خطوط انتقال و توزیع, مقالات
اثر فرانتی
خرداد
اثر فرانتی
تعریف : اثری که در آن ولتاژ در انتهای گیرنده خط انتقال بیشتر از ولتاژ ارسال باشد، به عنوان اثر فرانتی شناخته می‌شود.این نوع اثر عمدتاً به دلیل بار سبک یا مدار باز در انتهای گیرنده رخ می‌دهد.
اثر Ferranti به دلیل جریان شارژ خط می‌باشد. هنگامی که یک ولتاژ متناوب اعمال می‌گردد،جریانی که به خازن می‌ریزد را جریان شارژ می‌نامند. جریان شارژ به عنوان جریان خازنی نیز شناخته می‌شود.هنگامی که ولتاژ‌انتهای گیرنده خط از انتهای ارسال کننده بزرگتر باشد، جریان شارژ در خط افزایش می‌یابد.
چرا اثر Ferranti رخ می دهد؟
ظرفیت خازنی و اندوکتانس پارامترهای اصلی خطوط با طول 240 کیلومتر یا بالاتر هستند. در چنین خطوط انتقال، ظرفیت خازن در برخی از نقاط مشخص متمرکز نیست.به طور یکنواخت در تمام طول خط توزیع می‌گردد.هنگامی که ولتاژ در انتهای ارسال اعمال می‌شود، جریان کشیده‌شده توسط ظرفیت خازن خط بیشتر از جریان مربوط به بار می‌باشد.بنابراین، بدون بار یا بار سبک، ولتاژ در انتهای گیرنده در مقایسه با ولتاژ ثابت در انتهای ارسال بسیار زیاد‌است.
توضیح جزئی اثر Ferranti با در نظر گرفتن مدل اسمی pi (π):
اجازه دهید خط انتقال طولانی را در نظر بگیریم که در آن OE نشان‌دهنده ولتاژ انتهای گیرنده است.OH نشان دهنده جریان عبوری از خازن در انتهای گیرنده است. فازور FE نشان دهنده افت ولتاژ در مقاومت R است.افت ولتاژ در سراسر X (القایی). فازور OG نشان دهنده ولتاژ پایان ارسال در شرایط بدون بار است.
از نمودار فازور مشاهده می‌شود که OE > OG. به عبارت دیگر، در هنگام بی باری خط، ولتاژ در انتهای گیرنده بیشتر از ولتاژ در انتهای ارسال است.
برای یک مدل اسمی pi (π):
بدون بار، Ir = 0
اگر مقاومت خط نادیده گرفته شود،
برای خطوط هوایی، 1/√lc = سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خطوط انتقال = 3×10^8m/s.
معادله بالا منفی بودن (VS- Vr ) را نشان می‌دهد.یعنی Vr > VS. این معادله همچنین نشان می‌دهد که اثر فرانتی به فرکانس و طول الکتریکی خطوط نیز بستگی دارد.به طور کلی، برای هر خط:
بدون بار، برای یک خط طولانی، A کمتر از واحد است و با افزایش طول خط کاهش می‌یابد.همانطور که طول خط افزایش می‌یابد، افزایش ولتاژ در انتهای گیرنده بدون بار بیشتر می‌شود ( Vrnl > Vs).
نحوه کاهش اثر فرانتی:
دستگاه های الکتریکی برای کار با ولتاژ خاصی طراحی شده‌اند. اگر ولتاژها در انتهای کاربر بالا باشد تجهیزات آنها آسیب می‌بیند و سیم پیچ های آنها به دلیل ولتاژ بالا می‌سوزد.اثر فرانتی در خطوط انتقال طولانی با بار کم یا بدون بار، ولتاژ انتهای دریافت کننده را افزایش می‌دهد. این ولتاژ را می توان با قرار دادن راکتورهای شنت در انتهای گیرنده خطوط کنترل کرد.
راکتور شنت یک عنصر جریان القایی‌است که بین خط و خنثی متصل می‌شود تا جریان خازنی خطوط انتقال را جبران کند.هنگامی که این اثر در خطوط انتقال طولانی رخ می‌دهد، راکتورهای شنت VAR خازنی خطوط را جبران می‌کنند و بنابراین ولتاژ در محدوده های تعیین‌شده تنظیم می‌گردد.
توجه داشته باشید:
- افزایش ولتاژ با مجذور طول یک خط نسبت مستقیم دارد.
- اثر فرانتی در کابل‌های انتقال کوتاه بیشتر رخ می‌دهد، زیرا ظرفیت آنها بالاست.