隔離變壓器的知識點匯總

一、隔離變壓器原理及應(yīng)用

基本原理

根據(jù)變壓器的變比公式：U1/U2=N1/N2；I1/I2=N2/N1；可以知道，1：1隔離變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓，電流是相同的。

作用：電氣隔離；消除部分諧波（根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以消除不同次的諧波）；有效的降低零地電壓；通過磁飽和原理，可消除浪涌。

可以消除三次諧波（要求星三角變換隔離結(jié)構(gòu)），高次諧波也是解決不了的。變壓器只是變壓的作用，并不起到變頻的作用，只是在特殊結(jié)構(gòu)的情況下，消除特定的諧波。

二、隔離變壓器原理

我們用的交流電一根線和大地相連。另一根線與大地之間有220V的電位差。人接觸會觸電。隔離變壓器的次級不與大地相連，它的任意兩線與大地之間沒有電位差。人接觸任意一條線不會觸電，所以比較安全。隔離變壓器常用在有電子管和工作電壓高的電子儀器上，如電子管擴音機，示波器等，也可用于維修電源。如為了安全維修彩電常用1比1的隔離變壓器。

三、隔離變壓器的應(yīng)用場合

適用于安全、隔離、漏電流小、凈化電源、消除三次諧波及抑制共模干擾的場合。適用于交流50Hz至400Hz，電壓1000V以下的電路中，廣泛用于照明、機床電器、機械電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、整流裝置等。

隔離變壓器按用用途分為兩類；一類是防止觸電事故發(fā)生而對電源進行隔離的安全電源變壓器。另一類隔離變壓器是對電磁干擾信號進行隔離，它廣泛用于電子電路中，抑制噪聲和電磁干擾。

四、通用觸電防護措施

1、安全電壓

據(jù)歐姆定律，電壓越高，電流也就越大。因此，可以把可能加在人身±的電壓限制在某一范圍之內(nèi)，使得在這種電壓下，通過人體的電流不超過允許的范圍。這一電壓就叫做安全電壓，也叫做安全特低電壓。應(yīng)當指出，任何情況下都不要把安全電壓理解為絕對沒有危險的電壓。具有安全電壓的設(shè)備屬于Ⅲ類設(shè)備。

安全電壓限值

限值為任何運行情況下，任何兩導(dǎo)體問不可能出現(xiàn)的最高電壓值。我國標準規(guī)定工頻電壓有效值的限值為50V、直流電壓的限值為120V。

一般情況下，人體允許電流可按擺脫電流考慮；在裝有防止電擊的速斷保護裝置的場合，人體允許電流可按30mA考慮。我國規(guī)定工頻電壓50V的限值是根據(jù)人體允許電流30mA和人體電阻1700Ω的條件確定的。

我國標準還推薦：當接觸面積大于1cm2、接觸時間超過1s時，干燥環(huán)境中工頻電壓有效值的限值為33V、直流電壓限值為70V；潮濕環(huán)境中工頻電壓有效值的限值為16V、直流電壓限值為35V。

安全電壓額定值

我國規(guī)定工頻有效值的額定值有42V、36V、24V、12V和6V。特別危險環(huán)境中使用的尹持電動工具應(yīng)采用42V安全電壓；有電擊危險環(huán)境中使用的手持照明燈和局部照明燈應(yīng)采用36V或24V安全電壓；金屬容器內(nèi)、特別潮濕處等特別危險環(huán)境中使用的手持照明燈應(yīng)采用12V安全電壓；水下作業(yè)等場所應(yīng)采用6V安全電壓。當電氣設(shè)備采用24V以上安全電壓時，必須采取直接接觸電擊的防護措施。

2、安全隔離變壓器

通常采用安全隔離變壓器作為安全電壓的電源。其接線如圖3—8所示。除隔離變壓器外，具有同等隔離能力的發(fā)電機、蓄電池、電子裝置等均可做成安全電壓電源。但不論采用什么電源，安全電壓邊均應(yīng)與高壓邊保持加強絕緣的水平。

