Proč je třeba zemlit jádro transformátoru?
Během provozu se jádro transformátoru spolu s kovovými strukturami, částmi a komponenty, které fixují jádro a cívky, nachází v silném elektrickém poli. Vlivem tohoto elektrického pole získají relativně vysoký potenciál vůči zemi. Pokud není jádro zemleno, existuje potenciální rozdíl mezi jádrem a zemlenými přidržovacími strukturami a nádrží, což může vést k pravidelným výbojkům.
Kromě toho během provozu okolí civek obklopuje silné magnetické pole. Jádro a různé kovové struktury, části a komponenty jsou umístěny v nerovnoměrném magnetickém poli a jejich vzdálenosti od civek se liší. To způsobuje, že elektromotorické síly vyvolané v těchto kovových částech magnetickým polem nejsou stejné, což vede k potenciálním rozdílům mezi nimi. Ačkoli tyto potenciální rozdíly jsou malé, mohou přerušit velmi malé izolační mezery, což může způsobit trvalé mikrovýbojky.
Oba typy výbojků, pravidelné výbojky způsobené potenciálními rozdíly a trvalé mikrovýbojky způsobené přerušením malých izolačních mezí, jsou nepřijatelné, a je extrémně obtížné najít přesná místa těchto pravidelných výbojků.
Efektivním řešením je spolehlivě zemlit jádro a všechny kovové struktury, části a komponenty, které fixují jádro a cívky, takže jsou všechny na zemském potenciálu spolu s nádrží. Zemlení jádra transformátoru musí být jednobodové – a pouze jednobodové. To proto, že vrstvy silikátové oceli jádra jsou izolovány od sebe, aby se zabránilo vzniku velkých vířivých proudů. Proto je absolutně zakázáno zemlit všechny vrstvy nebo provést vícebodové zemlení; jinak by došlo k vytvoření velkých vířivých proudů, což by způsobilo silné zahřevání jádra.
Typicky znamená zemlení jádra transformátoru zemlení jakékoli jedné vrstvy jádra. Ačkoli jsou vrstvy izolovány od sebe, jejich mezi-vrstvová izolační odpor je poměrně nízký. Vlivem nerovnoměrného silného elektrického a magnetického pole mohou vysokonapěťové náboje vyvolané v vrstvách proudit skrze vrstvy k bodu zemlení a pak k zemi, zatímco izolace mezi vrstvami efektivně blokuje tok vířivých proudů z jedné vrstvy do druhé. Proto zemlení jakékoli jedné vrstvy efektivně zemlí celé jádro.
Je třeba si uvědomit, že jádro transformátoru musí být zemleno přesně v jednom bodě – nemůže být zemleno ve dvou bodech, ani více bodech – protože vícebodové zemlení je jednou z běžných vad u transformátorů.
Proč nelze jádro transformátoru zemlit v několika bodech?
Důvod, proč lze vrstvy jádra transformátoru zemlit pouze v jednom bodě, je ten, že pokud existuje dvě nebo více zemlených bodů, může se mezi těmito body vytvořit uzavřený obvod. Když hlavní magnetický tok projde tímto uzavřeným obvodem, budou vyvolány cirkulační proudy, což způsobí vnitřní přehřátí a může vést k haváriím. Lokalizované roztavení jádra může vytvořit krátké spojení mezi vrstvami, což značně zvýší ztráty v jádru a závažně ovlivní výkon a normální provoz transformátoru. V takových případech musí být poškozené vrstvy silikátové oceli nahrazeny pro opravu. Proto transformátory nedovolují vícebodové zemlení – je povolen pouze jeden a přesně jeden zemlený bod.
Vícebodové zemlení snadno vytváří cirkulační proudy a způsobuje přehřátí.
Během provozu jsou jádro transformátoru a jeho kovové přidržovací části vystaveny silnému elektrickému poli. Elektrostatická indukce generuje plovoucí potenciály na jádře a kovových částech, které mohou vybouchnout k zemi – což je nepřijatelné stav. Proto musí být jádro a jeho přidržovací části (s výjimkou šroubů procházejících jádrem) správně a spolehlivě zemleny. Nicméně, jádro může být zemleno pouze v jednom bodě. Pokud existují dva nebo více zemlených bodů, jádro, zemlené body a země tvoří uzavřený obvod. Během provozu magnetický tok procházející tímto uzavřeným obvodem vyvolá tzv. cirkulační proudy, což vedeme k lokálnímu přehřátí jádra a dokonce i k hoření kovových částí a izolace.
Zkrátka: jádro transformátoru musí být zemleno pouze v jednom bodě – nemůže být zemleno ve dvou nebo více bodech.