Ferroresonancia en redes eléctricas

La ferroresonancia , o resonancia no lineal , es un tipo de resonancia poco común ^{[ 1 ]} en circuitos eléctricos que se produce cuando un circuito con inductancia no lineal se alimenta de una fuente con capacitancia en serie y se somete a una perturbación, como la apertura de un interruptor. ^{[ 2 ]} Puede provocar sobretensiones y sobrecorrientes en un sistema eléctrico y suponer un riesgo para los equipos de transmisión y distribución , así como para el personal operativo. ^{[ 3 ]}

Los efectos de ferroresonancia fueron descritos por primera vez en un artículo de 1907 por Joseph Bethenod . ^{[ 3 ] [ 4 ]} El término ferroresonancia fue aparentemente acuñado por el ingeniero francés Paul Boucherot en un artículo de 1920, en el que analizó el fenómeno de dos puntos de operación de frecuencia fundamental estables coexistiendo en un circuito en serie que contenía una resistencia, un inductor no lineal y un condensador. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En general, "los intentos de establecer límites precisos para la prevención del fenómeno han sido frustrantes", y no se conoce un modelo completo de la física subyacente. ^{[ 1 ] [ 7 ]} Sin embargo, la ferroresonancia generalmente ocurre cuando un transformador que alimenta un sistema con impedancia principalmente reactiva (gran parte imaginaria) experimenta una perturbación en una sola fase eléctrica . ^{[ 8 ] [ 9 ]} El transformador debe estar operando cerca de su punto de saturación , ^{[ 10 ]} en el cual la inductancia de fuga de un transformador real disminuye drásticamente. ^{[ 11 ]}

Tras una perturbación, el transformador oscila entre los modos de operación saturado y no saturado en cada ciclo , de modo que la inductancia promedio del ciclo cancela la impedancia de la línea eléctrica. ^{[ 12 ] [ 13 ]} En situaciones donde la impedancia primaria en la línea es la capacitancia en derivación a tierra de varios cientos de picofaradios , ^{[ 10 ]} el sistema combinado transformador-línea eléctrica actúa efectivamente como una falla de baja impedancia . ^{[ 12 ]}

La ferroresonancia, una oscilación no lineal, presenta diferencias sustanciales con respecto a un circuito LC clásico . En particular, se produce en un rango de frecuencias (a menudo cerca de los armónicos de la frecuencia de la red eléctrica ). ^{[ 3 ] [ 14 ]} Dependiendo de la frecuencia, el transformador pasa una proporción diferente del ciclo bloqueado en el modo saturado. La ferroresonancia también es resistente al punto de onda de la perturbación inicial y (en cierta medida) a la carga de flujo inicial del núcleo del transformador . Los circuitos ferroresonantes presentan una forma de onda altamente distorsionada , y la tensión y la corriente en las transiciones dentro y fuera del modo saturado suelen mostrar discontinuidades o singularidades de primer orden . ^{[ 3 ]}

En el ámbito de la distribución eléctrica, esto suele ocurrir en una red de distribución de media tensión compuesta por transformadores (componente inductivo) y cables de potencia (componente capacitivo). Si dicha red tiene poca o ninguna carga resistiva conectada y se interrumpe una fase de la tensión aplicada, puede producirse ferroresonancia. Si las fases restantes no se interrumpen rápidamente y el fenómeno persiste, la sobretensión puede provocar la ruptura del aislamiento en los componentes conectados, lo que conlleva su fallo. ^{[ 10 ]}

Durante los momentos de saturación, la corriente muy alta que se desarrolla a través de una bobina del transformador puede dañar el equipo por calentamiento Joule ; ^{[ 15 ]} durante los momentos de no saturación, el voltaje muy alto que desarrolla el transformador (de cinco a seis veces el voltaje de línea) puede quemar fusibles o pararrayos cercanos . ^{[ 7 ] [ 16 ]}

El fenómeno puede evitarse conectando una carga resistiva mínima a los secundarios del transformador o interrumpiendo la tensión aplicada mediante un dispositivo de interrupción trifásico, como un interruptor automático trifásico (de tres polos) . ^{[ 8 ]} En muchos casos, también basta con desconectar a tierra el transformador en una configuración Δ , lo que aumenta la impedancia de derivación de la línea. ^{[ 16 ] [ 7 ] [ 17 ]}

• resonancia no lineal
• Transformador de tensión constante