Feroresonanca v električnih tokokrogih

Leta 1907 je francoski inženir Joseph Bethenot objavil članek »O resonanci v transformatorjih« (Sur le Transformateur? Résonance), kjer je prvi opozoril na pojav feroresonance.

Neposredno je izraz »feroresonanca«, 13 let kasneje, uvedel tudi francoski inženir in učitelj elektrotehnike Paul Bouchereau v svojem članku iz leta 1920 z naslovom »Obstoj dveh režimov feroresonance« (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau je analiziral pojav feroresonance in pokazal, da obstajata dve stabilni resonančni frekvenci v vezju, ki ga sestavljajo kondenzator, upor in nelinearna tuljava.

Zato je pojav feroresonance povezan z nelinearnostjo induktivnega elementa v vezju vezja ... Nelinearna resonanca, ki se lahko pojavi v električnem vezju, se imenuje feroresonanca, za njen pojav pa je potrebno, da vezje vsebuje nelinearne induktivnost in navadna kapacitivnost.

Očitno je, da feroresonanca absolutno ni neločljivo povezana z linearnimi vezji. Če je induktivnost v tokokrogu linearna in kapacitivnost nelinearna, je možen pojav, podoben feroresonanci.Glavna značilnost feroresonance je, da so za vezje značilni različni načini te nelinearne resonance, odvisno od vrste motnje.

Kako je lahko induktivnost nelinearna? Predvsem zaradi dejstva, da magnetno vezje Ta element je narejen iz materiala, ki nelinearno reagira na magnetno polje. Običajno so jedra narejena iz feromagnetov ali feromagnetov in ko je Paul Bouchereau uvedel izraz "feroresonanca", teorija ferimagnetizma še ni bila popolnoma oblikovana in so vsi materiali te vrste imenovali feromagneti, zato je izraz "feroresonanca" nastal za označevanje pojava resonance v vezju z nelinearno induktivnostjo.

Feroresonanca prevzame resonanco z nasičeno induktivnostjo ... V običajnem resonančnem vezju sta kapacitivni in induktivni upor med seboj vedno enaka in edini pogoj za pojav prenapetosti ali pretoka je, da se nihanja ujemajo z resonančno frekvenco, to je samo eno ravnovesno stanje in ga je enostavno preprečiti z nenehnim spremljanjem frekvence ali uvajanjem aktivnega upora.

Situacija s feroresonanco je drugačna. Induktivni upor je povezan z gostoto magnetnega pretoka v jedru, na primer v železnem jedru transformatorja, in v bistvu dobimo dve induktivni reaktanci, odvisno od situacije glede na krivuljo nasičenja: linearno induktivno reaktanco in reaktanco nasičene indukcije .

Torej je feroresonanca, tako kot resonanca v vezju RLC, lahko dveh glavnih vrst: feroresonanca tokov in feroresonanca napetosti ... Pri zaporedni povezavi induktivnosti in kapacitivnosti obstaja težnja po feroresonanci napetosti, pri vzporedni povezavi, za feroresonanca tokov. Če je vezje zelo razvejano, obstajajo zapletene povezave, potem v tem primeru ni mogoče zagotovo reči, ali bodo v njem tokovi ali napetosti.

Feroresonančni način je lahko osnovni, subharmonični, kvaziperiodični ali kaotičen…. V osnovnem načinu nihanja tokov in napetosti ustrezajo frekvenci sistema, v subharmoničnem načinu pa imajo tokovi in ​​napetosti nižjo frekvenco, za katero je osnovna frekvenca harmonična. Kvaziperiodični in kaotični načini so redki. Vrsta feroresonančnega načina, ki se pojavi v sistemu, je odvisna od sistemskih parametrov in začetnih pogojev.

Feroresonanca v normalnih delovnih pogojih trifaznih omrežij je malo verjetna, saj se kapacitivnosti elementov, ki sestavljajo omrežje, zmanjšajo zaradi induktivnosti vhodnega napajalnega omrežja.

V omrežjih z neozemljeno nevtralnostjo je večja verjetnost, da bo prišlo do feroresonance v načinu nepopolne faze. Izolacija nevtralnega vodi do dejstva, da je kapacitivnost omrežja glede na zemljo v seriji z močnostnim transformatorjem in takšni pogoji dajejo prednost feroresonanci. Tak nepopoln fazni način, ki je ugoden za feroresonanco, se pojavi, ko je na primer ena od faz prekinjena, pride do nepopolne vključitve faze ali asimetričnega kratkega stika.

Feroresonanca, ki se je nenadoma pojavila v električnem omrežju, je škodljiva, lahko povzroči poškodbe opreme.Najbolj nevaren je osnovni način feroresonance, ko njegova frekvenca sovpada z osnovno frekvenco sistema. Subharmonična feroresonanca na frekvencah 1/5 in 1/3 osnovne frekvence je manj nevarna, ker so tokovi manjši. Tako je veliko število okvar v elektroenergetskih omrežjih in drugih elektroenergetskih sistemih povezanih prav s feroresonanco, čeprav se vzrok na prvi pogled morda zdi nejasen.

Prelomi, povezave, prehodi, strela lahko povzroči feroresonanco. Sprememba načina delovanja omrežja ali zunanji vpliv ali nesreča lahko sproži feroresonančni način, čeprav to morda dolgo časa ni opazno.

Poškodbe napetostnih transformatorjev so pogosto posledica ravno feroresonance, ki vodi do destruktivnega pregrevanja zaradi delovanja tokov, ki presegajo vse možne meje. Da bi preprečili takšne težave, povezane s pregrevanjem, so sprejeti tehnični ukrepi, povezani s trajnim ali začasnim povečanjem aktivne izgube v resonančnem krogu, kar zmanjša učinek resonance. Takšni tehnični ukrepi so na primer v tem, da je magnetno vezje transformatorja delno izdelano iz debele jeklene pločevine.