圖3—8安全隔離變壓器接線圖

采用安全隔離變壓器作安全電壓的電源時，這種變壓器的一次與二次之間有良好的絕緣；其間還可用接地的屏蔽隔離開來。安全隔離變壓器各部絕緣電阻不得低于下列數(shù)值：帶電部分與殼體之間的工作絕緣2MΩ

帶電部分與殼體之間的加強絕緣輸入回路與輸出回路之間輸入回路與輸入回路之間輸出回路與輸出回路之間7MΩ5MΩ2MΩ2MΩ

Ⅱ類變壓器的帶電部分與金屬物體之間2MΩ

Ⅱ類變壓器的金屬物件與殼體之間5MΩ

絕緣殼體上內(nèi)、外金屬物件之間2MΩ

安全隔離變壓器的額定容量，單相變壓器不得超過10kVA、三相變壓器不得超過16kVA、電鈴用變壓器的額定容量不應(yīng)超過100VA、玩具用變壓器的額定容量不應(yīng)超過200VA；安全隔離變壓器的額定電壓，交流電壓有效值不得超過50V、脈動直流電壓不得超過50V、電鈐用變壓器的分別不應(yīng)超過24V和24V、玩具用變壓器的分別不應(yīng)超過33V和33V。

安全電壓回路的帶電部分必須與較高電壓的回路保持電氣隔離，并不得與大地、保護導(dǎo)體或其他電氣回路連接，但變壓器一次與二次之間的屏蔽隔離層應(yīng)按規(guī)定接地或接零。如變壓器不具備加強絕緣的結(jié)構(gòu)，二次邊宜接地或接零，以減輕一次與二次短接的危險。對于普通絕緣的電源變壓器，一次線長度不得超過3m、并不得帶入金屬容器內(nèi)使用。

安全電壓的配線最好與其他電壓等級的配線分開敷設(shè)。否則，其絕緣水平應(yīng)與共同敷設(shè)的其他較高電壓等級配線的絕緣水平一致。

3、電氣隔離

電氣隔離是采用電壓比為1：1，即一次邊、二次邊電壓相等的隔離變壓器實現(xiàn)工作回路與其他電氣回路電器上的隔離。

應(yīng)用電氣隔離須滿足以下安全條件：

1、隔離變壓器必須具有加強絕緣的結(jié)構(gòu)，其溫升和絕緣電阻要求與安全隔離變壓器相同，這種隔離變壓器還應(yīng)符合下列要求：

（1）最大容量單相變壓器不得超過25kVA、三相變壓器不得超過40kVA。

（2）空載輸出電壓交流不應(yīng)超過1000V、脈動直流不應(yīng)超過1000V、負載時電壓降低一般不得超過額定電壓的5％～15％。

（3）隔離變壓器具有耐熱、防潮、防水及抗振結(jié)構(gòu)；不得用賽璐珞等易燃材料作結(jié)構(gòu)材料；手柄、操作桿、按鈕等不應(yīng)帶電；外殼應(yīng)有足夠的機械強度，一般不能被打開，并應(yīng)能防止偶然觸及帶電部分；蓋板至少應(yīng)由兩種方式固定，其中，至少有一種方式必須使用工具實現(xiàn)。

（4）除另有規(guī)定外，輸出繞組不應(yīng)與殼體相連；輸入繞組不應(yīng)與輸出繞組相連；繞組結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止出現(xiàn)上述連接的可能性。

（5）電源開關(guān)應(yīng)采用全極開關(guān)，觸頭開距應(yīng)大于3mm；輸出插座應(yīng)能防止不同電壓的插銷插入；固定式變壓器輸入回路不得采用插接件；移動式變壓器可帶有2～4m電源線。

