เอฟเฟกต์ Ferranti คือ แรงดันไฟฟ้า เพิ่มจุดสิ้นสุดการรับของสายส่งไฟฟ้าเมื่อทำงานในสภาพที่ไม่มีโหลดหรือโหลดต่ำ ส่งผลให้ค่าแรงดันปลายทางที่รับสูงกว่าจุดส่ง
ปรากฏการณ์นี้ค้นพบโดยวิศวกรไฟฟ้า Sebastian Ziani de Ferranti ในปีพ. ศ. 1887 เขาสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าในบางจุดของระบบไฟฟ้าในลอนดอน
ผลกระทบเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างความเหนี่ยวนำและความจุของเส้น
เมื่อสายไฟทำงานที่ไม่มีโหลดหรือสภาวะโหลดต่ำแรงดันไฟฟ้าที่ปลายรับอาจสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหากแรงดันไฟฟ้านี้เกินค่าพิกัดของสายอาจส่งผลให้เกิดสถานการณ์อันตรายและทำให้เกิดความเครียดได้ เข้ากับสายเคเบิลและ ส่วนประกอบ.
รูปแบบ T คลาสสิกที่แสดงในรูปด้านล่างช่วยอธิบายว่าเอฟเฟกต์ Ferranti เกิดขึ้นในสายส่งไฟฟ้าได้อย่างไร ในที่นี้เราถือว่าพฤติกรรมต้านทานของเส้นมีความสำคัญเล็กน้อย
T โครงการของสายส่ง
ที่ไหน:
- L คือการเหนี่ยวนำตามยาวของเส้น [H / km]
- ล. คือความยาวของเส้น [กม.]
- C คือความจุตามขวางของเส้น [F / km]
- Vi คือแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของสาย
- Ii คือกระแสที่อินพุตของสาย
- Vo คือแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของสาย
สมการด้านล่างถือว่าเส้นอยู่ในสภาพ“ ไม่มีโหลด” (วงจรเปิด) และใช้หลักการ Kirchoff กับวงจรด้านบน:
จากแบบจำลองวงจรเนื่องจากสภาวะไม่มีโหลดจะเห็นได้ว่าแรงดันขาออกเป็นแรงดันไฟฟ้าของความจุ เราจะเห็นว่าความจุตามขวางของเส้นมีบทบาทสำคัญในเอฟเฟกต์ Ferranti
จากสมการข้างต้นเป็นไปได้ที่จะสังเกตได้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาออก Vo สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้า Vi และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการคำนวณความแตกต่างระหว่างพวกเขาโดยอ้างถึงแรงดันไฟฟ้าขาออกเรามี:
ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับ:
- กำลังสองของความถี่ของระบบไฟฟ้า (แน่นอน = 2f)
- ผลคูณของตัวเหนี่ยวนำและความจุ
- กำลังสองของความยาวเส้น
ข้อสังเกตเหล่านี้ทำให้เราได้ข้อสรุปหลายประการที่ควรค่าแก่การกล่าวถึง:
สายส่งในระบบไฟฟ้าที่ทำงานด้วยความถี่สูงมีแนวโน้มที่จะได้รับผลกระทบจาก Ferranti Effect ตัวอย่างเช่นเมื่อพิจารณาถึงสายไฟฟ้าที่เหมือนกันสองเส้นที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน แต่มีความถี่ต่างกันเส้นที่ทำงานด้วยความถี่ที่สูงกว่าจะต้องสั้นลงเพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ต้องการและเป็นอันตรายเมื่อสิ้นสุดการรับ
ด้วยสายเคเบิล Ferranti Effect จะเด่นชัดมากขึ้นเนื่องจากค่าทั่วไปของการเหนี่ยวนำบริการในสายเคเบิลจะอยู่ที่ประมาณ 0.5 ถึง 0.7 เท่าของความเหนี่ยวนำของสายเหนือศีรษะ อย่างไรก็ตามค่าของความจุสูงกว่าประมาณ 20 ถึง 60 เท่า ดังนั้นด้วยสายเคเบิลผลิตภัณฑ์ของตัวเหนี่ยวนำและความจุของสายอาจสูงกว่าประมาณ 10 ถึง 30 เท่า
ความยาวของเส้นเป็นสิ่งสำคัญ อย่างไรก็ตามความยาวจะมีความสำคัญยิ่งขึ้นเมื่อความยาวของเส้นเข้าใกล้ / 4 มากขึ้น เมื่อพิจารณาจากสัญกรณ์ตรีโกณมิติของสมการของสายส่งที่สภาพไม่มีโหลดสามารถแสดงให้เห็นว่า:
ดังนั้นสำหรับ 0l / 4 (สำหรับ 0l1500 กม. ที่ 50 Hz) เรามี 02l // 2 ดังนั้นเทอมที่ตัวส่วนจึงอยู่ระหว่าง 1 ถึง 0 เมื่อความยาวของเส้นเข้าใกล้ / 4 แรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายรับมีแนวโน้ม จะไม่มีที่สิ้นสุด
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วสาเหตุหลักของ Ferranti Effect คือปฏิสัมพันธ์ระหว่างความจุและความเหนี่ยวนำของเส้น
โดยรวมแล้ว Ferranti Effect เป็นที่รู้จักกันดีและควรนำมาพิจารณาในการออกแบบระบบจำหน่ายไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ไม่คาดคิดซึ่งอาจทำให้เกิดความล้มเหลวและสถานการณ์ที่เป็นอันตราย
เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบของ Ferranti เราจำเป็นต้องจำกัดความยาวสูงสุดของสายส่งไฟฟ้า นั่นคือเหตุผลที่สายส่งกำลังทั่วไปไม่เกิน 600-700 กม. ที่ 50 Hz (หรือ 500-600 กม. ที่ 60Hz)
การลดความยาวของเส้นเพื่อลดปรากฏการณ์นี้ให้น้อยที่สุดความเหนี่ยวนำและความจุของเส้นสามารถสร้างสถานการณ์เรโซแนนซ์ได้เนื่องจากคุณสมบัติเชิงสร้างสรรค์ที่แท้จริงของเส้นนั้นเอง เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบ Ferranti วิธีแก้ปัญหาทั่วไปคือการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มเติม (โดยทั่วไปคือการเหนี่ยวนำ) สิ่งนี้จะชดเชยความจุตามขวางของเส้นและลดปรากฏการณ์นี้ลงอย่างมาก
ความเป็นจริงของปัญหาเหล่านี้อาจซับซ้อนกว่าคำอธิบายที่เสนอข้างต้น เราต้องคิดถึงความสูญเสียใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นแทนที่จะสมมติว่าเป็นกรณี "อุดมคติ" ของบรรทัดที่มีเงื่อนไขไม่โหลด