การป้องกันไฟฟ้าสถิตในหม้อแปลงไฟฟ้า

 

 

 

 

การป้องกันไฟฟ้าสถิตในฟิสิกส์หมายถึงปรากฏการณ์ที่เปลือกปิดที่ทำจากตัวนำถูกนำมาใช้เพื่อแยกบริเวณภายในออกจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก การใช้หลักการนี้กับหม้อแปลงทำให้เราได้รับสิ่งที่เรียกว่าเกราะป้องกันไฟฟ้าสถิตของหม้อแปลง (E-โล่)

ในโครงสร้างหม้อแปลงไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วแผงป้องกันไฟฟ้าสถิตจะเป็น aแผ่นทองแดงที่ไม่-ปิดหรือกระดาษนำไฟฟ้าที่ไม่ใช่-แม่เหล็กวางอยู่ระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ได้รับการออกแบบมาให้ "ไม่-ปิด" เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการลัดวงจรและเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้า วัสดุนำไฟฟ้านี้เชื่อมต่อกับโครงหม้อแปลงหรือกราวด์ผ่านสายไฟได้อย่างน่าเชื่อถือ ทำให้เกิดเป็นเกราะกำบังที่มีประสิทธิภาพ

 

 

เมื่อสัญญาณรบกวนความถี่สูง- (เช่น กระแสไฟกระชากจากโครงข่ายไฟฟ้า ไฟกระชากฟ้าผ่า หรือสัญญาณรบกวนความถี่สูง-จากไดรฟ์ความถี่ที่แปรผัน) ปรากฏบนด้านหลัก การรบกวนนี้จะจับคู่กับด้านรองผ่าน-ความจุปรสิตที่คดเคี้ยวระหว่างกัน ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพไฟฟ้า

หลังจากเพิ่มแผงป้องกันไฟฟ้าสถิต สถานการณ์จะเปลี่ยนไปโดยพื้นฐาน แผงป้องกันจะแบ่งความจุไฟฟ้าเดี่ยวแบบเดิม (CHL ซึ่งเป็นความจุระหว่างด้าน-แรงดันไฟฟ้าสูงและแรงดันต่ำ-) ออกเป็นสองชุดความจุ: ความจุไฟฟ้าจากตัวหลักไปยังตัวป้องกันและความจุจากตัวป้องกันไปยังตัวป้องกันรอง เนื่องจากโล่มีการต่อสายดินโดยตรง จึงให้เส้นทางความต้านทานต่ำมากลงกราวด์สำหรับกระแสรบกวนความถี่สูง- ดังที่ช่างเทคนิคคนหนึ่งอธิบายไว้ว่า: "เกราะป้องกันไฟฟ้าสถิตทำหน้าที่เป็นตัวกรองแบบคาปาซิทีฟ โดยป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าที่สำคัญถูกถ่ายโอนไปยังด้านทุติยภูมิ" ด้วยเหตุนี้ กระแสไฟฟ้ารบกวนความถี่สูง-จึงถูกสับลงกราวด์แทนที่จะต่อไปยังโหลดรอง ดังนั้นจึง "ทำให้" พลังงานไฟฟ้าเอาท์พุตบริสุทธิ์

 

 

 

 

 

 

แผงป้องกันไฟฟ้าสถิตในหม้อแปลงส่วนใหญ่ทำหน้าที่ดังต่อไปนี้:

 

 

คุณสมบัติและข้อดี

หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้แผงป้องกันไฟฟ้าสถิตมีคุณสมบัติและข้อดีที่โดดเด่นดังต่อไปนี้:

