Феррорезонанс в электрических цепях

История феррорезонанса

В 1907 году французский инженер
Джозеф Бетено опубликовал статью «О резонансе в трансформаторах» (Sur le
Transformateur à Rйsonance), где впервые он обратил внимание на такое
явление как феррорезонанс. Непосредственно же термин
«феррорезонанс» ввёл спустя 13 лет француз Пауль Бушеро, тоже инженер и
преподаватель электротехники, который в 1920 году описал это явление в своей
статье под названием «Существование двух режимов феррорезонанса»

Бушеро
проанализировал явление феррорезонанса, и показал, что существует две
стабильные резонансные частоты в цепи, состоящей из конденсатора, резистора и
нелинейной индуктивности

Непосредственно же термин
«феррорезонанс» ввёл спустя 13 лет француз Пауль Бушеро, тоже инженер и
преподаватель электротехники, который в 1920 году описал это явление в своей
статье под названием «Существование двух режимов феррорезонанса». Бушеро
проанализировал явление феррорезонанса, и показал, что существует две
стабильные резонансные частоты в цепи, состоящей из конденсатора, резистора и
нелинейной индуктивности.

Теперь известно, что явление
феррорезонанса связано с нелинейностью индуктивного элемента в цепи контура в
электрической цепи называется феррорезонансом, Для возникновения нелинейного
резонанса необходимо, чтобы контур обязательно содержал:

1) нелинейную индуктивность и линейную
емкость;

2) либо нелинейную ёмкость и
линейную индуктивность.

Эта работа конкретно посвящена
первому варианту контура, состоящего из нелинейной индуктивности и линейной
емкости.

Влияние стабилизатора на технику

Феррорезонансный стабилизатор напряжения, принцип работы которого непрост, воздействует на бытовую технику следующим образом:

  • Радиоприёмник – чувствительность приёма сигнала может быть уменьшена, показатель выходной мощности существенно снижается.
  • Музыкальный центр – выходная мощность такой техники может существенно снизиться, стирание и запись новых дисков значительно ухудшаются.
  • Телевизор – при подсоединении к стабилизатору можно наблюдать значительное снижение качества картинки на ТВ, отдельные цвета передаются неправильно.

Электрическая схема современных нормализаторов феррорезонансного типа улучшена, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Такие устройства могут гарантировать точную регулировку сетевого напряжения. Процедура корректировки выполняется трансформатором.

Автоматические

Автоматические стабилизаторы способны выполнять свои действия без контроля со стороны оператора.

Подобные устройства достаточно близки к электронным, так как их деятельность также управляется микропроцессором со специальной программой.

Используя показания датчиков, которые осуществляют замер входящего напряжения, производятся соответствующие вычисления по количеству добавляемых или отключаемых обмоток трансформатора.

Основным отличием является использование сервоприводов и электродвигателя, который выполняет перемещения контактов.

В результате такого сочетания автоматические стабилизаторы напряжения обладают преимуществами электронных и механических приборов. В частности, по высокому уровню точности напряжения – до 1 Вольта, а также по большому быстродействию. Занимают они и среднее положение по стоимости между двумя назваными типами стабилизаторов.

Основные недостатки:

  • Приобретать следует только у ответственного поставщика, т.к. высок риск покупки устройства с некачественно изготовленными сервоприводами.
  • Износ механических движущихся частей.
  • Необходимость проведения регулярных обслуживающих мероприятий.

Наверх

Феррорезонанс в трансформаторе напряжения

Феррорезонанс в электрических цепях
Когда трансформатор напряжения подключается к сети, в ней формируются последовательно совмещённые LC-цепи, являющие собой контур резонансного типа. При последовательном подключении индуктивного элемента с нелинейным вольт-амперным свойством к элементу ёмкостного типа напряжение в этой зоне цепи характеризуется как активно-индуктивное.

По окончании определённого временного периода значение напряжения на индуктивном элементе становится пиковым, магнитопровод питается, а напряжение на компоненте ёмкостного типа продолжает расти. Феррорезонанс в трансформаторе напряжения наступает, когда напряжение индуктивности и ёмкостного элемента становится равнозначным.

Что такое феррорезонанс?

