송전선로에서의 페란티 효과: 무엇인가?

페란티 효과는 무엇인가?

페란티 효과는 송전선의 송전단과 수신단 간에 발생하는 전압 상승 현상을 설명합니다. 이 효과는 부하가 매우 작거나 부하가 연결되지 않은 경우 (즉, 오픈 회로) 더욱 두드러집니다. 페란티 효과는 인자 또는 백분율 증가로 표현될 수 있습니다.

일반적으로 모든 전기 시스템에서 전류는 높은 전위에서 낮은 전위로 흐르며, 시스템 내의 전위 차를 보상합니다. 실제적인 모든 경우에서, 송전단의 전압이 수신단의 전압보다 높기 때문에, 전류는 공급원에서 부하로 흐릅니다.

하지만 1890년에 S.Z. 페란티 경은 중거리 또는 장거리 송전선에 대한 놀라운 이론을 제시했습니다. 그는 송전 시스템의 가벼운 부하 또는 무부하 운전 시, 수신단의 전압이 송전단의 전압을 초과하여 증가한다는 것을 제안했으며, 이를 전력 시스템의 페란티 효과라고 합니다.

송전선에서의 페란티 효과

장거리 송전선은 전체 길이에 걸쳐 상당한 양의 정전용량과 자기감응도를 포함하고 있다고 간주할 수 있습니다. 페란티 효과는 선 자체의 분산된 정전용량에 의해 흡수되는 전류가 수신단의 부하와 관련된 전류보다 클 때 (경부하 또는 무부하 상태에서) 발생합니다.

이 커패시터 충전 전류는 송전 시스템의 인덕터에 전압 강하를 일으키며, 이는 송전단 전압과 위상이 같습니다. 이 전압 강하는 선의 부하 단으로 이동하면서 누적적으로 증가하며, 결과적으로 수신단의 전압이 적용된 전압보다 크게 되어 전력 시스템의 페란티 효과를 초래합니다. 아래의 파형도를 통해 이를 설명합니다.

따라서 송전선의 정전용량과 자기감응도 모두 이 현상의 발생에 동등하게 기여하며, 따라서 이러한 효과는 단거리 송전선에서는 무시할 만큼 작습니다. 일반적으로 300km의 선에서 50Hz 주파수로 운전할 때, 무부하 상태의 수신단 전압은 송전단 전압보다 5% 더 높게 측정되었습니다.

이제 페란티 효과의 분석을 위해 위의 파형도를 고려해보겠습니다.
여기서 Vr은 참조 파형으로, OA로 표시됩니다.

이는 OC로 표시됩니다.

실제로 "장거리 송전선"의 경우, 선의 전기 저항은 선의 반응 저항과 비교하여 매우 작습니다. 따라서 Ic R = 0이라고 가정할 수 있으며, 전압 상승은 OA – OC = 선의 반응 강하로만 고려할 수 있습니다.

c0와 L0가 각각 km 당 송전선의 정전용량과 자기감응도 값이고, l은 선의 길이라면,

장거리 송전선의 경우, 정전용량이 전체 길이에 걸쳐 분산되어 있으므로, 평균 전류는 다음과 같습니다.

따라서 선의 자기감응도로 인한 전압 상승은 다음과 같습니다.

위의 방정식에서 명백히 알 수 있듯이, 수신단의 전압 상승은 선의 길이의 제곱에 비례합니다. 따라서 장거리 송전선의 경우, 길이가 증가함에 따라 전압 상승이 계속 증가하며, 때로는 적용된 송전단 전압을 초과하여 페란티 효과를 초래합니다. 페란티 효과 및 관련 전력 시스템 주제에 대해 퀴즈를 풀고 싶다면, 우리의 전력 시스템 MCQ (객관식 문제)를 확인하세요.

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