Ferro-résonance : Une Vue Pratique et Simplifié

Cet article est préparé pour être la présentation des articles excellentes et détaillés [3] et [5] pour une vue pratique et simplifiée de phénomène de Ferro-résonance. Pour plus d’information, referez aux articles mentionnés.

Introduction

Le terme ‘Ferro-résonance’ apparait dans la littérature en 1920 [1]. Elle est non-linéaire et phénomène chaotique dans quelques scenarios et ce trait le fait difficile a étudier. Il est si difficile qu’IEEE avait rassemblé un group de travail pour cette problématique [2]. La ferro-résonance peut apparaitre avec l’harmonique d’une magnitude extrême autant que la surcharge de tension et courant dans un état transitoire et régulier. Ces conséquences sont dangereuses pour les équipements électriques, certes peuvent endommager les systèmes d’énergie [3]. Les paramètres d’un système inclinés à la ferro-résonance est dans une variété large ; des qualités de la tension d’alimentation au design de transformateurs. De plus, le dommage de ferro-résonnance sur l’équipement ne se produit pas dans la première période de ferro-résonance mais son cycle suivant. A cause de cela, l’analyse des cas de ferro-résonance est très compliquée. En conséquence quelques défaillances inconcevable are accrédité à elle. Même si cette action est compréhensible, elle cause des défaillances attribuées qui sont causés par les autres raisons à la ferro-résonance [4].

Définition de ferro-résonance

La définition la plus simple de ferro-résonance est qu’une résonance avec un capacitance et inductance non-linéaire. Autrement dit, la ferro-résonance peut se produire dans le système de l’énergie qu’un élément inductive et non-linéaire aliment par un élément capacitif et non-linéaire [5].

Les éléments capacitifs peuvent être :

Spécialement les câbles longs et sout-terres.
Les batteries de condensateur.
Les condensateurs de répartition.
Les Transformateurs Capacitifs de Tension (TCT-CVT)

Les éléments inductifs peuvent être :

Les Transformateurs de Tension (TT-VT)
Réactance shunt
Les transformateurs de l’énergie (TE-PT)

Pour généraliser, les analyses présentent qu’un circuit dans lequel la ferro-résonance apparait doit avoir [2] :

Une source de tension
Une inductance non-linéaire et saturable.
Un condensateur
Des pertes faibles (amortissement ou bien charge faible)

Une explication plus théorique est qu’un système qui a des propriétés mentionnées au-dessus, dans le cas de ferro-résonance, passe de son état stable et désigné d’opération a un état nouveau, stable sans précèdent et il peut continuer à passer aux autres états stables qui ont les harmoniques de haute magnitude et de surcharge de tension et courant [3, 5].

Un scenario commun et simple [5] qui peut utiliser comme un exemple pour l’explication de ferro-résonance est que le circuit consiste d’un transformateur dans une condition sans charge, énergisé par un câble de distribution. Si la capacitance interne du câble de la transmission est négligeable, ce circuit peut être modélisé comme :

Figure 1. Ferro-résonance circuit dans le transformateur sans charge (la capacitance interne du câble de la transmission est négligeable)

Comme la non-linéarité de l’inductance principale du transformateur est négligeable, la ferro-résonance est peu probable dans ce circuit. Cependant, si la capacitance interne du câble de transmission (comme le câble long de transmission) est suffisamment large qui exige l’attention, le circuit peut être modélisé comme :

Figure 2. Ferro-résonance circuit dans le transformateur sans charge (la capacitance interne du câble de la transmission est large)

Comme vous voyez, il devient un circuit résonant et la ferro-résonance est fortement possible dans ce cas.

Les différences entre la résonance et ferro-résonance doivent aussi expliquées. Les circuits résonants ont une capacitance et inductance. Dans la résonance, il y a une fréquence résonante qui peut être obtenue alors que dans la ferro-résonance un système, ayant les mêmes valeurs, a la possibilité d’être différent, les états stables qui ne sont pas planifié et qui est imprévisible, en plus elle peut passer à un autre état avec une différente répondre transitoire [5]. Par ailleurs, la ferro-résonance peut se produire même si la valeur de capacitance de circuit est attentivement désignée [3].

Selon l’étude de littérature dans le temps de son écrit, [2] présente les scenarios suivants de ferro-résonance :

Le transformateur a alimenté un ou bien deux phases par accident (39 articles)
Le transformateur a énergisé par la capacitance de répartition d’un ou bien deux disjoncteurs (25 articles)
Les transformateurs ont connecté à la ligne compensée de transmission en séries (15 articles)
Le transformateur de tension a connecté au système neutrale et isolé (14 articles)
Le transformateur capacitif de tension (11 articles)
Le transformateur a connecté à la ligne de-énergisée de transmission qui marche en parallèle avec un ou deux lignes énergisées (6 articles)
Le transformateur a alimenté par la longue ligne de transmission ou bien la câble avec l’énergie de court-circuit (14 articles)

Les systèmes de distribution d’énergie sont enclins de ferro-résonance parce qu’ils ont tous (VTs, PTs, le réacteur de shunt, les batteries de condensateur) qui constituent les conditions favorables pour la ferro-résonance. Les actions suivantes dans les systèmes d’énergie peuvent se mener à l’activation de la ferro-résonance [3] :

La surcharge de tension causé par un foudre
Energisant et de-énergisant les transformateurs
Transitoires
L’interruption et la clôture de circuit

La ferro-résonance peut causer à [5] :

Les courants dont les valeurs sont très élevées
Le flux élevé de noyau
La surcharge extrême de tension et courant
Les fréquences élevées de l’opération
Et dans quelques situations, les formes d’onde oscillatoire de courant et tension.