Феррорезонанс — явление нелинейного резонанса, которое может влиять на энергетические сети.

Феррорезонанс в электрических цепях

Практические решения для предотвращения или демпфирования феррорезонанса в электроустановках

Аномальные скорости гармоник и переходные или устойчивые перенапряжения и сверхтоки, которые он вызывает, часто опасны для электрооборудования.

Некоторым необъяснимым разрушениям можно отнести это редкое, нелинейное явление.

Риск феррорезонанса должен учитываться уже на этапе проектирования электроустановки. Бдительность также требуется при обслуживании или расширении энергосистемы. В принципе, управление рисками требует знания опасных конфигураций и условий, в которых это явление может существовать.

Если конфигурация, считающаяся критической, неизбежна, только детальное исследование позволит оценить риски и оценить эффективность решений, которые будут предоставлены.

Принцип действия феррорезонансных стабилизаторов

Феррорезонанс в электрических цепяхОбмотка первичного типа, на которую поступает входное напряжение, находится на магнитопроводе. Он обладает большим поперечным сечением, что позволяет держать сердечник в ненасыщенном состоянии. На входе напряжение формирует магнитные потоки.

На зажимах обмотки вторичного типа формируется выходное напряжение. К этой обмотке подсоединяется нагрузка, которая находится на сердечнике, обладает небольшим сечением и пребывает в насыщенном состоянии. При аномалиях сетевого напряжения и магнитного потока его значение фактически не модифицируется, а также неизменным остаётся показатель ЭДС. Во время увеличения магнитного потока некоторая его доля будет замкнута на магнитном шунте.

Магнитный поток принимает синусоидальную форму и при его подходе к амплитудному показателю отдельный его участок переходит в режим насыщения. Повышение магнитного потока при этом прекращается. Замыкание потока по магнитному шунту будет осуществляться лишь тогда, когда показатель магнитного потока сравнится с амплитудным.

Наличие конденсатора позволяет феррорезонансному стабилизатору работать с увеличенным мощностным коэффициентом. Показатель стабилизации зависит от уровня наклона кривой горизонтального типа по отношению к абсциссе. Наклон данного участка значительный, поэтому обрести высокий уровень стабилизации без вспомогательного оборудования невозможно.

Популярные статьи  Почему выключатель выключен, а электрическая лампочка горит?

Опыт с параллельным резонансным контуром

Я решил самостоятельно отснять вольт-амперную
характеристику
(ВАХ) установки, схема которой представлена ниже, в которой
присутствует параллельный колебательный контур, чтобы показать, как
выглядит изменение тока в трёх точках в функции изменения напряжения.

Для этого опыта была собрана
установка, состоящая из трансформатора, лабораторного автотрансформатора (латра)
РНО-250-5 и нескольких масляных конденсаторов, общей ёмкостью более 400 мкФ.

Далее была снята ВАХ собранной по
схеме установки, которая представлена на рисунке ниже. Нет никакого смысла
приводить здесь точные значения величин тока и напряжения, так как каждый
желающий самостоятельно изучить эти явления, будет исходить из своих условий, из
своего оборудования и имеющихся у каждого в наличии материалов. По этой причине
полученные им данные всегда будут отличаться от подобных данных, полученных
любым другим исследователем.

Смысл этой иллюстрации заключается
в том, чтобы увидеть качественную сторону явления феррорезонанса токов, если
хотите закономерность, или общий принцип, хотя пропорции кривых я
всё же постарался сохранить.

На рисунке  представлены три
графика, показывающие изменение тока в трёх точках, отмеченных на схеме. Экстремумы
двух кривых отмечены красными точками. На этом рисунке кривая формы тока в
колебательном контуре не поместилась на рисунке из большой величины тока, которая
в опыте превысила значение 25 Ампер. Сама форма кривых указывает, что в данном опыте
мы имеем дело с феррорезонансом токов.

Что такое феррорезонанс

Феррорезонанс— это явление резкого возрастания тока, приводящее к перегреву и повреждению преобразователя и сопутствующего электротехнического оборудования.

Вызывающий аварию резонанс наблюдается при возникновении колебательного контура с последовательным соединением индуктивности ТН и емкостью сети.

