چرا هسته ترانسفورماتور نیاز به زمین دارد؟
در حین عملکرد، هسته ترانسفورماتور، همراه با ساختارهای فلزی، قطعات و اجزایی که هسته و پیچهها را ثابت میکنند، در یک میدان الکتریکی قوی قرار دارند. تحت تأثیر این میدان الکتریکی، آنها بالقوه نسبت به زمین میشوند. اگر هسته زمین نشده باشد، اختلاف پتانسیل بین هسته و ساختارهای ضامن و ظرف زمین شده وجود خواهد داشت که ممکن است منجر به تخلیه متناوب شود.
به علاوه، در حین عملکرد، یک میدان مغناطیسی قوی اطراف پیچهها وجود دارد. هسته و ساختارهای مختلف فلزی، قطعات و اجزا در یک میدان مغناطیسی ناهمگن قرار دارند و فواصل آنها از پیچهها متفاوت است. بنابراین، القای الکتروموتاژها در این قطعات فلزی ناهموار است که منجر به اختلاف پتانسیل بین آنها میشود. اگرچه این اختلاف پتانسیلها کوچک هستند، میتوانند همچنان گپهای عایقی بسیار کوچک را بشکنند و ممکن است منجر به تخلیه میکرویی مداوم شود.
هر دو نوع تخلیه متناوب ناشی از اختلاف پتانسیل و تخلیه میکرویی مداوم ناشی از شکست گپهای عایقی کوچک قابل قبول نیستند و یافتن دقیق موقعیت این تخلیههای متناوب بسیار دشوار است.
راهحل موثر این است که هسته و تمام ساختارهای فلزی، قطعات و اجزایی که هسته و پیچهها را ثابت میکنند، به طور مطمئن زمین شوند تا همه آنها با ظرف در پتانسیل زمین باشند. زمین کردن هسته ترانسفورماتور باید یک نقطهای باشد—فقط یک نقطهای. این به دلیل این است که لایههای فولاد سیلیسی هسته از هم جدا شدهاند تا جریانهای واگرای بزرگ را جلوگیری کنند. بنابراین، به طور مطلق ممنوع است که تمام لایهها یا چند نقطه زمین شوند؛ در غیر این صورت، جریانهای واگرای بزرگ تولید میشوند که منجر به گرم شدن شدید هسته میشود.
معمولاً، زمین کردن هسته ترانسفورماتور به معنای زمین کردن هر یک از لایههای هسته است. اگرچه لایهها از هم جدا شدهاند، مقاومت عایقی بین لایهها بسیار کم است. تحت تأثیر میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ناهمگن قوی، بارهای بالقوهای که در لایهها القاء میشوند میتوانند از طریق لایهها به نقطه زمین و سپس به زمین جریان یابند، در حالی که عایق بین لایهها به طور موثر جریانهای واگرایی را از یک لایه به لایه دیگر مسدود میکند. بنابراین، زمین کردن هر لایهای به طور مؤثر کل هسته را زمین میکند.
باید توجه داشت: هسته ترانسفورماتور باید دقیقاً در یک نقطه زمین شود—نمیتواند در دو نقطه یا چند نقطه زمین شود—زیرا زمین کردن چند نقطهای یکی از خطاهای معمول در ترانسفورماتورها است.
چرا هسته ترانسفورماتور نمیتواند در چند نقطه زمین شود؟
دلیل اینکه لایههای هسته ترانسفورماتور فقط میتوانند در یک نقطه زمین شوند این است که اگر دو یا چند نقطه زمین داشته باشند، ممکن است یک حلقه بسته بین این نقاط زمین شکل بگیرد. وقتی جریان مغناطیسی اصلی از این حلقه بسته عبور میکند، جریانهای چرخهای القاء میشوند که باعث گرم شدن داخلی میشوند و ممکن است منجر به حوادث شوند. ذوب محلی هسته میتواند منجر به کوتاه شدن بین لایهها شود، که باعث افزایش قابل توجه زیانهای هسته و تأثیر شدید بر عملکرد و عملیات عادی ترانسفورماتور میشود. در چنین مواردی، لایههای فولاد سیلیسی آسیب دیده باید جایگزین شوند. بنابراین، ترانسفورماتورها اجازه زمین کردن چند نقطهای را ندارند—فقط یک نقطه و دقیقاً یک نقطه زمین مجاز است.
زمین کردن چند نقطهای به راحتی جریانهای چرخهای را تشکیل میدهد و باعث گرم شدن میشود.
در حین عملکرد، هسته ترانسفورماتور و قطعات فلزی ضامن آن در یک میدان الکتریکی قوی قرار دارند. القای الکترواستاتیک پتانسیلهای شناوری را در هسته و قطعات فلزی ایجاد میکند که ممکن است به زمین تخلیه شوند—که یک وضعیت قابل قبول نیست. بنابراین، هسته و قطعات ضامن آن (به جز پیچهای عبوری) باید به طور مناسب و مطمئن زمین شوند. با این حال، هسته فقط مجاز به یک نقطه زمین است. اگر دو یا چند نقطه زمین داشته باشد، هسته، نقاط زمین و زمین یک حلقه بسته تشکیل میدهند. در حین عملکرد، جریان مغناطیسی که از این حلقه بسته عبور میکند جریانهای چرخهای را القاء میکند که منجر به گرم شدن محلی هسته و حتی سوزاندن قطعات فلزی و عایق میشود.
برای خلاصه: هسته ترانسفورماتور باید فقط در یک نقطه زمین شود—نمیتواند در دو یا چند نقطه زمین شود.