Effetto Ferranti nelle linee di trasmissione: Cos'è?

Cos'è l'effetto Ferranti?

L'effetto Ferranti è un fenomeno che descrive l'aumento di tensione che si verifica all'estremità ricevente di una linea di trasmissione lunga rispetto alla tensione all'estremità inviante. L'effetto Ferranti è più prevalente quando il carico è molto piccolo o non c'è carico connesso (cioè un circuito aperto). L'effetto Ferranti può essere espresso come un fattore o come un aumento percentuale.

In pratica sappiamo che, per tutti i sistemi elettrici, la corrente fluisce dalla regione di potenziale più alto verso la regione di potenziale più basso, per compensare la differenza di potenziale elettrico esistente nel sistema. In tutti i casi pratici, la tensione all'estremità inviante è maggiore di quella all'estremità ricevente a causa delle perdite di linea, quindi la corrente fluisce dalla sorgente o dall'estremità di alimentazione al carico.

Ma Sir S.Z. Ferranti, nel 1890, ha proposto una teoria sorprendente riguardo alle linee di trasmissione medie o a lunga distanza, suggerendo che in caso di carico leggero o operazione senza carico del sistema di trasmissione, la tensione all'estremità ricevente spesso aumenta oltre la tensione all'estremità inviante, portando a un fenomeno noto come effetto Ferranti in un sistema di potenza.

Effetto Ferranti nella Linea di Trasmissione

Una linea di trasmissione lunga può essere considerata composta da una quantità considerevole di capacità e induttanza distribuita lungo tutta la lunghezza della linea. L'effetto Ferranti si verifica quando la corrente richiesta dalla capacità distribuita della linea stessa è maggiore della corrente associata al carico all'estremità ricevente della linea (durante il carico leggero o in assenza di carico).

Questa corrente di carica del condensatore porta a una caduta di tensione lungo l'induttore della linea di trasmissione, che è in fase con le tensioni all'estremità inviante. Questa caduta di tensione continua ad aumentare additivamente man mano che ci si avvicina all'estremità del carico e, conseguentemente, la tensione all'estremità ricevente tende a diventare maggiore della tensione applicata, portando al fenomeno noto come effetto Ferranti in un sistema di potenza. Illustriamo ciò con l'aiuto di un diagramma fasore qui sotto.

Pertanto, sia l'effetto di capacità che quello di induttanza della linea di trasmissione sono ugualmente responsabili per questo particolare fenomeno, e quindi l'effetto Ferranti è trascurabile nel caso di una linea di trasmissione corta, poiché l'induttanza di tale linea viene considerata praticamente vicina a zero. In generale, per una linea di 300 km operante a una frequenza di 50 Hz, la tensione all'estremità ricevente senza carico si è trovata essere del 5% superiore alla tensione all'estremità inviante.

Ora, per l'analisi dell'effetto Ferranti, consideriamo i diagrammi fasori mostrati sopra.
Qui, Vr è considerato il fasore di riferimento, rappresentato da OA.

Questo è rappresentato dal fasore OC.

Ora, nel caso di una "linea di trasmissione lunga", si è osservato praticamente che la resistenza elettrica della linea è trascurabilmente piccola rispetto alla reattività della linea. Pertanto, possiamo assumere che la lunghezza del fasore Ic R = 0; possiamo considerare che l'aumento di tensione è dovuto solo a OA – OC = caduta reattiva nella linea.

Ora, se consideriamo c0 e L0 i valori di capacità e induttanza per km della linea di trasmissione, dove l è la lunghezza della linea.

Poiché, nel caso di una linea di trasmissione lunga, la capacità è distribuita lungo tutta la sua lunghezza, la corrente media che scorre è,

Pertanto, l'aumento di tensione dovuto all'induttore della linea è dato da,

Dall'equazione sopra è assolutamente evidente che l'aumento di tensione all'estremità ricevente è direttamente proporzionale al quadrato della lunghezza della linea, e quindi nel caso di una linea di trasmissione lunga continua ad aumentare con la lunghezza, e a volte supera la tensione applicata all'estremità inviante, portando al fenomeno noto come effetto Ferranti. Se desideri essere interrogato sull'effetto Ferranti e su temi correlati ai sistemi di potenza, consulta il nostro test a scelta multipla sui sistemi di potenza (Domande a Risposta Multipla).

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