Krok prekrytia spoja
V moderných transformátoroch pochádza veľká časť straty železného jadra zo spoja medzi stĺpikom jadra a železným strmeňom, čo viedlo výrobcov transformátorov k snahe o najlepšiu formu spoja železného jadra. Široko používaná forma spoja železného jadra, najmä v distribučných transformátoroch, je stupňovitá prekrývajúca sa štruktúra. V stupňovitej prekrývajúcej sa štruktúre je možné použiť lamely so železným jadrom až s piatimi rôznymi dĺžkami a zodpovedajúcim spôsobom existuje päť prekrývajúcich sa krokov v každej úrovni lamiel. Táto štruktúra umožňuje, aby magnetický tok postupne prechádzal cez spoj, čím sa zaisťuje pravidelnejšie prúdenie magnetického toku na oboch stranách spoja a dochádza k nižším stratám v rohoch jadra. Nevýhodou tejto konštrukcie je, že vyžaduje viacnásobné laminovanie rôznych dĺžok, čo nevyhnutne zvyšuje náklady na rezanie železa a robí proces resetovania horného železného strmeňa po montáži navíjania zložitejším, čo si vyžaduje väčšiu opatrnosť operátorov, čím sa zvyšujú náklady na prácu. V porovnaní so železným jadrom veľkých transformátorov sa lamely železného strmeňa s menšou veľkosťou a lepšou tuhosťou na distribučných transformátoroch ľahšie opätovne vkladajú a resetujú, čo môže byť dôvodom, prečo sa stupňovitá prekrývajúca štruktúra v distribučných transformátoroch široko používa. Na druhej strane v porovnaní s veľkými jadrami transformátorov tvoria rohové spoje malých jadier distribučných transformátorov väčší podiel na celkovom jadre, preto sa oplatí vylepšiť ich tvar spoja. Samozrejme, je oveľa jednoduchšie spracovať kratšie (napríklad 1 m) lamely železného strmeňa a dosiahnuť prijateľné medzery medzi švami (napríklad 0,5 mm) ako pri veľkých jadrách transformátorov (napríklad 4 m dlhé lamely železného strmeňa). Ďalším dôvodom pre prijatie stupňovitej štruktúry prekrývania je, že tvrdá konkurencia na globálnom trhu distribučných transformátorov znamená, že ľudia musia neustále hľadať akékoľvek možné spôsoby úspory nákladov, bez ohľadu na to, aké malé môžu byť úspory nákladov.
uzemnenie jadra
Pred ukončením diskusie o štruktúre železného jadra by sa mala spomenúť otázka uzemnenia železného jadra. Počas prevádzky transformátora musia mať všetky vodivé kovové komponenty transformátora stanovený potenciál, pokiaľ tieto komponenty nie sú uzemnené. Potenciál kovových komponentov závisí od ich relatívnej polohy v elektrickom poli. Teoreticky môžu dizajnéri izolovať tieto kovové komponenty od uzemnených kovových komponentov, ale v praxi je uzemnenie týchto kovových komponentov jednoduchšie a pohodlnejšie. Pri uzemňovaní kovových komponentov je však potrebné vziať do úvahy dve dôležité požiadavky: po prvé, uzemnenie musí zabezpečiť spoľahlivý elektrický kontakt a spoľahlivosť uzemnenia musí byť zaručená počas celej životnosti transformátora; Po druhé, nie je dovolené vytvárať skrat-slučku, inak bude generovať cirkulačný prúd a spôsobiť zvýšenie strát a dokonca aj lokálne prehriatie.
Ak počas prevádzky transformátorov nie je možné zaručiť spoľahlivé uzemnenie kovových komponentov (pravdepodobne v dôsledku štrukturálnej kontrakcie alebo vibrácií), môžu generovať oblúkový výboj, ktorý spôsobí poruchu izolácie a oleja a produkovať plyn, čím spôsobí činnosť plynového relé (ak existuje), alebo spôsobí zmätok vo výsledkoch monitorovania plynu v oleji v dôsledku maskovania vážnejších vnútorných porúch.
