送電線路におけるフェラーティ効果：何ですか？

フェランティ効果とは？

フェランティ効果は、送電側の電圧に対して受電側の電圧が上昇する現象を指します。この効果は特に負荷が非常に小さい場合や無負荷の場合（つまり開回路の場合）に顕著です。フェランティ効果は係数またはパーセント増加として表すことができます。

一般的には、すべての電気システムにおいて、電流は高い電位から低い電位へと流れ、システム内の電位差を補います。実際のほとんどの場合、線損により送電側の電圧は受電側よりも高いため、電流は電源または供給側から負荷へと流れます。

しかし、1890年にS.Z.フェランティは、中距離または長距離送電線について驚くべき理論を提唱しました。彼は、送電システムが軽負荷または無負荷で動作する場合、受電側の電圧が送電側の電圧を超えることがよくあるとし、これが「電力システムにおけるフェランティ効果」として知られる現象を引き起こすと述べました。

送電線におけるフェランティ効果

長い送電線は、その全長にわたってかなりの容量とインダクタンスを持つと考えられます。フェランティ効果は、送電線自体の分散容量によって引き起こされる電流が、受電側の負荷に関連する電流よりも大きい場合（軽負荷または無負荷の場合）に発生します。

このコンデンサ充電電流は、送電システムのインダクタでの電圧降下を引き起こし、これは送電側の電圧と位相が一致します。この電圧降下は線路の負荷側に向かって累積的に増加し、結果として受電側の電圧が適用された電圧を超えることになり、「電力システムにおけるフェランティ効果」という現象が発生します。以下のベクトル図でこれを説明します。

したがって、送電線の容量とインダクタンスの両方がこの現象の発生に等しく関与しており、短い送電線ではインダクタンスがほぼゼロとみなされるため、フェランティ効果はほとんど無視できます。一般的に、300kmの線路で50Hzで動作する場合、無負荷時の受電側の電圧は送電側の電圧よりも約5%高くなります。

ここで、フェランティ効果の分析のために上記のベクトル図を考慮します。
ここでは、Vr を基準ベクトルとしてOAで表します。

これはベクトルOCで表されます。

長い送電線の場合、線路の電気抵抗は線路リアクタンスと比較して非常に小さくなることが実際によく観察されています。したがって、Ic R = 0 と仮定すると、電圧の上昇はOA – OC = 線路のリアクティブ降下のみによるものと見なせます。

ここで、c0 と L0 は、送電線の1kmあたりの容量とインダクタンスの値であり、l は線路の長さです。

長い送電線の場合、容量はその全長にわたって分布しているため、平均的な電流は以下のようになります。

したがって、線路のインダクタによる電圧上昇は以下の式で表されます。

上記の式から明らかなように、受電側の電圧上昇は線路長の平方に比例します。したがって、長い送電線では、線路長とともに電圧が増加し、時には送電側の電圧を超えて、フェランティ効果という現象が発生します。フェランティ効果および関連する電力システムのトピックに関するクイズを受けたい場合は、当社の 電力システムの多肢選択問題をご覧ください。

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