Elektrostatska zaštita u transformatorima

 

 

 

 

Elektrostatička zaštita, u fizici, odnosi se na fenomen u kojem se zatvorena ljuska napravljena od vodiča koristi za izolaciju unutarnjeg područja od utjecaja vanjskih električnih polja. Primjenom ovog načela na transformatore dobivamo ono što je poznato kao elektrostatički štit transformatora (E-Shield).

U strukturi transformatora, elektrostatički štit je obično ane-zatvoreni bakreni lim ili ne-magnetski vodljivi papirpostavljen između primarnog i sekundarnog namota. Dizajniran je tako da nije "ne-zatvoren" kako bi se spriječilo stvaranje petlje kratkog spoja i induciranje struje. Ovaj vodljivi materijal je pouzdano povezan s kućištem transformatora ili uzemljenjem putem žice, tvoreći učinkovito zaštitno tijelo.

 

 

Kada se visoko{0}}frekventni signali smetnji (kao što su skokovi iz električne mreže, udari groma ili visoko-frekventni šum iz pogona s promjenjivom frekvencijom) pojave na primarnoj strani, te se smetnje povezuju sa sekundarnom stranom preko-namotanog parazitskog kapaciteta, utječući na kvalitetu napajanja.

Nakon dodavanja elektrostatičkog štita, situacija se temeljito mijenja. Oklop dijeli izvorni pojedinačni kapacitet (CHL, kapacitet između strane visokog-napona i niskog-napona) u dva niza kapaciteta: kapacitet od primara do oklopa i kapacitet od oklopa do sekundara. Budući da je oklop izravno uzemljen, osigurava aput do zemlje s vrlo niskom impedancijomza visoko{0}}struje smetnji. Kao što je jedan tehničar opisao: "Elektrostatički štit u biti djeluje kao kapacitivni filter, sprječavajući kritične komponente napona da se prebace na sekundarnu stranu." Posljedično, visoko{3}}struja smetnje usmjerava se na uzemljenje umjesto da se nastavlja na sekundarno opterećenje, čime se "pročišćava" izlazna električna energija.

 

 

 

 

 

 

Elektrostatički štit u transformatoru uglavnom obavlja sljedeće funkcije:

 

 

Značajke i prednosti

Transformatori koji koriste elektrostatičke štitove imaju sljedeće značajne karakteristike i prednosti:

Značajka	Prednost	Tehnički pokazatelj/opis
Visoka otpornost{0}} na smetnje	Značajno potiskuje visokofrekventni-šum i-uobičajene smetnje u napajanju	Gubitak unesenog-moda veći od ili jednak 60dB na 1MHz, prigušenje udarnog udara veće od ili jednako 70%
Ekstremno nizak kapacitet spajanja	Postiže visoku izolaciju, "prenosi samo magnetizam, ne elektricitet"	Ekvivalentni raspodijeljeni kapacitet između namota može biti samo 0,01 pF
Poboljšana kvaliteta napajanja	Smanjuje harmonijsko izobličenje izlaznog napona	U okruženjima klase C3, THDU pada s 3,1% na 0,8%
Visoka sigurnost	Pruža{0}}zaštitu na razini opreme, smanjuje struju curenja	Struja curenja može biti manja ili jednaka 10µA u aplikacijama medicinskog IT sustava
Izvrsna mogućnost odbijanja-uobičajenog načina rada	Snažna sposobnost prigušivanja buke	Neki transformatori s K-faktorom mogu postići prigušivanje buke uobičajenog-moda do120 dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Testovi unesenih gubitaka
Ovo je izravna metoda za mjerenje sposobnosti štita da priguši visoko-smetnje. Princip ispitivanja uključuje ubrizgavanje visoko{2}}frekventnog signala poznate amplitude (V1) na ulazu transformatora i mjerenje amplitude signala (V2) na izlazu nakon što prođe kroz transformator. Insercijski gubitak se definira kao20×log(V1/V2)a izražava se u decibelima (dB). Viša vrijednost ukazuje na jaču sposobnost zaštite od smetnji. Na primjer, transformator Trafomic实测 ima uobičajeni -mod unesenog gubitka veći ili jednak 60dB na 1MHz.

2. Uobičajeni-testovi načina
Smetnje -uobičajenog načina rada odnose se na smetnje koje se javljaju između svakog vodiča i uzemljenja. Svrha testiranja uobičajenog-moda je procijeniti sposobnost transformatora da potisne šum uobičajenog-moda. Tijekom testa, signal zajedničkog-moda (signal koji se primjenjuje s istom fazom između svih ulaznih vodova i uzemljenja) obično se primjenjuje na ulaz i mjeri se odziv zajedničkog-moda na izlazu. Dobar dizajn elektrostatskog štita trebao bi prigušiti-uobičajenu buku na vrlo niske razine. ABB-ova dokumentacija K-Factor transformatora ukazuje na prigušenje buke uobičajenog-moda do120 dB.

