Ecranarea electrostatică în transformatoare

 

 

 

 

Ecranarea electrostatică, în fizică, se referă la fenomenul în care o carcasă închisă făcută dintr-un conductor este utilizată pentru a-și izola regiunea internă de influența câmpurilor electrice externe. Aplicarea acestui principiu la transformatoare ne oferă ceea ce este cunoscut sub numele de scut electrostatic al transformatorului (E-Shield).

Într-o structură de transformator, scutul electrostatic este de obicei afoaie de cupru ne-închisă sau hârtie conductivă ne-magneticăplasate între înfăşurarea primară şi înfăşurarea secundară. Este proiectat să fie „ne-închis” pentru a preveni formarea unei bucle de scurtcircuit și inducerea curentului. Acest material conductor este conectat în mod fiabil la carcasa transformatorului sau la masă printr-un fir, formând un corp de ecranare eficient.

 

 

Când semnale de-frecvență înaltă de interferență (cum ar fi vârfurile de la rețeaua de alimentare, fulgerele sau zgomotul de-înaltă frecvență de la unitățile de frecvență variabilă) apar pe partea primară, această interferență se cuplează cu partea secundară prin capacitatea parazită inter-înfășurată, afectând calitatea energiei.

După adăugarea scutului electrostatic, situația se schimbă fundamental. Scutul împarte capacitatea inițială unică (CHL, capacitatea dintre părțile de -tensiune înaltă și de joasă-tensiune) în două capacități în serie: capacitatea de la primar la scut și capacitatea de la scut la secundar. Deoarece scutul este împământat direct, oferă acale de impedanță foarte scăzută la pământpentru curenți de interferență de înaltă{0}frecvență. După cum a descris un tehnician: „Scutul electrostatic acționează în esență ca un filtru capacitiv, împiedicând transferul componentelor critice de tensiune pe partea secundară”. În consecință, curentul de interferență de înaltă-frecvență este derivat la masă în loc să continue la sarcina secundară, „purificând” astfel energia electrică de ieșire.

 

 

 

 

 

 

Ecranul electrostatic dintr-un transformator îndeplinește în principal următoarele funcții:

 

 

Caracteristici și avantaje

Transformatoarele care folosesc scuturi electrostatice au următoarele caracteristici și avantaje notabile:

Caracteristica	Avantaj	Indicator tehnic/Descriere
Anti-interferențe ridicate	Suprimă semnificativ zgomotul de-frecvență înaltă și interferența-mod comună în sursa de alimentare	Pierdere de inserție în mod comun-Mai mare sau egală cu 60 dB la 1 MHz, atenuare a supratensiunii de fulgere Mai mare sau egală cu 70%
Capacitate de cuplare extrem de scăzută	Realizează o izolare ridicată, „transmite numai magnetism, nu electricitate”	Capacitatea distribuită echivalentă între înfășurări poate fi de până la 0,01pF
Calitatea puterii îmbunătățită	Reduce distorsiunea armonică a tensiunii de ieșire	În mediile de clasă C3, THDU scade de la 3,1% la 0,8%
Siguranță ridicată	Oferă-protecție la nivel de echipament, reduce curentul de scurgere	Curentul de scurgere poate fi mai mic sau egal cu 10µA în aplicațiile de sisteme informatice medicale
Capacitate excelentă de respingere a modului-comun	Capacitate puternică de atenuare a zgomotului	Unele transformatoare cu factor K-poate atinge atenuarea zgomotului în mod comun-de până la120 dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Teste de pierdere prin inserție
Aceasta este o metodă directă de măsurare a capacității scutului de a atenua interferența de-frecvență înaltă. Principiul testului implică injectarea unui semnal de-frecvență înaltă de amplitudine cunoscută (V1) la intrarea transformatorului și măsurarea amplitudinii semnalului (V2) la ieșire după ce acesta trece prin transformator. Pierderea de inserție este definită ca20×log (V1/V2)și se exprimă în decibeli (dB). O valoare mai mare indică o capacitate mai puternică de suprimare a scutului împotriva interferențelor. De exemplu, un transformator Trafomic实测 are o pierdere de inserție în mod comun-mai mare sau egală cu 60dB la 1MHz.

2. Teste comune-modului
Interferența în modul-comun se referă la interferența care apare între fiecare conductor și masă. Scopul testării-modului comun este de a evalua capacitatea transformatorului de a suprima zgomotul-modului comun. În timpul testului, un semnal de mod-comun (un semnal aplicat cu aceeași fază între toate liniile de intrare și masă) este de obicei aplicat la intrare și se măsoară răspunsul-modului comun la ieșire. Un design bun de scut electrostatic ar trebui să atenueze zgomotul în modul obișnuit-la niveluri foarte scăzute. Documentația ABB privind transformatorul K-factor indică o atenuare a zgomotului în mod obișnuit de până la120 dB.

