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1 - CONTEXTE

2 - CLASSIFICATION DES PHÉNOMÈNES DE FERRORÉSONANCE

3 - DIFFÉRENTS RÉGIMES FERRORÉSONANTS

4 - EXEMPLE SIMPLE DE FERRORÉSONANCE

5 - SURTENSIONS TEMPORAIRES HARMONIQUES

6 - PHÉNOMÈNES NON LINÉAIRES : CONTEXTE ET HISTORIQUE

Article de référence | Réf : D91 v1

Classification des phénomènes de ferrorésonance
Ferrorésonance dans les réseaux - Définition, description et classification

Auteur(s) : Michel RIOUAL, Jean MAHSEREDJIAN

Date de publication : 10 mai 2009

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RÉSUMÉ

La ferrorésonance est un phénomène de résonance non linéaire qui affecte les réseaux de transport et de distribution de l'électricité. Des phénomènes oscillatoires harmoniques, mais aussi pseudo-périodiques, se manifestent dans un circuit électrique composé de plusieurs inductances non linéaires et d'une capacité alimentée par une source de tension généralement sinusoïdale. Au-delà des surtensions transitoires, ces perturbations en électrotechnique peuvent être très importantes et mettre en péril l’intégrité du matériel. Cet article présente la définition, la description et les classifications des différents régimes observés.

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ABSTRACT

Ferroresonance is a type of non-linear resonance which affects electricity transportation and distribution networks. Harmonic oscillation and also pseudo-periodic phenomena occur in electric circuits composed of several non-linear inductances and the capacity supplied by a generally sinusoidal voltage source. Apart from these transient over voltages, such electrotechnical disturbances can be severe and jeopardize the integrity of the material. This article presents the definition, description and classifications of the various regimes observed.

Auteur(s)

INTRODUCTION

La ferrorésonance est un phénomène de résonance non linéaire qui peut affecter les réseaux de transport et de distribution de l'électricité. Elle désigne tous les phénomènes oscillatoires, le plus souvent harmoniques, mais aussi pseudo-périodiques, voire chaotiques dans les cas extrêmes, qui se manifestent dans un circuit électrique composé, d'une part, d'une ou de plusieurs inductances non linéaires (comportant des matériaux ferromagnétiques saturables) et, d'autre part, d'un réseau comprenant au moins une capacité alimentée par une ou plusieurs sources de tension généralement sinusoïdales.

La propriété essentielle et caractéristique d'un tel phénomène est de présenter au moins deux régimes stables pour une même excitation. Classiquement, en électrotechnique, on considère que les caractéristiques électriques des composants sont linéaires, ce qui implique que le régime permanent atteint est unique et indépendant des conditions initiales. Ici, la présence d'inductances aux caractéristiques non linéaires peut conduire à des comportements radicalement différents et même surprenants pour les électrotechniciens. Plusieurs régimes permanents différents peuvent apparaître dans un circuit donné en fonction des conditions initiales (flux rémanent, instants d'enclenchement, etc.). Généralement, l'un d'eux est celui que l'on attend habituellement et les autres sont anormaux et parfois même dangereux pour le matériel électrique, car ils présentent des surtensions ou des surintensités.

Le phénomène a déjà été observé à plusieurs reprises dans des réseaux, et il est ainsi possible de classer les comportements que l'on rencontre le plus souvent. Des régimes périodiques de période multiple de celle de la source et même des régimes pseudo-périodiques peuvent apparaître. À noter que la forme d'onde générée, qui illustre le comportement du réseau de façon globale, permet de renseigner sur la typologie du réseau considéré et de son comportement plus ou moins non linéaire.

Les surtensions temporaires harmoniques sur les réseaux sont de nature différente des phénomènes de ferrorésonance, bien que générées par des réseaux de même nature. Les phénomènes s'amortissent en général au bout de quelques secondes, cas le plus fréquemment rencontré sur les réseaux THT.

Les phénomènes non linéaires, que l'on rencontre ici en électrotechnique font également l'objet d'un intérêt croissant dans de nombreux domaines de la physique. On les rencontre aussi en mécanique des fluides, thermique, mécanique, thermodynamique, chimique, et l'exemple le plus connu est la météorologie, avec la sensibilité aux conditions initiales (effet papillon) et la difficulté de prédiction sur un horizon au delà de quelques jours.

