Kesan Ferranti adalah voltan peningkatan pada hujung penerimaan saluran penghantaran elektrik apabila ia dikendalikan dalam keadaan tanpa beban, atau beban rendah. Ini menghasilkan nilai voltan akhir penerima lebih tinggi daripada titik penghantaran.
Fenomena ini ditemui oleh jurutera elektrik Sebastian Ziani de Ferranti. Pada tahun 1887, dia pertama kali mencatat kenaikan voltan pada titik-titik tertentu sistem kuasa London.
Kesannya disebabkan oleh interaksi antara aruhan dan kapasitansi garis.
Apabila talian kuasa dikendalikan pada keadaan tanpa beban, atau beban rendah, voltan di hujung penerima boleh lebih tinggi daripada voltan masukan. Sekiranya voltan ini melebihi nilai garisan, ia boleh mengakibatkan situasi berbahaya dan menyebabkan tekanan ke kabel dan komponen.
Skema T klasik yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini membantu menjelaskan bagaimana kesan Ferranti berlaku pada saluran penghantaran elektrik. Di sini, kita menganggap bahawa tingkah laku resistif garis boleh diabaikan.
Skim T saluran penghantaran.
Di mana:
- L adalah induktansi membujur garis [H / km]
- l adalah panjang garisan [km]
- C ialah kapasitansi melintang garis [F / km]
- Vi adalah voltan pada input talian
- Ii adalah arus pada input talian
- Vo adalah voltan pada output talian
Persamaan di bawah ini menganggap garis berada dalam keadaan "tanpa beban" (litar terbuka) dan menerapkan prinsip Kirchoff pada litar di atas:
Dari model litar, kerana keadaan tanpa beban, terbukti bahawa voltan keluaran adalah voltan pada kapasitans. Kita akan melihat bahawa kapasitansi melintang garis memainkan peranan penting dalam kesan Ferranti.
Dari persamaan di atas, dapat diketahui bahawa voltan output Vo lebih tinggi daripada voltan input Vi dan secara khusus mengira perbezaan di antara mereka, merujuk kepada voltan output, kita mempunyai:
Oleh itu, jelas bahawa perbezaan voltan berkadar dengan:
- Kuadrat kekerapan sistem kuasa (memang = 2f)
- Produk induktansi dan kapasitansi garis
- Segiempat sama panjang garis
Pemerhatian ini membawa kita ke beberapa kesimpulan yang perlu disebutkan:
Saluran penghantaran dalam sistem kuasa yang beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi cenderung dipengaruhi oleh Efek Ferranti. Sebagai contoh, dengan mempertimbangkan dua talian elektrik yang sama yang dikendalikan pada voltan yang sama tetapi pada frekuensi yang berlainan, satu yang dikendalikan pada frekuensi yang lebih tinggi mestilah lebih pendek untuk mengelakkan kenaikan voltan yang tidak diingini dan berbahaya di hujung penerima.
Dengan saluran kabel, Efek Ferranti akan lebih jelas, kerana nilai khas induktansi servis pada kabel adalah sekitar 0.5 hingga 0.7 kali induktansi garis overhead. Walau bagaimanapun, nilai kapasitansi kira-kira 20 hingga 60 kali lebih tinggi. Oleh itu, dengan saluran kabel, produk induktansi dan kapasitansi talian boleh menjadi sekitar 10 hingga 30 kali lebih tinggi.
Panjang garisan sangat penting. Walau bagaimanapun, panjang menjadi lebih penting apabila panjang garis semakin hampir dengan / 4. Dengan mempertimbangkan notasi trigonometri persamaan saluran penghantaran, dalam keadaan tanpa beban, adalah mungkin untuk menunjukkan bahawa:
Oleh itu, untuk 0l / 4 (jadi untuk 0l1500 km pada 50 Hz) kita mempunyai 02l // 2, oleh itu istilah pada penyebutnya adalah antara 1 dan 0. Oleh kerana panjang garis menghampiri / 4 voltan pada hujung penerima cenderung menjadi tidak terbatas.
Seperti yang disebutkan di atas, alasan utama untuk Ferranti Effect adalah interaksi antara kapasitansi dan induktansi garis.
Secara keseluruhan, Ferranti Effect sudah terkenal dan harus dipertimbangkan dalam reka bentuk sistem pengagihan kuasa untuk mengelakkan kenaikan voltan yang tidak dijangka yang dapat menimbulkan kegagalan dan situasi berbahaya.
Untuk mengelakkan kesan Ferranti, kita perlu menghadkan panjang maksimum talian penghantaran elektrik. Itulah sebabnya saluran penghantaran kuasa biasa tidak melebihi 600-700 km pada 50 Hz, (atau 500-600 km pada 60Hz).
Dengan mengurangkan panjang garis untuk meminimumkan fenomena ini, induktansi dan kapasitansi garis dapat menimbulkan situasi resonans, kerana sifat konstruktif intrinsik dari garis itu sendiri. Untuk mengelakkan Ferranti Effect, penyelesaian yang biasa dilakukan ialah memasang reaktor tambahan (pada dasarnya adalah induktansi). Ini mengimbangi kapasitansi lintang dan mengurangkan secara drastik fenomena ini.
Realiti permasalahan ini boleh menjadi jauh lebih kompleks daripada penjelasan yang ditawarkan di atas. Seseorang mesti memikirkan kemungkinan kerugian, dan bukannya menganggap kes "ideal" garis dengan keadaan tanpa beban.