페란 티 효과는 전압 무부하 또는 저 부하 상태에서 작동 할 때 전기 전송 라인의 수신단이 증가합니다. 이로 인해 수신 끝 전압 값이 송신 지점보다 높습니다.
이 현상은 전기 엔지니어 Sebastian Ziani de Ferranti에 의해 발견되었습니다. 1887 년에 그는 런던 전력 시스템의 특정 지점에서 전압 상승을 처음으로 주목했습니다.
이 효과는 라인의 인덕턴스와 커패시턴스 간의 상호 작용으로 인해 발생합니다.
전력선이 무부하 또는 저 부하 상태에서 작동 할 경우 수신단의 전압이 입력 전압보다 높을 수 있으며,이 전압이 선로의 정격 값을 초과하면 위험한 상황을 초래하고 스트레스를 유발할 수 있습니다. 케이블과 구성 요소들.
아래 그림에 표시된 고전적인 T- 체계는 전기 전송선에서 Ferranti 효과가 발생하는 방식을 설명하는 데 도움이됩니다. 여기서 우리는 라인의 저항 동작이 무시할 만하다고 가정합니다.
전송 라인의 T 계획.
어디에:
- L은 라인의 세로 인덕턴스 [H / km]
- l은 선의 길이 [km]
- C는 라인의 횡단 커패시턴스 [F / km]
- Vi는 라인 입력 전압
- Ii는 라인 입력의 전류입니다.
- Vo는 라인 출력의 전압입니다.
아래 방정식은 라인이 "무부하"상태 (개방 회로)에 있다고 가정하고 Kirchoff 원리를 위의 회로에 적용합니다.
회로 모델에서 무부하 조건으로 인해 출력 전압이 커패시턴스의 전압이라는 것이 분명합니다. 라인의 횡단 커패시턴스는 Ferranti 효과에서 핵심적인 역할을한다는 것을 알 수 있습니다.
위의 방정식에서 출력 전압 Vo가 입력 전압 Vi보다 높다는 것을 알 수 있으며 특히 출력 전압을 참조하여 이들 간의 차이를 계산하면 다음과 같습니다.
따라서 전압 차이는 다음에 비례한다는 것이 분명합니다.
- 전력 시스템 주파수의 제곱 (실제로 = 2f)
- 라인 인덕턴스와 커패시턴스의 곱
- 선 길이의 제곱
이러한 관찰을 통해 언급 할 가치가있는 몇 가지 결론을 내릴 수 있습니다.
더 높은 주파수에서 작동하는 전력 시스템의 전송 라인은 Ferranti 효과의 영향을받을 가능성이 더 높습니다. 예를 들어, 동일한 전압에서 작동하지만 주파수가 다른 두 개의 동일한 전기 라인을 고려할 때 수신단에서 원하지 않는 위험한 전압 증가를 방지하기 위해 더 높은 주파수에서 작동하는 전기 라인은 더 짧아야합니다.
케이블 라인의 경우 케이블의 서비스 인덕턴스의 일반적인 값이 가공선의 인덕턴스의 약 0.5 ~ 0.7 배이기 때문에 페란 티 효과가 더욱 두드러집니다. 그러나 커패시턴스 값은 약 20 ~ 60 배 더 높습니다. 따라서 케이블 라인을 사용하면 라인 인덕턴스와 커패시턴스의 곱이 약 10 ~ 30 배 더 높아질 수 있습니다.
선의 길이가 중요합니다. 그러나 선 길이가 / 4에 가까워지면 길이가 더욱 중요해집니다. 무부하 상태에서 전송 라인 방정식의 삼각 표기법을 고려하면 다음을 입증 할 수 있습니다.
따라서 0l / 4 (0Hz에서 1500l50km의 경우)의 경우 02l // 2가 있으므로 분모의 항은 1과 0 사이입니다. 무한합니다.
위에서 언급했듯이 Ferranti 효과의 주된 이유는 라인의 커패시턴스와 인덕턴스 간의 상호 작용입니다.
전반적으로 Ferranti 효과는 잘 알려져 있으며 고장 및 위험한 상황을 유발할 수있는 예기치 않은 전압 증가를 방지하기 위해 배전 시스템 설계시 고려해야합니다.
페란 티 효과를 피하려면 전기 전송 라인의 최대 길이를 제한해야합니다. 이것이 일반적인 송전선이 600Hz에서 700-50km (또는 500Hz에서 600-60km)를 초과하지 않는 이유입니다.
이 현상을 최소화하기 위해 라인의 길이를 줄임으로써 라인 자체의 본질적인 구성 속성으로 인해 라인의 인덕턴스 및 커패시턴스가 공진 상황을 만들 수 있습니다. 페란 티 효과를 피하기 위해 일반적인 솔루션은 추가 리액터 (기본적으로 인덕턴스)를 설치하는 것입니다. 이것은 라인의 횡단 커패시턴스를 보상하고이 현상을 대폭 감소시킵니다.
이러한 문제의 현실은 위에 제공된 설명보다 훨씬 더 복잡해질 수 있습니다. 무부하 상태 인 라인의 "이상적인"경우를 가정하는 대신 가능한 손실을 생각해야합니다.