Разделительные трансформаторы и их использование

Вопросы безопасности в отношении сетей переменного тока невозможно переоценить. Взять к примеру привычные всем 220 вольт. В определенных условиях даже это невысокое напряжение может оказаться смертельно опасным, несмотря на то, что присутствует оно в каждой современной розетке.

Главная опасность обычной сетевой розетки заключается в том, что порой не обязательно прикасаться к двум проводам сети одновременно, иногда хватает прикосновения к фазе, случайно попавшей на корпус прибора, при этом стоя на земле или держась рукой за проводящую батарею. Чтобы получить остановку сердца этого уже бывает достаточно. Для защиты от подобных неприятностей, применяют разделительные трансформаторы.

Разделительным трансформатором называется такой трансформатор, чей коэффициент трансформации равен единице, то есть число витков в первичной обмотке равно числу витков во вторичной обмотке (n1/n2 = 1). Функция такого трансформатора — безопасная подача к потребителям сетевого питания. Это достигается путем изоляции цепи первичной обмотки от цепей вторичных, причем вторичная цепь принципиально не заземляется, чтобы полностью исключить возможность замыкания вторичного тока в направлении заземления.

Первичная и вторичная обмотки разделительного трансформатора гальванически развязаны друг от друга с применением усиленной или двойной изоляции, либо путем установки между обмотками защитного экрана. Кроме того обмотки обычно разделены (разнесены на разные части магнитопровода) физически. А провода, которыми намотаны обмотки, имеют приблизительно равные или полностью одинаковые характеристики.

Вторичная цепь, как отмечалось выше, от контура заземления изолирована — это принципиальная особенность разделительного трансформатора. И хотя КПД разделительного трансформатора находится в районе 85%, это считается целесообразным ради достижения безопасности, не даром разделительные трансформаторы называют еще «трансформаторами безопасности».

Разделительными трансформаторами необходимо оснащать любые помещения особой опасности и повышенной влажности, а также места с повышенными требованиями к безопасности. Например в ванной комнате или в сауне влажность всегда повышена, здесь, как правило, есть много изделий из металла с неустойчивым заземлением, часто течет вода, и вообще условия не подходящие для пользования электричеством в присутствии людей.

Но даже имея дело с «безопасными» разделительными трансформаторами следует придерживаться определенных правил. Недопустимо касаться одновременно двух выводов вторичной обмотки разделительного трансформатора. Прикосновение к одному из выводов не причинит никакой опасности, так как цепь источника опасной переменной ЭДС останется разомкнутой. Но если коснуться обеих выводов вторичной обмотки, это окажется равносильно поражению от обычной (без разделительного трансформатора) розетки.

Первичная цепь разделительного трансформатора должна быть оснащена УЗО. Ни в коем случае нельзя заземлять корпуса приборов, питаемых от разделительного трансформатора, ведь даже в случае пробоя изоляции на корпус, ток не должен иметь возможности замкнуться на землю, а если корпус заземлить, то возникает опасность появления дополнительных путей для тока, в этом случае смысл использования разделительного трансформатора будет попросту утрачен.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Разделительный трансформатор

Разделительными называют трансформаторы с одинаковыми характеристиками напряжения или силы тока на выходе и выходе. У таких аппаратов одинаковое количество витков на первичной и вторичной катушке. В результате коэффициент трансформации равен единице. Применение подобных агрегатов повышает безопасность, так как во вторичных цепях отсутствуют электрические связи с источником напряжения или землёй.

Разделение обмоток на входе и выходе обеспечивается посредством усиленной двойной изоляции. Дополнительная мера – размещение катушек на физически разных сердечниках.

Вторичная обмотка выполнена без заземления нулевого контакта, поэтому случайное прикосновение к ней не вызовет поражения электрическим током, если человек одновременно не дотронется до металлической трубы, не будет стоять во влажном месте, или опасность прохождения электротока через тело возникнет другим способом.

Принцип работы

Прибор работает на принципе, аналогичном обычному трансформатору: при подаче тока на первичную катушку, в ней индуцируется магнитный поток, с последующим его образованием во вторичной обмотке, что вызывает передачу электротока. Поскольку характеристики катушек идентичны, параметры электротока первичной и вторичной обмоток будут одинаковы.

