IEC 61378-3:2006

NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61378-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2006-04
Transformateurs de conversion –
Partie 3:
Guide d'application
Converter transformers –
Part 3:
Application guide
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61378-3:2006
Numérotation des publications Publication numbering
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base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61378-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2006-04
Transformateurs de conversion –
Partie 3:
Guide d'application
Converter transformers –
Part 3:
Application guide
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International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
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– 2 – 61378-3  CEI:2006
I
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.6
INTRODUCTION.10

1 Domaine d’application .16
2 Références normatives.16
3 Termes et définitions .18
4 Symboles et abréviations.18
5 Caractéristiques assignées.20
6 Configurations d'enroulement .20
6.1 Généralités.20
6.2 Applications industrielles .24
6.3 Applications CCHT .32
7 Prises de réglage et impédances – Applications CCHT.38
7.1 Valeur de l'impédance .38
7.2 Variabilité de l'impédance.38
8 Aspects liés à l'isolation et essais diélectriques.40
8.1 Systèmes d'isolation hybrides .40
8.2 Essais diélectriques .44
9 Pertes .52
9.1 Généralités.52
9.2 Essais thermiques .74
10 Noyau et aspects liés au niveau de bruit .76
10.1 Noyau .76
10.2 Niveau de bruit.78
11 Spécification du transformateur .82
11.1 Généralités.82
11.2 Spécification technique contre spécifications fonctionnelles .84
11.3 Spécifications de transformateurs CCHT .84
11.4 Notes et commentaires relatifs aux éléments des spécifications à fournir
séparément par l'acheteur et le fournisseur .86
11.5 Informations exigées du fournisseur .86
11.6 Assurance qualité et programme d'essai .94
11.7 Disponibilité et mesures permettant de réduire le temps d'arrêt de service .94
11.8 Informations à fournir par l'acheteur ou par le concepteur du réseau.94
12 Considérations relatives au court-circuit .112
13 Eléments constitutifs .120
13.1 Changeurs de prises en charge.120
13.2 Traversées du côté valve .122
14 Maintenance.130
14.1 Généralités.130
14.2 Huile .132
14.3 Qualité de l'isolation .134
14.4 Changeurs de prises .144
14.5 Accessoires et dispositifs .146

61378-3  IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.7
INTRODUCTION.11

1 Scope.17
2 Normative references .17
3 Terms and definitions .19
4 Symbols and abbreviations.19
5 Rating data.21
6 Winding configurations .21
6.1 General .21
6.2 Industrial applications.25
6.3 HVDC applications .33
7 Tappings and impedances – HVDC applications .39
7.1 Value of impedance.39
7.2 Variability of impedance .39
8 Insulation aspects and dielectric tests .41
8.1 Hybrid insulation systems.41
8.2 Dielectric tests .45
9 Losses.53
9.1 General .53
9.2 Thermal tests .75
10 Core and sound aspects.77
10.1 Core.77
10.2 Sound .79
11 Transformer specification .83
11.1 General .83
11.2 Technical specification versus functional specifications.85
11.3 HVDC transformer specifications .85
11.4 Notes and comments on specification items to be provided individually by
purchaser and supplier .87
11.5 Information to be provided by the supplier .87
11.6 Quality assurance and test programme .95
11.7 Availability and measures to minimize service downtime .95
11.8 Information to be provided by the purchaser or by the system designer .95
12 Short circuit considerations .113
13 Components .121
13.1 On-load tap-changers.121
13.2 Valve-side bushings .123
14 Maintenance.131
14.1 General .131
14.2 Oil .133
14.3 Insulation quality .135
14.4 Tap-changers .145
14.5 Accessories and fittings.147

– 4 – 61378-3  CEI:2006
I
15 Surveillance .148
15.1 Généralités.148
15.2 Transformer condition assessment in service .148
15.3 Types de dispositifs de surveillance .150
15.4 Résumé.158

