ASPECTE CALITATIVE ȘI CANTITATIVE ALE FENOMENUL DE FEROREZONANȚĂ ÎN INSTALAȚIILE ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE
Cuvinte cheie:
Ferorezonanţă, Instalaţii electrice de joasă tensiuneRezumat
Fenomenul de ferorezonanță este generat de interacțiunea dintre dispozitivele magnetice neliniare și elementele capacitive din cadrul unei instalații electrice în care pierderile sunt reduse și care sunt alimentate în mod constant de cel puțin o sursă de energie. Ferorezonanța se manifestă prin apariția unor supratensiuni și supracurenți în instalație cu forme de undă puternic distorsionate. De asemenea, fenomenul este însoțit și de alte perturbații ale calității energiei electrice (fluctuații de tensiune, nesimetrii, zgomot, etc.), care se propagă în rețea afectând buna funcționare a întregii instalații. În plus, spre deosebire de rezonanța liniară, ferorezonanța permite manifestarea mai multor stări stabile (moduri) pentru aceiași parametri ai rețelei, acestea fiind impuse de condițiile inițiale din instalație și momentul apariției fenomenului. Cu toate că acest fenomen era mai degrabă specific rețelelor de înaltă sau medie tensiune, impunerea unor noi reglementări ce prevăd utilizarea echipamentelor electrice cu înaltă eficiență energetică, a creat condițiile apariției acestui fenomen și în instalațiile de joasă tensiune. Astfel, vulnerabilitatea la ferorezonanță a unei instalații de joasă tensiune a devenit un indicator al calității energiei electrice. Lucrarea de față prezintă o procedură de calcul și investigație a acestui fenomen bazându-se pe analiza soluțiilor numerice a sistemelor de ecuații diferențiale (neliniare și neautonome), ce modelează fenomenele tranzitorii ce inițiază apariția ferorezonanței (de regulă procese de comutație). De asemenea, sunt folosite și mijloace de investigație moderne (vizualizări 3D în planul fazelor sau diagrame Poincaré), impuse de dificultatea analizei cantitative atât în regim dinamic, cât și în regim staționar a ferorezonanței. Adițional, se propun metode și proceduri de atenuare a efectelor fenomenului de ferorezonanță asupra echipamentelor sau elementelor de rețea din instalațiile electrice de distribuție.
Referințe
(1) S. Mehta, P. Panwar, Ferroresonance: An Insight into the Phenomenon, International Journal of Advance Engineering and Research Development, vol. 4, no. 10, pp. 498-504, 2017.
(2) E. Price, A tutorial on ferroresonance Proceeding on 67th Annual Conference for Protective Relay Engineers, pp. 676 - 704, 2014.
(3) S. Hassan, M. Vaziri, S. Vadhva, Review of ferroresonance in power distribution grids, IEEE International Conference on Information Reuse & Integration, pp. 444-448, Las Vegas, NV, USA, 2011.
(4) M. A. S. Masoum, E. Fuchs, Power Quality in Power Systems and Electrical Machines, 2nd Ed. Elsevier Academic Press, 2015, pp. 145.
(5) P. Ferracci, Ferroresonance, Schneider Electric, Cahier technique no. 199, 2001.
(6) J. Wiśniewski, E. Anderson, J. Karolak, Susceptibility of the electrical network to ferroresonance occurrence, Computer Applications in Electrical Engineering, vol. 8, pp. 46—52, 2010.
(7) V. Simha, W. Lee, The jump phenomena, IEEE Industry Appl. Mag., vol. 14, no. 5, pp. 53–59, Oct. 2008.
(8) R. A. Walling, Ferroresonance in low-loss distribution transformers, IEEE Power Engineering Society General Meeting, vol. 2, pp. 1220-1222, Toronto, Canada, 2003.
(9) M. Hajizadeh, I. Safinejad, N. Amirshekari, Study and comparison of the effect of conventional, low losses and amorphous transformers on the ferroresonance occurrence in electric distribution networks, CIRED - Open Access Proceedings Journal, vol. 2017, no. 1, pp. 865-869, 10 2017.
(10) B. A. Mork and D. L. Stuehm, Application of nonlinear dynamics and chaos to ferroresonance in distribution systems, IEEE Trans. Power Deliv., vol. 9, no. 2, pp. 1009–1017, Apr. 1994.
(11) M. R. Iravani et al., Modeling and analysis guidelines for slow transients-Part III. The study of ferroresonance, IEEE Trans. Power Deliv., vol. 15, no. 1, pp. 255–265, 2000.
(12) J. A. Corea-Araujo et al., Tools for characterization and assessment of ferroresonance using 3-D bifurcation diagrams, IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 29, no. 6, pp. 2543-2551, December 2014.
(13) F. Wörnle, D. K. Harrison, C. Zhou, Analysis of a ferroresonant circuit using bifurcation theory and continuation techniques, IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 20, no. 1, pp. 191- 196, January 2005.
(14) M. Tajdinian, et al., Probabilistic framework for vulnerability analysis of coupling capacitor voltage transformer to ferroresonance phenomenon," IET Science, Measurement & Technology, vol. 14, no. 3, pp. 344-351, 2020.
(15) A. Tokić, J. Smajić, Modeling and Simulations of Ferroresonance by Using BDF/NDF Numerical Methods, IEEE Trans. on Power Del., vol. 30, no. 1, pp. 342-350, 2015.
(16) D. A. N. Jacobson, P. W. Lehn, R. W. Menzies, Stability domain calculations of period-1 ferroresonance in a nonlinear resonant circuit, IEEE Trans. Power Deliv., vol. 17, no. 3, pp. 865–871, Jul. 2002.
(17) P. S. Moses, M. A. S. Masoum, Experimental and simulation analysis of ferroresonance in single-phase transformers considering magnetic hysteresis effects, IEEE Power Engineering Society General Meeting, pp. 1-6, July 2010.
(18) E. Cazacu, V. Ioniță, L. Petrescu, An efficient method for investigating the ferroresonance of single-phase iron core devices, 10th IEEE Int. Symp. on Advanced Topics in Elect. Eng. (ATEE 2017), Bucharest, pp. 363-368, 2017.
(19) E. Cazacu, L. Petrescu, V. Ioniță, Ferroresonance modes determination of single-phase toroidal transformers, 15th IEEE International Conf. on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA2017), Sofia, pp. 358-361, 2017.
(20) E. Hairer, C. Lubich, M Roche, The Numerical Solution of Differential-Algebraic Systems by Runge-Kutta Methods, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1989
(21) C. Schneider, Rosenbrock-Type Methods Adapted to Differential-Algebraic Systems, Mathematics of Computation, vol. 56, no. 193, pp. 201-213, 1991.