Les dossiers [D 91] et [D 92] font le point du sujet. Ce premier dossier [D 91] présente la définition, la description et les classifications des phénomènes observés. Le dossier suivant [D 92] présente la modélisation et les outils permettant l'étude de ces phénomènes, ainsi que les applications aux différentes topologies de circuits.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d91


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2. Classification des phénomènes de ferrorésonance

Un certain nombre de cas de ferrorésonance sont apparus dans des réseaux électriques et on dispose d'enregistrements temporels des signaux (tensions, courants, etc.), issus de mesures effectuées sur site. Des essais spécifiques sur maquettes et des simulations numériques ont également permis de constituer cette base d'exemples Ferrorésonance dans les réseaux- Définition, description et classification[1] Ferrorésonance dans les réseaux- Définition, description et classification[3]. L'analyse de ces différents signaux permet de les classifier en 4 types distincts :

  • le régime fondamental (normal ou ferrorésonant) ;

  • le régime sous-harmonique ;

  • le régime quasi périodique ;

  • le régime chaotique.

La classification des signaux est faite en régime permanent , c'est-à-dire après extinction du régime transitoire. Habituellement, on ne parle de ferrorésonance au sens strict que pour des phénomènes qui se maintiennent en régime permanent.

Néanmoins, certaines opérations sur le réseau électrique peuvent donner lieu à un phénomène pas nécessairement stable et qui n'existe qu'en régime transitoire. C'est le cas d'amplification des harmoniques à l'enclenchement d'un ou plusieurs transformateurs.

Des surtensions dangereuses peuvent se maintenir plusieurs secondes, puis disparaître et le système retourne à l'état normal. On parle alors de surtensions temporaires harmoniques, voire de ferrorésonance transitoire, bien que les phénomènes s'amortissent après le transitoire, avec un retour au régime nominal. Ces contraintes (surtensions et surintensités) peuvent conduire à des contraintes importantes, de durée limitée qui, compte-tenu de leur amplitude, vont solliciter les isolations internes (papier huile) dans le cas des transformateurs.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MAHSEREDJIAN (J.) -   Régimes transitoires électromagnétiques : simulation.  -  [D 4 130] Réseaux électriques et applications (2008).

1 Sources bibliographiques

GERMAY (N.) - MASTERO (S.) - VROMAN (J.) - Revue des phénomènes de ferrorésonance dans les réseaux HT et présentation d'un modèle de transformateur de tension pour leur prédétermination. - CIGRE, session 21-29 août 1984.

BRONZEADO (H.S.) - BROGAN (P.) - YACAMINI (R.) - Harmonic analysis of transient currents during sympathetic interaction. - IEEE Transactions on Power Systems, vol. 11, no 4, p. 2051-2056, nov. 1996.

SBAI (A.) - Solutions périodiques d'un système ferrorésonant. Application des méthodes de Galerkine et des fonctions descriptives. - Thèse no 16, Université de Tunis, ENSET, 16 janv. 1986.

BERGE (Y.) - POMEAU - VIDAL (Ch.) - L'ordre dans le chaos. - Collection Enseignement des Sciences. Édition Hermann (1984).

STEWART (I.) - Dieu joue-t'il aux dés ? - Les mathématiques du Chaos. Édition Flammarion (1992).

PRIGOGINE (I.) - Physique, temps et devenir. - Masson, Paris (1980).

MANDELBROT (B.) - Les objets fractals : forme, hasard et dimension. - Édition Flammarion (1975).

DOEDEL (E.) - AUTO : a program for the automatic bifurcation analysis of autonomous systems. - Congressus Numerantium, vol. 30 (1981).

RIOUAL (M.) - SICRE (C.) - Energization of a no-load transformer for power restoration purposes : Modeling and validation by on site tests. - IEEE Winter Meeting, Singapore, janv. 2000.

RIOUAL (M.) - GUUINIC (P.) - LAVAL (D.) - ADELGHANI...

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