Чому ядро трансформатора повинно бути заземленим?
Під час роботи, ядро трансформатора разом з металевими конструкціями, частинами і компонентами, що фіксують ядро і обмотки, знаходяться в сильному електричному полі. Під впливом цього електричного поля, вони набувають відносно високого потенціалу відносно землі. Якщо ядро не заземлене, між ядром і заземленими зажимними конструкціями та корпусом буде існувати різниця потенціалів, що може призвести до періодичних розрядів.
Крім того, під час роботи навколо обмоток створюється сильне магнітне поле. Ядро та різні металеві конструкції, частини і компоненти знаходяться в нерівномірному магнітному полі, і їхня відстань від обмоток відрізняється. В результаті, електродвижущі сили, викликані магнітним полем, в цих металевих частинах є нерівними, що призводить до різниці потенціалів між ними. Хоча ці різниці потенціалів невеликі, вони все ж можуть зруйнувати дуже маленькі зазори у ізоляції, можливо, призводячи до постійних мікро-розрядів.
Обидва типи розрядів, спричинених різницею потенціалів, а також постійні мікро-розряди, що виникають через руйнування малих зазорів у ізоляції, є неприпустимими, і дуже важко точно визначити місця таких періодичних розрядів.
Ефективним рішенням є надійне заземлення ядра та всіх металевих конструкцій, частин і компонентів, що фіксують ядро та обмотки, так, щоб вони були на земному потенціалі разом з корпусом. Заземлення ядра трансформатора має бути одноточковим — і лише одноточковим. Це тому, що пластини ядра зроблені з кремнезаліза і зірізольовані одна від одної, щоб запобігти великим вихровим струмам. Тому абсолютно заборонено заземлювати всі пластини або виконувати багатоточкове заземлення; інакше, будуть генеруватися великі вихрові струми, що призведуть до серйозного нагріву ядра.
Зазвичай, заземлення ядра трансформатора означає заземлення будь-якої однієї пластини ядра. Хоча пластини зірізольовані одна від одної, їхня інтерпластинна опір ізоляції досить низький. Під впливом нерівномірного сильного електричного і магнітного полів, високі напруги, індуковані в пластинах, можуть пройти через пластина до точки заземлення, а потім до землі, а ізоляція між пластинами ефективно блокує вихрові струми, що проходять від однієї пластина до іншої. Тому заземлення будь-якої однієї пластина ефективно заземлює все ядро.
Слід зауважити: ядро трансформатора повинно бути заземленим лише в одній точці — воно не може бути заземленим в двох точках, а тем більше, в багатьох точках, оскільки багатоточкове заземлення є одним з поширених дефектів трансформаторів.
Чому ядро трансформатора не може бути заземленим в багатьох точках?
Причина, чому пластина ядра трансформатора може бути заземлена лише в одній точці, полягає в тому, що якщо є два або більше точок заземлення, може утворитися замкнений контур між цими точками заземлення. Коли основний магнітний потік проходить через цей замкнений контур, будуть індуковані циркуляційні струми, що призводять до внутрішнього перегріву і можливо, до аварій. Локальне розплавлення ядра може створити короткозамкнення між пластинами, значно збільшуючи втрати в ядрі і серйозно впливаючи на роботу та нормальне функціонування трансформатора. У таких випадках, пошкоджені пластини кремнезаліза повинні бути замінені для ремонту. Тому, трансформатори не допускають багатоточкове заземлення — дозволено лише одне і саме одне заземлення.
Багатоточкове заземлення легко формує циркуляційні струми та призводить до перегріву.
Під час роботи, ядро трансформатора та його зажимні металеві деталі піддаються сильному електричному полю. Електростатична індукція створює плавучі потенціали на ядрі та металевих деталях, які можуть розряджатися на землю — це недопустимий стан. Тому, ядро та його зажимні деталі (окрім болтів, що проходять через ядро) повинні бути правильно та надійно заземлені. Проте, ядро дозволяється заземлити лише в одній точці. Якщо є два або більше точок заземлення, ядро, точки заземлення та земля утворять замкнений контур. Під час роботи, магнітний потік, що проходить через цей замкнений контур, індукує так звані циркуляційні струми, що призводять до локального перегріву ядра та навіть спалювання металевих деталей та ізоляції.
В заключенні: ядро трансформатора повинно бути заземленим лише в одній точці — воно не може бути заземленим в двох або більше точках.