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2025-04-17T21:40:50Z

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Der nach seinem Entdecker [[Sebastian Ziani de Ferranti]] benannte '''Ferranti-Effekt''' tritt in [[Hochspannungsnetz]]en auf, wenn
* lange [[Freileitung]]en oder [[Kabel]]strecken mit hoher Betriebs[[Elektrische Kapazität|kapazität]] am abnahmeseitigen Ende durch Ausschalten des [[Leistungsschalter]]s plötzlich entlastet werden oder
* eine am Ende unbelastete Freileitung oder Kabelstrecke eingeschaltet, also plötzlich belastet wird.
Ferranti bemerkte bei der Inbetriebnahme des [[Kraftwerk Deptford|Kraftwerks Deptford]] im Jahre 1890 bei den Funktionsprüfungen ([[Lastabwurf (Stromnetz)|Lastabwurf]] bzw. Wieder[[inbetriebnahme]]) betriebs[[Frequenz|frequente]] [[Elektrische Spannung|Spannung]]s<nowiki/>erhöhungen an den Freileitungsabgängen, welche durch diesen Effekt hervorgerufen wurden.

{| class="wikitable float-right"
|+ Ferranti-Effekt für eine 380-[[Volt #Gebräuchliche dezimale Vielfache|kV]]-Leitung bei 50 [[Hertz (Einheit)|Hz]] (mit ''L’'' = 1,01 [[Henry (Einheit)|mH]]/km und ''C’'' = 11,48 [[Farad|nF]]/km)
|-
! Länge
! Überhöhung
|-
| 100 km
| 0,6 %
|-
| 200 km
| 2,3 %
|-
| 300 km
| 5,4 %
|-
| 400 km
| 10,1 %
|}

Durch den Ferranti-Effekt treten betriebsfrequente Spannungsüberhöhungen infolge des kapazitiven [[Ladestrom]]s auf, die von dem [[Blindwiderstand]] (der Reaktanz) der Freileitung oder der Kabelstrecke abhängen. Damit wird die [[Netzspannung]] ''U''<sub>E</sub> am unbelasteten Ende der Leitung um folgenden Faktor größer als die Netzspannung ''U''<sub>S</sub> am Einspeisepunkt:

:<math>\frac{U_E}{U_S} = \left( 1 + \frac{1}{2}\frac{R + \mathrm{j} X_L}{\mathrm{j} X_C} \right)^{-1}</math>

mit
* dem [[Ohmscher Widerstand|Ohmschen Widerstand]] <math>R</math>
* der [[imaginäre Einheit|imaginären Einheit]] j
* dem induktiven [[Blindwiderstand]] <math>X_L = { \omega L' l} = \omega L</math>
** der [[Kreisfrequenz]] ω
** dem [[Induktivitätsbelag]] <math>L' = \frac{L}{l}</math>
*** der [[Induktivität]] <math>L</math>
*** der Leitungslänge <math>l</math>
* dem kapazitiven Blindwiderstand <math>X_C = \frac{-1}{ \omega C' l} = \frac{-1}{\omega C}</math>
** dem [[Kapazitätsbelag]] <math>C' = \frac{C}{l}</math>
*** der [[Elektrische Kapazität|Kapazität]] <math>C</math>.
Die Spannungserhöhungen nehmen also zu, je länger die unbelastete Freileitung oder Kabelstrecke und der damit steigende Blindwiderstand der Leitung ist, vgl. Tabelle. Dagegen wirkt sich der induktive Blindwiderstand wie der ohmsche Belag der Leitung reduzierend aus.

Bei Vernachlässigung des ohmschen Anteils (''R'' = 0) ergibt sich der Faktor der Spannungserhöhung näherungsweise zu:

:<math>\Rightarrow \frac{U_E}{U_S} \approx \left(1 - \frac{L \cdot C \cdot \omega^2}{2} \right)^{-1}</math>

Beim Zuschalten einer unbelasteten Freileitung oder Kabelstrecke treten zusätzlich [[transiente]] Vorgänge (Schalt[[Überspannung (Elektrotechnik)|überspannungen]]) auf. Wirkt gleichzeitig noch ein einpoliger und durch die [[Erdschlusskompensation]] kompensierter [[Elektrischer Leiter|Leiter]]-[[Erdung|Erde]]-Fehler, so werden die Spannungsüberhöhungen durch den zusätzlichen Erdfehlerfaktor beträchtlich gesteigert, was zu einer Zerstörung von Anlageteilen durch Überspannung führen kann.

== Gegenmaßnahmen ==
Zur Reduzierung des Ferranti-Effektes werden Quer[[ Kompensation (Technik)|kompensations]][[Drossel (Elektrotechnik)|drosselspulen]] (Ladestromdrosseln) eingesetzt. Diese werden je Leiter gegen Erde angeschaltet, vergrößern den induktiven Blindwiderstand der Leitung und reduzieren so die Spannungsüberhöhung.

Mit der Wahl der [[Spule (Elektrotechnik)|Spulen]][[Elektrische Leistung|leistung]] 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 [[Blindleistungskompensation|Kompensation]] des kapazitiven Ladestromes bei [[Schwachlast]]betrieb.

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

== Literatur ==
*{{Literatur
|Autor=Harald Koettnitz, Gert Winkler, Klaus-Dieter Weßnigk
|Titel=Grundlagen elektrischer Betriebsvorgänge in Elektroenergiesystemen
|Verlag=VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie
|Ort=Leipzig
|Datum=1986
|ISBN=3-342-00087-2}}

[[Kategorie:Elektrische Energietechnik]]

Ferranti-Effekt - Versionsgeschichte

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