（6）當輸入端子與輸出端子之間的距離小于25mm時，則其間須用與變壓器連成一體的絕緣隔板隔開。

（7）Ⅰ類變壓器應(yīng)有保護端子，其電源線中應(yīng)有一條專用保護線；R類變壓器沒有保護端子。

2、二次邊保持獨立，即不接大地，不接保護導(dǎo)體，不接其他電氣回路。如圖3—9所示，如果變壓器的二次邊接地，則當有人在二次邊單相電擊時，電流很容易流經(jīng)人體和二次邊接地點構(gòu)成回路。因此，凡采用電氣隔離作為安全措施者，還必須有防止二次回路故障接地及竄連其他回路的措施。因為一旦二次邊發(fā)生接地故障，這種措施將完全失去安全作用。對于二次邊回路線路較長者，還應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)視裝置。

圖3—9變壓器二次邊接地的危險

3、二次邊線路電壓過高或副邊線路過長，都會降低回路對地絕緣水平，增大故障接地的危險，并增大故障接地電流。因此，必須限制電源電壓和二次邊線路的長度。按照規(guī)定，應(yīng)保證電源電壓U≤500V、線路長度L≤200m、電壓與長度的乘積UL≤100000V·m。

4、等電位聯(lián)結(jié)

圖3—10中的虛線是等電位聯(lián)結(jié)線。如果沒有等電位聯(lián)結(jié)線，當隔離回路中兩臺相距較近的設(shè)備發(fā)生不同相線的碰殼故障時，這兩臺設(shè)備的外殼將帶有不同的對地電壓。如果有人同時觸及這兩臺設(shè)備，則接觸電壓為線電壓，電擊危險性極大。因此，如隔離回路帶有多臺用電設(shè)備（或器具），則各臺設(shè)備（或器具）的金屬外殼應(yīng)采取等電位聯(lián)結(jié)措施。這時，所用插座應(yīng)帶有等電位聯(lián)結(jié)的專用插孔。

圖3—10電氣隔離的等電位聯(lián)結(jié)

五、凈化電源、消除三次諧波及抑制共模干擾

隔離變壓器在交流電源輸入端的特點：vvv1、若電網(wǎng)三次諧波和干擾信號比較嚴重，采用隔離變壓器，可以去掉三次諧波和減少干擾信號。vvv2、采用隔離變壓器可以產(chǎn)生新的中性線，避免由于電網(wǎng)中性線不良造成設(shè)備運行不正常。vvv3、非線性負載引起的電流波形畸變（如三次諧波）可被隔離而不污染電網(wǎng)。

隔離變壓器在交流電源輸出端的特點：

1、防止非線性負載的電流畸變影響到交流電源的正常工作及對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，起到凈化電網(wǎng)的作用。2、在隔離變壓器輸入端采樣，使得非線性負載電流的畸變不影響取樣的準確性，得到能反應(yīng)實際情況的控制信號。3、若負載不平衡，也不影響穩(wěn)壓電源的正常工作。

六、漏電保護器

電氣線路或電氣設(shè)備發(fā)生單相接地短路故障時會產(chǎn)生剩余電流，利用這種剩余電流來切斷故障線路或設(shè)備電源的保護電器稱之為剩余電流動作保護器即通常所稱的漏電保護器。由于漏電保護器動作靈敏、切斷電源時間短，因此正確選用、安裝與使用漏電保護器具有重要作用。

1．漏電保護方式

電流型RCD保護方式，通常有下列四種。

（1）全網(wǎng)總保護。是指在低壓電網(wǎng)電源處裝設(shè)保護器，總保護有三種方式：

①保護器安裝在電源中性點接地線上。

②保護器安裝在總電源線上。

③保護器安裝在各條引出干線上。

通常，對供電范圍較大或有重要用戶的低電電網(wǎng)，采用保護安裝在各條引出干線上的總保護方式。

（2）對于移動式電力設(shè)備，臨時用電設(shè)備和用電的家庭，應(yīng)安裝末級保護。

（3）較大低壓電網(wǎng)的多級保護。隨著用電的不斷增長，較大低壓電網(wǎng)單單采用總保護或末級保護方式，已不能滿足對低壓電網(wǎng)供電可靠性和安全用電的需要，因此，較大電網(wǎng)實行多級保護是電氣化事業(yè)發(fā)展的必然要求，圖3—11所示為三級保護方式的配置圖。

