Почему сердечник трансформатора должен быть заземлен?
Во время работы сердечник трансформатора, а также металлические конструкции, части и компоненты, фиксирующие сердечник и обмотки, находятся в сильном электрическом поле. Под воздействием этого электрического поля они приобретают относительно высокий потенциал по отношению к земле. Если сердечник не заземлен, между сердечником и заземленными крепежными конструкциями и баком будет существовать разность потенциалов, что может привести к периодическим разрядам.
Кроме того, во время работы вокруг обмоток существует сильное магнитное поле. Сердечник и различные металлические конструкции, части и компоненты находятся в неравномерном магнитном поле, и их расстояния от обмоток различаются. В результате электродвижущие силы, индуцируемые магнитным полем в этих металлических частях, различны, что приводит к разности потенциалов между ними. Хотя эти разности потенциалов малы, они все же могут привести к пробою очень маленьких изоляционных зазоров, что может вызвать непрерывные микроразряды.
Как периодические разряды, вызванные разностью потенциалов, так и непрерывные микроразряды, возникающие вследствие пробоя малых изоляционных зазоров, неприемлемы, и крайне сложно точно определить местоположение таких периодических разрядов.
Эффективным решением является надежное заземление сердечника и всех металлических конструкций, частей и компонентов, фиксирующих сердечник и обмотки, чтобы они вместе с баком были на земляном потенциале. Заземление сердечника трансформатора должно быть одноточечным — и только одноточечным. Это связано с тем, что слои сердечника из силиконовой стали изолированы друг от друга, чтобы предотвратить большие вихревые токи. Поэтому категорически запрещено заземлять все слои или осуществлять многоточечное заземление; в противном случае будут возникать большие вихревые токи, вызывающие сильный нагрев сердечника.
Обычно заземление сердечника трансформатора означает заземление любого одного слоя сердечника. Хотя слои изолированы друг от друга, их межслойное сопротивление изоляции довольно низкое. Под воздействием неравномерного сильного электрического и магнитного полей высоковольтные заряды, индуцированные в слоях, могут протекать через слои к точке заземления, а затем к земле, в то время как изоляция между слоями эффективно блокирует вихревые токи, препятствуя их протеканию от одного слоя к другому. Поэтому заземление любого одного слоя эффективно заземляет весь сердечник.
Следует отметить: сердечник трансформатора должен быть заземлен ровно в одной точке — он не может быть заземлен в двух точках, не говоря уже о нескольких, поскольку многоточечное заземление является одной из распространенных неисправностей трансформаторов.
Почему нельзя заземлять сердечник трансформатора в нескольких точках?
Причина, по которой слои сердечника трансформатора могут быть заземлены только в одной точке, заключается в том, что если есть две или более точек заземления, между этими точками может образоваться замкнутый контур. Когда основной магнитный поток проходит через этот замкнутый контур, индуцируются циркулирующие токи, вызывающие внутренний перегрев и потенциально приводящие к авариям. Локальное плавление сердечника может создавать короткие замыкания между слоями, значительно увеличивая потери в сердечнике и серьезно влияя на производительность и нормальную работу трансформатора. В таких случаях поврежденные слои из силиконовой стали необходимо заменить для ремонта. Поэтому трансформаторы не допускают многоточечное заземление — только одна и именно одна точка заземления разрешена.
Многоточечное заземление легко формирует циркулирующие токи и вызывает перегрев.
Во время работы сердечник трансформатора и его крепежные металлические части подвергаются сильному электрическому полю. Электростатическая индукция генерирует плавающие потенциалы на сердечнике и металлических частях, которые могут разряжаться на землю — это неприемлемое состояние. Следовательно, сердечник и его крепежные части (кроме болтов, проходящих через сердечник) должны быть правильно и надежно заземлены. Однако сердечник должен быть заземлен только в одной точке. Если есть две или более точки заземления, сердечник, точки заземления и земля образуют замкнутый контур. Во время работы магнитный поток, проходящий через этот замкнутый контур, индуцирует так называемые циркулирующие токи, что приводит к локальному перегреву сердечника и даже к горению металлических частей и изоляции.
В заключение: сердечник трансформатора должен быть заземлен только в одной точке — он не может быть заземлен в двух или нескольких точках.