lesz, mint az alkalmazott feszültség, ami a Ferranti-hatás jelenségét eredményezi. Ezt egy fázordiagram segítségével illusztráljuk alább.

Így tehát a áramvitteli vonal kapacitása és induktanciája egyaránt felelős ezen jelenségért, és a rövid áramvitteli vonal esetén a Ferranti-hatás elhanyagolható, mert ilyen vonal induktanciája gyakorlatilag nulla. Általánosságban, 300 km-es vonal esetén 50 Hz frekvencián a fogadó végének feszültsége 5%-kal magasabb, mint a küldő végének feszültsége.

Most a Ferranti-hatás elemzésére nézzük meg a fentebb bemutatott fázordiagramokat.
Itt, Vr a referencia fázor, amely OA-val van jelölve.

Ez OC-val van jelölve.

Most, a "hosszú áramvitteli vonal" esetén gyakorlatilag megfigyelhető, hogy a vonal elektromos ellenállása elhanyagolhatóan kicsi a vonal reaktanciahoz képest. Így feltételezhetjük, hogy az Ic R = 0, tehát a feszültségemelkedést csak OA – OC = reaktív feszültségugrat okozza a vonalban.

Most, ha c0 és L0 a vonal kilométerenkénti kapacitása és induktanciája, ahol l a vonal hossza.

Mivel a hosszú áramvitteli vonal esetén a kapacitás a vonal teljes hosszán elosztva van, az átlagos áram, amely áramlik, a következő:

Így a vonal induktanciája miatti feszültségemelkedés a következőképpen adódik:

A fenti egyenletből abszolút világos, hogy a fogadó végének feszültségemelkedése arányos a vonal hosszának négyzetével, és így a hosszú áramvitteli vonal esetén a hossznövekedéssel együtt növekszik, és néha meghaladja a küldő végének feszültségét, ami a Ferranti-hatás jelenségét eredményezi. Ha szeretné, hogy a Ferranti-hatással és a hozzá kapcsolódó elektromos rendszerekkel kapcsolatos témákkal kapcsolatban tesztenek, nézze meg a többválaszos kérdéseinket (Multiple Choice Questions).

Nyilatkozat: Tiszteletben tartsa az eredeti, jó cikkeket, amik megosztásra méltók. Ha sértettség történt, kérjük, vegye fel a kapcsolatot a törlés érdekében.