淺析安全隔離變壓器的應(yīng)用

中車長春軌道客車股份有限公司 趙德金 祝新超 羅 丹

關(guān)鍵字：安全隔離變壓器 原理 應(yīng)用 安全運行

■引言

所謂安全隔離變壓器的主要作用是：使一次側(cè)與二次側(cè)的導(dǎo)線繞組電氣完全絕緣，也使該回路隔離。另外，利用其鐵芯的高頻損耗大的特點，從而抑制高頻雜波傳入控制回路。現(xiàn)階段，我國軌道交通發(fā)展不斷加快，人們對于電力方面的使用需求也從各個方面不斷提升，這也在一定程度上對于電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和安全提出新的要求。從變壓器的普遍應(yīng)用，到安全隔離變壓器的推廣應(yīng)用，都有著時代科技手段的進(jìn)步體現(xiàn)，安全隔離變壓器在手持電動工具、家用電器、軌道列車等各個領(lǐng)域都有著及其重要的應(yīng)用，另一方面對于變壓器的安全措施防護(hù)也趨向于本質(zhì)安全的提升，在設(shè)備的日常運行維護(hù)中，不斷的發(fā)現(xiàn)問題，提升設(shè)備安全應(yīng)用水平，了解故障現(xiàn)象并及時處理，方能使其更好的服務(wù)于生產(chǎn)生活。

■隔離變壓器的工作原理

隔離變壓器主要基于電磁感應(yīng)原理，其內(nèi)部含有兩組線圈，在交流電的作用下會形成磁場，同時在磁場的作用下副邊繞組可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)電動勢，若變壓器副邊繞組帶動負(fù)載，會產(chǎn)生大量的感應(yīng)電流。另外，隔離變壓器的副邊和原邊繞組具有電路隔離的作用，在高頻狀態(tài)下，隔離變壓器的副邊和原邊繞組之間的電容會產(chǎn)生靜電干擾問題，為了避免靜電干擾的現(xiàn)象，隔離變壓器在不同鐵心柱上應(yīng)合理設(shè)置副邊和原邊繞組，減小副原之間電容，還需要在原邊和副邊繞組之間進(jìn)行靜電屏蔽，提高隔離變壓器的抗干擾性。總之，隔離變壓器的原理和普通變壓器的原理大致相同的,都是利用電磁感應(yīng)原理，只是隔離變壓器一般是指變比為1:1 的變壓器,一次側(cè)與二次側(cè)繞組線圈匝數(shù)相等的變壓器，其安全保護(hù)作用主要是將用電設(shè)備和電網(wǎng)隔離開,用于有安全性要求的場合或者抗干擾要求的場合等，使用電設(shè)備和電源沒有直接的電聯(lián)系，從而確保設(shè)備運行及人員安全。

安全隔離變壓器接線圖

■隔離變壓器的防電擊原理

當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生碰外殼接地故障時，很容易導(dǎo)致間接接觸電擊事故。為此，常用剩余電流動作保護(hù)器（RCD）迅速切斷電源來防范這類事故。在有些情況下，用隔離變壓器作電氣分割來防范這類事故更為合適，其防電擊原理如下圖：

上圖中隔離變壓器T 的一、二次繞組和二次繞組對地間有高度的絕緣，二次回路的兩根帶電導(dǎo)體則是對地絕緣的。用電設(shè)備M 的金屬外殼允許與“地”接觸，但不允許與變壓器一次側(cè)的PE 線連接或與單獨的接地極連接而人為接地。這樣就實現(xiàn)了完善的變壓器一二次之間的電氣隔離。如上圖所示，當(dāng)M 的帶電導(dǎo)線L1發(fā)生碰外殼短路時，故障電流Id沒有返回電源T 的金屬通道，它只能經(jīng)非故障導(dǎo)線L2對地的微量電容返回電源，這樣Id幾乎可忽略不計。設(shè)M 與地面間的接觸電阻為RE,其值大約數(shù)百歐姆，則M對地的故障電壓也即人體的預(yù)期接觸電壓Ut＝Id×RE＜＜UL（其中，UL為接觸電壓限制，干燥場所為50V，潮濕場所為25V），電擊事故將無法發(fā)生。PE 線將可能傳導(dǎo)來自別處的危險故障電壓而在用電設(shè)備處發(fā)生電擊事故，但在上圖所示的電氣分隔回路中，由于M 不接其他回路的PE 線，這類電擊事故也無從發(fā)生。如果上圖中L1碰外殼事故尚未排除，另一導(dǎo)線L2又發(fā)生碰外殼故障，這時形成的兩根導(dǎo)線間金屬性短路將使線路首端的過電流保護(hù)器（如上圖的熔斷器）瞬間切斷電源，其后果是設(shè)備停止工作而非電擊事故。當(dāng)發(fā)生碰外殼接地故障時，RCD 能瞬間切斷故障，使人免于一死，但人體難免有電擊的痛楚，最好的防間接接觸電擊措施不是在設(shè)備回路安裝RCD，而是采用電氣分隔防電擊措施，遇到這類故障，人體連麻電的感覺都沒有，故它比裝用RCD 更為安全、可靠。

