Warum ist eine Einzel-Punkt-Erdung für den Transformatorkern erforderlich und mehrere Erdungen verboten

Während des Betriebs eines Transformators sind Kern und die metallischen Strukturen und Komponenten, die den Kern und die Wicklungen fixieren, einem starken elektrischen Feld ausgesetzt, was ein hohes Potential relativ zur Erde induziert. Wenn der Kern unverdichtet bleibt, kann zwischen dem Kern und erdenden Teilen wie Klemmen und Gehäuse ein Spannungsdifferenz entstehen, was zu unterbrechenden Entladungen führt. Darüber hinaus induziert das umgebende magnetische Feld der Wicklungen in verschiedenen metallischen Komponenten aufgrund ihrer unterschiedlichen Abstände zu den Wicklungen wechselnde elektromotorische Kräfte (EMK). Selbst kleine Spannungsdifferenzen können kontinuierliche partielle Entladungen über geringe Isolierungslücken verursachen – Entladungen, die nicht nur inakzeptabel, sondern auch schwierig zu detektieren und zu lokalisieren sind.

Die effektive Lösung besteht darin, den Kern und alle zugehörigen metallischen Strukturen sicher zu erden, um sicherzustellen, dass sie das gleiche elektrische Potential wie das Gehäuse haben. Diese Erdung muss jedoch an einem einzigen Punkt erfolgen. Die Laminatlagen des Kerns sind voneinander isoliert, um große Wirbelströme zu unterdrücken, die andernfalls zu übermäßigem Erwärmen führen würden. Daher ist streng untersagt, mehrere Erdpunkte zu verwenden, da diese geschlossene Schleifen bilden können, die Zirkulationsströme zulassen, was zu schwerwiegendem Überhitzung des Kerns führen kann.

Warum mehrere Erdpunkte untersagt sind:

Wenn der Kern an mehr als einem Punkt geerdet wird, kann sich eine geschlossene leitfähige Schleife zwischen den Erdpunkten bilden. Wenn der Hauptmagnetfluss durch diese Schleife fließt, werden Zirkulationsströme induziert, was zu lokalisiertem Überhitzung und potenziell schwerwiegenden Schäden führen kann. Dies kann sich als lokale Verbrennung des Kerns oder Kurzschlüsse zwischen den Laminatlagen manifestieren, was die Kernverluste erhöht und die Leistung des Transformators beeinträchtigt. In schwerwiegenden Fällen können solche Störungen zu einem vollständigen Transformatorausfall führen, wodurch umfangreiche Reparaturen oder ein Austausch des Kerns erforderlich sind.

Risiken bei Mehrfach-Erdung:

In Anwesenheit eines starken elektrischen Feldes können unverdichteter oder falsch verdichteter Kern und Metallteile induzierte Spannungen entwickeln, was zu Entladungen zur Erde führt. Eine Einzel-Punkt-Erdung verhindert die Bildung von Zirkulations- (oder "Ring")-Strömen, die andernfalls bei mehreren Erdpunkten fließen würden. Diese Zirkulationsströme verursachen lokale Überhitzung, degradieren die Isolation und beschädigen metallische Komponenten, was eine erhebliche Gefahr für die Zuverlässigkeit und den sicheren Betrieb des Transformators darstellt.

Daher ist die Einzel-Punkt-Erdung des Transformator-Kerns für einen sicheren, stabilen und effizienten Betrieb unerlässlich.