隔离变压器的应用

电子报/2013年/11月/3日/第008版

机电技术与维修

隔离变压器的应用

连云港宗成徽

隔离变压器是将一个电气回路内的导体与另一个电气回路的导体作完全的隔离，即通过变压器的输入绕组与输出绕组在电气上彼此隔离，使得它们之间只有磁的联系，用以避免偶然同时触及带电体(或因绝缘损坏而可能带电的金属部件)和地所带来的电击危险。

一、隔离变压器的结构

隔离变压器是变比为1:1的变压器，二次侧有一个或多个绕组。其一次侧接市电，二次侧接用电负荷。单相隔离变压器的一次侧对二次侧及外壳的耐压试验要达3750V、1分钟；三相的耐压试验为4200V、1分钟。这无疑是绝缘加强型(或称双重绝缘)的变压器，见GB 13028-91《隔离变压器和安全隔离变压器技术要求》。这么高的耐压，在一般情况下，确保了一次侧绕组与铁芯、二次绕组及金属外壳之间的绝缘不会损坏、击穿。在电击防护上，隔离变压器还有特殊的技术特点。

二、隔离变压器的使用及要求

1.适用场所

在一些场合，常常因需要，特别是出于安全要求，需要使角隔离变压器。例如，由于一些家用电器的底板是带电的，如果采用隔离变压器来做检修用的电源，检修者再接触家电的底版，就不必担心电击的危险了(当然不得同时接触电源的两根相线)，这比在电源处安装RCD(剩余电流保护装置)更具有优越性。因为在发生电击时，虽然RCD动作跳闸了，但人体电痛、麻电的感觉还是存在的；使用隔离变压器后，人体触及带电体，没有电痛、麻电的感觉，所以，隔离变压器是家用电器检修工作者的优先选择。在一些需要将TN接地型式转变为局部IT型式时，也需要用隔离变压器来进行转换。根据规范规定，在同一个供电系统中，不宜存在两种接地型式。如要求存在另一种接地形式，那就要采用隔离变压器来进行转换。例如，医院中手术室内的IT接地型式的电源，一般就是采用隔离变压器将医院供电系统的TN接地型式转换来的。

2.隔离变压器的使用要求

使用隔离变压器时，其二次侧不可接PE线。接了PE线，就失去了隔离的意义；另一方面是可避免因他处故障由PE线引来的故障电压造成电击危险。这也是TN接地系统的缺点。其次，要求一台隔离变压器为一台用电设备供电。如果要为多个用电设备供电，最好采用有多个二次绕组的隔离变压器。当条件不允许，而采用一台隔离变压器的一个二次绕组为两台用电设备供电时，需将两台用电设备的金属外壳用绝缘导线进行连接，而且该导线不得接地，这称作不接地的等电位联结。这样，可消除两台用电设备因与不同相电源“碰壳”引发的电击危险。

图1为隔离变压器为一台用电设备供电出现“碰壳”的示意图。

由图1可见，人体触及了隔离变压器二次侧“碰壳”的电器时，在人体上的电压Ut是很小的。因为图中的C是非故障相L2对地的电容，其容抗Xc、对地接触电阻R都较大，使得故障电流Id很小，远远小于能使人体心室纤颤的电流，人体没有电击的危险。

图2为隔离变压器的一个二次绕组同时为两台用电设备供电出现“碰壳”的示意图。

图2中，如用电器1出现外壳与L2"碰壳”，用电器2出现外壳与L1“碰壳”，此时，由于外壳与地的接触电阻RI、R2较大，故障电流Id不足以使熔断器熔断。此时的220V电压将按两台用电器与地的接触电阻R1、R2的阻值进行分配。如按R1=R2计算，则人体接触一台用电器外壳时的电压为110V，大于安全电压50V，使人体遭受电击。如将两台电器的金属外壳用不接地的绝

缘导线连接(图2中的粗实线)，称“不接地的等电位联结”。此时再出现上述故障时，等于L1、L2之间有了金属性通路，故障电流剧增，电源处熔断器将立即熔断，电击危险得以消除。该连接导线之所以既绝缘又不允许接地，是为了防止其接地时，由于他处故障由PE线传播的故障电压，导入到隔离变压器的二次侧，造成电器外壳上有对人体电击的危险电压。

以上讲述的是在地面上使用隔离变压器，它有非常可靠的防电击措施。而在水下，如游泳池、喷水池等潮湿场所，使用隔离变压器供电是达不到安全要求的。

三、游泳池不能使用隔离变压器供电

根据规范规定，游泳池必须使用特低电压(ELV)供电，方能达到安全要求。现以图3为例进行分析。

图3为游泳池采用隔离变压器供电的示意图。当水下用电器发生“碰壳”故障时，故障电流Id将沿水与用电器外壳的接触电阻R1、水电阻R水、人体电阻R人、相线L2对水的容抗XC回到电源侧。由于水中的XC比较小，Id增大，水下形成电位梯度也增加，人体在此电位梯度下，相当于人在地面上感受危险的跨步电压相似，有发生电击的危险。故在游泳池中不得使用隔离变压器供电，而必须使用特低的供电电压12V。

在喷水池中的情况与游泳池相似。但喷水池中需要使用电压为380/220V的电器，如潜水泵等。如必须采用隔离变压器供电，为避免人体误入喷水池出现电击的危险，除了在喷水池处悬挂“通电时人员不得进入喷水池”的标示牌外，还应对水下电器、线缆的防水性能等有关参数，都应符合规范的规定。因此，在喷水池中使用隔离变压器供电时，必须采取必要的安全、技术措施。

四、行灯变压器前端加装隔离变压器的作用

行灯变压器是一般的双绕组变压器，它输出的安全电压或特低电压，为携带型灯具或在其他特殊场所(潮湿、金属容器内)提供照明等。根据GB 50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》的规定，行灯变压器的低压侧应接地可靠。有些场所为了提高其施工人员的安全，在行灯变压器的前端加装隔离变压器也是一个不错的措施。但加装了隔离变压器后，行灯变压器的低压侧是不可接地的。如原行灯变压器的供电是属于TN-S接地系统，则其前端加装了隔离变压器后，使其变成了IT接地系统。IT接地系统的特点一是供电可靠性高，即发生一点接地还可以运行一段时间；二是人员触及带电部分不会受到电击；三是电源处不接地或经高阻抗接地的。见图4。

图4中人员触及碰壳用电器，与图1的情况相同，人员不会遭受电击。但若行灯变压器的低压侧接PE线后(图中虚线)，等于由IT系统变回到TN系统，失去了加装隔离变压器的意义。此时如出现行灯变压器高低压绕组间严重漏电时，人员触及碰壳的用电器，如忽略接地电阻，全电压将加在人员身上，几乎是Ut=UL流过人体的电流Id不再是由故障相至非故障相、经过电容C 的很小的电容电流，而是经PE回到电源的、远远超过50mA使人员遭受电击、危及生命的电流。当行灯变压器前端加装隔离变压器后，已不适用于GB 50303-2002中的20.1.1之2款。