Elektrostatické tienenie v transformátoroch

 

 

 

 

Elektrostatické tienenie vo fyzike označuje jav, pri ktorom sa používa uzavretý plášť vyrobený z vodiča na izoláciu jeho vnútornej oblasti od vplyvu vonkajších elektrických polí. Aplikovaním tohto princípu na transformátory získame to, čo je známe ako elektrostatický štít transformátora (E-štít).

V štruktúre transformátora je elektrostatické tienenie typicky aneuzavretý medený plech alebo ne-magnetický vodivý papierumiestnené medzi primárne vinutie a sekundárne vinutie. Je navrhnutý tak, aby bol „nezatvorený“, aby sa zabránilo vytváraniu skratovej slučky a indukcii prúdu. Tento vodivý materiál je spoľahlivo spojený s plášťom transformátora alebo so zemou pomocou drôtu, čím vytvára účinné tieniace teleso.

 

 

Keď sa na primárnej strane objavia vysokofrekvenčné rušivé signály (ako sú špičky z elektrickej siete, bleskové prepätia alebo vysokofrekvenčný šum z meničov s premenlivou frekvenciou), toto rušenie sa spojí so sekundárnou stranou prostredníctvom parazitnej kapacity medzi vinutiami, čo ovplyvňuje kvalitu energie.

Po pridaní elektrostatického štítu sa situácia zásadne mení. Tienenie rozdeľuje pôvodnú samostatnú kapacitu (CHL, kapacita medzi vysoko-napäťovou a nízkonapäťovou-stranou) na dve sériové kapacity: kapacitu z primárnej k tieneniu a kapacitu z tienenia k sekundárnej. Pretože je štít priamo uzemnený, poskytuje acesta k zemi s veľmi nízkou impedancioupre vysokofrekvenčné rušivé prúdy-. Ako opísal jeden technik: "Elektrostatický štít v podstate funguje ako kapacitný filter, ktorý zabraňuje prenosu kritických komponentov napätia na sekundárnu stranu." V dôsledku toho je vysokofrekvenčný rušivý prúd presmerovaný na zem namiesto toho, aby pokračoval do sekundárnej záťaže, čím sa „čistí“ výstupná elektrická energia.

 

 

 

 

 

 

Elektrostatický štít v transformátore plní hlavne tieto funkcie:

 

 

Vlastnosti a výhody

Transformátory využívajúce elektrostatické tienenie majú nasledujúce pozoruhodné vlastnosti a výhody:

Funkcia	Výhoda	Technický indikátor/popis
Vysoká ochrana-interferencie	Výrazne potláča vysoko{0}}frekvenčný šum a rušenie bežného{1} režimu v napájacom zdroji	Vložená strata v bežnom{0}režime 60 dB pri frekvencii 1 MHz alebo rovná 60 dB, útlm bleskového rázu väčší alebo rovný 70 %
Extrémne nízka spojovacia kapacita	Dosahuje vysokú izoláciu, "prenáša iba magnetizmus, nie elektrinu"	Ekvivalentná rozložená kapacita medzi vinutiami môže byť až 0,01 pF
Vylepšená kvalita napájania	Znižuje harmonické skreslenie výstupného napätia	V prostrediach triedy C3 klesá THDU z 3,1 % na 0,8 %
Vysoká bezpečnosť	Poskytuje ochranu-na úrovni vybavenia, znižuje zvodový prúd	Zvodový prúd môže byť menší alebo rovný 10 µA v aplikáciách medicínskych IT systémov
Vynikajúca schopnosť odmietnutia bežného{0}}režimu	Výkonná schopnosť tlmenia hluku	Niektoré K-faktorové transformátory môžu dosiahnuť bežný{1}}režim útlmu šumu až120 dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Testy straty vloženia
Ide o priamu metódu merania schopnosti štítu tlmiť vysoko-frekvenčné rušenie. Princíp testu zahŕňa vstreknutie vysokofrekvenčného signálu so známou amplitúdou (V1) na vstup transformátora a meranie amplitúdy signálu (V2) na výstupe po jeho prechode cez transformátor. Strata vloženia je definovaná ako20×log(V1/V2)a vyjadruje sa v decibeloch (dB). Vyššia hodnota indikuje silnejšiu potlačovaciu schopnosť tienenia proti rušeniu. Napríklad transformátor Trafomic实测 má bežnú vložnú stratu-režimu väčšiu alebo rovnú 60 dB pri 1 MHz.

2. Bežné testy-režimu
Rušenie v -bežnom režime označuje rušenie vyskytujúce sa medzi jednotlivými vodičmi a zemou. Účelom testovania v bežnom-režime je vyhodnotiť schopnosť transformátora potlačiť šum v bežnom-režime. Počas testu sa na vstup zvyčajne privádza signál spoločného-režimu (signál aplikovaný s rovnakou fázou medzi všetkými vstupnými vedeniami a zemou) a meria sa odozva spoločného-režimu na výstupe. Dobrý dizajn elektrostatického štítu by mal tlmiť šum v bežnom{8}}režime na veľmi nízku úroveň. Dokumentácia K-faktorového transformátora od ABB uvádza zoslabenie hluku v bežnom{11}}režime až do120 dB.

