Efek Ferranti adalah a tegangan peningkatan pada ujung penerima saluran transmisi listrik ketika dioperasikan dalam kondisi tanpa beban, atau beban rendah. Ini menghasilkan nilai tegangan ujung penerima yang lebih tinggi dari titik pengiriman.
Fenomena ini ditemukan oleh insinyur listrik Sebastian Ziani de Ferranti. Pada tahun 1887, ia pertama kali mencatat peningkatan tegangan pada titik-titik tertentu dari sistem tenaga London.
Efeknya disebabkan oleh interaksi antara induktansi dan kapasitansi saluran.
Ketika saluran listrik dioperasikan tanpa beban, atau kondisi beban rendah, tegangan di ujung penerima bisa lebih tinggi dari tegangan input. Jika tegangan ini melebihi nilai pengenal saluran, ini dapat mengakibatkan situasi berbahaya dan menyebabkan stres ke kabel dan komponen.
Skema T klasik yang ditunjukkan pada gambar di bawah membantu menjelaskan bagaimana efek Ferranti terjadi pada saluran transmisi listrik. Di sini, kami berasumsi bahwa perilaku resistif garis dapat diabaikan.
T Skema saluran transmisi.
Dimana:
- L adalah induktansi longitudinal dari garis [H / km]
- l adalah panjang garis [km]
- C adalah kapasitansi transversal garis [F / km]
- Vi adalah tegangan pada input saluran
- Ii adalah arus yang masuk ke saluran
- Vo adalah tegangan pada keluaran saluran
Persamaan di bawah mengasumsikan garis dalam kondisi "tanpa beban" (sirkuit terbuka) dan menerapkan prinsip Kirchoff ke sirkuit di atas:
Dari model rangkaian, karena kondisi tanpa beban, terbukti bahwa tegangan keluaran adalah tegangan pada kapasitansi. Kita akan melihat bahwa kapasitansi transversal garis memainkan peran kunci dalam efek Ferranti.
Dari persamaan di atas, dimungkinkan untuk memperhatikan bahwa tegangan keluaran Vo lebih tinggi daripada tegangan masukan Vi dan secara khusus menghitung perbedaan di antara keduanya, mengacu pada tegangan keluaran, kami memiliki:
Oleh karena itu, terbukti bahwa perbedaan tegangan sebanding dengan:
- Kuadrat frekuensi sistem tenaga (memang = 2f)
- Produk induktansi saluran dan kapasitansi
- Kuadrat dari panjang garis
Pengamatan ini membawa kita pada beberapa kesimpulan yang perlu disebutkan:
Saluran transmisi dalam sistem tenaga yang beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi kemungkinan besar akan terpengaruh oleh Efek Ferranti. Misalnya, mengingat dua saluran listrik identik yang dioperasikan pada tegangan yang sama tetapi pada frekuensi yang berbeda, yang dioperasikan pada frekuensi yang lebih tinggi harus lebih pendek untuk menghindari peningkatan tegangan yang tidak diinginkan dan berbahaya di ujung penerima.
Dengan jalur kabel, Efek Ferranti akan lebih terasa, karena nilai tipikal induktansi layanan dalam kabel kira-kira 0.5 hingga 0.7 kali induktansi saluran udara. Namun, nilai kapasitansi sekitar 20 hingga 60 kali lebih tinggi. Oleh karena itu, dengan saluran kabel, produk dari induktansi saluran dan kapasitansi bisa sekitar 10 hingga 30 kali lebih tinggi.
Panjang garis sangat penting. Namun, panjang menjadi lebih penting ketika panjang garis mendekati / 4. Mempertimbangkan notasi trigonometri dari persamaan jalur transmisi, pada kondisi tanpa beban, dimungkinkan untuk menunjukkan bahwa:
Jadi, untuk 0l / 4 (jadi untuk 0l1500 km pada 50 Hz) kita punya 02l // 2, oleh karena itu suku pada penyebutnya adalah antara 1 dan 0. Saat panjang saluran mendekati / 4, tegangan pada ujung penerima saluran cenderung menjadi tak terbatas.
Seperti disebutkan di atas, alasan utama Efek Ferranti adalah interaksi antara kapasitansi dan induktansi saluran.
Secara keseluruhan, Efek Ferranti terkenal dan harus dipertimbangkan dalam desain sistem distribusi daya untuk menghindari peningkatan tegangan yang tidak terduga yang dapat menyebabkan kegagalan dan situasi berbahaya.
Untuk menghindari Efek Ferranti, kita perlu membatasi panjang maksimum saluran transmisi listrik. Itulah sebabnya jalur transmisi daya tipikal tidak melebihi 600-700 km pada 50 Hz, (atau 500-600 km pada 60Hz).
Dengan mengurangi panjang saluran untuk meminimalkan fenomena ini, induktansi dan kapasitansi saluran dapat menciptakan situasi resonansi, karena sifat konstruktif intrinsik dari saluran itu sendiri. Untuk menghindari Efek Ferranti, solusi umum adalah memasang reaktor tambahan (pada dasarnya induktansi). Ini mengkompensasi kapasitansi transversal saluran dan secara drastis mengurangi fenomena ini.
Realitas masalah ini bisa menjadi jauh lebih kompleks daripada penjelasan yang ditawarkan di atas. Seseorang harus memikirkan kemungkinan kerugian, alih-alih mengasumsikan kasus "ideal" dari saluran dengan kondisi tanpa beban.