Схема разделительного трансформатора

Классификация

В настоящее время промышленно выпускается несколько разновидностей разделительных трансформаторов, предназначенных для безопасной эксплуатации электроустановок. Различают следующие виды таких устройств:

Аппараты могут предусматривать узкоспециализированные условия применения. Подобные аппараты устанавливаются в медицинских учреждениях для электроснабжения операционных, стационарных и других важных отделений, где предъявляются высокие требования к безопасности.

Разделительный трансформатор

Применение

Использование разделительных трансформаторов особенно необходимо в помещениях, к эксплуатации которых предъявляются повышенные требования к электробезопасности. Это касается:

В домашних условиях такие аппараты могут устанавливаться в ванных комнатах, бассейнах и других технических помещениях, где предъявляется повышенный уровень к защите от поражения электрическим током. Возможно их подключение к котельным агрегатам.

Порядок подключения

Подключить аппарат очень просто. Предварительно на объекте отключается электрический ток. Сначала подсоединяются контакты объекта, затем со стороны подачи напряжения.

После плотного подсоединения контактов на трансформатор подаётся электрический ток и проверяется правильность его работы.

Преимущества и недостатки устройства

Использование разделительных трансформаторов позволяет добиться следующих преимуществ:

Недостаток данных устройств в дополнительном усложнении домашней или производственной сети, невозможности обеспечения полной защиты от поражения электрическим током.

Как сделать самому разделительный трансформатор

Аппарат небольшой мощности несложно изготовить самостоятельно, при наличии подобных навыков и элементарных знаний в области электротехники.

Детальнее схема устройства и порядок соединения полуобмоток показан на схеме:

Аппарат может использоваться для запитывания мастерской или другого вспомогательного помещения. Перед подключением к стационарной электросети, устройство необходимо проверить электрическим током небольшой величины. В качестве потребляющего устройства подойдёт обычная лампа небольшой мощности.

Но если у домашнего мастера недостаточно электротехнических знаний и отсутствует опыт подобных работ, рекомендуется обратиться к специалисту соответствующего профиля.

Цена разделительных трансформаторов

Стоимость данных аппаратов зависит от характеристик и назначения, а также ценовой политики производителя и торговой организации. В среднем такое оборудование может стоить от 9 до 70 тыс. руб., в зависимости от указанных характеристик.

В таблице приведено несколько примеров цен данных аппаратов:

Использование разделительных трансформаторов позволяет добиться высокого уровня безопасности в помещениях, где к эксплуатации электрических сетей предъявляются особые требования. Пользователь может подобрать устройство с необходимыми характеристиками, учитывая финансовые возможности и параметры предполагаемой эксплуатации.

Источник

Что такое разделительные трансформаторы

Разделительный трансформатор – гарант безопасного пользования бытовыми электроприборами. У разделительного трансформатора коэффициент трансформации, то есть отношение напряжения на выходе к напряжению входа, равен единице. При создании электрических сетей вопросы электробезопасности всегда стоят на первом месте. Величина напряжения 220 В крайне опасна для жизни человека, а ведь такое присутствует в любой розетке бытовой электрической сети.

Если эксплуатация электрической аппаратуры осуществляется в потенциально опасных условиях внешней среды, то для снижения риска выхода из строя цепей и порчи оборудования рекомендуется применять безопасный разделительный трансформатор. Благодаря особенностям конструкции такое устройство осуществляет гальваническое разделение питающих электроцепей и потребляющих приборов. Это практически полностью исключает вероятность поражения электрическим током.

В данной статье будут описаны основные конструкционные особенности, преимущества эксплуатации и область использования. К статье бонусом добавлен видеоролик с информацией о разделительном трансформаторе ручной сборки и файл с техническими требованиями к безопасным разделительным трансформаторам.

Как устройство защищает электроприборы

Наши жилища наполнены бытовой техникой и аппаратурой, которые подключены к электросети. Сами по себе электроприборы безопасны в обращении, что обеспечено производителями еще при их изготовлении и гарантируется соответствующими сертификатами качества.