■安全隔離變壓器的應(yīng)用

隔離變壓器多使用于生產(chǎn)設(shè)備和電網(wǎng)設(shè)備的隔離，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，確保電源和用電設(shè)備之間沒有直接的電關(guān)聯(lián)。隔離變壓器作為一種安全電源，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，設(shè)備維護(hù)檢修時的防雷、濾波和保護(hù)等。另外，隔離變壓器還被廣泛的應(yīng)用在家用電器（電視、吸塵器、空調(diào)、電煲等）、電源適配器等。

1.在日常生活中，出于安全考慮，有很多使用安全隔離變壓器的場景。部分家用電器的底板并非完全絕緣，如果采用隔離變壓器來做檢修用的電源，檢修者再接觸家電的底版，在做好其他絕緣的前提下，就基本可以杜絕碰觸電擊的危險，這比在電源處安裝剩余電流保護(hù)裝置更具有優(yōu)越性。因為在發(fā)生電擊時，雖然漏電保護(hù)器動作跳閘了，但人體還能感受到輕微的電痛。但在使用安全隔離變壓器后，人體偶然觸及帶電體時，就不會有電痛感，所以，隔離變壓器也可作為保護(hù)檢修工作者的合適選擇。另外，在一些需要將TN 接地方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫植縄T 方式時，也需要用隔離變壓器來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因為根據(jù)規(guī)范要求，在同一供電系統(tǒng)中，不宜存在兩種接地方式，但是如果因為工藝要求及安全要求，需要存在另一種接地方式，多采用隔離變壓器來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.在生產(chǎn)中，隔離變壓器因其安全隔離的特殊性,在生產(chǎn)作業(yè)中具有較高的安全性,尤其在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛,其適用于工業(yè)企業(yè)中的機(jī)床和機(jī)械設(shè)備、整流電路、手持電動工具、電焊機(jī)、大功率工業(yè)設(shè)備、整流牽引變壓器、軌道接觸網(wǎng)等的電力、電源的安全隔離。其根據(jù)安全隔離作用一般分為兩類，一類是防止觸電事故發(fā)生而對電源進(jìn)行隔離的安全電源，另一類隔離變壓器是對電磁干擾信號進(jìn)行隔離，它廣泛用于電子電路中，抑制噪聲和電磁干擾。從安全應(yīng)用方面考慮，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。在規(guī)定工頻有效值的情況下，設(shè)備或工具的安全電壓額定值有42V、36V、24V、12V、6V，特殊危險性大的環(huán)境中使用手持電動工具應(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具或局部照明燈應(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。當(dāng)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(hù)措施。通常采用安全隔離變壓器作為安全電壓的電源。

在軌道交通行業(yè)領(lǐng)域，隔離變壓器的應(yīng)用能很好的保證供電網(wǎng)絡(luò)的安全可靠，其中隔離變壓器的輸入繞組和輸出繞組之間設(shè)有接地屏和可靠的絕緣層，可使輸入繞組和輸出繞組可靠的隔離開，從而可使用電設(shè)備可靠的與供電網(wǎng)隔離開。目前軌道交通行業(yè)多用的27.5kV 牽引變壓器是二相電力系統(tǒng)的平衡式變壓器,原邊中性點N 可以接地，次邊27.5kV二相分別向下行接觸網(wǎng)供電,公共點接鋼軌并接地。其平衡性能好，諧波含量小，對供電系統(tǒng)及通訊系統(tǒng)的負(fù)面影響相對較小。

■隔離變壓器的運行檢查

1.正常狀況下的巡視檢查：音響、油位、溫度是否正常。外殼是否潔凈無滲漏、防爆管是否完整無裂紋。套管是否清潔無裂紋、無打火放電現(xiàn)象，引線接頭無熱現(xiàn)象。冷卻系統(tǒng)是否正常。

2.特殊情況下的巡視檢查：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路或天氣突變時，應(yīng)重點進(jìn)行檢查。過負(fù)荷時，檢查油位油溫是否正常。當(dāng)發(fā)生短路或變壓器跳閘現(xiàn)象時，檢查變壓器有無爆裂、斷脫、移位、變形、焦味、燒傷、閃絡(luò)、煙火及噴油等故障現(xiàn)場。大風(fēng)、大霧、雷雨、大雪天氣時，應(yīng)檢查引線擺動情況、放電及電暈情況、閃絡(luò)放電情況、

■結(jié)束語

隔離變壓器應(yīng)用非常廣泛，也是一種重要的電氣裝置，被廣泛的應(yīng)用在電力工程、機(jī)械制造、生活電器、信息化設(shè)備等方向領(lǐng)域中，為更進(jìn)一步的發(fā)揮隔離變壓器在生產(chǎn)制造及生活上的應(yīng)用和優(yōu)勢，要通過不斷學(xué)習(xí)，更全面地了解隔離變壓器的工作原理，根據(jù)現(xiàn)場及需求情況，認(rèn)真分析隔離變壓器應(yīng)用要求，進(jìn)一步深入對隔離變壓器的研究，推動隔離變壓器的快速發(fā)展。