אפקט פרראנטי הוא מתח עלייה בקצה הקבלה של קו העברה חשמלי כאשר הוא מופעל במצב ללא עומס, או עומס נמוך. כתוצאה מכך ערך מתח קצה גבוה יותר מנקודת השליחה.
תופעה זו התגלה על ידי מהנדס החשמל סבסטיאן זיאני דה פרראנטי. בשנת 1887 ציין לראשונה עלייה במתח בנקודות מסוימות של מערכת חשמל בלונדון.
ההשפעה נגרמת על ידי האינטראקציה בין השראות וקיבול הקו.
כאשר קו החשמל מופעל ללא עומס, או בתנאי עומס נמוכים, המתח בקצה הקולט יכול להיות גבוה ממתח הכניסה. אם מתח זה עולה על הערך המדורג של הקו, זה יכול לגרום למצבים מסוכנים ולגרום למתח. לכבלים ו רכיבים.
תוכנית ה- T הקלאסית המוצגת באיור להלן מסייעת להסביר כיצד מתרחשת אפקט פרראנטי בקו העברה חשמלי. כאן אנו מניחים שהתנהגות ההתנגדות של הקו זניחה.
תוכנית T של קו העברה.
איפה:
- L הוא השראות האורך של הקו [H / km]
- אני אורך הקו [ק"מ]
- C הוא הקיבול הרוחבי של הקו [F / km]
- Vi הוא המתח בכניסת הקו
- Ii הוא הזרם בכניסה של הקו
- Vo הוא המתח ביציאת הקו
המשוואה שלהלן מניחה שהקו במצב "ללא עומס" (מעגל פתוח) ומחיל את עיקרון קירשוף על המעגל שלמעלה:
ממודל המעגל, בשל תנאי העומס, ניכר כי מתח המוצא הוא המתח על הקיבול. נראה כי הקיבול הרוחבי של הקו ממלא תפקיד מפתח באפקט פרנטי.
מהמשוואות שלמעלה ניתן להבחין כי מתח המוצא Vo גבוה ממתח הכניסה Vi ובמיוחד חישוב ההפרש ביניהם, בהתייחסו למתח המוצא, יש לנו:
לכן ניכר כי הפרש המתח פרופורציונלי ל:
- ריבוע התדר של מערכת החשמל (אכן = 2f)
- תוצר של השראות קו וקיבול
- ריבוע אורך הקו
תצפיות אלו מביאות אותנו למספר מסקנות שכדאי להזכיר:
קווי העברה במערכות חשמל הפועלות בתדירות גבוהה יותר נוטים יותר להיות מושפעים מאפקט Ferranti. לדוגמא, בהתחשב בשני קווי חשמל זהים המופעלים באותו מתח אך בתדרים שונים, זה המופעל בתדר גבוה יותר חייב להיות קצר יותר על מנת למנוע עליית מתח לא רצויה ומסוכנת בקצה הקבלה.
בקווי כבלים, אפקט Ferranti יהיה בולט יותר מכיוון שהערכים האופייניים של השראות השירות בכבל הם בערך פי 0.5 עד 0.7 מההשראות של קו תקורה. עם זאת, ערכי הקיבול גבוהים פי 20 עד 60. לכן, עם קו כבלים, תוצר ההשראות והקיבול של הקו יכול להיות גבוה פי 10 עד 30.
אורך הקו הוא מכריע. עם זאת, האורך הופך לחשוב עוד יותר כאשר אורך הקו מתקרב ל / 4. בהתחשב בסימון הטריגונומטרי של משוואות קווי ההולכה, במצב ללא עומס, ניתן להוכיח כי:
אז, עבור 0l / 4 (כך עבור 0l1500 ק"מ ב 50 הרץ) יש לנו 02l // 2, ולכן המונח במכנה הוא בין 1 ל 0. ככל שאורך הקו מתקרב / 4 המתח בקצה הקבלה נוטה להיות אינסופי.
כאמור לעיל, הסיבה העיקרית לאפקט Ferranti היא האינטראקציה בין הקיבול וההשראות של הקו.
בסך הכל, אפקט Ferranti ידוע ויש לקחת אותו בחשבון בתכנון מערכת חלוקת חשמל על מנת למנוע עליות מתח בלתי צפויות העלולות ליצור כשלים ומצבים מסוכנים.
כדי להימנע מאפקט Ferranti, עלינו להגביל את האורך המרבי של קווי ההולכה החשמליים. לכן קווי העברת חשמל אופייניים אינם עולים על 600-700 ק"מ ב 50 הרץ, (או 500-600 ק"מ ב 60 הרץ).
על ידי הקטנת אורך הקו על מנת למזער תופעה זו, ההשראות והקיבול של הקו יכולים ליצור מצב תהודה, בשל התכונות הקונסטרוקטיביות הפנימיות של הקו עצמו. כדי להימנע מאפקט Ferranti, הפיתרון הנפוץ הוא התקנת כור נוסף (בעצם אינדוקציה). זה מפצה על הקיבול הרוחבי של הקו ומפחית דרסטית תופעה זו.
מציאותם של נושאים אלו יכולה להיות מורכבת בהרבה מההסברים המוצעים לעיל. יש לחשוב על הפסדים אפשריים, במקום להניח את המקרה "האידיאלי" של הקו עם מצב ללא עומס.