Ефект Ферранті на лініях передачі: що це?

Що таке ефект Ферранті?

Ефект Ферранті — це явище, що описує збільшення напруги на приймальному кінці довгого лінійного передавального каналу відносно напруги на відправному кінці. Ефект Ферранті більш поширений, коли навантаження дуже малий або не підключено (тобто відкритий контур). Ефект Ферранті можна виразити як коефіцієнт або як відсоткове збільшення.

У загальній практиці ми знаємо, що для всіх електричних систем струм тече від області високого потенціалу до області нижчого потенціалу, щоб компенсувати електричну різницю потенціалів, що існує в системі. У всіх практичних випадках, напруга на відправному кінці вища за напругу на приймальному кінці через втрати у лінії, тому струм тече від джерела або сторони живлення до навантаження.

Але С.З. Ферранті в 1890 році запропонував надзвичайну теорію про середньовіддалені передавальні лінії, вказуючи, що при легкому навантаженні або без навантаження передавальної системи, напруга на приймальному кінці часто зростає понад напругу на відправному кінці, що призводить до явища, відомого як ефект Ферранті в електроенергетичній системі.

Ефект Ферранті в передавальній лінії

Довга передавальна лінія може бути розглянута як складова, що має значну величину емфази і індуктивності, розподілених вздовж всього довжини лінії. Ефект Ферранті відбувається, коли струм, що споживається розподіленою емфазою лінії, більший за струм, пов'язаний з навантаженням на приймальному кінці лінії (при легкому або без навантаження).

Цей струм заряду конденсатора призводить до падіння напруги на індукторі передавальної системи, яке збігається за фазою з напругою на відправному кінці. Це падіння напруги поступово зростає, коли ми рухаємось до кінця лінії, і, відповідно, напруга на приймальному кінці зазвичай стає більшою за прикладену напругу, що призводить до явища, відомого як ефект Ферранті в електроенергетичній системі. Ми проілюструємо це за допомогою фазового діаграми нижче.

Таким чином, обидва ефекти, ємкостний і індуктивний, передавальної лінії, відіграють однаково важливу роль у цьому явищі, і тому ефект Ферранті незначний для короткої передавальної лінії, оскільки індуктивність такої лінії практично вважається наближено до нуля. Загалом, для лінії завдовжки 300 км, що працює на частоті 50 Гц, напруга на приймальному кінці без навантаження була знайдена на 5% вищою за напругу на відправному кінці.

Тепер для аналізу ефекту Ферранті розглянемо фазові діаграми, показані вище.
Тут, Vr вважається базовим фазором, представленим OA.

Це представлено фазором OC.

Тепер, у випадку "довгої передавальної лінії," практично спостерігалося, що опір лінії електричного опору занедбано малий порівняно з реактивним опором. Тому ми можемо припустити, що довжина фазора Ic R = 0; ми можемо вважати, що зростання напруги виключно через OA – OC = реактивне падіння в лінії.

Тепер, якщо ми розглянемо c0 і L0 як значення ємності і індуктивності на км передавальної лінії, де l — це довжина лінії.

Оскільки, у випадку довгої передавальної лінії, ємність розподілена вздовж її довжини, середній струм, що протікає, становить,

Таким чином, зростання напруги через індуктивність лінії визначається формулою,

З цього рівняння абсолютно очевидно, що зростання напруги на приймальному кінці прямо пропорційне квадрату довжини лінії, і, отже, у випадку довгої передавальної лінії воно зростає з довжиною, і навіть перевищує прикладену напругу на відправному кінці, що призводить до явища, відомого як ефект Ферранті. Якщо ви хочете бути опитаними на тему ефекту Ферранті та пов'язаних питань електроенергетики, перегляньте наші тестові питання з електроенергетики (з кількома варіантами відповідей).

Повідомлення: Поважайте оригінал, доброзичливі статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.