3. Testovi uobičajenog-moda/poprečnog-moda
Transverzalna-smetnja (poznata i kao diferencijalna{1}}smetnja) odnosi se na smetnje koje postoje između signalne linije i njezinog povratnog puta. U praktičnim ispitivanjima često je potrebno sveobuhvatno procijeniti sposobnost transformatora da potisne obje vrste smetnji. Na primjer, kada se ispituju mrežni transformatori, mrežni analizator zajedno s balun transformatorima koristi se za mjerenje unesenog gubitka (koji odražava slabljenje ukupnog signala) i omjera odbijanja uobičajenog-moda (posebno odražava slabljenje zajedničkog-mod signala).

4. Dijagnoza anomalija u ispitivanju faktora snage
Zanimljivo je da prisutnost elektrostatičkog štita ponekad može "zbuniti" ispitivače. Tijekom testiranja faktora snage transformatora, budući da oklop pruža put uzemljenja niske-impedancije, struja koja bi trebala teći kroz visoko-napon do nisko{3}}naponske izolacije (CHL) usmjerava se na uzemljenje. To rezultira vrlo malom CHL strujom izmjerenom u UST (Unspecified Specimen Test) načinu rada, što ponekad čak dovodi do negativnih očitanja faktora snage – što je zapravo artefakt uzrokovan izborom trenutne mjerne točke, a ne pravi fizički fenomen. Iskusni ispitivači kombiniraju GST-G (Test uzemljenog uzorka sa zaštitom) i UST rezultate kako bi sveobuhvatno procijenili stanje izolacije transformatora.

 

 

Strukturno gledano, izolacija za uzemljenje obično prodire kroz poklopac spremnika transformatora ili stijenku spremnika. Jedan kraj je sigurno spojen na elektrostatičku zaštitu (npr. bakreni lim ili vodljivi papir) unutar transformatora, dok se drugi kraj proteže izvan transformatora za spajanje na mrežu uzemljenja. U nekim izvedbama, sama čahura može integrirati funkcije zaštite-na primjer, ugraditi uzemljenu metalnu mrežu unutar stijenke čahure za suzbijanje koncentracije električnog polja ili djelomičnog pražnjenja koje se može pojaviti na visoko-naponskim priključnim točkama (kao što su bakreni spojevi sabirnica).

 

Funkcije štitnika za uzemljenje

Njegove glavne uloge mogu se sažeti kaosiguran izvod-ivisoko{0}}blokiranje frekvencije:

1. Pružanje sigurnog puta uzemljenja niske-impedancije za elektrostatički štit

To je njegova primarna funkcija. Elektrostatički štit mora biti učinkovito uzemljen za provođenje-struja smetnji visoke frekvencije u zemlju. Oklop za uzemljenje osigurava standardizirani, izolirani i pouzdani vodič koji usmjerava unutarnji oklop kroz spremnik transformatora do vanjske žice za uzemljenje, osiguravajući električni kontinuitet i mehaničku stabilnost putanje uzemljenja.

2. Sprječavanje zaobilaženja-struja smetnji visoke frekvencije

Bez namjenskog oklopa za uzemljenje, žica za uzemljenje elektrostatskog oklopa možda će morati proći kroz kućište transformatora ili druge komponente, što bi moglo unijeti dodatni induktivitet ili stvoriti učinak antene, slabeći tako potiskivanje visoko-frekventnih smetnji. Namjenski dizajn čahure održava nisku-impedanciju puta uzemljenja na visokim frekvencijama, osiguravajući da se struje smetnji učinkovito premoste u zemlju.

3. Brtvljenje i izolacija

Kao komponenta koja-prodire u spremnik, štitnik za uzemljenje mora osigurati brtvljenje ulja transformatora kako bi se spriječilo curenje. U međuvremenu, potrebna mu je dovoljna izolacijska čvrstoća da izdrži napon između unutarnjeg elektrostatskog štita i potencijala uzemljenja, izbjegavajući proboj uzemljenja.

4. Uklanjanje djelomičnog pražnjenja (za štit-integrirane čahure)

U nekim -naponskim primjenama, hrapave površine vodiča (npr. bakrene sabirnice) koji se uvode u transformator kroz čahuru mogu uzrokovati pražnjenje vrha, što ne samo da stvara buku, već i pogoršava izolaciju. Integriranjem uzemljenog zaštitnog sloja (kao što je metalna mreža ili metalna cijev) u strukturu čahure, mogu se zaštititi nejednaka električna polja, čime se eliminira pražnjenje i osigurava sigurnost opreme.