圖3—11三級保護方式配置圖

上述三種保護方式，漏電保護器動作后均自動切斷供電電源。

（4）對于保護器動作切斷電源會造成事故或重大經(jīng)濟損失的用戶，其低壓電網(wǎng)的漏電保護可由用戶申請，經(jīng)供電企業(yè)批準，而采取漏電報警方式。此類單位應(yīng)有固定值班人員，及時處理報警故障，并應(yīng)加強絕緣監(jiān)督，減少接地故障。

2、漏電保護裝置的選用、安裝使用及運行維護

（1）漏電保護裝置選用

①漏電保護器設(shè)置的場所有：手握式及移動式用電設(shè)備；建筑施工工地的用電設(shè)備；用于環(huán)境特別惡劣或潮濕場所（如鍋爐房、食堂、地下室及浴室）的電氣設(shè)備；住宅建筑每戶的進線開關(guān)或插座專用回路；由TT系統(tǒng)供電的用電設(shè)備；與人體直接接觸的醫(yī)用電氣設(shè)備（但急救和手術(shù)用電設(shè)備等除外）。

②漏電保護裝置的動作電流數(shù)值選擇：手握式用電設(shè)備為15mA；環(huán)境惡劣或潮濕場所用電設(shè)備為6～10mA；醫(yī)療電氣設(shè)備為6mA；建筑施工工地的用電設(shè)備為15～30mA；家用電器回路為30mA；成套開關(guān)柜、分配電盤等為100mA以上；防止電氣火災(zāi)為300mA。

③根據(jù)安裝地點的實際情況，可選用的型式有：漏電繼電器，可與交流接觸器、斷路器構(gòu)成漏電保護裝置，主要用作總保護。漏電開關(guān)，將零序電流互感器、漏電脫扣器和低壓斷路器組裝在一個絕緣外殼中，故障時可直接切斷供電電源。因此末級保護方式中，多采用漏電開關(guān)。漏電插座，把漏電開關(guān)和插座組合在一起的漏電保護裝置，特別適用于移動設(shè)備和家用電器。

④根據(jù)使用目的由被保護回路的泄漏電流等因素確定。一般RCD的功能是提供間接接觸保護。若作直接接觸保護，則要求I△N≤30mA，且其動作時間t≤0.1s。因此根據(jù)使用目的不同，在選擇RCD動作特性時要有所區(qū)別。

此外，在選用時，還必須考慮到被保護回路正常的泄漏電流，如果RCD的I△N小于正常的泄漏電流，或者正常泄漏電流大于50％I△N，則供電回路將無法正常運行，即使能投入運行也會因誤動作而破壞供電的可靠性。

（2）漏電保護裝置安裝使用

①安裝前必須檢查漏電保護器的額定電壓、額定電流、短路通斷能力、漏電動作電流、漏電不動作電流以及漏電動作時間等是否符合要求。

②漏電保護器安裝接線時，要根據(jù)配電系統(tǒng)保護接地型式，按表3—8所示的接線圖進行接線。接線時需分清相線和零線。

③對帶短路保護的漏電保護器，在分斷短路電流時，位于電源側(cè)的排氣孔往往有電弧噴出，故應(yīng)在安裝時保證電弧噴出方向有足夠的飛弧距離。

④漏電保護器的安裝應(yīng)盡量遠離其他鐵磁體和電流很大的載流導(dǎo)體。

⑤對施工現(xiàn)場開關(guān)箱里使用的漏電保護器須采用防濺型。

⑥漏電保護器后面的工作零線不能重復(fù)接地。

⑦采用分級漏電保護系統(tǒng)和分支線漏電保護的線路，每一分支線路必須有自己的工作零線；上下級漏電保護器的額定漏電動作電流與漏電時間均應(yīng)做到相互配合，額定漏電動作電流級差通常為1．2～2．5倍，時間級差0．1～0．2s。