Почему появляется в трансформаторах

Явление резонанса возникает при незаземленной (изолированной) нейтрали совместно с неполнофазным режимом. При изолированной нейтрали ёмкость сети относительно земли образует последовательное соединение с индуктивностью конструкции незаземленного ТН. Неполнофазный режим возникает при частичном включении фаз, при фазовом разрыве или при коротком замыкании несимметричного типа.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонанс в электрических цепях
Феррезонансный стабилизатор Феррорезонансные выпрямители не оборудуются встроенным вольтметром, вследствие чего сложно замерять выходной показатель напряжения сети. Отрегулировать величину напряжения собственноручно не получится. Стабилизаторы феррорезонансного типа частично искажают реальные показания, величина погрешности составляет до 12%.

Тем, кто долго пользуется такими устройствами, необходимо помнить, что они способны излучать магнитное поле, которое может нарушить правильное функционирование бытовой электротехники. Стабилизаторы такого класса настраиваются в заводских условиях, никаких дополнительных настроек в быту они не требуют.

Явление — феррорезонанс

Явление феррорезонанса подробно рассматривается во всех курсах теоретических основ электротехники. Анализ их проводится методом эквивалентных синусоид, и поэтому полученные результаты достаточно близко совпадают с результатами опыта только при значениях индукции в магнитопроводе нелинейных индуктивных элементов несколько выше колена характеристики намагничивания. При таких условиях содержание высших гармонических в токах и напряжениях относительно невелико и неучет их не приводит к существенным погрешностям расчета.

Вольтамперные характеристики последовательного феррорезонансного контура.

Явление феррорезонанса широко используется в технике. Оно позволяет создать бесконтактные реле, которые, в отличие от рассмотренных выше, не нуждаются ни в обмотках обратной связи, ни и выпрямителях.

Чем отличается явление феррорезонанса от явления резонанса в линейных цепях.

Феррорезонанс напряжений.

При анализе явления феррорезонанса в целях упрощения пользуются эквивалентными синусоидами напряжения и тока в катушке.

Для пояснения явления феррорезонанса напряжений будем пренебрегать всеми видами потерь энергии в цени, а также высшими гармониками напряжений и тока.

Схема включения параллельного стабилизатора.| Упрощенная электрическая схема замещения генератора при наличии параллельного стабилизатора.

Работа схемы основана на явлении феррорезонанса.

Это явление также относится к явлению феррорезонанса, причем в рассматриваемом случае мы имеем дело с феррорезонансом в параллельной цепи.

Для создания бесконтактных реле используется также явление феррорезонанса. В схемах ферроре-зонансных реле нет обмоток обратной связи и выпрямителей, поэтому они более надежны, особенно на высоких частотах ( несколько мегагерц), а их быстродействие позволяет делать сотни тысяч переключений в секунду.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения.

Феррорезонансные стабилизаторы могут быть основаны на явлениях феррорезонанса напряжений и токов.

При работе трансформатора ТН на холостом ходу возникают явления феррорезонанса, характеризующиеся скачкообразными изменениями тока. Это приводит к резким повышениям напряжения и искажению формы кривой вторичного напряжения ( на зажимах а — х и ад — хя), которая в этом случае существенно отличается от синусоиды.

При этом в цепях фильтра тока обратной последовательности отсутствуют явления феррорезонанса.

Феррорезонансные явления в электрических сетях

Феррорезонанс в электрических цепях
Основные факторы, которые порождают феррорезонансные явления в электрических сетях – это элементы ёмкостного и индуктивного типа. Они способны формировать колебательные контуры в периоды переключения. Этот эффект особо заметен в трансформаторах силового типа, линейного вольтодобавочного, шунтирующих контурах и в аналогичных устройствах, которые оборудуются массивной обмоткой. Данное явление бывает 2 типов: резонанс токов и напряжения.

Феррорезонанс напряжений возможен, когда в сети имеется индуктивность, характеризующаяся нелинейным вольт-амперным свойством. Данная характеристика свойственна катушкам индуктивности, где сердечники производятся из ферромагнитных компонентов. Особенно это касается выпрямителей линейки НКФ. Такое негативное явление обуславливается небольшим показателем сопротивлений омического и индуктивного типов по отношению к силовым трансформаторам.

