В 1907 году французский инженер Джозеф Бетено опубликовал статью «О резонансе в трансформаторах» (Sur le Transformateur ? Rйsonance), где он впервые обратил внимание на такое явление как феррорезонанс.
Непосредственно же термин «феррорезонанс», спустя 13 лет, ввел тоже француз, инженер и преподаватель электротехники, Пауль Бушеро в своей статье 1920 года, которая назвалась «Существование двух режимов феррорезонанса» (Йxistence de Deux Rйgimes en Ferrorйsonance). Бушеро проанализировал явление феррорезонанса, и показал, что существует две стабильные резонансные частоты в цепи, состоящей из конденсатора, резистора и нелинейной индуктивности.
Таким образом, явление феррорезонанса связано с нелинейностью индуктивного элемента в цепи контура. Нелинейный резонанс, могущий возникнуть в электрической цепи называется феррорезонансом, и для его возникновения необходимо, чтобы контур обязательно содержал нелинейную индуктивность и обычную емкость.
Очевидно, линейным цепям феррорезонанс абсолютно не свойственен. В случае, если индуктивность в контуре линейна, а емкость нелинейна, то возможно явление аналогичное феррорезонансу. Основной особенностью феррорезонанса является то, что для одной цепи характерны различные режимы этого нелинейного резонанса, в зависимости от вида возмущения.
От чего индуктивность может быть нелинейна? Главным образом из-за того, что магнитопровод этого элемента изготовлен из материала, нелинейно реагирующего на магнитное поле. Обычно сердечники изготавливают из ферромагнетиков либо ферримагнетиков, и когда термин «феррорезонанс» был введен Паулем Бушеро, теория ферримагнетизма еще не была сформирована до конца, а все материалы такого рода называли ферромагнетиками, вот и возник термин «феррорезонанс» для обозначения явления резонанса в цепи с нелинейной индуктивностью.
Феррорезонанс предполагает резонанс с насыщающейся индуктивностью. В обычном резонансном контуре емкостное и индуктивное сопротивления все время равны друг другу, и единственное условие возникновения перенапряжения или сверхтока — совпадение колебаний с резонансной частотой, это только одно стабильное состояние, и его легко предотвратить благодаря непрерывному контролю частоты или введением активного сопротивления.
С феррорезонансом ситуация иная. Индуктивное сопротивление связано с плотностью магнитного потока в сердечнике, например в железном сердечнике трансформатора, и принципиально получается два индуктивных сопротивления в зависимости от ситуации относительно кривой насыщения: индуктивное сопротивление линейное и индуктивное сопротивление при насыщении.
Итак, феррорезонанс, как и резонанс в RLC-контуре, может быть двух основных видов: феррорезонанс токов и феррорезонанс напряжений. При последовательном соединении индуктивности и емкости имеет место тенденция для феррорезонанса напряжений, при параллельном соединении — для феррорезонанса токов. Если цепь сильно разветвлена, имеет сложные соединения, то в таком случае нельзя точно сказать, феррорезонанс ли будет в ней токов или же напряжений.
Режим феррорезонанса может быть основным, субгармоническим, квазипериодическим или хаотическим. В основном режиме колебания токов и напряжений соответствуют частоте системы. В субгармоническом режиме токи и напряжения имеют меньшую частоту, для которой основная частота является гармоникой. Квазипериодический и хаотический режимы встречаются редко. То, какой режим феррорезонанса возникнет в системе, зависит от параметров системы и от начальных условий.
Феррорезонанс в штатных условиях функционирования трехфазных сетей маловероятен, поскольку емкости элементов, составляющих сеть, оказываются шунтированы индуктивностью питающей входной сети.
В сетях с незаземленной нейтралью при неполнофазном режиме феррорезонанс более вероятен. Изолированность нейтрали приводит к тому, что емкость сети относительно земли оказывается последовательно соединенной с силовым трансформатором, и такие условия феррорезонансу благоприятствуют. Такой благоприятный для феррорезонанса неполнофазный режим возникает тогда, когда например одна из фаз разорвана, имеет место неполнофазное включение или несимметричное КЗ.
Возникнувший внезапно в электрической сети феррорезонанс вреден, он может привести к выходу оборудования из строя. Наиболее опасен основной режим феррорезонанса, когда его частота совпадает с основной частотой системы. Субгармонический феррорезонанс на частотах в 1/5 и 1/3 основной частоты менее опасен, поскольку токи оказываются меньше. Так, большое количество аварий в сетях электроснабжения и прочих энергосистемах связаны именно с феррорезонансом, хотя вначале причина может показаться неявной.
Отключения, подключения, переходные процессы, грозовые перенапряжения могут стать причинами возникновения феррорезонанса. Смена режима работы сети или внешнее воздействие либо авария могут инициировать феррорезонансный режим, хотя это может быть и незаметно на протяжении долгого времени.
Повреждения трансформаторов напряжения часто имеют причиной именно феррорезонанс, который приводит к разрушительному перегреву из-за действия превышающих все мыслимые пределы токов. Для предотвращения подобных неприятностей, связанных с перегревом, принимают технические меры, связанные с постоянным или временным увеличением в резонансной цепи активных потерь, сводя резонансный эффект к минимуму. Такие технические меры заключаются, например, в том, чтобы магнитопровод трансформатора выполнить частично из толстых листов стали.