⑧工作零線不能就近接線，單相負荷不能在漏電保護器兩端跨接。

⑨照明以及其他單相用電負荷要均勻分布到三相電源線上，偏差大時要及時調(diào)整，力求使各相漏電電流大致相等。

⑩漏電保護器安裝后應(yīng)進行試驗，試驗有：用試驗按鈕試驗3次，均應(yīng)正確動作；帶負荷分合交流接觸器或開關(guān)3次，不應(yīng)誤動作；每相分別用7kΩ試驗電阻接地試跳，應(yīng)可靠動作。

（3）漏電保護裝置運行維護

由于漏電保護器是涉及到人身安全的重要電氣產(chǎn)品，因此在日常工作中要按照國家有關(guān)漏電保護器運行的規(guī)定，做好運行維護工作，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理。

①漏電保護器投入運行后，應(yīng)每年對保護系統(tǒng)進行一次普查，普查重點項目有：測試漏電動作電流值是否符合規(guī)定；測量電網(wǎng)和設(shè)備的絕緣電阻；測量中性點漏電流，消除電網(wǎng)中的各種漏電隱患；檢查變壓器和電機接地裝置有無松動和接觸不良。

②電工每月至少對保護器用試跳器試驗一次，每當雷擊或其他原因使保護動作后，應(yīng)作

一次試驗。雷雨季節(jié)需增加試驗次數(shù)。停用的保護器使用前應(yīng)試驗一次。

③保護器動作后，若經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)事故點，允許試送電一次。如果再次動作，應(yīng)查明原因，找出故障，不得連續(xù)強送電。

④嚴禁私自撤除保護器或強迫送電。

⑤漏電保護器故障后要及時更換，并由專業(yè)人員修理。

⑥在保護范圍內(nèi)發(fā)生人身觸電傷亡事故，應(yīng)檢查保護器動作情況，分析未能起到保護作用的原因，在未調(diào)查前要保護好現(xiàn)場，不得改動保護器。

一些聽音響的人常會在電源上加一顆功率容量不小的隔離變壓器，HP的SKVA或國內(nèi)有廠商推出IKVA等。有的用220v的冷氣插座轉(zhuǎn)降110V，有的則是110V變110V的1：1方式，而其作用就是要把電源中的雜訊減小，提高電源之S／N比。在國內(nèi)尤其是普通的110V及220V，因為家家戶戶都有電器在使用，像微波爐、電磁爐。開關(guān)、馬達運轉(zhuǎn)等，在電源上會以倍頻或突波的方式傳至各電源插，因此電源受到污染的情形相當嚴重。除非你能不計一切代價用各種方式自己發(fā)電，否則就要想辦法改善電源中的噪訊。

其實隔離變壓器的原理很簡單，主要就是針對這些雜訊都是中高周波的特性而設(shè)計。因為我們知道，中高周波在我們的硅鋼片型的變壓器耗損相當大。不大會從一次線圈感應(yīng)到二次線圈輸出，因此就可以達到我們要干凈電源的目的。但有些人不免擔心會影響到動態(tài)范圍、音場音色等問題，其實要看這個隔離變壓器本身的制作水準和功率容量而定，究竟是EI型的好，或是環(huán)型的好？我們只能說。環(huán)型好的很貴，EI型的很笨重。

使用時，我們?nèi)砸ㄗh你做好隔離變壓器本身接地的回路，往往使用者忽視這個重要性，變壓器會產(chǎn)生磁漏及電磁干擾。如果沒有把外殼金屬導(dǎo)電的部位接到大地或電源配置好接地線路，既使做再多的隔離效果也是有限的。還有要注意的，如果變壓器本身空載就發(fā)燙。這樣子功率容量會減小。如果變壓器會振動的話，那勸你還是換一個。不然它的雜音就會蓋過許多音樂細節(jié)了。

