Ferranti-Effekt

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Der nach seinem Entdecker Sebastian Ziani de Ferranti benannte Ferranti-Effekt tritt in Hochspannungsnetzen auf, wenn lange Freileitungen oder Kabelstrecken mit hoher Betriebskapazität am abnahmeseitigen Ende durch Ausschalten des Leistungsschalters plötzlich entlastet werden, bzw. eine am Ende unbelastete Freileitung oder Kabelstrecke eingeschaltet wird. Ferranti entdeckte bei der Inbetriebnahme des Kraftwerk Deptford im Jahre 1890 bei den Funktionsprüfungen (Lastabwurf bzw. Wiederinbetriebnahme) betriebsfrequente Spannungserhöhungen an den Freileitungsabgängen.

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ferranti-Effekt für eine 380-kV-Leitung bei 50 Hz (mit L = 1,01 mH/km und C = 11,48 nF/km)
Länge Überhöhung
100 km 0,6 %
200 km 2,3 %
300 km 5,4 %
400 km 9,9 %

Durch den Ferranti-Effekt treten betriebsfrequente Spannungsüberhöhungen infolge des kapazitiven Ladestroms auf, die von dem Blindwiderstand (Reaktanz) der Freileitung oder der Kabelstrecke abhängen. Damit wird die Netzspannung UE am unbelasteten Ende der Leitung um folgenden Faktor größer als die Netzspannung am Einspeisepunkt US:

Mit

mit dem Kapazitätsbelag C', Induktivitätsbelag L', der Kreisfrequenz ω und der Leitungslänge l, bei Vernachlässigung des ohmschen Anteils (R=0), ergibt sich daraus näherungsweise der Faktor der Spannungserhöhung:

Die Spannungserhöhungen nehmen zu, je länger die unbelastete Freileitung oder Kabelstrecke l und der damit steigende kapazitive Blindwiderstand XC der Leitung ist. Der induktive Blindwiderstand XL wirkt sich, wie auch der ohmsche Belag der Leitung, reduzierend aus. Beim Zuschalten einer unbelasteten Freileitung oder Kabelstrecke treten noch zusätzlich transiente Vorgänge (Schaltüberspannungen) auf. Wirkt gleichzeitig noch ein einpoliger und durch die Erdschlusskompensation kompensierter Leiter-Erde-Fehler, werden die Spannungsüberhöhungen durch den zusätzlichen Erdfehlerfaktor beträchtlich gesteigert, was zu einer Zerstörung von Anlageteilen führen kann.

Gegenmaßnahmen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zur Reduzierung des Ferranti-Effektes werden Querkompensationsdrosselspulen (Ladestromdrosseln) eingesetzt. Diese Drosseln werden je Leiter gegen Erde angeschaltet und vergrößern den induktiven Blindwiderstand der Leitung und wirken so reduzierend auf die Spannungsüberhöhung. Mit der Wahl der Spulenleistung kann die zeitweilige Spannungserhöhung bestimmt werden. Der Einsatz von Querkompensationsdrosselspulen auf den Anfang und das Ende der Leitung ergibt nicht nur eine Reduzierung des Ferranti-Effektes, sondern bewirkt auch eine Kompensation des kapazitiven Ladestromes bei Schwachlastbetrieb.

Des Weiteren werden so genannte Mitnahmeschaltungen eingesetzt. Dies sind Schaltungen, die ein gleichzeitiges Ausschalten beider Leistungsschalter am Anfang und Ende einer Freileitung ermöglichen.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Harald Koettnitz, Gert Winkler, Klaus-Dieter Weßnigk: Grundlagen elektrischer Betriebsvorgänge in Elektroenergiesystemen. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1986, ISBN 3-342-00087-2.