Ferranti-effect in transmissielijnen: Wat is het?

Wat is de Ferranti-effect?

Het Ferranti-effect is een fenomeen dat de toename van spanning beschrijft die optreedt aan het ontvangende einde van een lange overdrachtlijn ten opzichte van de spanning aan het verzendende einde. Het Ferranti-effect komt vaker voor wanneer de belasting zeer klein is of er geen belasting is verbonden (d.w.z. een open circuit). Het Ferranti-effect kan worden uitgedrukt als een factor of als een procentuele toename.

In de algemene praktijk weten we dat voor alle elektrische systemen stroom stroomt van het gebied met hogere potentiaal naar het gebied met lagere potentiaal, om het elektrisch potentiaalverschil te compenseren dat in het systeem bestaat. In alle praktische gevallen is de verzendende eindspanning hoger dan de ontvangende eindspanning vanwege lijnverliezen, zodat de stroom stroomt van de bron of het voedingseinde naar de belasting.

Maar Sir S.Z. Ferranti, in het jaar 1890, kwam met een verbazingwekkende theorie over middellange overdrachtlijnen of lange-afstands-overdrachtlijnen, waarin hij suggereerde dat bij lichte belasting of geen belasting van het overdrachtsysteem, de ontvangende eindspanning vaak toeneemt boven de verzendende eindspanning, wat leidt tot een fenomeen dat bekend staat als Ferranti-effect in een energie-systeem.

Ferranti-effect in overdrachtlijn

Een lange overdrachtlijn kan worden beschouwd als bestaande uit een aanzienlijk hoge hoeveelheid capaciteit en inductie verdeeld over de gehele lengte van de lijn. Het Ferranti-effect treedt op wanneer de stroom die wordt getrokken door de verdeelde capaciteit van de lijn zelf groter is dan de stroom die is gekoppeld aan de belasting aan het ontvangende einde van de lijn (tijdens lichte of geen belasting).

Deze condensatorlaadstroom leidt tot een spanningval over de lijn inductor van het overdrachtsysteem, die in fase is met de verzendende eindspanningen. Deze spanningval blijft toevoegen terwijl we richting het belastingeinde van de lijn bewegen, waardoor de ontvangende eindspanning groter wordt dan de aangebrachte spanning, wat leidt tot het fenomeen dat bekend staat als Ferranti-effect in energie-systeem. We illustreren dit met behulp van een fasor-diagram hieronder.

Zowel de capaciteit als de inductie van de overdrachtlijn zijn even verantwoordelijk voor dit specifieke fenomeen, en daarom is het Ferranti-effect verwaarloosbaar in het geval van een korte overdrachtlijn, omdat de inductor van zo'n lijn praktisch wordt beschouwd als naderend naar nul. In het algemeen is voor een 300 km lijn die werkt op een frequentie van 50 Hz, de ontvangende eindspanning zonder belasting 5% hoger dan de verzendende eindspanning.

Voor de analyse van het Ferranti-effect laten we de fasor-diagrammen hierboven beschouwen.
Hierbij wordt Vr beschouwd als de referentiefasor, weergegeven door OA.

Dit wordt weergegeven door de fasor OC.

Nu in het geval van een "lange overdrachtlijn", is het praktisch waargenomen dat de lijn elektrische weerstand verwaarloosbaar klein is vergeleken met de lijnreactie. Daarom kunnen we de lengte van de fasor Ic R = 0 aannemen; we kunnen de stijging in de spanning alleen toeschrijven aan OA – OC = reactieve val in de lijn.

Als we c0 en L0 beschouwen als de waarden van de capaciteit en inductie per km van de overdrachtlijn, waarbij l de lengte van de lijn is.

Aangezien, in het geval van een lange overdrachtlijn, de capaciteit verdeeld is over de hele lengte, is de gemiddelde stroom die stroomt,

Dus de stijging in de spanning door de lijninductor wordt gegeven door,

Uit de bovenstaande vergelijking is het absoluut duidelijk dat de stijging in de spanning aan het ontvangende einde direct evenredig is met het kwadraat van de lijnlengte, en dus in het geval van een lange overdrachtlijn blijft deze stijgen met de lengte, en gaat soms zelfs boven de aangebrachte verzendende eindspanning, wat leidt tot het fenomeen dat bekend staat als het Ferranti-effect. Als u zich wilt laten testen op het Ferranti-effect en gerelateerde onderwerpen in energie-systeem, kijk dan eens naar onze energie-systeem meervoudige keuzevragen (Multiple Choice Questions).

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er een inbreuk is contacteer dan voor verwijdering.