Ferorezonance v elektrických obvodech

V roce 1907 publikoval francouzský inženýr Joseph Bethenot článek „O rezonanci v transformátorech“ (Sur le Transformateur? Resonance), kde poprvé upozornil na fenomén ferorezonance.

Přímo termín „ferorezonance“ zavedl o 13 let později také francouzský inženýr a učitel elektrotechniky Paul Bouchereau ve svém článku z roku 1920 nazvaném „Existence dvou režimů ferrorezonance“ (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau analyzoval fenomén ferorezonance a ukázal, že v obvodu sestávajícím z kondenzátoru, rezistoru a nelineárního induktoru jsou dvě stabilní rezonanční frekvence.

Proto jev ferorezonance souvisí s nelinearitou indukčního prvku v obvodu obvodu... Nelineární rezonance, která se může v elektrickém obvodu vyskytnout, se nazývá ferorezonance a pro její vznik je nutné, aby obvod obsahoval nelineární indukčnost a obyčejná kapacita.

Je zřejmé, že ferorezonance není absolutně vlastní lineárním obvodům. Pokud je indukčnost v obvodu lineární a kapacita je nelineární, pak je možný jev podobný ferorezonanci.Hlavní charakteristikou ferorezonance je, že obvod je charakterizován různými režimy této nelineární rezonance v závislosti na typu rušení.

Jak může být indukčnost nelineární? Především díky tomu, že magnetický obvod Tento prvek je vyroben z materiálu, který nelineárně reaguje na magnetické pole. Obvykle jsou jádra vyrobena z feromagnetik nebo ferimagnetik, a když Paul Bouchereau zavedl termín „ferimagnetismus“, teorie ferimagnetismu ještě nebyla plně vytvořena a všechny materiály tohoto druhu se nazývaly feromagnety, takže termín „ferorezonance“ vznikl k označení jevu rezonance v obvodu s nelineární indukčností.

Ferorezonance bere rezonanci s nasycenou indukčností... V běžném rezonančním obvodu jsou kapacitní a indukční odpory vždy stejné a jedinou podmínkou pro vznik přepětí nebo nadproudu je, aby oscilace odpovídaly rezonanční frekvenci, to je jen jeden ustálený stav, kterému lze snadno zabránit nepřetržitým sledováním frekvence nebo zavedením aktivního odporu.

Jiná je situace u ferorezonance. Indukční odpor souvisí s hustotou magnetického toku v jádře, například v železném jádru transformátoru, a v zásadě se získají dvě indukční reaktance, v závislosti na situaci s ohledem na saturační křivku: lineární indukční reaktance a saturační indukční reaktance. .

Takže ferorezonance, stejně jako rezonance v RLC obvodu, může být dvou hlavních typů: ferorezonance proudů a ferorezonance napětí... Při sériovém zapojení indukčnosti a kapacity existuje tendence k ferorezonanci napětí, při paralelním zapojení, např. ferrorezonance proudů. Pokud je obvod vysoce rozvětvený, existují složité spoje, pak v tomto případě nelze s jistotou říci, zda v něm budou proudy nebo napětí.

Ferorezonanční mód může být základní, subharmonický, kvaziperiodický nebo chaotický…. V základním režimu kolísání proudů a napětí odpovídá frekvenci soustavy, v subharmonickém režimu mají proudy a napětí nižší frekvenci, pro kterou je základní frekvence harmonická. Kvaziperiodické a chaotické režimy jsou vzácné. Typ ferorezonančního módu, který se v systému vyskytuje, závisí na parametrech systému a počátečních podmínkách.

Ferorezonance za normálních provozních podmínek třífázových sítí je nepravděpodobná, protože kapacity prvků tvořících síť jsou sníženy o indukčnost napájecí vstupní sítě.

V sítích s neuzemněným neutrálem se ferorezonance častěji vyskytuje v režimu neúplné fáze. Izolace neutrálu vede k tomu, že kapacita sítě vůči zemi je v sérii s výkonovým transformátorem a takové podmínky podporují ferorezonanci. K takovému neúplnému fázovému módu příznivému pro ferorezonanci dochází, když je například jedna z fází přerušena, dojde k neúplnému zařazení fáze nebo asymetrickému zkratu.

Ferorezonance, která se náhle objevila v elektrické síti, je škodlivá, může způsobit poškození zařízení.Nejnebezpečnější je základní mód ferorezonance, kdy se jeho frekvence shoduje se základní frekvencí systému. Subharmonická ferorezonance na frekvencích 1/5 a 1/3 základní frekvence je méně nebezpečná, protože proudy jsou menší. Velký počet poruch v energetických sítích a jiných energetických systémech tedy přesně souvisí s ferorezonancí, i když se zpočátku může zdát příčina nejasná.

Přerušení, spojení, přechodné jevy, přepětí blesku může způsobit ferrorezonanci. Změna provozního režimu sítě nebo vnější vliv nebo nehoda mohou vyvolat ferorezonanční režim, i když to nemusí být po dlouhou dobu patrné.

Poškození napěťových transformátorů je často způsobeno právě ferorezonancí, která vede k destruktivnímu přehřátí působením proudů přesahujících všechny možné meze. K zamezení těchto potíží souvisejících s přehříváním jsou prováděna technická opatření související s trvalým nebo dočasným zvýšením aktivní ztráty v rezonančním obvodu, minimalizující rezonanční efekt. Taková technická opatření spočívají například v tom, že magnetický obvod transformátoru je částečně vyroben ze silných ocelových plechů.