Železné jadro a jeho svorky sú najväčšie kovové komponenty, ktoré vyžadujú uzemnenie. Na veľkých a dôležitých transformátoroch by malo byť uzemnenie železného jadra a jeho svoriek vyvedené cez 3,3 kV priechodku von z olejovej nádrže na uzemnenie. To uľahčuje obsluhu týchto uzemňovacích spojení pri prvotnej inštalácii transformátora na mieste a nie je potrebné znižovať hladinu oleja z dôvodu potreby otvárania káblových otvorov pri následnej údržbe transformátora, aby bolo možné skontrolovať izolačný odpor železného jadra.
Aby bola splnená požiadavka netvorenia dráhy cirkulujúceho prúdu, je potrebné efektívne odizolovať železné jadro a jeho svorky od olejovej nádrže a tiež je potrebná účinná izolácia medzi železným jadrom a svorkami. Železné jadro by malo byť spoľahlivo umiestnené vo vnútri palivovej nádrže, najmä aby sa predišlo možnému posunutiu a poškodeniu železného jadra počas prepravy. Na splnenie vyššie uvedených požiadaviek je na dne palivovej nádrže zvyčajne inštalovaná polohovacia konštrukcia so železným jadrom. Kvôli veľkej hmotnosti železného jadra a vinutia musia byť tieto polohovacie zariadenia a ich vzájomná izolácia (hoci zodpovedajúce testovacie napätie môže byť nízke), ako aj ich izolácia so železným jadrom a svorkami, veľmi spoľahlivé.
Zvodový tok a magnetické tienenie
Funkciou železného jadra transformátora je poskytnúť magnetický obvod s nízkym magnetickým odporom pre hlavný magnetický tok primárneho a sekundárneho vinutia, ktoré sú zapojené súčasne. Avšak časť magnetického toku generovaného ampérovými závitmi primárneho vinutia nebude obmedzená na magnetický obvod so železným jadrom a súčasne prepojí primárne a sekundárne vinutie. Na druhej strane je tu tiež časť magnetického toku generovaného ampérovými závitmi sekundárneho vinutia, ktorá nie je obmedzená na magnetický obvod so železným jadrom a súčasne spája primárne a sekundárne vinutie. Magnetický tok, ktorý necirkuluje v železnom jadre, sa nazýva únikový tok. Samozrejme, únikový tok musí generovať únikovú reaktanciu transformátora. Únikový tok tiež vytvára straty vírivým prúdom vo vinutí. Ale ak je možné kontrolovať únikový tok, aby sa zabránilo prechodu cez drôty vinutia alebo prúdeniu pozdĺž axiálneho smeru vinutia, namiesto toho, aby mal veľkú zložku radiálneho únikového toku, môže to účinne znížiť stratu vírivého prúdu vinutia.
Samozrejme, magnetické tienenie samo o sebe generuje straty vírivými prúdmi. Ak však môže byť hustota magnetického toku v magnetickom tienení mierna a magnetické tienenie môže byť naskladané pásikmi z elektrickej ocele ako železné jadro, straty vírivými prúdmi generované v magnetickom tienení budú oveľa nižšie ako znížené straty vírivými prúdmi vo vinutí spôsobené použitím magnetického tienenia. Samozrejme, čo sa týka železného jadra a upínacích komponentov, požiadavky na uzemnenie a zabránenie vzniku dráh cirkulujúceho prúdu sú konzistentné. Vo vysokoprúdových transformátoroch, ako keď je prúd väčší ako 1000A, magnetický tok generovaný hlavnými vodičmi tiež generuje straty vírivým prúdom v komponentoch olejovej nádrže v blízkosti týchto vodičov. V tomto prípade použitie magnetického tienenia na zabránenie prúdeniu magnetického toku do palivovej nádrže môže tiež znížiť veľkosť strát vírivými prúdmi. Použitím magnetickej tieniacej konštrukcie pre palivovú nádrž môže tiež zabrániť prehriatiu nádrže spôsobenému bludným magnetickým tokom.