คุณสมบัติ	ข้อได้เปรียบ	ตัวบ่งชี้ทางเทคนิค/คำอธิบาย
ต่อต้าน-สัญญาณรบกวนสูง	ลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง-และการรบกวนโหมดทั่วไป-ในแหล่งจ่ายไฟได้อย่างมาก	การสูญเสียการแทรกโหมดทั่วไป- มากกว่าหรือเท่ากับ 60dB ที่ 1MHz การลดทอนของไฟกระชากฟ้าผ่า มากกว่าหรือเท่ากับ 70%
ความจุคัปปลิ้งต่ำมาก	บรรลุการแยกตัวสูง "ส่งผ่านแม่เหล็กเท่านั้น ไม่ใช่ไฟฟ้า"	ความจุไฟฟ้าแบบกระจายที่เท่ากันระหว่างขดลวดสามารถต่ำได้ถึง 0.01pF
ปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า	ลดการบิดเบือนฮาร์โมนิคของแรงดันเอาต์พุต	ในสภาพแวดล้อมคลาส C3 THDU ลดลงจาก 3.1% เป็น 0.8%
ความปลอดภัยสูง	ให้การป้องกันระดับอุปกรณ์- ลดกระแสไฟรั่ว	กระแสไฟฟ้ารั่วสามารถน้อยกว่าหรือเท่ากับ 10µA ในการใช้งานระบบ IT ทางการแพทย์
ความสามารถในการปฏิเสธโหมดทั่วไปที่ยอดเยี่ยม-	ความสามารถในการลดทอนสัญญาณรบกวนอันทรงพลัง	หม้อแปลงแฟกเตอร์ K- บางตัวสามารถบรรลุการลดทอนสัญญาณรบกวนในโหมด-ทั่วไปได้ถึง120dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. การทดสอบการสูญเสียการแทรก
นี่เป็นวิธีการโดยตรงในการวัดความสามารถของชีลด์ในการลดทอนสัญญาณรบกวนความถี่สูง- หลักการทดสอบเกี่ยวข้องกับการฉีดสัญญาณความถี่สูง-ของแอมพลิจูดที่ทราบ (V1) ที่อินพุตของหม้อแปลงไฟฟ้า และการวัดแอมพลิจูดของสัญญาณ (V2) ที่เอาต์พุตหลังจากที่ผ่านหม้อแปลงแล้ว การสูญเสียการแทรกถูกกำหนดเป็นบันทึก 20×(V1/V2)และแสดงเป็นเดซิเบล (dB) ค่าที่สูงกว่าบ่งชี้ถึงความสามารถในการปราบปรามที่แข็งแกร่งของเกราะป้องกันการรบกวน ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงทราโฟมิก实测 มีการสูญเสียการแทรกโหมดทั่วไป-มากกว่าหรือเท่ากับ 60dB ที่ 1MHz

2. การทดสอบโหมดทั่วไป-
การรบกวนในโหมดทั่วไป-หมายถึงการรบกวนที่เกิดขึ้นระหว่างตัวนำแต่ละตัวและกราวด์ จุดประสงค์ของการทดสอบโหมด-ทั่วไปคือเพื่อประเมินความสามารถของหม้อแปลงในการระงับสัญญาณรบกวนในโหมด-ทั่วไป ในระหว่างการทดสอบ โดยทั่วไปสัญญาณโหมด-ทั่วไป (สัญญาณที่ใช้กับเฟสเดียวกันระหว่างสายอินพุตและกราวด์ทั้งหมด) จะถูกนำไปใช้กับอินพุต และจะมีการวัดการตอบสนองของโหมดทั่วไป-ที่เอาต์พุต การออกแบบแผงป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ดีควรลดสัญญาณรบกวนในโหมด-ทั่วไปให้เหลือระดับที่ต่ำมาก เอกสารประกอบหม้อแปลงแฟกเตอร์ K-ของ ABB ระบุถึง-การลดทอนสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปสูงสุดถึง120dB.

3. การทดสอบโหมด-โหมด/แนวขวาง-ทั่วไป
การรบกวนของโหมดตามขวาง- (หรือที่เรียกว่าการรบกวนของโหมดดิฟเฟอเรนเชียล-) หมายถึงการรบกวนที่มีอยู่ระหว่างสายสัญญาณและเส้นทางที่ส่งกลับ ในการทดสอบภาคปฏิบัติ มักจำเป็นต้องประเมินความสามารถของหม้อแปลงไฟฟ้าในการปราบปรามการรบกวนทั้งสองประเภทอย่างครอบคลุม ตัวอย่างเช่น เมื่อทดสอบหม้อแปลงเครือข่าย เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายร่วมกับหม้อแปลงบาลันจะใช้ในการวัดการสูญเสียการแทรก (สะท้อนถึงการลดทอนของสัญญาณโดยรวม) และอัตราส่วนการปฏิเสธโหมด-ทั่วไป (สะท้อนถึงการลดทอนของสัญญาณโหมดร่วม-โดยเฉพาะ)

4. การวินิจฉัยความผิดปกติในการทดสอบตัวประกอบกำลัง
สิ่งที่น่าสนใจคือการมีแผงป้องกันไฟฟ้าสถิตบางครั้งอาจทำให้ผู้ทดสอบ "สับสน" ได้ ในระหว่างการทดสอบตัวประกอบกำลังของหม้อแปลง เนื่องจากแผงป้องกันมีเส้นทางกราวด์-อิมพีแดนซ์ต่ำ กระแสไฟฟ้าที่ควรไหลผ่านฉนวน (CHL) แรงดันไฟฟ้าสูงถึงต่ำ-จึงถูกสับลงกราวด์ ซึ่งส่งผลให้กระแส CHL มีน้อยมากที่วัดได้ในโหมด UST (การทดสอบชิ้นงานที่ไม่ระบุรายละเอียด) ซึ่งบางครั้งก็นำไปสู่การอ่านค่าตัวประกอบกำลังเป็นลบ ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์ที่เกิดจากการเลือกจุดการวัดกระแส ไม่ใช่ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แท้จริง ผู้ทดสอบที่มีประสบการณ์จะรวมผลลัพธ์ GST-G (Grounded Specimen Test with Guard) และ UST เพื่อตัดสินสภาพฉนวนของหม้อแปลงอย่างครอบคลุม