七、隔離變壓器的特性

具有電壓變換功能

有濾波抗干擾功能

ＴＮ－Ｃ－Ｓ系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工程中，幾乎所有變壓器不在建筑物內(nèi)的配電系統(tǒng)都是這種。

我們在執(zhí)行規(guī)范時，在建筑物電源進線開關(guān)前將保護中性線（ＰＥＮ線）進行重復(fù)接地。

從重復(fù)接地的概念可知：變壓器中性點已經(jīng)接地．通過中性點接地、重復(fù)接地和地形成一個與中性線并聯(lián)的返回回路（以下稱為重復(fù)回路），大家知道：

Ｎ線中有電流流過（三相不對稱時），所以重復(fù)回路中也有電流通過，此電流稱為雜散電流．雜散電流對我們來說是有危害的。

那么，我們?yōu)槭裁催€要采用這種有危害的系統(tǒng)供電呢？

我認為只有在討論同一建筑物內(nèi)配電時才有意義，即同一建筑物內(nèi)的PEN線只能進行一點接地。

ＴＮ－Ｃ－Ｓ系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工程中，幾乎所有變壓器不在建筑物內(nèi)的配電系統(tǒng)都是這種。

一、采用TN-C-S的優(yōu)點

1、與TN-S系統(tǒng)比較節(jié)省一根專用的PE線。

2、由于TN-C-S系統(tǒng)的中性線和PE線一般在進入建筑物總配電箱時才分開，因此與TN-S系統(tǒng)比較，他們之間的電位差相對來說比較小了，對信息技術(shù)設(shè)備引起共模干擾的可能較小。共模干擾的通路是：干擾信號從傳輸線路傳輸，并通過地線返回的通路。干擾電壓、電流從L線路傳入再從PE線返回接地，這是電源線路共模干擾的路徑。在進入建筑處設(shè)電涌保護器等措施可鉗制共模干擾，可以保護信息設(shè)備的電源部分。TN-C-S系統(tǒng)在建筑進線處作了重復(fù)接地，電涌保護器等接地點更近于地電位，對抑制電源線上的共模干擾有好處。上面是我從網(wǎng)上學的，不知是否正確，只做參考。

這個雜散電流出現(xiàn)在那個地方？是怎么出現(xiàn)的？

當與變壓器中性點接地相近的地方重復(fù)接地，變壓器中性點向重復(fù)點雜亂散發(fā)電流，有什么危害呢？剩余斷路器跳閘。當然這是理論上的，實際上在交流回路中，就是變壓器中性點接地的地方和重復(fù)接地的接地地方相近也不會有不規(guī)則的不定方向的雜亂電流，對于變壓器出現(xiàn)雜散電流導(dǎo)致剩余斷路器跳閘現(xiàn)象更是不會存在的。

兩個接地點應(yīng)當絕對足夠遠了，還存在雜散電流嗎？

現(xiàn)在在交流變配電所中有人大提雜散電流，可能是一種誤導(dǎo)，它與地鐵中的雜散是兩種概念。

由于TN-C-S系統(tǒng)的中性線和PE線一般在進入建筑物總配電箱時才分開，因此與TN-S系統(tǒng)比較，他們之間的電位差相對來說比較小了，對信息技術(shù)設(shè)備引起共模干擾的可能較小。為什么呢？

共模干擾的通路是：干擾信號從傳輸線路傳輸，并通過地線返回的通路。干擾電壓、電流從L線路傳入再從PE線返回接地，這是電源線路共模干擾的路徑。在進入建筑處設(shè)電涌保護器等措施可鉗制共模干擾，可以保護信息設(shè)備的電源部分。TN-C-S系統(tǒng)在建筑進線處作了重復(fù)接地，電涌保護器等接地點更近于地電位，對抑制電源線上的共模干擾有好處。
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