3. Teste comune-Mod/Transverse-Mod
Interferența în mod transversal-(cunoscută și sub denumirea de interferență în modul-diferențial) se referă la interferența existentă între linia de semnal și calea de întoarcere a acesteia. În testele practice, este adesea necesar să se evalueze cuprinzător capacitatea transformatorului de a suprima ambele tipuri de interferență. De exemplu, la testarea transformatoarelor de rețea, se folosește un analizor de rețea împreună cu transformatoare balun pentru a măsura pierderea de inserție (reflectând atenuarea semnalului general) și raportul de respingere în modul-comun (care reflectă în mod specific atenuarea semnalului în modul comun-).

4. Diagnosticarea anomaliilor în testarea factorului de putere
Interesant este că prezența unui scut electrostatic poate uneori „deruta” testerii. În timpul testării factorului de putere a unui transformator, deoarece ecranul oferă o cale de masă cu impedanță {{1} joasă, curentul care ar trebui să circule prin izolația de-tensiune înaltă la tensiune-înaltă (CHL) este derivat la masă. Acest lucru are ca rezultat un curent CHL foarte mic măsurat în modul UST (Unspecified Specimen Test), uneori conducând chiar la citiri negative ale factorului de putere – care este de fapt un artefact cauzat de alegerea punctului de măsurare curent, nu un fenomen fizic adevărat. Testerii cu experiență combină rezultatele GST-G (Test de eșantion de împământare cu protecție) și rezultatele UST pentru a evalua în mod cuprinzător starea de izolație a transformatorului.

 

 

Din punct de vedere structural, bucșa scutului de împământare pătrunde de obicei în capacul rezervorului sau peretele rezervorului al transformatorului. Un capăt este conectat în siguranță la scutul electrostatic (de exemplu, foaie de cupru sau hârtie conducătoare) din interiorul transformatorului, în timp ce celălalt capăt se extinde în afara transformatorului pentru conectarea la rețeaua de împământare. În unele modele, bucșa în sine poate integra funcții de ecranare-de exemplu, încorporarea unei plase metalice împământate în peretele bucșei pentru a suprima concentrarea câmpului electric sau descărcarea parțială care poate apărea la punctele de-conexiuni de înaltă tensiune (cum ar fi îmbinările barelor de cupru).

 

Funcțiile bucșei scutului de împământare

Rolurile sale principale pot fi rezumate caieșire{0}}sigurăşiblocarea-de înaltă frecvență:

1. Asigurarea unei căi de împământare sigure, cu impedanță redusă-pentru scutul electrostatic

Aceasta este funcția sa principală. Ecranul electrostatic trebuie să fie împământat în mod eficient pentru a conduce la pământ curenții de interferență de înaltă frecvență-. Bucșa scutului de împământare oferă un conductor standardizat, izolat și de încredere care direcționează ecranul intern prin rezervorul transformatorului către firul de împământare extern, asigurând continuitatea electrică și stabilitatea mecanică a căii de împământare.

2. Prevenirea ocolirii curenților de interferență de înaltă-frecvență

Fără o bucșă de scut de împământare dedicată, este posibil ca firul de împământare al scutului electrostatic să treacă prin carcasa transformatorului sau alte componente, ceea ce ar putea introduce o inductanță suplimentară sau poate crea un efect de antenă, slăbind astfel suprimarea interferențelor de-frecvență înaltă. Designul bucșei dedicate menține proprietatea de -impedanță scăzută a căii de împământare la frecvențe înalte, asigurând că curenții de interferență sunt ocoliți în mod eficient la sol.

3. Etanșare și izolare

Fiind o componentă-pentru a rezervorului, bucșa scutului de împământare trebuie să asigure etanșarea uleiului de transformator pentru a preveni scurgerile. Între timp, are nevoie de o rezistență suficientă de izolație pentru a rezista la tensiunea dintre scutul electrostatic intern și potențialul de masă, evitând ruperea pământului.

4. Eliminarea descărcării parțiale (pentru bucșe-integrate cu scut)

În unele aplicații de-înaltă tensiune, suprafețele aspre ale conductorilor (de exemplu, barele colectoare de cupru) introduse în transformator prin bucșă pot provoca descărcarea în vârf, care nu numai că generează zgomot, ci și degradează izolația. Prin integrarea unui strat de ecranare împământat (cum ar fi o plasă metalică sau un tub metalic) în structura bucșei, câmpurile electrice neuniforme pot fi ecranate, eliminând astfel descărcarea și asigurând siguranța echipamentului.