Feroresonansi dalam rangkaian listrik

Pada tahun 1907, insinyur Prancis Joseph Bethenot menerbitkan sebuah artikel "On Resonance in Transformers" (Sur le Transformateur? Résonance), di mana dia pertama kali menarik perhatian pada fenomena ferroresonance.

Secara langsung, istilah «feroresonansi», 13 tahun kemudian, juga diperkenalkan oleh insinyur dan guru teknik elektro Prancis Paul Bouchereau dalam artikelnya tahun 1920 berjudul «Keberadaan Dua Rezim Ferroresonansi» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau menganalisis fenomena feroresonansi dan menunjukkan bahwa ada dua frekuensi resonansi stabil dalam rangkaian yang terdiri dari kapasitor, resistor, dan induktor nonlinier.

Oleh karena itu, fenomena feroresonansi terkait dengan nonlinier elemen induktif dalam rangkaian rangkaian... Resonansi nonlinier yang dapat terjadi dalam rangkaian listrik disebut feroresonansi, dan untuk terjadinya resonansi nonlinier harus mengandung nonlinier induktansi dan kapasitansi biasa.

Jelas, feroresonansi sama sekali tidak melekat pada sirkuit linier. Jika induktansi dalam rangkaian adalah linier dan kapasitansinya nonlinier, maka fenomena yang mirip dengan feroresonansi mungkin terjadi.Karakteristik utama dari feroresonansi adalah bahwa rangkaian dicirikan oleh mode yang berbeda dari resonansi nonlinier ini, tergantung pada jenis gangguannya.

Bagaimana induktansi bisa non-linear? Terutama karena fakta bahwa sirkuit magnetik Elemen ini terbuat dari bahan yang bereaksi secara nonlinier terhadap medan magnet. Biasanya inti terbuat dari feromagnet atau ferrimagnet dan ketika istilah "feroresonansi" diperkenalkan oleh Paul Bouchereau, teori ferrimagnetisme belum sepenuhnya terbentuk dan semua bahan semacam ini disebut ferromagnet, sehingga istilah "feroresonansi" muncul untuk menunjukkan fenomena resonansi dalam rangkaian dengan induktansi non-linier.

Feroresonansi mengambil resonansi dengan induktansi jenuh ... Dalam rangkaian resonansi konvensional, resistansi kapasitif dan induktif selalu sama satu sama lain, dan satu-satunya syarat terjadinya tegangan lebih atau arus berlebih adalah osilasi agar sesuai dengan frekuensi resonansi, ini hanya satu kondisi stabil dan mudah dicegah, dengan terus memantau frekuensi atau memperkenalkan resistensi aktif.

Situasi dengan feroresonansi berbeda. Resistansi induktif terkait dengan kerapatan fluks magnet di inti, misalnya di inti besi transformator, dan pada dasarnya dua reaktansi induktif diperoleh, tergantung pada situasi sehubungan dengan kurva saturasi: reaktansi induktif linier dan reaktansi induksi saturasi .

Jadi feroresonansi, seperti resonansi dalam rangkaian RLC, dapat terdiri dari dua jenis utama: feroresonansi arus dan feroresonansi tegangan... Saat menghubungkan induktansi dan kapasitansi secara seri, ada kecenderungan feroresonansi tegangan, dengan koneksi paralel, untuk feroresonansi arus. Jika rangkaian sangat bercabang, terdapat sambungan yang rumit, maka dalam hal ini tidak mungkin untuk mengatakan dengan pasti apakah akan ada arus atau tegangan di dalamnya.

Mode feroresonan dapat bersifat fundamental, subharmonik, kuasi-periodik, atau kacau…. Dalam mode dasar, fluktuasi arus dan tegangan sesuai dengan frekuensi sistem, dalam mode subharmonik, arus dan tegangan memiliki frekuensi yang lebih rendah, dimana frekuensi dasarnya adalah harmonik. Mode kuasi-periodik dan kacau jarang terjadi. Jenis mode ferroresonant yang terjadi pada sistem bergantung pada parameter sistem dan kondisi awal.

Feroresonansi dalam kondisi operasi normal jaringan tiga fase tidak mungkin terjadi, karena kapasitansi elemen yang membentuk jaringan dikurangi oleh induktansi jaringan input suplai.

Dalam jaringan dengan netral yang tidak dibumikan, feroresonansi lebih mungkin terjadi dalam mode fase tidak lengkap. Isolasi netral mengarah pada fakta bahwa kapasitansi jaringan sehubungan dengan bumi seri dengan transformator daya dan kondisi seperti itu mendukung feroresonansi. Mode fase tidak lengkap yang menguntungkan untuk feroresonansi terjadi ketika, misalnya, salah satu fase rusak, ada inklusi fase yang tidak lengkap atau korsleting asimetris.

Feroresonansi yang tiba-tiba muncul di jaringan listrik berbahaya, dapat menyebabkan kerusakan peralatan.Yang paling berbahaya adalah mode dasar feroresonansi, ketika frekuensinya bertepatan dengan frekuensi dasar sistem. Feroresonansi subharmonik pada frekuensi 1/5 dan 1/3 frekuensi fundamental kurang berbahaya karena arusnya lebih kecil. Dengan demikian, sejumlah besar kegagalan dalam jaringan listrik dan sistem tenaga lainnya justru terkait dengan feroresonansi, meskipun pada awalnya penyebabnya mungkin tampak tidak jelas.

Putus, koneksi, transien, gelombang petir dapat menyebabkan feroresonansi. Perubahan mode operasi jaringan atau pengaruh eksternal atau kecelakaan dapat memulai mode ferroresonant, meskipun hal ini mungkin tidak terlihat untuk waktu yang lama.

Kerusakan transformator tegangan sering kali justru disebabkan oleh feroresonansi, yang menyebabkan panas berlebih yang merusak akibat aksi arus yang melebihi semua batas yang mungkin. Untuk mencegah masalah yang terkait dengan panas berlebih, tindakan teknis diambil, terkait dengan peningkatan permanen atau sementara dari kerugian aktif di sirkuit resonansi, meminimalkan efek resonansi. Langkah-langkah teknis tersebut terdiri, misalnya, sirkuit magnetik transformator sebagian terbuat dari lembaran baja tebal.