ترانسفورماتورهای اثبات اتصال کوتاه: چهار برچسب که صداهای مشابهی دارند اما نیستند

"ضد اتصال کوتاه" در واقع به چه معناست؟

یک پمپ آب متصل به یک لوله را تصور کنید. اگر لوله به طور تصادفی بسته شود، موتور به کار خود ادامه می دهد اما آب نمی تواند خارج شود، بنابراین پمپ داغ می شود. یک ترانسفورماتور کوتاه رفتار مشابهی دارد: سیم‌پیچ ثانویه کوتاه است، جریان از طریق مس وارد می‌شود و گرمای داخلی جایی برای رفتن ندارد. مگر اینکه چیزی آن جریان را محدود کند، عایق سیم پیچ می تواند ذوب شود و واحد می تواند به خطر آتش سوزی تبدیل شود.

در برگه‌های اطلاعاتی ترانسفورماتور اغلب عباراتی مانند «مقاوم در برابر اتصال کوتاه»، «ضد اتصال کوتاه» یا «ایمن در برابر شکست» را می‌بینید. منظور همه آنها یکسان نیست . استانداردی که آنها را مرتب می کند IEC 61558-1 است، استاندارد ایمنی برای ترانسفورماتورهای قدرت، منابع تغذیه، راکتورها و محصولات مشابه.

چهار دسته از IEC 61558-1

طبق بند 3.1.9 IEC 61558-1، ترانسفورماتور مقاوم در برابر اتصال کوتاه ترانسفورماتوری است که در آن دما در هنگام اضافه بار یا اتصال کوتاه از حد تعیین شده تجاوز نمی کند و پس از رفع عیب، همچنان استاندارد را برآورده می کند. سپس آن بند واحد به چهار دسته عملی تقسیم می شود.

1. اثبات اتصال کوتاه ذاتی (بند 3.1.9.2). بدون فیوز، بدون قطع حرارتی، بدون مدار الکترونیکی. ترانسفورماتور به گونه ای طراحی شده است که مقاومت سیم پیچ و جرم حرارتی خود دما را در محدوده نگه می دارد. این معمولاً به واحدهای بسیار کوچک محدود می شود، معمولاً در حدود 2-3 VA، جایی که مقاومت سیم پیچ خود جریان خطا را خفه می کند.
2. اثبات غیر ذاتی اتصال کوتاه (بند 3.1.9.1). یک وسیله محافظ در ترانسفورماتور یا مدار آن تعبیه شده است. ممکن است یک فیوز، یک فیوز حرارتی (یک شات)، یک قطع حرارتی قابل تنظیم مجدد، یا یک مقاومت PTC (ضریب دمای مثبت) باشد. دستگاه قبل از اینکه سیم پیچ به حد مجاز برسد، جریان را باز یا محدود می کند. پس از خطا، ممکن است دستگاه قبل از از سرگیری عملکرد عادی نیاز به تعویض یا بازنشانی داشته باشد.
3. اثبات عدم اتصال کوتاه (بند 3.1.10). خود ترانسفورماتور هیچ حفاظتی ندارد. کاربر باید یک دستگاه محافظ خارجی نصب کند و امتیاز مورد نیاز بر روی برچسب ترانسفورماتور مشخص شده است. اگر آن فیوز یا قطع کننده خارجی وجود نداشته باشد یا بزرگ باشد، یک اتصال کوتاه پایدار می تواند ترانسفورماتور را از بین ببرد.
4. ترانسفورماتور بی خطر (بند 3.1.11). یک مورد خاص از طراحی غیر ذاتی ضد اتصال کوتاه. دستگاه حفاظتی عمداً قابل تنظیم مجدد نیست: در هنگام اضافه بار، مدار ورودی را برای همیشه باز می کند. ترانسفورماتور قربانی می شود، اما به گونه ای از کار می افتد که کاربر یا محیط اطراف را به خطر نمی اندازد.

