Феррорезонанс в электрических сетях
Феррорезонанс или нелинейный резонанс — редкий [1] тип резонанса в электрических цепях , который возникает, когда цепь, содержащая нелинейную индуктивность, питается от источника, имеющего последовательную емкость , и цепь подвергается возмущению, такому как размыкание переключателя. [2] Он может вызывать перенапряжения и сверхтоки в системе электропитания и может представлять опасность для передающего и распределительного оборудования, а также для обслуживающего персонала. [3]
Феррорезонансные эффекты были впервые описаны в статье 1907 года Жозефа Бетено . [3] [4] Термин феррорезонанс, по-видимому, был введен французским инженером Полем Бушеро в статье 1920 года, в которой он проанализировал явление двух стабильных основных рабочих точек частоты, сосуществующих в последовательной цепи, содержащей резистор, нелинейную индуктивность и конденсатор. [5] [6]
Техническое описание
В целом, «попытки установить точные пределы для предотвращения этого явления были тщетными», и неизвестна полная модель базовой физики. [1] [7] Однако феррорезонанс обычно возникает, когда трансформатор, управляющий системой с преимущественно реактивным (большая мнимая часть) импедансом, испытывает возмущение в одной электрической фазе . [8] [9] Трансформатор должен работать вблизи точки насыщения , [10] при которой реальная индуктивность рассеяния трансформатора резко уменьшается. [11]
После возмущения трансформатор колеблется в насыщенном и ненасыщенном режимах работы и выходит из них в каждом цикле , так что средняя за цикл индуктивность компенсирует сопротивление линии электропередачи. [12] [13] В ситуациях, когда первичное сопротивление на линии составляет несколько сотен пикофарад шунтирующей емкости на землю , [10] комбинированная система трансформатор-линия электропередачи эффективно действует как низкоомное повреждение . [12]
Нелинейное колебание, феррорезонанс демонстрирует существенные отличия от классической LC-цепи . В частности, это происходит в диапазоне частот (часто вблизи гармоник частоты сети ). [3] [14] В зависимости от частоты трансформатор проводит различную долю цикла, заблокированного в режиме насыщения. Феррорезонанс также устойчив к волновой точке начального возмущения и (в ограниченной степени) начальной нагрузке потока сердечника трансформатора . Феррорезонансные цепи демонстрируют сильно искаженную форму волны, а напряжение и ток при переходах в режим насыщения и из него обычно показывают разрывы или сингулярности первого порядка . [3]
Практические эффекты
В области распределения электроэнергии это обычно происходит в распределительной сети среднего напряжения трансформаторов (индуктивная составляющая) и силовых кабелей (емкостная составляющая). Если к такой сети подключена небольшая резистивная нагрузка или она отсутствует, а затем прерывается одна фаза приложенного напряжения, может возникнуть феррорезонанс. Если оставшиеся фазы не прерываются быстро и явление продолжается, перенапряжение может привести к пробою изоляции в подключенных компонентах, что приведет к их выходу из строя. [10]
В моменты насыщения очень высокий ток, развиваемый через одну катушку трансформатора, может повредить оборудование из-за джоулева нагрева ; [15] в моменты ненасыщения очень высокое напряжение, развиваемое трансформатором (в 5-6 раз больше линейного напряжения), может привести к сгоранию близлежащих предохранителей или молниеотводов . [7] [16]
Этого явления можно избежать, подключив минимальную резистивную нагрузку на вторичные обмотки трансформатора или прервав приложенное напряжение с помощью 3-фазного прерывающего устройства, например, группового (3-полюсного) автоматического выключателя . [8] Во многих случаях достаточно также отключить заземление трансформатора в конфигурации Δ, что увеличивает сопротивление шунтирования линии. [16] [7] [17]
Смотрите также
Ссылки
- ^ ab Ferracci 1998, стр. 4: «Мало что известно об этом сложном явлении, поскольку оно встречается редко и не может быть проанализировано или предсказано с помощью методов вычисления (основанных на линейной аппроксимации), обычно используемых инженерами-электриками».
- ^ Роджер С. Дуган и др., Качество электроэнергетических систем, второе издание , McGraw-Hill 2002, ISBN 0-07-138622-X , глава 4, стр. 120
- ^ abcd V. Valverde; AJ Mazón; I. Zamora; G. Buigues. Феррорезонанс в трансформаторах напряжения: анализ и моделирование (PDF) . Международная конференция по возобновляемым источникам энергии и качеству электроэнергии (ICREPQ'13).
- ↑ Бетенод, Дж. (30 ноября 1907 г.), «Sur le Transformateur à Résonance», L'Éclairage Électrique , 53 : 289–96 .
- ^ Бушеро, П., «Существование двух режимов в феррорезонансе», Rev.Gen. де L'Élec., vol. 8, нет. 24, 11 декабря 1920 г., стр. 827-828.
- ^ Якобсон, Дэн, Примеры феррорезонанса в высоковольтной системе электропитания, дата обращения 25.09.2011
- ^ abc Harlow, James H. (2004). Электрическая трансформаторная техника . Электроэнергетическая техника. Boca Raton: CRC Press . §2.2.5.1. ISBN 0-8493-1704-5. LCCN 2003046134.
- ^ ab Dugan, RC, Примеры феррорезонанса в распределительных системах, доступ 2011-09-06
- ^ Ferracci, Ph. (1998), Cahier technology n° 190: Ferroresonance, Groupe Schneider, доступ 2011-09-06. Архивировано 2016-03-03 на Wayback Machine
- ^ abc Кобет, Гэри Л. (5–7 мая 1999 г.). Исследование феррорезонанса на незаземленных третичных обмотках трансформатора 13 кВ с использованием программы электромагнитных переходных процессов . 53-я ежегодная конференция Georgia Tech по релейной защите. Атланта, Джорджия. С. 4–5 .
- ↑ Ферраччи 1998, стр. 5–6.
- ^ ab "Что такое феррорезонанс?". Электрические концепции . 5 ноября 2017 г.
- ^ Ферраччи 1998, стр. 6.
- ^ Ферраччи 1998, стр. 19.
- ^ Ферраччи 1998, стр. 10.
- ^ ab Kobet, Gary L. «Феррорезонанс на 13-кВ незаземленной третичной обмотке трансформатора в Arab» (PDF) .
- ^ Ферраччи 1998, стр. 16.
