Efekt Ferrantiego w liniach przesyłowych: Co to jest?

Co to jest efekt Ferrantiego?

Efekt Ferrantiego to zjawisko opisujące wzrost napięcia na końcu odbiorczym długiej linii przesyłowej w stosunku do napięcia na początku nadawczym. Efekt Ferrantiego występuje częściej, gdy obciążenie jest bardzo małe lub nie ma obciążenia (tzn. obwód otwarty). Efekt Ferrantiego można wyrazić jako współczynnik lub procentowy wzrost.

W praktyce wiemy, że dla wszystkich systemów elektrycznych prąd płynie od obszaru o wyższym potencjale do obszaru o niższym potencjale, aby zrekompensować różnicę potencjałów elektrycznych istniejącą w systemie. W przypadku praktycznym, napięcie na początku nadawczym jest wyższe niż na końcu odbiorczym ze względu na straty w linii, więc prąd płynie od źródła lub końca zasilania do obciążenia.

Ale Sir S.Z. Ferranti, w roku 1890, przedstawił zdumiewającą teorię dotyczącą średniej linii przesyłowej lub długich linii przesyłowych, sugerując, że w przypadku lekkiego obciążenia lub braku obciążenia systemu przesyłowego, napięcie na końcu odbiorczym często wzrasta powyżej napięcia na początku nadawczym, prowadząc do zjawiska znanego jako efekt Ferrantiego w systemie energetycznym.

Efekt Ferrantiego w linii przesyłowej

Długa linia przesyłowa może być traktowana jako składająca się z znacznej ilości pojemności i indukcyjności rozłożonych wzdłuż całej długości linii. Efekt Ferrantiego występuje, gdy prąd pobierany przez pojemność rozłożoną w linii jest większy niż prąd związany z obciążeniem na końcu odbiorczym linii (w przypadku lekkiego lub braku obciążenia).

Ten prąd ładowania kondensatora prowadzi do spadku napięcia w induktorze linii przesyłowej, który jest w fazie z napięciem na początku nadawczym. Ten spadek napięcia dodaje się addytywnie, gdy poruszamy się w kierunku końca obciążenia, a następnie napięcie na końcu odbiorczym tendencjonuje do bycia większe niż napięcie zastosowane, prowadząc do zjawiska znanego jako efekt Ferrantiego w systemie energetycznym. Ilustrujemy to za pomocą diagramu fazowego poniżej.

Tak więc zarówno pojemność, jak i indukcyjność linii przesyłowej są równie odpowiedzialne za to zjawisko, a więc efekt Ferrantiego jest zaniedbywalny w przypadku krótkiej linii przesyłowej, ponieważ indukcyjność takiej linii jest praktycznie uznawana za bliską zeru. Ogólnie dla linii o długości 300 km działającej przy częstotliwości 50 Hz, napięcie na końcu odbiorczym bez obciążenia okazało się wyższe o 5% niż napięcie na początku nadawczym.

Teraz, aby przeanalizować efekt Ferrantiego, rozważmy diagramy fazowe przedstawione powyżej.
Tutaj, Vr jest uznawane za wektor referencyjny, reprezentowany przez OA.

To jest reprezentowane przez wektor OC.

Teraz, w przypadku „długiej linii przesyłowej,” praktycznie zaobserwowano, że opór elektryczny linii jest zaniedbywalnie mały w porównaniu z reaktancją linii. Stąd możemy założyć, że długość wektora Ic R = 0; możemy uznać, że wzrost napięcia wynika tylko z OA – OC = spadku reaktywnego w linii.

Teraz, jeśli rozważymy c0 i L0 jako wartości pojemności i indukcyjności na kilometr linii przesyłowej, gdzie l to długość linii.

Ponieważ, w przypadku długiej linii przesyłowej, pojemność jest rozłożona wzdłuż jej długości, średni prąd płynący wynosi,

Tak więc wzrost napięcia spowodowany induktorem linii wynosi,

Z powyższego równania jest jasne, że wzrost napięcia na końcu odbiorczym jest bezpośrednio proporcjonalny do kwadratu długości linii, a więc w przypadku długiej linii przesyłowej wzrasta wraz z długością, a nawet czasami przekracza napięcie zastosowane na początku nadawczym, prowadząc do zjawiska znanego jako efekt Ferrantiego. Jeśli chcesz sprawdzić swoją wiedzę na temat efektu Ferrantiego i pokrewnych tematów z systemów energetycznych, sprawdź nasze pytania wielokrotnego wyboru z systemów energetycznych (MCQ).

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.