Bibliographie.160

Figure 1 – Montage de pont héxaphasé .22
Figure 2 – Montage de pont dodécaphasé .22
Figure 3 – Couplages de transformateur en étoile-delta et étoile-étoile ou en
remplacement en delta-delta et delta-étoile pour donner une séparation de 30 degrés
électriques entre les tensions du côté valve.22
Figure 4 – Décalage de phase de 15º réalisé de préférence par couplage en zigzag ou
en delta étendu.24
Figure 5 – Montage de bobines d'inductance auto-saturées .26
Figure 6 – Concept d'autotransformateur pour phases ouvertes.28
Figure 7 – Concept d'autotransformateur classique pour phases fermées, avec
régulation grossière et fine pour de petits échelons de régulation .28
Figure 8 – Dispositif survolteur pour concept d'autotransformateur pour phases
fermées, avec réglage grossier et fin pour de petits échelons de régulation.30
Figure 9 – Couplage en delta avec enroulements à prise .30
Figure 10 – Conception à deux enroulements avec enroulement à prise .32
Figure 11 – Deux dispositions de base des enroulements d'un transformateur à deux
enroulements.34
Figure 12 – Impédance mutuelle .38
Figure 13 – Modèle d'impédance type.40
Figure 14 – Composants d'un système d'isolation d'un transformateur de conversion
industriel type .42
Figure 15 – Système d’isolation, circuit R-C équivalent.46
Figure 16 – Répartition des tensions avant et immédiatement après inversion de la

polarité .48
Figure 17 – Conversion c.a./c.c. – Schéma simplifié .50
Figure 18 – Champs de fuite pour transformateur à trois enroulements avec
enroulements de valve à couplage serré .62
Figure 19 – Champs de fuite pour un transformateur à trois enroulements avec
enroulements de valve sans couplage .64
Figure 20 – Champs de fuite pour un transformateur à trois enroulements avec
enroulements de valve biconcentriques à couplage lâche .66
Figure 21 – Champs de fuite pour un transformateur à trois enroulements avec
enroulements de valve double étage à couplage lâche .68
Figure 22 – Etats de défaut de court-circuit.114
Figure 23 – Disposition des traversées des valves.126
Figure 24 – Exemples de champs électriques c.a, c.c. et combinés adjacents aux
traversées CCHT et systèmes d'isolation électriques associés.128

Tableau 1 – Disposition des deux enroulements .34

61378-3  IEC:2006 – 5 –
15 Monitoring .149
15.1 General .149
15.2 Transformer condition assessment in service .149
15.3 Types of monitor .151
15.4 Summary.159

Bibliography.161

Figure 1 – Bridge connection for six-pulse arrangement.23
Figure 2 – Bridge connection for twelve-pulse arrangement .23
Figure 3 – Transformer connections star-delta and star-star or alternatively, delta-delta
and delta-star to give a 30 electrical degree separation between the valve-side voltages.23
Figure 4 – 15º phase shifting is preferably realized by extended delta or zigzag
connection. .25
Figure 5 – Connection of self-saturated reactors.27
Figure 6 – Autotransformer concept for open phases .29
Figure 7 – Conventional autotransformer concept for closed phases with coarse and
fine regulation for small regulating steps.29
Figure 8 – Booster arrangement for autotransformer concept for closed phases with
coarse and fine regulation for small regulating steps.31
Figure 9 – Delta connection with tapped windings.31
Figure 10 – Two winding design with tapped winding .33
Figure 11 – Two basic arrangements of the individual windings of a two-winding
transformer .35
Figure 12 – Mutual impedance .39
Figure 13 – Typical impedance pattern .41
Figure 14 – Components of a typical industrial converter transformer insulating system.43
Figure 15 – Insulation system, equivalent R-C circuit .47
Figure 16 – Voltage distribution before and immediately after polarity reversal .49
Figure 17 – AC/DC conversion – Simplified sketch.51
Figure 18 – Leakage fields for a three-winding transformer with closely coupled valve
windings .63
Figure 19 – Leakage fields for a three-winding transformer with decoupled valve
windings .65
Figure 20 – Leakage fields for a three winding transformer with loosely coupled double
concentric valve windings .67
Figure 21 – Leakage fields for a three winding transformer with loosely coupled
double-tier valve windings.69
Figure 22 – Short-circuit fault conditions .115
Figure 23 – Arrangement of valve bushings .127
Figure 24 – Examples of a.c., d.c. and combined electric field dispositions adjacent to
HVDC bushings and associated electric insulation systems .129

Table 1 – Arrangements of two windings.35

– 6 – 61378-3  CEI:2006
I
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
TRANSFORMATEURS DE CONVERSION –

Partie 3: Guide d'application
AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61378-3 a été établie par le comité d’études 14 de la CEI:
Transformateurs de puissance.
Le texte de cette Norme est basé sur les documents suivants:
FDIS Rapport de vote
14/529/FDIS 14/534/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l’approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.

61378-3  IEC:2006 – 7 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
CONVERTER TRANSFORMERS –
Part 3: Application guide
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61378-3 has been prepared by IEC technical committee 14: Power
transformers.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
14/529/FDIS 14/534/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.