 

 

ตามโครงสร้างแล้ว บุชชิ่งป้องกันสายดินมักจะเจาะฝาครอบถังหรือผนังถังของหม้อแปลง ปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับแผงป้องกันไฟฟ้าสถิต (เช่น แผ่นทองแดงหรือกระดาษนำไฟฟ้า) ภายในหม้อแปลงไฟฟ้า ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งยื่นออกไปด้านนอกหม้อแปลงเพื่อเชื่อมต่อกับโครงข่ายสายดิน ในการออกแบบบางอย่าง บุชชิ่งอาจรวมฟังก์ชันการป้องกันไว้ด้วยกัน- เช่น การฝังตาข่ายโลหะที่มีการต่อสายดินภายในผนังบุชชิ่งเพื่อระงับความเข้มข้นของสนามไฟฟ้าหรือการคายประจุบางส่วนที่อาจเกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าสูง- (เช่น ข้อต่อบัสบาร์ทองแดง)

 

หน้าที่ของบุชชิ่งโล่กราวด์

บทบาทหลักสามารถสรุปได้ดังนี้นำออกอย่างปลอดภัย-และการบล็อกความถี่สูง-:

1. ให้เส้นทางสายดินอิมพีแดนซ์ต่ำ-ที่ปลอดภัยสำหรับแผงป้องกันไฟฟ้าสถิต

นี่คือหน้าที่หลักของมัน แผงป้องกันไฟฟ้าสถิตจะต้องต่อสายดินอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อนำ-กระแสรบกวนความถี่สูงมายังโลก บุชชิ่งป้องกันกราวด์เป็นตัวนำที่ได้มาตรฐาน มีฉนวน และเชื่อถือได้ ซึ่งส่งชีลด์ภายในผ่านถังหม้อแปลงไปยังสายกราวด์ภายนอก เพื่อให้มั่นใจถึงความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและความเสถียรทางกลของเส้นทางกราวด์

2. ป้องกันการเบี่ยงเบนของกระแสรบกวนความถี่สูง-

หากไม่มีบุชชีลด์กราวด์โดยเฉพาะ สายกราวด์ของชีลด์ไฟฟ้าสถิตอาจต้องผ่านโครงหม้อแปลงหรือส่วนประกอบอื่นๆ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเหนี่ยวนำเพิ่มเติมหรือสร้างเอฟเฟกต์เสาอากาศ ซึ่งจะทำให้การปราบปรามการรบกวนความถี่สูง-อ่อนลง การออกแบบบุชชิ่งเฉพาะจะรักษาคุณสมบัติความต้านทานต่ำ-ของเส้นทางกราวด์ที่ความถี่สูง ทำให้มั่นใจได้ว่ากระแสรบกวนจะถูกบายพาสลงกราวด์อย่างมีประสิทธิภาพ

3. การปิดผนึกและฉนวน

เนื่องจากเป็นส่วนประกอบในถัง-ที่เจาะทะลุ บูชชีลด์กราวด์ต้องแน่ใจว่ามีการซีลน้ำมันหม้อแปลงเพื่อป้องกันการรั่วไหล ในขณะเดียวกัน จำเป็นต้องมีความแข็งแรงของฉนวนเพียงพอที่จะทนต่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างแผงป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในและศักย์ไฟฟ้าของกราวด์ เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้กราวด์พัง

4. กำจัดการคายประจุบางส่วน (สำหรับชีลด์-บุชชิ่งแบบรวม)

ในการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูง-บางประเภท พื้นผิวที่หยาบของตัวนำ (เช่น บัสบาร์ทองแดง) ที่นำเข้าไปในหม้อแปลงผ่านบุชชิ่งอาจทำให้เกิดการคายประจุของทิป ซึ่งไม่เพียงแต่สร้างเสียงรบกวนเท่านั้น แต่ยังทำให้ฉนวนเสื่อมคุณภาพด้วย ด้วยการรวมชั้นป้องกันที่มีการลงกราวด์ (เช่น ตาข่ายโลหะหรือท่อโลหะ) เข้ากับโครงสร้างบุชชิ่ง จึงสามารถป้องกันสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอได้ ซึ่งจะช่วยขจัดการปล่อยประจุและรับประกันความปลอดภัยของอุปกรณ์