Популярные статьи  Чем закрепить кабель на стене без сверления

Как предотвратить феррорезонанс?

Ряд практических мер может быть предпринят для предотвращения феррорезонанса, чьи перенапряжения, сверхтоки и искажения волновых форм приводят к тепловым и диэлектрическим напряжениям, которые могут быть опасны для электрооборудования (отказ, снижение производительности и срок службы изоляторов

).

Используемые различные методы основаны на следующих принципах:

Метод № 1 — Избегайте, благодаря надлежащей конструкции и / или переключениям, конфигурации, чувствительные к феррорезонансу. Это может включать в себя запрещение определенных конфигураций системы и / или некоторых операций переключения энергосистемы и / или определенного коммутационного устройства.

Метод № 2 — Убедитесь, что значения системных параметров не включены (даже временно) в зону риска и, если возможно, обеспечивают запас прочности в отношении опасных зон.

Метод № 3 — Убедитесь, что энергия, подаваемая источником, недостаточна для поддержания этого явления . Этот метод обычно состоит в том, чтобы вводить потери, которые затухают от феррорезонанса, когда это происходит.

МЭК утверждает, что временные феррорезонансные (и резонансные) перенапряжения « должны быть предотвращены или ограничены » (одним из вышеуказанных средств).

Это означает, что процедура координации изоляции обычно не учитывает уровни перенапряжения из-за феррорезонанса и что, следовательно, ограничители перенапряжений (чье остаточное напряжение обычно выше, чем перенапряжения из-за феррорезонанса) теоретически не обеспечивают защиту от феррорезонанса,

Какие трансформаторы нейтрализуют эффект феррорезонанса

Для предотвращения скачкообразных токовых перегрузок защитные ТН исполняются совместно с трансформаторами нулевой последовательности (ТНП). Такие специализированные устройства называются антирезонансными.

НАМИТ-10-2

Оборудование относится к типу ТН (Н), А — антирезонансный (А), с естественным масляным охлаждением (М), для измерительных цепей (И), трехфазный (Т), номинальным напряжением 10 кв, вариант исполнения— 2.

Измерительное оборудование состоит из двух единиц, размещенных в общем корпусе:

  • ТНКИ — это трехобмоточный ТН контроля изоляции;
  • ТНП — это двухобмоточный ТНП, выполняющий защиту ТНКИ от аварий при замыканиях отдельных фаз. Фоторезонанс компенсируется индуктивным сопротивлением ТНП в первичной цепи преобразователя.

НАМИ-10-95

Антирезонансное, масляное, измерительное оборудование состоит из:

  • трехфазного трехстержневого ТН прямой (обратной) последовательности с дополнительной вторичной обмоткой;
  • однофазного двухстержневого ТНП со вторичной обмоткой, соединенной по схеме замкнутого треугольника, снижающей сопротивление нулевой последовательности устройства до величины сопротивления рассеяния.

НАЛИ-СЭЩ-6(10)

Оборудование НАЛИ-СЭЩ -6(10) представлено литой (Л) трехфазной антирезонансной группой измерителей номинальным напряжением 6(10)кв.

НАЛИ-СЭЩ-6(10) исполнен посредством четырех активных элементов:

  • блока из трех однофазных, двухполюсных, измерительных ТН НОЛ-СЭЩ, каждый из которых содержит до трех вторичных обмоток;
  • одного ТНП-СЭЩ, выполняющего функцию защиты НОЛ-СЭЩ от скачкообразных токовых переходов.

НАЛИ-СЭЩ-1

Оборудование выполнено из однофазных ТН с литой изоляцией типа НОЛ-6(10) и ТНП на основе принципа действия и релейной схемы устройства НАМИТ-10-2.

НАЛИ-СЭЩ-2

Данный тип повторяет НАЛИ-СЭЩ-1 при исключении дополнительной вторичной обмотки, соединенной по схеме открытого треугольника, а также при исключении релейной схемы дешунтирования постоянно включенного ТНП. Явление фоторезонанса в трансформаторе напряжения НАЛИ-СЭЩ-2 не возникает при работе с пониженной рабочей индукцией. Защитная конструкция обеспечивает практически линейную ВАХ.