– 8 – 61378-3  CEI:2006
I
La CEI 61378 comprend les parties suivantes, sous le titre général Transformateurs de
conversion:
Partie 1: Transformateurs pour applications industrielles
Partie 2: Transformateurs pour applications CCHT
Partie 3: Guide d'application
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
61378-3  IEC:2006 – 9 –
IEC 61378 consists of the following parts, under the general title Converter transformers:
Part 1: Transformers for industrial applications
Part 2: Transformers for HVDC applications
Part 3: Application guide
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 10 – 61378-3  CEI:2006
I
INTRODUCTION
0.1 Généralités
La CEI 61378 est constituée de trois parties:
– La partie 1 s'applique aux transformateurs associés à des convertisseurs pour
applications «industrielles» générales. (Fabrication du cuivre, élaboration de l'aluminium
et électrolyse de certains gaz).
– La partie 2 s'applique aux transformateurs utilisés pour des applications CCHT.
– La partie 3 est constituée du présent guide d'application qui comporte les rubriques
décrites dans les paragraphes 0.2 à 0.13.
La CEI 61378-1 s'applique aux transformateurs convertisseurs utilisés dans des «applications
industrielles» et aux transformateurs qui alimentent des applications de fabrication
électrolytique pour l'élaboration de l'aluminium, le raffinage du cuivre et la production de
certains gaz. Elle s'applique également aux entraînements électriques tels que ceux utilisés
dans les laminoirs et les systèmes de propulsion des navires. Elle ne s'applique pas aux
entraînements électriques des applications de traction embarqués sur des locomotives mais
par contre aux applications de conversion d'énergie liées à des systèmes statiques de
traction. Il existe par ailleurs une large gamme de services en conversion de caractéristiques
assignées moindres à laquelle la partie 1 ainsi que la présente partie de la CEI 61378
s'appliquent également.
La CEI 61378-2 couvre les transformateurs de conversion utilisés dans des «applications
CCHT». Il existe deux types de systèmes de transmission de puissance CCHT, connus sous
l'appellation générique de procédés «en opposition» et «de transmission». Le fonctionnement
et l'évaluation des transformateurs fonctionnant au sein de ces deux systèmes sont couverts
par la partie 2 ainsi que par la présente partie de la CEI 61378.
0.2 Caractéristiques assignées (Article 5)
Dans la CEI 61378-1 et la CEI 61378-2, la méthode d'établissement des caractéristiques
assignées des transformateurs de conversion est différente de la méthode conventionnelle
habituellement utilisée. La méthode conventionnelle utilise la valeur efficace du courant pour
définir le régime assigné de plaque du transformateur. La CEI 61378 a introduit une
modification fondamentale de la méthode de définition des caractéristiques assignées des
transformateurs. Elle explique le concept d'utilisation des composantes fondamentales de
tension et de courant comme base du régime assigné de plaque du transformateur. Le régime
assigné de plaque déduit de ces composantes fondamentales devient la base de calcul des
impédances et des pertes garanties.
0.3 Configurations d'enroulement (Article 6)
Il existe un grand nombre de couplages et de configurations d'enroulement spécifiques aux
transformateurs de conversion tant pour des applications industrielles que pour des
applications CCHT. Ceux-ci ont été développés sur de nombreuses années. Les
caractéristiques fonctionnelles des divers couplages de redresseurs sont pour la plupart
traitées dans la CEI 60146. La présente partie de la CEI 61378 traite des couplages dans la
mesure où ils influencent la construction et certains aspects fonctionnels du transformateur.
Il est courant d'utiliser des mécanismes de régulation dans les applications industrielles. La
présente partie de la CEI 61378 couvre les principes applicables à certains de ces
mécanismes.
61378-3  IEC:2006 – 11 –
INTRODUCTION
0 General
IEC 61378 is written in three parts:
– Part 1 applies to transformers associated with general "Industrial" converter uses. (Copper
making, aluminium smelting and the electrolysis of certain gases).
– Part 2 applies to transformers required for HVDC applications.
– Part 3 is this application guide which contains the topic headings described in 0.2 to 0.12.
IEC 61378-1 applies to converter transformers used in “industrial applications” and applies to
transformers that supply electrolysis applications for aluminium smelting, copper refining and
the production of certain gases. It also applies to electrical drives as used in rolling mill and
ship propulsion systems. It does not apply to electrical drives in traction applications that are
mounted on board locomotives but does apply to converter applications associated with static
traction systems. In addition, there is a wide range of smaller rating converter duties to which
Part 1 and the present part of IEC 61378 are equally applicable.
IEC 61378-2 covers converter transformers used in “HVDC Applications”. There are two types
of HVDC power transmission systems known generically as “back to back” and “transmission”
schemes. The operation and evaluation of transformers operating within these two systems
are covered by Part 2 and the present part of IEC 61378.
0.1 Rating data (Clause 5)
In both IEC 61378-1 and IEC 61378-2, the method of rating converter transformers is different
to that used historically. In the traditional method, the r.m.s. value of current was used in
defining the nameplate rating of the transformer. IEC 61378 has introduced a fundamental
change in the method of defining the rating of transformers. The concept of using the
fundamental components of voltage and current as the basis for the transformer nameplate
rating is explained. The nameplate rating derived from these fundamental components
becomes the basis for the guaranteed impedances and losses.
0.2 Winding configurations (Clause 6)
There are a large number of winding connections and configurations that are specific to
converter transformers for both industrial and HVDC applications. They have been developed
over many years. The operating characteristics of the various rectifier connections are mostly
covered in IEC 60146. In the present part of IEC 61378, the connections are discussed in so
far as they affect the construction and some operational aspects of the transformer.
The use of regulating schemes is common in industrial applications. The present part of IEC
61378 covers the principles for a number of these schemes.

