Ferranti Etkisi bir Voltaj yüksüz veya düşük yüklü durumda çalıştırıldığında bir elektrik iletim hattının alıcı ucundaki artış. Bu, gönderme noktasından daha yüksek bir alıcı uç voltaj değeri ile sonuçlanır.
Bu fenomen elektrik mühendisi Sebastian Ziani de Ferranti tarafından keşfedildi. 1887'de ilk kez Londra güç sisteminin belirli noktalarında voltaj artışını fark etti.
Etki, hattın endüktansı ve kapasitansı arasındaki etkileşimden kaynaklanır.
Enerji hattı yüksüz veya düşük yük koşullarında çalıştırıldığında, alıcı uçtaki voltaj giriş voltajından daha yüksek olabilir. Bu voltajın hattın nominal değerini aşması durumunda tehlikeli durumlara neden olabilir ve strese neden olabilir. kablolara ve bileşenler.
Aşağıdaki şekilde gösterilen klasik T şeması, Ferranti etkisinin bir elektrik iletim hattında nasıl oluştuğunu açıklamaya yardımcı olur. Burada hattın direnç davranışının ihmal edilebilir olduğunu varsayıyoruz.
T Bir iletim hattının şeması.
Nerede:
- L hattın boyuna endüktansıdır [H/km]
- l hattın uzunluğudur [km]
- C hattın enine kapasitansıdır [F/km]
- Vi, hattın girişindeki voltajdır
- Ii hattın girişindeki akımdır
- Vo, hattın çıkışındaki voltajdır
Aşağıdaki denklem, hattın "yüksüz" durumda (açık devre) olduğunu varsayar ve Kirchoff ilkesini yukarıdaki devreye uygular:
Devre modelinden yüksüz koşullar nedeniyle çıkış voltajının kapasitans üzerindeki voltaj olduğu açıktır. Hattın enine kapasitansının Ferranti etkisinde önemli bir rol oynadığını göreceğiz.
Yukarıdaki denklemlerden, Vo çıkış voltajının Vi giriş voltajından daha yüksek olduğunu fark etmek mümkündür ve özellikle aralarındaki farkı çıkış voltajına göre hesaplayarak şunu elde ederiz:
Bu nedenle voltaj farkının aşağıdakilerle orantılı olduğu açıktır:
- Güç sisteminin frekansının karesi (gerçekte =2f)
- Hat endüktansı ve kapasitansının çarpımı
- Çizgi uzunluğunun karesi
Bu gözlemler bizi bahsetmeye değer birkaç sonuca ulaştırıyor:
Daha yüksek frekansta çalışan güç sistemlerindeki iletim hatlarının Ferranti Etkisinden etkilenme olasılığı daha yüksektir. Örneğin, aynı voltajda ancak farklı frekanslarda çalışan iki özdeş elektrik hattı göz önüne alındığında, alıcı uçta istenmeyen ve tehlikeli voltaj artışını önlemek için daha yüksek frekansta çalıştırılan hattın daha kısa olması gerekir.
Kablo hatlarında Ferranti Etkisi daha belirgin olacaktır çünkü bir kablodaki servis endüktansının tipik değerleri havai hattın endüktansının yaklaşık 0.5 ila 0.7 katıdır. Ancak kapasitans değerleri yaklaşık 20 ila 60 kat daha yüksektir. Bu nedenle, bir kablo hattında hat endüktansı ve kapasitansının çarpımı yaklaşık 10 ila 30 kat daha yüksek olabilir.
Hattın uzunluğu çok önemli. Ancak çizgi uzunluğu /4'e yaklaştıkça uzunluk daha da önemli hale gelir. İletim hatlarının denklemlerinin trigonometrik gösterimi göz önüne alındığında, yüksüz durumda şunu göstermek mümkündür:
Yani, 0l/4 için (yani 0 Hz'de 1500l50 km için) elimizde 02l//2 vardır, bu nedenle paydadaki terim 1 ile 0 arasındadır. Hat uzunluğu /4'e yaklaştıkça hattın alıcı ucundaki gerilim eğilimi gösterir. sonsuz olmak.
Yukarıda da bahsettiğimiz gibi Ferranti Etkisinin temel nedeni hattın kapasitansı ile endüktansı arasındaki etkileşimdir.
Genel olarak Ferranti Etkisi iyi bilinmektedir ve arızalara ve tehlikeli durumlara neden olabilecek beklenmedik voltaj artışlarından kaçınmak için bir güç dağıtım sisteminin tasarımında dikkate alınmalıdır.
Ferranti Etkisini önlemek için elektrik iletim hatlarının maksimum uzunluğunu sınırlamamız gerekiyor. Bu nedenle tipik enerji nakil hatları 600 Hz'de 700-50 km'yi (veya 500Hz'de 600-60 km'yi) aşmaz.
Bu olguyu en aza indirmek için hattın uzunluğunu azaltarak, hattın endüktansı ve kapasitansı, hattın kendine özgü yapısal özelliklerinden dolayı bir rezonans durumu yaratabilir. Ferranti Etkisini önlemek için yaygın çözüm ek bir reaktör (temel olarak bir endüktans) kurmaktır. Bu, hattın enine kapasitansını telafi eder ve bu olguyu büyük ölçüde azaltır.
Bu konuların gerçekliği yukarıda sunulan açıklamalardan çok daha karmaşık hale gelebilir. Hattın yüksüz durumdaki “ideal” durumunu varsaymak yerine olası kayıpların düşünülmesi gerekir.