Ferroressonància en circuits elèctrics

L'any 1907, l'enginyer francès Joseph Bethenot va publicar un article "Sobre la ressonància en els transformadors" ( Sur le Transformateur ? Résonance ), on va cridar per primera vegada l'atenció sobre el fenomen de la ferroresonància.

Directament, el terme «ferroresonància», 13 anys més tard, també va ser introduït per l'enginyer i professor d'enginyeria elèctrica francès Paul Bouchereau en el seu article de 1920 titulat «L'existència de dos règims de ferroresonància» (Öexistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau va analitzar el fenomen de la ferroressonància i va demostrar que hi ha dues freqüències de ressonància estables en un circuit format per un condensador, una resistència i un inductor no lineal.

Per tant, el fenomen de la ferroressonància està relacionat amb la no linealitat de l'element inductiu en el circuit del circuit... La ressonància no lineal que es pot produir en un circuit elèctric s'anomena ferroressonància, i per a la seva aparició és necessari que el circuit contingui no lineals. inductància i capacitat ordinària.

Òbviament, la ferroressonància no és absolutament inherent als circuits lineals. Si la inductància del circuit és lineal i la capacitat no és lineal, és possible un fenomen similar a la ferroressonància.La principal característica de la ferroressonància és que un circuit es caracteritza per diferents modes d'aquesta ressonància no lineal, depenent del tipus de pertorbació.

Com pot ser la inductància no lineal? Principalment pel fet que circuit magnètic Aquest element està fet d'un material que reacciona de manera no lineal a un camp magnètic. Normalment els nuclis estan fets de ferroimants o ferriimants i quan Paul Bouchereau va introduir el terme «ferroresonància», la teoria del ferrimagnetisme encara no estava del tot formada i tots els materials d'aquest tipus es van anomenar ferroimants, per la qual cosa va sorgir el terme «ferroresonància» per a designar del fenomen de la ressonància en un circuit amb una inductància no lineal.

La ferroressonància té ressonància amb inductància saturada... En un circuit ressonant convencional, les resistències capacitives i inductives són sempre iguals entre si, i l'única condició perquè es produeixi una sobretensió o sobreintensitat és que les oscil·lacions coincideixin amb la freqüència de ressonància, això és només un estat estacionari i fàcil d'evitar, controlant contínuament la freqüència o introduint resistència activa.

La situació amb la ferroressonància és diferent. La resistència inductiva està relacionada amb la densitat de flux magnètic al nucli, per exemple al nucli de ferro del transformador, i bàsicament s'obtenen dues reactàncies inductives, en funció de la situació respecte a la corba de saturació: reactància inductiva lineal i reactància d'inducció de saturació. .

Així doncs, la ferroressonància, com la ressonància en un circuit RLC, pot ser de dos tipus principals: ferroressonància de corrents i ferroressonància de voltatges... En connectar inductància i capacitat en sèrie, hi ha una tendència a la ferroressonància de tensions, amb una connexió en paral·lel, per ferroressonància de corrents. Si el circuit està molt ramificat, hi ha connexions complexes, llavors en aquest cas és impossible dir amb certesa si hi haurà corrents o tensions.

El mode ferroressonant pot ser fonamental, subharmònic, quasi periòdic o caòtic... En el mode fonamental, les fluctuacions dels corrents i tensions corresponen a la freqüència del sistema.En el mode subharmònic, els corrents i les tensions tenen una freqüència més baixa, per la qual cosa la freqüència fonamental és harmònica. Els modes quasi periòdics i caòtics són rars. El tipus de mode ferroresonant que es produeix al sistema depèn dels paràmetres del sistema i de les condicions inicials.

La ferroresonància en condicions normals de funcionament de xarxes trifàsiques és poc probable, ja que les capacitats dels elements que formen la xarxa es redueixen per la inductància de la xarxa d'entrada de subministrament.

En xarxes amb un neutre sense connexió a terra, és més probable que la ferroressonància es produeixi en el mode de fase incompleta. L'aïllament del neutre fa que la capacitat de la xarxa respecte a terra estigui en sèrie amb el transformador de potència i aquestes condicions afavoreixen la ferroressonància. Aquest mode de fase incomplet favorable per a la ferroressonància es produeix quan, per exemple, es trenca una de les fases, hi ha una inclusió de fase incompleta o un curtcircuit asimètric.

La ferroressonància que va aparèixer sobtadament a la xarxa elèctrica és perjudicial, pot causar danys a l'equip.El més perillós és el mode fonamental de ferroressonància, quan la seva freqüència coincideix amb la freqüència fonamental del sistema. La ferroressonància subharmònica a freqüències 1/5 i 1/3 de la freqüència fonamental és menys perillosa perquè els corrents són més petits. Així, un gran nombre de fallades a les xarxes elèctriques i altres sistemes elèctrics es relacionen precisament amb la ferroressonància, tot i que en un principi la causa pot semblar obscura.

Trencaments, connexions, transitoris, onada llamp pot provocar ferroressonància. Un canvi en el mode d'operació de la xarxa o una influència externa o un accident pot iniciar un mode ferroresonant, tot i que això pot no ser perceptible durant molt de temps.

Sovint, els danys als transformadors de tensió són causats precisament per la ferroressonància, que provoca un sobreescalfament destructiu a causa de l'acció de corrents que superen tots els límits possibles. Per evitar aquests problemes relacionats amb el sobreescalfament, es prenen mesures tècniques, relacionades amb un augment permanent o temporal de la pèrdua activa en el circuit ressonant, minimitzant l'efecte de ressonància. Aquestes mesures tècniques consisteixen, per exemple, en que el circuit magnètic del transformador està fet parcialment de làmines d'acer gruixudes.