Феррорезонансные перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью

Феррорезонанс в электрических цепях

Рис. 2.7. Схема замещения для анализа феррорезонансных перенапряжений в сети с изолированной нейтралью Феррорезонансные перенапряжения представляют серьезную опасность для электроустановок сетей 6-35 кВ. Эта опасность возрастает под влиянием следующих факторов: в связи с искусственным поддерживанием повышенного значения напряжения в сети в целях обеспечения компенсации потери напряжения; с увеличением количества сезонных трансформаторных нагрузок, а следовательно слабо нагруженных трансформаторов. Использование в магнитной системе трансформаторов 6-35 кВ материалов с улучшенными характеристиками приводит к увеличению индуктивности и шунтирующей емкости трансформаторов, а следовательно, вероятности возникновения феррорезонанса.

В сетях с изолированной нейтралью феррорезонанс может развиваться в полнофазных режимах работы сети при наличии индуктивности с насыщающимся сердечником, включенной параллельно фазной емкости сети на землю. Такой индуктивностью часто оказывается обмотка трансформатора напряжения. Однако наиболее вероятной схемой для развития феррорезонанса являются неполнофазные режимы. В зависимости от параметров резонансных контуров феррорезонансные перенапряжения могут возникать на основной частоте, высших гармониках и субгармониках. Как показывают результаты многочисленных исследований и опыт эксплуатации промышленных сетей, значительные феррорезонансные перенапряжения возникают главным образом на промышленной частоте.

В сетях 6-10 кВ наблюдались случаи очень быстрого повреждения трансформаторов напряжения (ТН) контроля изоляции. Через доли минуты после возникновения однофазного замыкания сети на землю ТН начинал дымить и выходил из строя. Такие случаи наблюдаются при обрывах и падениях проводов и других несимметричных режимах в сети. Вскрытие поврежденных ТН выявляло обугливание изоляции обмотки высокого напряжения одной из фаз. Такие повреждения возможны только при четырехкратном непрерывном перевозбуждении трансформатора, что характерно для феррорезонансных процессов.

В сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью создаются условия для возникновения феррорезонанса между емкостью сети и индуктивностью ненагруженных трансформаторов различного вида.

Феррорезонанс в электрических цепях

Рис. 2.8. Схемы трех вариантов обрыва проводов, когда потребительский трансформатор 6-10/0,4 кВ оказывается в режиме феррорезонансного преобразователя: а — обрыв фазы А и ее заземление со стороны потребителя; б — обрыв фазы А без заземления провода; в — обрыв фазы А и ее заземление со стороны источника

Индуктивность питающего сеть трансформатора зашунтирована сетью высшего напряжения (35 или 110 кВ) и не может вступать в феррорезонанс с емкостью сети 6-10 кВ. Трансформаторы напряжения маломощны и не могут создавать феррорезонанс с большими емкостями разветвленной сети. Резонировать с емкостями линий в разветвленной сети с током замыкания на землю в несколько ампер ( С = 0,5-5 мкФ ) могут только силовые понижающие трансформаторы 6-10/0,4 кВ мощностью до 630-1000 кВА. Они имеют трехстержневой магнитопровод и изолированную нейтраль обмотки высокого напряжения.

Популярные статьи  Наладка устройств автоматического контроля

Однофазное питание силовых трансформаторов в сети 6-10 кВ может быть при обрывах проводов, перегорании плавких вставок в предохранителях, неполнофазном включении разъединителей и выключателей, а образующиеся при этом варианты схем часто являются разновидностью феррорезонансного преобразователя.

Uэ=1,5Uф – наиболее распространенный случай в сетях с изолированной нейтралью, так что разрядники и ОПН в этом случае не помогут. Поэтому либо вообще не допускать такого случая (программные мероприятия), либо добавить активное сопротивление. Реле нужно в тех случаях, когда нельзя работать без разомкнутого трансформатора.

В настоящее время добавляют в нейтраль резистор, и характеристика принимает вид (рис. 2.9):

Феррорезонанс в электрических цепях

Феррорезонанс в электрических цепях

Рис.2.9. Влияние активного сопротивления на феррорезонанс

Вопросы для самопроверки:

1. Что означает понятие «феррорезонанс»?