Однако ряд неблагоприятных факторов, воздействующих на приборы и сетевую проводку в каждом отдельном помещении, способен ухудшить их изоляцию и создать условия для прохождения тока через человеческое тело, что приведет к электротравме. К таким факторам относятся:

При утечке электротока напряжение появляется на металлических поверхностях не только самих приборов, но и на трубопроводах или на других металлических предметах, окружающих пользователя.

Наиболее высока вероятность поражения током в ванной. Поскольку в ней присутствуют все негативные факторы воздействия на изоляцию.

Поражений от электрического тока удается избежать применением защитных мер. Это надежное заземление корпусов электроприборов, чтобы в случае случайных пробоев изоляции опасные токи проходили через цепи заземления.

Также защищаются использованием УЗО или дифференциальных автоматов во входных цепях подключения нагрузки, отключающих сеть в случае возникновения утечек на землю.

Такие меры защиты основаны на том, что земля для всех потребителей электроэнергии является частью электрической цепи. Защитное электрическое заземление просто шунтирует контур, который может возникнуть между фазой, случайно попавшей на корпус электрооборудования и землей через человеческое тело при случайном соприкосновении.

Другим способом защиты будет исключить связь земли с электрической сетью и достичь этого удается путем полной гальванической развязки первичных и вторичных электрических сетей. Добиваются этого путем применения безопасных разделительных трансформаторов, устройства которых коснемся ниже.

Случайные прикосновения к проводящим фазам и к нулевому проводу приведут к трагическим последствиям. Напряжение 220 В из питающей энергосети формируется по схеме соединения всех трех цепей при разности потенциала 380 В между ними с нулевым проводом, который соединен (заземлен, как принято говорить в обиходе) с потенциалом в землю.

Такая схема предопределяет наличие фазного напряжения между каждым из трех сетевых линейных проводов (в просторечии именуемых фазами) и нулевым (нейтральным) — землей. При нарушенной изоляции проводника фазное напряжение переходит на корпус бытового прибора.

Одновременное касание пользователем такого «пробитого» корпуса и заземленных металлических предметов типа батарей отопления, смесителя или водопроводного крана провоцирует прохождение электротока через человеческий организм со всеми травматическими последствиями.

Принцип действия устройства

Функционирование разделительного понижающего трансформатора низкого напряжения основано на эффекте гальванической развязки. Технически, это реализовано в виде автономного функционирования обеих катушек. Катушки устройства разделены физически, то есть не соприкасаются между собой.

Это обеспечивает безопасную эксплуатацию при условии, что контуры не будут закорочены в результате механического воздействия. Чтобы полностью исключить возможность контакта обмотки изолируют несколькими слоями высококачественной изоляции.

Проходя через первичную обмотку, ток индуцирует электроэнергию во вторичной катушке, к которой и подключаются цепи с потребляющим оборудованием. Вторичная обмотка РТ или устройства к ней присоединенные не могут иметь контакта с землей или нейтралью.

Значительное повышение безопасности эксплуатации даже при возникновении пробоя на корпусе. При такой схеме пробой не станет причиной перегрузки цепи по току, а само устройство останется полностью функциональным.

При контакте человека с электроприбором под аварийным напряжением, подключенным через разделительный трансформатор, не произойдет фатального поражения током утечки. Так как он не превысит опасного для жизни уровня.

Одной из эксплуатационных особенностей разделительных трансформаторов напряжения является коэффициент преобразования равный единице у большинства используемых моделей. Таким образом, как входное, так и выходное напряжение равно одной и той же величине – 220 или 380 В.

Виды приборов

На данный момент в электротехнике большинство трансформаторов обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей. Несмотря на то, что “классическое” определение разделительного трансформатора подразумевает неизменность величины трансформируемого параметра (напряжения) фактически все виды и типы являются разделительными. В зависимости от назначения различают трансформаторы нескольких видов.

Токовые

Чаще всего используется для подключения цепей, на которые установлены измерительных, регистрирующих приборов (электросчетчики, амперметры) и защитных реле.

Импульсные

Преобразует получаемый сигнал в прямоугольный импульс. Используется для предотвращения высокочастотных помех.

Силовые

Конструкция, чаще всего, состоит из нескольких вторичных обмоток, преобразующих входящий электрический импульс с одной системой напряжения в несколько исходящих с другими параметрами системы напряжения.

Пик-трансформаторы

Используются для преобразования синусоидальной составляющей напряжения. Основное назначение – предотвращение помех в цепях с аппаратурой для оцифровки.

Конструктивные особенности

Разные виды разделительных трансформаторов могут быть как стационарными, так и портативными. Чаще всего портативные устройства имеют дополнительную защиту от внешнего воздействия и используются в экстремальных условиях эксплуатации, на открытой местности.

Автоматические трансформаторы не являются разделительными, так как в их конструкции реализован иной принцип расположения первичной и вторичной обмотки.

Они соединяются в одну, что образует кроме электромагнитной, прямую электрическую связь. Разрабатываются РТ узконаправленного использования. К примеру, для больниц и лабораторий.

Так называемые медицинские разделительные трансформаторы используются для обеспечения электроснабжение с точно определенными параметрами чувствительных приборов, установленных в реанимации, операционных различных биологических, химических и медицинских лабораториях.

Предназначение бытовых трансформаторных разделителей

Кардинальным решением в части обеспечения электробезопасности в помещениях, подобным ванной или подвалам, является запрет на установку в них розеток, соединяющихся непосредственно с питающей электросетью.

В этом случае недалеко от розетки устанавливается разделительный трансформатор (РТ), задача которого состоит не в преобразовании напряжения в сторону повышения или понижения, а всего лишь изолировать использующий сетевую электроэнергию прибор от самой сети.

В целях безопасного пользования той же розеткой в ванной РТ обмоткой первичной запитывается от энергосети 220 В, а своей обмоткой вторичной присоединен к розетке. Таким образом осуществляется гальваническая развязка системы питающей энергосети и прибора пользования. Принцип работы РТ иллюстрирует условная схема его подключения и приборов пользования.

Применение трансформаторных разделителей

Устройство разделительного трансформатора выполнено в полной аналогии с компоновкой основных функциональных элементов в преобразователях напряжения повышающего или понижающего характера работы.

Так же на магнитопроводе установлены первичная и вторичная обмотки с одинаковыми характеристиками намотки, по таким же законам электромагнитной индукции происходит преобразование электроэнергии переменного тока от первичной обмотки на вторичную.

Главное конструктивное отличие РТ от других трансформаторов заключается в тщательной электрической изоляции обмоток друг от друга. Связь между ними только магнитная за счет магнитного потока в магнитопроводе.

Такой способ передачи энергии между цепями без непосредственного электрического контакта называется гальванической развязкой. При этом вторичная цепь трансформатора не заземлена! Внезапный электрический пробой не вызовет перегрузки по току, ток утечки при случайном соприкосновении человека с оборудованием, находящимся под нагрузкой, не превысит пороговых опасных значений.

Характеристики устройства

По своей сути разделительный трансформатор напоминает понижающий трансформатор обыкновенного электрического прибора, состоящий из первичной и одной (нескольких) вторичных обмоток. Витки первичных обмоток таких трансформаторов отделяются гальванической изоляцией от вторичных, правда, при возникновении аварийных ситуаций, например при перегреве, разрушении изоляции или замыкании обмоток не исключалась появление фазы во вторичных цепях. Основные характеристики разделительных трансформаторов приведены на рисунке ниже.

Разделительные трансформаторы имеют коэффициент трансформации равный единице, обеспечиваемый идентичными по параметрам обмотками. А его главной особенностью является надежное гальваническое разделение обмоток.

Реализовано это применением усиленной или двойной изоляции, наиболее надежным вариантом считают развязку первичной и вторичной обмоток посредством намотки на разных катушках, смонтированных на едином магнитопроводе. КПД разделительных трансформаторов приближается к 85%, но это достойная плата за электробезопасность, недаром такие устройства называют трансформаторами безопасности.

Вероятность пострадать от вторичных напряжений в сети, работающей от разделительного трансформатора, минимизируется. Конечно же, опасность поражения электрическим током сохраняется в случае прикосновения к обоим проводам сети (понятие ноль или фаза в данной цепи неприменимы), но каждый в отдельности по отношению к земле нейтрален и поэтому опасности для жизни человека не представляет.

Промышленный разделительный трансформатор в корпусе представляет собой законченную щитовую конструкцию с трансформатором (или несколькими трансформаторами), рубильником по входу, автоматами защиты, с индикацией сети, с клеммной колодкой для подсоединения кабеля.

Гальваническая развязка, создаваемая РТ между входящей силовой системой и цепью потребительской нагрузки, обеспечивает надежную защиту для пользователей в быту и обслуживающего персонала на производстве. В модельный ряд входят в качестве базовых конструкций:

Какую модель выбрать для установки у себя в квартире или в отдельно стоящей постройке, уже выбирает владелец жилья в соответствии с рекомендациями специалистов. Трансформаторы выпускаются на различные виды напряжения. В числе прочих наиболее часто встречаются типовые комбинации:

В таблице 1 и 2 приведены основные характеристики трехфазных разделительных трансформаторов 380/380В и 380/220В и однофазных разделительных трансформаторов 220-220В.

Схемы включения обмоток для трехфазных трансформаторов в комбинациях вход/выход:

В процессе эксплуатации трансформатора может возникнуть ситуация срабатывания термовыключателя при превышении температуры трансформатора выше 125 градусов С. В этом случае трансформатор выключается. Данная ситуация может произойти при перегрузке трансформатора или превышении входного напряжения сети. При правильной эксплуатации трансформатор возобновляет работоспособность примерно через 20 мин.

Преимущества и область применения

Изолирующие трансформаторы получили широкое применение практически во всех сферах электротехники. Они предоставляют пользователю широкий спектр специфических преимуществ в зависимости от отрасли, где они используются:

Использование разделительных трансформаторов обусловлено эксплуатационными требованиями и спецификой применения электросетей:

Установка эксплуатации электрических приборов через разделительный трансформатор необходима в следующих случаях:

При использовании разделительного трансформатора также необходимо применять для эксплуатируемой цепи устройство защитного отключения (УЗО). Несмотря на высокую надежность и безопасность возможны случаи повреждения изоляции.

При этом потенциал может быть выведен на корпус устройства и появится вероятность поражения электрическим током, если коснуться корпуса и металлического проводника, связанного с землёй. Именно поэтому разделительные трансформаторы рекомендуется подключать через УЗО. Трансформатор разделительный однофазный в зависимости от его конструкции, можно использовать в следующих случаях:

Трёхфазный разделительный трансформатор – фактически является тремя однофазными устройствами, установленными на одной монтажной планке:

К примеру, подключение схемы на 220 V к источнику питания на 36V позволит безбоязненно прослеживать протекание в тестируемых цепях тока.

При этом допускается использование любых унифицированных разделительных трансформаторов, так как современные электронные устройства не отличается большим потреблением.

Примеры использования

Применение разделительных трансформаторов обязательно в помещениях повышенной опасности. Типичный пример – ванная комната, где использование обычной электросети ограничено:

При проведении временных работ в особо опасных помещениях допускается использование переносных трансформаторов безопасности. Благодаря медицинскому разделительному трансформатору появляется возможность создания специальных IT- сетей, обязательных для питания помещений 2 группы (реанимационные отделения, операционные), полностью безопасных как для пациентов, так и для медицинского персонала.

Номинальная мощность однофазных трансформаторов для таких сетей может лежать в пределах 0.5 – 10 кВт. При необходимости используются трехфазные разделительные трансформаторы. В видеоролике представлена информация о разделительном трансформаторе самостоятельной сборки.

Заключение

Установка на объектах трансформаторов разделительных является необходимым условием безопасной эксплуатации как бытовой техники, так и промышленного оборудования. Больше информации об этих трансформаторах можно узнать в учебном материале “Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования”.

Источник