Transformatörlerde Elektrostatik Ekranlama

 

 

 

 

Elektrostatik koruma, fizikte, bir iletkenden yapılmış kapalı bir kabuğun, iç bölgesini dış elektrik alanlarının etkisinden izole etmek için kullanıldığı olguyu ifade eder. Bu prensibi transformatörlere uygulamak bize transformatör elektrostatik kalkanı (E-Kalkan) olarak bilinen şeyi verir.

Bir transformatör yapısında, elektrostatik kalkan tipik olarak bir-kapalı olmayan bakır levha veya-manyetik iletken olmayan kağıtBirincil sargı ile ikincil sargı arasına yerleştirilir. Kısa devre döngüsü oluşturmasını ve akım indüklemesini önlemek için "-kapalı olmayacak" şekilde tasarlanmıştır. Bu iletken malzeme, transformatör kasasına veya toprağa bir tel aracılığıyla güvenilir bir şekilde bağlanarak etkili bir koruyucu gövde oluşturur.

 

 

Birincil tarafta yüksek-frekanslı girişim sinyalleri (elektrik şebekesinden gelen ani yükselmeler, yıldırım dalgalanmaları veya değişken frekanslı sürücülerden gelen yüksek-frekanslı gürültü gibi) göründüğünde, bu girişim, sargılar arası parazit kapasitansı yoluyla ikincil tarafa bağlanarak güç kalitesini etkiler.

Elektrostatik kalkanın eklenmesinden sonra durum temelden değişir. Kalkan, orijinal tek kapasitansı (CHL, yüksek-voltaj ve düşük-voltaj tarafları arasındaki kapasitans) iki seri kapasitansa böler: birincilden kalkana kapasitans ve kalkandan ikinciye kapasitans. Kalkan doğrudan topraklandığı içintoprağa giden çok düşük empedanslı yolyüksek-frekanslı parazit akımları için. Bir teknisyenin açıkladığı gibi: "Elektrostatik kalkan esas olarak kapasitif bir filtre görevi görerek kritik voltaj bileşenlerinin ikincil tarafa aktarılmasını önler." Sonuç olarak, yüksek-frekanslı girişim akımı ikincil yüke devam etmek yerine toprağa yönlendirilir, böylece çıkış elektrik enerjisi "arındırılır".

 

 

 

 

 

 

Bir transformatördeki elektrostatik koruma esas olarak aşağıdaki işlevleri yerine getirir:

 

 

Özellikler ve Avantajlar

Elektrostatik kalkan kullanan transformatörler aşağıdaki önemli özelliklere ve avantajlara sahiptir:

Özellik	Avantaj	Teknik Gösterge/Açıklama
Yüksek-Parazit Önleme	Güç kaynağındaki yüksek-frekans gürültüsünü ve ortak-mod parazitini önemli ölçüde bastırır	Ortak-mod ekleme kaybı 1MHz'de 60dB'den büyük veya ona eşit, yıldırım dalgalanması zayıflaması %70'den büyük veya eşit
Son Derece Düşük Kaplin Kapasitesi	"Elektriği değil, yalnızca manyetizmayı ileterek" yüksek izolasyon sağlar	Sargılar arasında eşdeğer dağıtılmış kapasitans 0,01pF kadar düşük olabilir
Geliştirilmiş Güç Kalitesi	Çıkış voltajındaki harmonik bozulmayı azaltır	C3 sınıfı ortamlarda THDU %3,1'den %0,8'e düşer
Yüksek Güvenlik	Ekipman-düzeyinde koruma sağlar, kaçak akımı azaltır	Tıbbi BT sistem uygulamalarında kaçak akım 10μA'ya eşit veya daha az olabilir
Mükemmel Ortak-Mod Reddetme Yeteneği	Güçlü gürültü azaltma yeteneği	Bazı K-Faktör transformatörleri ortak-mod gürültü azaltımını şu değere kadar sağlayabilir:120dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ekleme Kaybı Testleri
Bu, kalkanın yüksek-frekans parazitini azaltma yeteneğini ölçmek için kullanılan doğrudan bir yöntemdir. Test prensibi, transformatörün girişine bilinen genliğe sahip (V1) yüksek-frekanslı bir sinyalin enjekte edilmesini ve transformatörden geçtikten sonra çıkıştaki sinyal genliğinin (V2) ölçülmesini içerir. Ekleme kaybı şu şekilde tanımlanır:20×log(V1/V2)ve desibel (dB) cinsinden ifade edilir. Daha yüksek bir değer, ekranın parazite karşı daha güçlü bir bastırma kabiliyetine sahip olduğunu gösterir. Örneğin, bir Trafomic transformatörün ortak-mod ekleme kaybı 1MHz'de 60dB'den büyük veya buna eşittir.

2. Ortak-Mod Testleri
Ortak-mod paraziti, her bir iletken ile toprak arasında meydana gelen girişimi ifade eder. Ortak-mod testinin amacı, transformatörün ortak-mod gürültüsünü bastırma yeteneğini değerlendirmektir. Test sırasında, genellikle girişe bir ortak-mod sinyali (tüm giriş hatları ve toprak arasında aynı fazda uygulanan bir sinyal) uygulanır ve çıkıştaki ortak-mod yanıtı ölçülür. İyi bir elektrostatik kalkan tasarımı, ortak-mod gürültüsünü çok düşük seviyelere indirmelidir. ABB'nin K-Faktör trafo belgeleri, ortak-mod gürültü azaltımını120dB.