محدودیت های دما و مبادلات انتخاب

IEC 61558-1 جدول 3 حداکثر دمای سیم پیچ را در طول آزمایش اتصال کوتاه یا اضافه بار نشان می دهد. برای سیم‌پیچ ذاتاً ضد اتصال کوتاه، محدودیت‌ها 150 درجه سانتی‌گراد برای عایق‌های کلاس A، 165 درجه سانتی‌گراد برای کلاس E، 175 درجه سانتی‌گراد برای کلاس B، 190 درجه سانتی‌گراد برای کلاس F و 210 درجه سانتی‌گراد برای کلاس H هستند. اگر از یک وسیله محافظ استفاده می‌شود، اولین بازه زمانی مجاز پس از افت دمایی بالاتر از حد مجاز است. برگشت به همان سقف

برای مهندسان، انتخاب بین این دسته بندی ها، مبادله ای بین هزینه، اندازه و قابلیت سرویس است. طراحی‌های ذاتاً مقاوم در برابر اتصال کوتاه از هرگونه جزء اضافی جلوگیری می‌کنند، اما به سیم بزرگتر یا امپدانس بالاتر نیاز دارند که هزینه مس و تنظیم ولتاژ را بالا می‌برد. طرح‌های غیر طبیعی یک وسیله محافظ اضافه می‌کنند اما فشرده‌تر هستند. طرح‌های مقاوم در برابر اتصال کوتاه برای خود ترانسفورماتور ارزان‌ترین هستند، اما تصمیم حفاظتی را به نصاب صادر می‌کنند.

مثال واقعی: ترانسفورماتور زنگ در

یک ترانسفورماتور زنگ در برقی معمولی اغلب ذاتاً ضد اتصال کوتاه است. کوچک است، به طور مداوم تغذیه می شود و اغلب در داخل یک واحد مصرف کننده پنهان است. اگر سیم کشی ولتاژ پایین به طور تصادفی توسط یک میخ یا منگنه کوتاه شود، ترانسفورماتور به سادگی گرم می شود تا زمانی که عیب پیدا شود. هیچ فیوز در داخل واحد برای تعویض وجود ندارد، که برای صاحب خانه راحت است، اما مبادله یک امپدانس داخلی عمداً بالا است.

یک تصور غلط رایج

بسیاری از خریداران تصور می کنند که "مقاوم در برابر اتصال کوتاه" به این معنی است که ترانسفورماتور از یک اتصال کوتاه بدون آسیب جان سالم به در می برد و به کار خود ادامه می دهد. این کار را نمی کند. IEC 61558-1 فقط وعده می دهد که ترانسفورماتور ناامن نخواهد شد: بدون شعله، فلز مذاب، بدون گازهای خطرناک، و عایق همچنان باید پس از سرد شدن در برابر آزمایش دی الکتریک مقاومت کند. در طراحی های ایمن و فیوز حرارتی، دستگاه ممکن است برای همیشه غیرفعال شود. بنابراین خواندن برچسب با دقت بخشی از عملکرد مهندسی خوب است.

واقعیت سرگرم کننده

داده‌های آزمایشی Tyco Electronics (در حال حاضر TE Connectivity) نشان داد که در آزمایش اتصال کوتاه ثانویه یک ترانسفورماتور اصلی کوچک، یک فیوز حرارتی 115 درجه سانتی‌گراد ممکن است باز نشود در حالی که سیم‌پیچ به بیش از 200 درجه سانتی‌گراد می‌رسد و سیم‌پیچ را از بین می‌برد. در مقابل، یک دستگاه PPTC سمت اولیه، در حدود 11 دقیقه خاموش شد و دمای سیم پیچ را نزدیک به 100 درجه سانتیگراد نگه داشت. پیام: نوع دستگاه حفاظتی می تواند به اندازه خود ترانسفورماتور مهم باشد.