3. Testy bežného-režimu/priečneho{2}}režimu
Rušenie v priečnom-režime (známe aj ako rušenie v diferenciálnom{1}}režime) sa vzťahuje na rušenie medzi signálovým vedením a jeho spätnou cestou. Pri praktickom skúšaní je často potrebné komplexne zhodnotiť schopnosť transformátora potláčať oba druhy rušenia. Napríklad pri testovaní sieťových transformátorov sa sieťový analyzátor spolu s balunovými transformátormi používa na meranie vložného útlmu (odrážajúceho útlm celkového signálu) a pomeru odmietnutia spoločného-režimu (konkrétne odzrkadľujúceho útlm signálu spoločného-režimu).

4. Diagnostika anomálií pri testovaní účinníka
Je zaujímavé, že prítomnosť elektrostatického štítu môže testerov niekedy „zmiasť“. Počas testovania účinníka transformátora, pretože tienenie poskytuje nízko{1}}impedanciu uzemňovacej cesty, prúd, ktorý by mal pretekať cez vysokonapäťovú až nízkonapäťovú-izoláciu (CHL), je privedený k zemi. Výsledkom je veľmi malý prúd CHL meraný v režime UST (Unspecified Specimen Test), čo niekedy vedie k záporným údajom účinníka – čo je v skutočnosti artefakt spôsobený výberom bodu merania prúdu, nie skutočný fyzikálny jav. Skúsení testeri kombinujú výsledky GST-G (test uzemnených vzoriek s ochranným krytom) a UST na komplexné posúdenie izolačného stavu transformátora.

 

 

Štrukturálne, uzemňovacia tieniaca priechodka typicky preniká krytom nádrže transformátora alebo stenou nádrže. Jeden koniec je bezpečne pripojený k elektrostatickému tieneniu (napr. medený plech alebo vodivý papier) vo vnútri transformátora, zatiaľ čo druhý koniec vyčnieva mimo transformátora na pripojenie k uzemňovacej mriežke. V niektorých konštrukciách môže samotná priechodka integrovať funkcie tienenia-, napríklad vloženie uzemnenej kovovej siete do steny priechodky na potlačenie koncentrácie elektrického poľa alebo čiastočného výboja, ku ktorému môže dôjsť pri vysokonapäťových pripojovacích bodoch (ako sú medené spoje prípojníc).

 

Funkcie uzemňovacieho ochranného puzdra

Jeho hlavné úlohy možno zhrnúť taktobezpečné vedenie-avysokofrekvenčné blokovanie{0}:

1. Poskytnutie bezpečnej uzemňovacej cesty s nízkou impedanciou pre elektrostatický štít

Toto je jeho primárna funkcia. Elektrostatický štít musí byť účinne uzemnený, aby mohol viesť vysokofrekvenčné rušivé prúdy do zeme. Uzemňovacia tieniaca priechodka poskytuje štandardizovaný, izolovaný a spoľahlivý vodič, ktorý vedie vnútorné tienenie cez nádrž transformátora k vonkajšiemu uzemňovaciemu vodiču, čím zabezpečuje elektrickú kontinuitu a mechanickú stabilitu uzemňovacej cesty.

2. Zabránenie obchádzaniu vysokofrekvenčných-rušivých prúdov

Bez vyhradenej uzemňovacej tieniacej priechodky môže byť potrebné, aby uzemňovací vodič elektrostatického tienenia prechádzal cez kryt transformátora alebo iné komponenty, čo by mohlo spôsobiť dodatočnú indukčnosť alebo vytvoriť anténny efekt, čím by sa oslabilo potlačenie vysoko{0}}frekvenčného rušenia. Špeciálna konštrukcia puzdra zachováva nízku-impedančnú vlastnosť uzemňovacej cesty pri vysokých frekvenciách, čím zaisťuje efektívne odvádzanie interferenčných prúdov do zeme.

3. Tesnenie a izolácia

Ako komponent prenikajúci do nádrže- musí uzemňovacia tieniaca objímka zabezpečiť utesnenie transformátorového oleja, aby sa zabránilo úniku. Medzitým potrebuje dostatočnú pevnosť izolácie, aby odolal napätiu medzi vnútorným elektrostatickým štítom a potenciálom zeme, čím sa zabráni rozpadu zeme.

4. Eliminácia čiastočného vybitia (pre puzdrá integrované do štítu)

V niektorých aplikáciách s vysokým napätím- môžu drsné povrchy vodičov (napr. medené prípojnice) zavedené do transformátora cez priechodku spôsobiť výboj hrotu, ktorý nielen generuje hluk, ale tiež zhoršuje izoláciu. Integráciou uzemnenej tieniacej vrstvy (ako je kovová sieťka alebo kovová rúrka) do konštrukcie puzdra môžu byť tienené nerovnomerné elektrické polia, čím sa eliminuje výboj a zaisťuje sa bezpečnosť zariadenia.