3. Ortak-Mod/Enine-Mod Testleri
Enine-mod girişimi (aynı zamanda diferansiyel-mod girişimi olarak da bilinir), sinyal hattı ile dönüş yolu arasında mevcut olan girişimi ifade eder. Pratik testlerde, transformatörün her iki türdeki girişimi de bastırma yeteneğinin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi genellikle gereklidir. Örneğin, ağ transformatörlerini test ederken, ekleme kaybını (genel sinyalin zayıflamasını yansıtan) ve ortak-mod reddetme oranını (özellikle ortak-mod sinyalinin zayıflamasını yansıtan) ölçmek için balun transformatörleriyle birlikte bir ağ analizörü kullanılır.

4. Güç Faktörü Testinde Anormallik Teşhisi
İlginçtir ki, elektrostatik bir kalkanın varlığı bazen test yapanların "kafasını karıştırabilir". Bir transformatörün güç faktörü testi sırasında, kalkan düşük-empedanslı bir toprak yolu sağladığından, yüksek-gerilimden düşük-gerilim yalıtımına (CHL) akması gereken akım toprağa yönlendirilir. Bu, UST (Belirtilmemiş Numune Testi) modunda ölçülen çok küçük bir CHL akımıyla sonuçlanır, hatta bazen negatif güç faktörü okumalarına bile yol açar; bu aslında gerçek bir fiziksel olay değil, mevcut ölçüm noktasının seçiminden kaynaklanan bir yapaylıktır. Deneyimli test uzmanları, transformatörün yalıtım durumunu kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için GST-G (Koruma ile Topraklanmış Numune Testi) ve UST sonuçlarını birleştirir.

 

 

Yapısal olarak, topraklama kalkanı burcu tipik olarak transformatörün tank kapağına veya tank duvarına girer. Bir uç, transformatörün içindeki elektrostatik korumaya (örneğin, bakır levha veya iletken kağıt) güvenli bir şekilde bağlanırken, diğer uç, topraklama ızgarasına bağlantı için transformatörün dışına uzanır. Bazı tasarımlarda, geçiş izolatörünün kendisi koruma işlevlerini entegre edebilir-örneğin, yüksek- voltaj bağlantı noktalarında (bakır bara bağlantıları gibi) meydana gelebilecek elektrik alanı konsantrasyonunu veya kısmi deşarjı bastırmak için geçit duvarı içine topraklanmış bir metal ağ yerleştirmek.

 

Topraklama Kalkanı Burcunun İşlevleri

Temel rolleri şu şekilde özetlenebilir:güvenli çıkış-çıkışVeyüksek-frekans engelleme:

1. Elektrostatik kalkan için güvenli, düşük-empedanslı bir topraklama yolu sağlamak

Bu onun birincil işlevidir. Yüksek-frekanslı girişim akımlarını toprağa iletmek için elektrostatik kalkanın etkili bir şekilde topraklanması gerekir. Topraklama blendaj burcu, dahili blendajı transformatör tankı üzerinden harici topraklama kablosuna yönlendiren standartlaştırılmış, yalıtımlı ve güvenilir bir iletken sağlar ve topraklama yolunun elektriksel sürekliliğini ve mekanik stabilitesini sağlar.

2. Yüksek-frekanslı parazit akımlarının yoldan çıkmasının önlenmesi

Özel bir topraklama koruma burcu olmadan, elektrostatik korumanın topraklama kablosunun transformatör mahfazasından veya diğer bileşenlerden geçmesi gerekebilir; bu da ekstra endüktans oluşturabilir veya bir anten etkisi oluşturabilir, dolayısıyla yüksek-frekans girişiminin bastırılmasını zayıflatabilir. Özel burç tasarımı, yüksek frekanslarda topraklama yolunun düşük-empedans özelliğini koruyarak parazit akımlarının verimli bir şekilde toprağa atlanmasını sağlar.

3. Sızdırmazlık ve yalıtım

Tanka nüfuz eden bir bileşen- olarak topraklama kalkanı burcu, sızıntıyı önlemek için transformatör yağı sızdırmazlığını sağlamalıdır. Bu arada, dahili elektrostatik kalkan ile toprak potansiyeli arasındaki gerilime dayanmak ve toprağın bozulmasını önlemek için yeterli yalıtım gücüne ihtiyacı vardır.

4. Kısmi deşarjın ortadan kaldırılması (korumalı-entegre burçlar için)

Bazı yüksek-voltaj uygulamalarında, burç yoluyla transformatöre gönderilen iletkenlerin pürüzlü yüzeyleri (örneğin, bakır baralar), uç deşarjına neden olabilir; bu, yalnızca gürültü oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda yalıtımı da bozar. Geçit izolatör yapısına topraklanmış bir koruyucu katman (metal ağ veya metal boru gibi) entegre edilerek, eşit olmayan elektrik alanları korunabilir, böylece deşarj ortadan kaldırılır ve ekipman güvenliği sağlanır.