2. Назовите необходимые и достаточные условия возникновения феррорезонансных перенапряжений.

Задание на самостоятельную работу.

1. С помощью графоаналитического метода найдите максимальное значение феррорезонансных перенапряжений в сети с изолированной нейтралью при обрыве провода с падением на землю.

2. С помощью графоаналитического метода найдите максимальное значение феррорезонансных перенапряжений в сети с заземленной нейтралью при обрыве двух фаз без замыкания на землю.

Радиантная энергия в трансформаторе

Кроме описанных в книге явлений феррорезонанса, несомненно, существуют и иные явления, не упоминаемые в ней. Наша задача их выявлять.

Вначале моего ролика «Дополнение №2 к ролику: Как работает конденсатор в цепи переменного тока»

или её:

Феррорезонанс в электрических цепях

В ролике я не смогу передать субъективное ощущение в руке от подёргивания магнита, находящегося рядом с настроенным работающим трансформатором, но вот показать присутствие радианта рядом с трансформатором с помощью объективного датчика можно. Датчиком является магнит Сидоровича, от имени того, кто впервые его изготовил и применил.

Смотрим видеофрагмент №3:

Уверен, что профессорам от физики придётся сильно напрячься, чтобы объяснить явление вращения этого датчика, учитывая, что по теории весь магнитный поток должен находиться внутри сердечника трансформатора.

Сам трансформатор при этом излучает сильные продольные волны, который можно зарегистрировать приёмником скалярных волн.

Смотрим видеофрагмент №4:

На этом предварительное знакомство с феррорезонансом закончим

Впереди ожидают другие интересные исследования, Но, прежде чем закончить съёмку этого ролика, я хочу коснуться ещё одного важного момента

Вступление.

Благодарю всех, кто добрым словом
и материально оказывает поддержку моему образовательному проекту.

Несколько слов придётся сказать и
моим недоброжелателям. Если кого-то не устраивает моя деятельность на этом
канале, то вместо того, чтобы меня «перековывать», убеждать мыслить также как
Вы, то лучше, чем попусту тратить своё время, покиньте этот канал и поищите для
себя на необъятных просторах Интернета что-нибудь более интересное.

Некоторые посетители канала идут
ещё дальше – упрекают меня в том, что я, мол, обманываю посетителей канала,
рассказывая им небылицы, даю ложную информацию, в результате они, якобы сильно
переживают по этому поводу. Я не стану приводить здесь ники и имена этих посетителей,
но считаю их действия дешёвой провокацией, имеющих целью вынудить меня действовать
в их интересах, начинать оправдываться перед ними или доказывать свою правоту,
пускаясь в длинные объяснения того, что сами провокаторы смогли бы поискать и
прочесть самостоятельно. Впредь отвечать на подобные комментарии я не буду, а
все провокации, упрёки и оскорбления из комментариев будут удаляться. Так что если
Вам дорого своё время, пожалейте его и не тратьте напрасно.

Для всех, кто в первый раз
посетил мой канал, я обращаю внимание об элементарные правила поведения на
канале:

1)
прежде, чем писать комментарий или задавать вопрос, потрудитесь, пожалуйста,
прочесть текст к тому или иному ролику, а также комментарии к тому ролику,
который Вас заинтересовал. Возможно, там уже есть ответ на Ваш вопрос;

2)
все комментарии, не относящиеся к делу, содержащие ненормативную лексику,
оскорбления и упрёки из комментариев будут просто удаляться;

3)
все конструктивные предложения и вопросы по существу – мной только
приветствуются, и на каждый из них я постараюсь давать подробный ответ.

4) я никому
не должен доказывать существование скалярного магнитного поля, не должен ничего
объяснять, так как это личное дело каждого человека принимать его существование
или нет;

5) в
некоторых работах, выставленных на моём канале, я не раз уже приводил ссылки на
работы Г. В. Николаева и других авторов, и приводить их в каждой работе считаю
излишним;

6)
кого интересует тема скалярного магнитного поля, ищите самостоятельно книги в Интернете
(они есть) читайте, размышляйте, ставьте опыты, как в своё время это делал и я,
да и не только я один;

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: