Развязывающий трансформатор 380 220

Что такое разделительный трансформатор: конструкция, принцип действия

Напряжение 220 В небезопасно для человека. Случайное прикосновение к фазному проводу или к корпусу прибора, оказавшемуся под напряжением, может привести к летальному исходу, если человек стоит на земле или заземленной поверхности. Особую опасность представляют сетевой ток во влажных помещениях. Безопасную эксплуатацию оборудования обеспечивает разделительный трансформатор. Он применяется для развязки гальванической связи блока питания с сетевым напряжением, что сводит к нулю вероятность поражения током.

Конструкция и принцип действия

Главное отличие разделительного трансформатора – отсутствие гальванической связи между катушками, которые надежно отделены гальванической изоляцией. Обычно обмотки образующие первичную цепь трансформатора по параметрам идентичны обмоткам во вторичных цепях. В таком случае коэффициент трансформации для данного разделительного трансформатора равен 1. То есть, устройство используется исключительно для гальванической развязки. Пример разделительного аппарата смотрите на рис. 1.

Рис. 1. Разделительный трансформатор

Характерной особенностью трансформаторов этого типа является то, что цепи вторичных обмоток в разделительной трансформации не оборудуются защитным заземлением. С целью обеспечения надежности гальванической развязки применяют дополнительную изоляцию между катушками. В отдельных случаях витки первичных обмоток отделяют защитным экраном от вторичных обмоток или разносят их физически на разные части магнитопровода.

В остальном конструкция и принцип работы не отличается от трансформаторов других типов:

• на первичную обмотку поступает напряжение от сети;
• возникающая при этом магнитная индукция распространяется по всему магнитопроводу.
• ЭДС индукции возбуждает электрический ток в витках вторичной катушки.

Между напряжениями в катушках и токами существует зависимость: величины вторичных напряжений прямо пропорциональны первичным напряжениям, с коэффициентом пропорциональности k=W₂/W₁, а выходной ток обратно пропорционален току в первичной обмотке.

Благодаря отсутствию гальванической связи между катушками и отделению от цепи заземления первичной обмотки случайное прикасание к любому выводу вторичной катушки не приводит к поражению током. Остерегаться необходимо только одновременного касания разных выводов трансформатора.

Таким образом, при электрическом контакте с токоведущими частями оборудования запитанного от разделительного трансформатора электрическая цепь с землей не образуется, что исключает возможность поражения электротоком. Разделительные трансформаторы обеспечивают также защиту подключенных электроприборов при однофазных замыканиях. Если КЗ произойдет в первичной цепи, то вторичная цепь просто обесточивается. Однако для полной защиты в первичную цепь подключайте УЗО.

Назначение

Автономные силовые обмотки в основном применяются для отделения цепей электротехнических устройств от напряжений, поставляемых электрической сетью. При этом мощность нагрузки составляет от 100 Вт до 60 кВт. Электрические приборы, отделенные от питающей сети, получают дополнительную защиту, они безопаснее в обслуживании.

Разделительные трансформаторы применяются для подключения нагрузки в помещениях с условиями. повышающими уровень опасности поражения электрическим током. Такими сооружениями являются подвалы, ванные комнаты, и другие помещения с повышенной сыростью.

В целях безопасности делают гальваническую развязку оборудования применяемого в медицинских учреждениях. Подключать разделительный трансформатор целесообразно везде, где существуют повышенные требования к безопасности, там, где нет надежной изоляции с землей.

Разновидности

В электротехнике довольно часто используют понижающий трансформатор с гальваническим разделением цепей первичной обмотки и вторичной катушки.

Такого типа разделительный понижающий аппарат позволяет решить две задачи:

• понизить напряжение до требуемого уровня;
• обеспечить безопасную эксплуатацию оборудования.

Семейство силовых трансформаторов включает в себя серии однофазных трансформаторов, обладающими различными номинальными мощностями. Промышленные силовые агрегаты обычно бывают внушительных размеров и устанавливаются стационарно в специальных боксах (см. рис. 2).

Рис. 2. Промышленный разделительный трансформатор

Существуют компактные переносные устройства (см. рис. 3).

Применение переносных трансформаторов удобно в тех случаях, когда электрооборудование не может быть установлено стационарно, а используется периодически. Например, при использовании электроинструмента в кабельных колодцах, в подвалах и т.п. При номинальных первичных напряжениях эти устройства стабильно работают. Они хорошо защищены от воздействия влаги и прочих влияний окружающей среды.

Рис. 3. Переносной разделительный агрегат

Во входных сигнальных блоках, а также в других цепях электронного оборудования применяются малогабаритные, высокочастотные импульсные трансформаторы.

По конструкции сердечника сетевой трансформатор чаще всего бывает стержневого типа. Встречаются также тороидальные модели.

Рис. 4. Тороидальный разделительный трансформатор

Технические характеристики

Промышленность поставляет на рынок множество моделей с различными характеристиками. Запомнить их просто невозможно. Да в этом нет необходимости. Большинство характеристик будут интересны только узким специалистам.

Для практических целей достаточно знать основные параметры трансформатора. Обычно эти параметры указаны в паспорте устройства.

При выборе разделительного трансформатора обращайте внимание на следующие основные характеристики:

• номинальная мощность;
• частота тока;
• первичное напряжение;
• выходное (вторичное) напряжение;
• условное обозначение схемы соединения обмоток;
• напряжение в режиме короткого замыкания;
• тепловые потери при коротком замыкании;
• ток в режиме холостого хода;
• тепловые потери при работе в режиме холостого хода;
• габаритные размеры.

Номинальная мощность должна совпадать или немного превышать мощность нагрузки. Первичное напряжение должно соответствовать параметрам первичной сети, а вторичное – напряжению питания подключаемых электроприборов. При выборе импульсных трансформаторов обращайте внимание на частоту тока.

Характеристики, выделенные курсивом важны, но для их понимания требуются более глубокие познания в сфере электротехники.

Порядок подключения

Однофазное напряжение формируется методом подключения одной из фаз к нулевому проводу через нагрузку. В нашем случае нагрузкой служит первичная обмотка. Поэтому, когда фазный ток попадает на корпус прибора, то при его касании и одновременном контакте с заземленным предметом, через тело оператора проходит электрический ток.

Применение метода гальванической развязки исключает такую возможность, так как вторичная обмотка не заземлена. Поэтому, перед подключением убедитесь, что вы действительно имеете дело с разделительным трансформатором. Для этого тестером проверьте отсутствие соединения вторичной обмотки с корпусом и с витками первичной обмотки.

В том случае, если вторичная обмотка одна, а обе катушки физически разнесены на разные части сердечника, можно обойтись визуальным осмотром. В противном случае проверка обязательна. Заметьте, что между вторичными обмотками (если их несколько) гальваническая связь может существовать, и это нормально.

Пример схемы подключения приведен на рисунке 5. Обратите внимание, что корпус подключенного оборудования в первичную цепь на этой схеме заземлен. Кроме того, того, чтобы усилить защиту применено УЗО. Если вы используете переносной или стационарный разделительный трансформатор то заземлять оборудование во вторичной цепи не нужно.

Разница потенциалов между фазой и землей в первичной цепи составляет 220 В, в то время, как в защищенной цепи напряжение между фазой и землей нулевое.

Подключайте нагрузки, мощность которых не превышает номинала трансформатора. Несоблюдение этого правила может привести к перегреву обмоток, что чревато разрушениями изоляции.

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:

• высокая температура;
• влажность в воздухе и в местах прохождения проводки;
• наличие металлоизделий с неустойчивым заземлением;
• механические повреждения изоляции.

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:

• трансформатор однофазный разделительный;
• трансформатор трехфазный сухой разделительный.

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:

• разделительный трансформатор входное 380/220В – выходное 380/220В
• разделительный трансформатор входное 380/220В – выходное 220/127В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 220В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 36В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 24В
• разделительный трансформатор входное 220В – выходное 12В

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:

• устройства с коэффициентом трансформации 1:1 применяются в электросетях переменного тока без необходимости дополнительного заземления и изоляции периферийного оборудования;
• изоляция цепей постоянного тока в линиях связи. В случае необходимости использования усилителей сигнала применение РТ дает возможность отделить постоянный ток для подключения усилителя от компонентов информационного электроимпульса;
• повышение безопасности эксплуатации электрооборудования. Минимизирует риск фатального поражения электрическим током, отделяя пользователь или оператора от высокомощных источников;
• при тестировании, сервисном обслуживании или ремонте оборудования дает возможность проводить работы на включённых устройствах. При этом используются разделительные трансформаторы с коэффициентом 1:1, но имеющие небольшую мощность напряжения вторичной цепи;
• отфильтровывают (отсекают вне рабочего диапазона) искаженную синусоидальную форму напряжения, приводя ее к правильной. Снижают негативное влияние широтно-импульсных модуляций;
• нейтрализует широкий спектр шумов, образующихся при подключении аудиоустройств (усилителей) к динамикам.

Использование разделительных трансформаторов обусловлено эксплуатационными требованиями и спецификой применения электросетей:

1. Высокая влажность или присутствие воды в помещении, наличие металлических изделий без заземления либо со слабым заземлением: ванные и душевые комнаты, силовые коммутационные шкафы, расположенные на улице, кабельные колодцы, подвалы и полуподвалы.
2. Удалённые посты слежения, измерения и контроля в медицинских учреждениях, дата и колл-центрах, а также других учреждениях, где необходимо повышение уровня защиты персонала и безопасности эксплуатации оборудования.
3. Эксплуатация электроинструмента и оборудования, относящегося к первому классу безопасности.

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

• при подключении устройств электропотребления, не имеющих потенциала заземления;
• в импульсных электросетях, требующих повышения показателей изоляции. В особенности в медицинском и лабораторном оборудовании;
• при лабораторных испытаниях электрических и электронных устройств для обеспечения безопасности персонала.

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:

1. При наличии крепежных пластин и открытых клеммных колодок. Установка в монтажный шкаф. При этом может быть реализована вертикальная или горизонтальная схема установки или специальные крепежи для монтажа на din-рейку.
2. При отсутствии клеммных колодок – выведение вторичной обмотки через ответвление кабеля. Применяется как составная часть электрооборудования, установок любого назначения.
3. Переносной вариант при наличии корпуса, розетки и выключателя. Дополнительно может быть доукомплектован кабелем (удлинителем).

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

• открытый вариант как горизонтального и вертикального расположения с соединением в звезду или треугольник;
• расположение элементов в корпусе, в том числе герметичном.
• Разделительный трансформатор является нужным и полезным устройством, особенно в домашней мастерской. Его можно использовать в режиме пониженного переменного напряжения для проверки высоковольтных устройств.

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:

• высокой влажностью воздуха;
• возможностью попадания воды на токоведущие части;
• наличием металлических предметов с неустойчивым заземлением.

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