Эффект Ферранти на линиях электропередач: Что это такое?

Что такое эффект Ферранти?

Эффект Ферранти — это явление, описывающее увеличение напряжения на приемном конце длинной линии передачи по сравнению с напряжением на отправляющем конце. Эффект Ферранти более распространен, когда нагрузка очень мала или отсутствует (т.е. открытая цепь). Эффект Ферранти можно выразить как коэффициент или как процентное увеличение.

В общем практике известно, что для всех электрических систем ток течет из области большего потенциала в область меньшего потенциала, чтобы компенсировать разность электрического потенциала, существующую в системе. В практических случаях напряжение на отправляющем конце выше, чем на приемном, из-за потерь в линии, поэтому ток течет от источника или подающего конца к нагрузке.

Однако сэр С.З. Ферранти в 1890 году предложил удивительную теорию о средних линиях передачи или длинных линиях передачи, утверждая, что при малой нагрузке или работе без нагрузки системы передачи, напряжение на приемном конце часто превышает напряжение на отправляющем конце, что приводит к явлению, известному как эффект Ферранти в энергосистеме.

Эффект Ферранти в линии передачи

Длинная линия передачи может рассматриваться как содержащая значительное количество емкости и индуктивности, распределенных по всей длине линии. Эффект Ферранти возникает, когда ток, потребляемый распределенной емкостью линии, больше, чем ток, связанный с нагрузкой на приемном конце линии (при малой или нулевой нагрузке).

Этот ток заряда конденсатора приводит к падению напряжения на индуктивности линии передачи, которое находится в фазе с напряжением на отправляющем конце. Это падение напряжения продолжает увеличиваться аддитивно, по мере движения к концу нагрузки, и, следовательно, напряжение на приемном конце становится больше, чем применяемое напряжение, что приводит к явлению, называемому эффектом Ферранти в энергосистеме. Мы проиллюстрируем это с помощью фазового диаграммы ниже.

Таким образом, как емкость, так и индуктивность линии передачи одинаково ответственны за возникновение этого явления, и, следовательно, эффект Ферранти незначителен в случае короткой линии передачи, так как индуктивность такой линии практически считается близкой к нулю. В общем, для линии длиной 300 км, работающей на частоте 50 Гц, было обнаружено, что напряжение на приемном конце без нагрузки на 5% выше, чем на отправляющем конце.

Теперь для анализа эффекта Ферранти рассмотрим фазовые диаграммы, показанные выше.
Здесь Vr считается эталонным фазовым вектором, представленным OA.

Это представлено фазовым вектором OC.

Теперь, в случае «длинной линии передачи», практически наблюдается, что электрическое сопротивление линии значительно меньше, чем реактивное сопротивление. Поэтому мы можем предположить, что длина фазового вектора Ic R = 0; мы можем считать, что повышение напряжения происходит только из-за OA – OC = реактивное падение напряжения в линии.

Теперь, если мы примем, что c0 и L0 — значения емкости и индуктивности на км линии передачи, где l — длина линии.

Поскольку в случае длинной линии передачи емкость распределена по всей ее длине, средний ток, протекающий через нее, равен,

Таким образом, повышение напряжения за счет индуктивности линии задается выражением,

Из приведенного выше уравнения абсолютно очевидно, что повышение напряжения на приемном конце прямо пропорционально квадрату длины линии, и, следовательно, в случае длинной линии передачи оно продолжает увеличиваться с длиной, и даже превышает напряжение на отправляющем конце, что приводит к явлению, называемому эффектом Ферранти. Если вы хотите проверить свои знания по эффекту Ферранти и связанным темам энергосистем, обратитесь к нашим тестам с выбором ответа по энергосистемам (Multiple Choice Questions).

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы ими делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.