تأثير Ferranti هو أ الجهد االكهربى زيادة الطرف المستقبل لخط النقل الكهربائي عندما يتم تشغيله في حالة عدم التحميل أو الحمل المنخفض. ينتج عن هذا قيمة جهد نهاية استقبال أعلى من نقطة الإرسال.
اكتشف هذه الظاهرة المهندس الكهربائي سيباستيان زياني دي فيرانتي. في عام 1887 ، لاحظ لأول مرة زيادة الجهد في نقاط معينة من نظام الطاقة في لندن.
التأثير ناتج عن التفاعل بين محاثة وسعة الخط.
عندما يتم تشغيل خط الطاقة في حالة عدم وجود حمل ، أو في ظروف تحميل منخفضة ، يمكن أن يكون الجهد عند الطرف المستقبِل أعلى من جهد الدخل ، وإذا تجاوز هذا الجهد القيمة المقدرة للخط ، فقد يؤدي ذلك إلى مواقف خطيرة ويسبب إجهادًا على الكابلات و مكونات.
يساعد مخطط T الكلاسيكي الموضح في الشكل أدناه في شرح كيفية حدوث تأثير Ferranti في خط نقل كهربائي. هنا ، نفترض أن السلوك المقاوم للخط لا يكاد يذكر.
مخطط T لخط النقل.
أين:
- L هو الحث الطولي للخط [H / km]
- l طول الخط [km]
- C هي السعة المستعرضة للخط [F / km]
- السادس هو الجهد عند إدخال الخط
- Ii هو التيار عند إدخال الخط
- Vo هو الجهد عند خرج الخط
تفترض المعادلة أدناه أن الخط في حالة "عدم التحميل" (دائرة مفتوحة) وتطبق مبدأ كيرشوف على الدائرة أعلاه:
من نموذج الدائرة ، نظرًا لظروف عدم التحميل ، من الواضح أن جهد الخرج هو الجهد على السعة. سنرى أن السعة المستعرضة للخط تلعب دورًا رئيسيًا في تأثير Ferranti.
من المعادلات أعلاه ، من الممكن ملاحظة أن جهد الخرج Vo أعلى من جهد الدخل VI وعلى وجه الخصوص حساب الفرق بينهما ، وإحالته إلى جهد الخرج ، لدينا:
لذلك ، من الواضح أن فرق الجهد يتناسب مع:
- مربع تردد نظام الطاقة (في الواقع = 2f)
- ناتج محاثة الخط والسعة
- مربع طول الخط
توصلنا هذه الملاحظات إلى عدة استنتاجات جديرة بالذكر:
من المرجح أن تتأثر خطوط النقل في أنظمة الطاقة التي تعمل بتردد أعلى بتأثير Ferranti. على سبيل المثال ، بالنظر إلى خطين كهربائيين متطابقين يعملان بنفس الجهد ولكن بترددات مختلفة ، يجب أن يكون الخط الذي يعمل بتردد أعلى أقصر لتجنب زيادة الجهد غير المرغوب فيها والخطيرة عند الطرف المستقبل.
مع خطوط الكابلات ، سيكون تأثير Ferranti أكثر وضوحًا ، لأن القيم النموذجية لمحاثة الخدمة في الكبل ما يقرب من 0.5 إلى 0.7 مرة من محاثة الخط العلوي. ومع ذلك ، فإن قيم السعة أعلى بحوالي 20 إلى 60 مرة. لذلك ، باستخدام خط الكابل ، يمكن أن يكون ناتج محاثة الخط والسعة أعلى بحوالي 10 إلى 30 مرة.
طول الخط أمر بالغ الأهمية. ومع ذلك ، يصبح الطول أكثر أهمية عندما يقترب طول الخط من / 4. بالنظر إلى التدوين المثلثي لمعادلات خطوط النقل ، في حالة عدم التحميل ، من الممكن إثبات ما يلي:
لذلك ، بالنسبة لـ 0l / 4 (لذلك بالنسبة لـ 0l1500 km عند 50 هرتز) لدينا 02l // 2 ، وبالتالي فإن المصطلح عند المقام بين 1 و 0. مع اقتراب طول الخط / 4 ، يميل الجهد عند الطرف المستقبل للخط ليكون لانهائي.
كما ذكر أعلاه ، فإن السبب الرئيسي لتأثير Ferranti هو التفاعل بين السعة والحث للخط.
بشكل عام ، فإن تأثير Ferranti معروف جيدًا ويجب أخذه في الاعتبار عند تصميم نظام توزيع الطاقة من أجل تجنب الزيادات غير المتوقعة في الجهد التي يمكن أن تؤدي إلى حدوث أعطال ومواقف خطيرة.
لتجنب تأثير Ferranti ، نحتاج إلى تحديد الطول الأقصى لخطوط النقل الكهربائي. هذا هو السبب في أن خطوط نقل الطاقة النموذجية لا تتجاوز 600-700 كم عند 50 هرتز ، (أو 500-600 كم عند 60 هرتز).
من خلال تقليل طول الخط لتقليل هذه الظاهرة ، يمكن أن يؤدي المحاثة والسعة للخط إلى خلق حالة صدى ، بسبب الخصائص البناءة الجوهرية للخط نفسه. لتجنب تأثير Ferranti ، فإن الحل الشائع هو تركيب مفاعل إضافي (محاثة في الأساس). هذا يعوض السعة المستعرضة للخط ويقلل بشكل كبير من هذه الظاهرة.
يمكن أن يصبح واقع هذه القضايا أكثر تعقيدًا بكثير من التفسيرات المقدمة أعلاه. يجب على المرء أن يفكر في أي خسائر محتملة ، بدلاً من افتراض الحالة "المثالية" للخط بشرط عدم التحميل.