ظاهرة فيرانتي هي ظاهرة كهربائية تحدث في خطوط نقل الكهرباء الطويلة Long Power Lines، حيث يزيد الجهد عند طرف الخط البعيد عن المصدر Receiving End، مما يؤدي إلى عدم التوازن في مستويات الجهد. تحدث هذه الظاهرة عندما تكون الأحمال على الخط منخفضة أو غير موجودة، مما يجعل التأثيرات السلبية أكثر وضوحًا.
اكتشفها العالم البريطاني سباستيان فيرانتي (Sebastian Ziani de Ferranti) في أواخر القرن التاسع عشر. فيرانتي كان مهندسًا كهربائيًا بارزًا، وكان يعمل في تطوير أنظمة الطاقة الكهربائية، خاصة خطوط النقل الطويلة. لاحظ فيرانتي أنه في ظروف معينة، عند انخفاض الأحمال أو عدم وجودها على خطوط النقل الطويلة، يحدث ارتفاع في الجهد عند نهاية الخط بعيدًا عن المصدر. هذا الاكتشاف كان نتيجة لدراسات وتحليلات كهربائية معمّقة لتأثير السعة الكهربائية على الجهد.
آلية حدوث ظاهرة فيرانتي:
تعتبر خطوط النقل ذات سعة كهربائية Capacitance، ومع زيادة طول الخطوط، تزداد هذه السعة. عندما لا تكون هناك أحمال كافية، يمكن أن تتجمع الطاقة في السعة، مما يؤدي إلى زيادة الجهد على طول الخط. تيار الشحن هو التيار الناتج عن هذا التخزين، والذي يمكن أن يزيد من الجهد في النقاط البعيدة عن مصدر الطاقة. وقد تؤدي عوامل أخرى مثل التوصيل غير المثالي، والتغيرات في درجة الحرارة، وظروف الطقس إلى تفاقم هذه الظاهرة.
أضرار ظاهرة فيرانتي:
- تجاوز الجهد المسموح به: ارتفاع الجهد فوق المستوى المطلوب يمكن أن يتسبب في تلف المعدات الكهربائية، مثل المحولات والمولدات. فكما نعرف أن هذه الأصول مكلفة جدًا وتضررها قد يؤدي لفصل الخدمة.
- تآكل المعدات: زيادة الجهد تؤدي إلى تآكل أسرع للمكونات الكهربائية بسبب التعرض لظروف تشغيل غير طبيعية.
- تأثير على أنظمة الحماية: يمكن أن تتسبب الزيادات المفاجئة في الجهد في تفعيل أنظمة الحماية بشكل غير صحيح، مما يؤدي إلى انقطاع غير ضروري في الخدمة.
حلول التقليل من ظاهرة فيرانتي:
- استخدام معاوقات الشحن (Shunt Reactors): تعمل على امتصاص الطاقة الزائدة الناتجة عن سعة الخط، عن طريق تعويض تيار الشحن. مما يساعد في الحفاظ على مستوى الجهد ضمن الحدود المسموح بها.
- تحسين تصميم الشبكة: من خلال استخدام خطوط نقل مناسبة وملائمة، وتحديد الأحمال بشكل دقيق.
- تقنيات التحكم في الجهد: استخدام أنظمة مراقبة وتحكم متقدمة لتحسين استقرار الجهد في الشبكة.
- استخدام المكثفات التعويضية (Compensating Capacitors): تعمل هذه المكثفات على تقليل الشحنة الزائدة في الخطوط الكهربائية، مما يخفف من تأثير تيار الشحن ويمنع ارتفاع الجهد.
تأثيرات البيئة على ظاهرة فيرانتي:
تلعب العوامل البيئية دورًا مهمًا في حدوث ظاهرة فيرانتي، حيث يمكن أن تؤثر التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة على أداء خطوط النقل. فعلى سبيل المثال، ارتفاع درجات الحرارة يمكن أن يؤدي إلى تمدد الأسلاك، مما يؤثر على سعتها الكهربائية. كما أن الرطوبة العالية قد تزيد من المخاطر الكهربائية.
تُعد هذه الظاهرة تحديًا مستمرًا في أنظمة نقل الطاقة الكهربائية، خاصة في الخطوط الطويلة ذات السعة العالية. مع التقدم التكنولوجي في أنظمة التحكم في الطاقة، تم تطوير تقنيات حديثة للتعامل مع ظاهرة فيرانتي بفعالية أكبر. تعتمد هذه التقنيات على المراقبة المستمرة للجهد باستخدام أنظمة تحكم ذكية تستجيب بسرعة للتغيرات في الجهد. إضافةً إلى ذلك، يتم دمج حلول مثل المكثفات الديناميكية التي يمكنها تعديل تدفق التيار في الوقت الفعلي، مما يقلل من تأثير تيار الشحن ويحافظ على استقرار الجهد ضمن الحدود المقبولة.
المراجع:
- IEEE Std 442: “Guide for Measuring the Effect of Ferranti”
- CIGRÉ Technical Brochure No. 487: “Ferranti Effect in Long Transmission Lines”