– 12 – 61378-3  CEI:2006
I
0.4 Prises de réglage et impédances (Article 7)
L'impédance des transformateurs utilisés pour des applications CCHT nécessite une attention
et des solutions de conception particulières. Les exigences sont principalement liées à la
limitation de la variabilité de l'impédance sur l'ensemble de la gamme de prises, la limitation
de la différence d'impédance entre transformateurs et, dans certaines applications, la
différence d'impédance entre enroulements à couplage étoile et à couplage delta. Le présent
document traite de ces exigences et de leurs aspects pratiques.
En général, la gamme de prises des transformateurs de conversion est plus large que celle
des transformateurs conventionnels. La présente norme traite des impacts de cette gamme de
prises plus large sur le transformateur proprement dit et sur le changeur de prise.
0.5 Aspects liés à l'isolation et essais diélectriques (Article 8)
L’Article 8 traite de deux aspects. En premier lieu, l'utilisation croissante des systèmes
d'isolation «hybrides» dans les transformateurs pour applications industrielles. En second
lieu, la capacité des structures d'isolation des transformateurs CCHT lorsqu'ils sont soumis à
des essais en tension continue et en service.
Les principes fondamentaux, les méthodes d'essai et les niveaux de tension d'essai utilisés
sont traités, à la fois pour les essais en courant alternatif et pour ceux en courant continu. Les
marges de sécurité liées au régime d'essai proposé sont également examinées.
0.6 Pertes (Article 9)
La présente partie de la CEI 61378 décrit de manière détaillée les éléments qui résultent de
l'application des principes, des méthodes d'essai et de calcul utilisés, en tenant compte des
effets des courants de charge non sinusoïdaux sur tous les types de transformateur de
conversion.
Les principes d'essai à deux fréquences pour les applications CCHT sont également
examinés en détail sur la base d'un exemple de calcul pratique. Les pertes résultant de ces
essais et les calculs sont utilisés comme base de spécification des pertes et courants d'essai
à utiliser pour établir les gradients de l'huile et des enroulements lors des essais thermiques.
0.7 Noyau et aspects liés au niveau de bruit (Article 10)
Les effets des harmoniques de tension et d'un courant circulant de polarisation continue sur
les performances et la construction du noyau sont discutés et résumés.
Les causes de bruit et les différences qui peuvent exister entre des mesures acoustiques
conventionnelles effectuées en usine et celles qui sont attendues et observées sur site sont
examinées.
Cet Article traite des dernières méthodes d'évaluation du niveau acoustique lié aux
transformateurs de conversion.
0.8 Spécification du transformateur (Article 11)
Les transformateurs de conversion présentent des différences significatives par rapport aux
transformateurs de puissance en termes de spécification. Le guide comprend une
présentation des éléments de détails exigés dans tous les types de spécifications techniques
et fonctionnelles.
Il fournit également des lignes directrices quant aux éléments à spécifier par l'acheteur et à
fournir par le fabricant lors des processus d'appel d'offres et des commandes.

61378-3  IEC:2006 – 13 –
0.3 Tappings and impedances (Clause 7)
The impedance of transformers for HVDC applications requires special attention and design
solutions. The requirements primarily concern the limitation of the impedance v
...