Et ils peuvent causer à :

Les températures élevées sur les différents components du système.
Les pannes d’isolation
L’augmente de stress du système.

Les modes de Ferro-résonance

Les modes de ferro-résonance peut être déterminé en analysant les enregistrements des formes d’onde de tension et courant dans le domaine de fréquence et dans le domaine de temps [6]. En prenant la période de système comma la base, la partie d’état stable doit être considéré lors de l’analyse des formes d’onde. Parce que la différentiation de la ferro-résonance transitoire d’un état stable de l’opération normale peut être difficile. Conventionnellement, les modes de ferro-résonance sont classifiés en quatre [3] :

Le mode fondamental
Le mode subharmonique
Le mode quasi-périodique
Le mode chaotique

Les modes fondamentales et subharmonique sont les modes les plus observés dans la pratique.

Détecter la ferro-résonance [3] :

Détecter la ferro-résonance dans la première action doit être liée aux indicateurs communs de la ferro-résonance. Et puis, la comparaison des enregistrements des formes d’onde de courant et tension du système doit être performée avec les formes d’onde communs de la ferro-résonance. Si les enregistrements des formes d’onde ne sont pas présents, les indications peuvent être analysé ensemble avec l’évènement de système de l’énergie qui avait lieu avant.

Les indicateurs

Les critères au-dessus sont les indicateurs communs (pas spécifique) de la ferro-résonance :

La surcharge de tension haute et cohérente, phase-à-phase, phase-à-terre
La surcharge de courant haute et cohérente.
La déformation haute et cohérente sur les formes d’onde de tension et courant
Le changement de la valeur neutrale de tension
Le surchauffage du transformateur dans la condition sans charge
Le bruit très fort et cohérent venant des transformateurs et réacteurs
Le dommage des équipements électriques et les pannes d’isolation
Le premier bobinage endommagé et le deuxième qui est intact dans les transformateurs de tension.
Les trips imprévus dans l’équipement de protection

Après les étapes au-dessus, la mesure suivante doit être confirmer si les conditions au-dessous, qui sont nécessaires (mais pas suffisant), pour la ferro-résonance est présentes. La possibilité de la ferro-résonance est très faible, si ces conditions ne sont pas accomplies :

Un circuit avec la capacitance et les inductances non-linéaires
La présence du point flottant de tension
La présence des transformateurs ou les générateurs dans la condition sans-charge (ou bien avec un amortissement faible)

Protection Contre la Ferro-résonance [3] :

Il y a des mesures pratiques contre la ferro-résonance :

Désigner un système qui empêche des topologies qui peuvent causer la ferro-résonance.
Empêcher des coupures de circuit et des opérations de manœuvre qui peuvent cause la ferro-résonance.
Fournir un amortissant suffisant ou bien limiter l’alimentation de l’énergie et le système ne restera pas dans l’état de ferro-résonance.

L’application des mesures mentionnés aux systèmes qui sont plus récents est comme :

Les transformateurs de tension connecté dans un manière unipolaire avec la phase et la terre dans un système avec un neutre isolé
Les transformateurs de tension bipolaires avec deux phases.
Si un système a un neutre isolé, Les transformateurs primaires de tension ne doivent pas dans une configuration en étoile.
Quand les transformateurs de tension ont les bobinages secondaires et tous les TTs sont connectés en delta :

Connecter un dispositif d’amortissement tel que Ferro-Damp parallèlement entre le delta et la terre.

Références

[1] Boucherot, P. (1920). Éxistence de deux régimes en ferrorésonance. Rev. Gen. de L’Élec, 8(24), 827-828

[2] Jacobson, D. A. (2003, July). Examples of ferroresonance in a high voltage power system. In 2003 IEEE Power Engineering Society General Meeting (IEEE Cat. No. 03CH37491) (Vol. 2, pp. 1206-1212). IEEE.

[3] Ferracci, Philippe. "Ferroresonance." Group Schneider: Cahier 190 (1998): 1-28.

[4] Makarov, A. V., & Komin, V. G. (2005, June). The research of ferroresonant phenomena in electric circuits under open-phase operating conditions. In 2005 IEEE Russia Power Tech (pp. 1-7). IEEE.

[5] Iravani, M. R., Chaudhary, A. K. S., Giesbrecht, W. J., Hassan, I. E., Keri, A. J. F., Lee, K. C., ... & Woodford, D. A. (2000). Modeling and analysis guidelines for slow transients. III. The study of ferroresonance. IEEE Transactions on Power Delivery, 15(1), 255-265.

[6] KIENY, C., & SBAÏ, A. (1996). Ferrorésonance dans les réseaux. Techniques de l'ingénieur. Génie électrique, 10(D4745), D4747-1.