浅析安全隔离变压器的应用

中车长春轨道客车股份有限公司 赵德金 祝新超 罗 丹

关键字：安全隔离变压器 原理 应用 安全运行

■引言

所谓安全隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的导线绕组电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。现阶段，我国轨道交通发展不断加快，人们对于电力方面的使用需求也从各个方面不断提升，这也在一定程度上对于电力系统运行的稳定和安全提出新的要求。从变压器的普遍应用，到安全隔离变压器的推广应用，都有着时代科技手段的进步体现，安全隔离变压器在手持电动工具、家用电器、轨道列车等各个领域都有着及其重要的应用，另一方面对于变压器的安全措施防护也趋向于本质安全的提升，在设备的日常运行维护中，不断的发现问题，提升设备安全应用水平，了解故障现象并及时处理，方能使其更好的服务于生产生活。

■隔离变压器的工作原理

隔离变压器主要基于电磁感应原理，其内部含有两组线圈，在交流电的作用下会形成磁场，同时在磁场的作用下副边绕组可以产生电磁感应电动势，若变压器副边绕组带动负载，会产生大量的感应电流。另外，隔离变压器的副边和原边绕组具有电路隔离的作用，在高频状态下，隔离变压器的副边和原边绕组之间的电容会产生静电干扰问题，为了避免静电干扰的现象，隔离变压器在不同铁心柱上应合理设置副边和原边绕组，减小副原之间电容，还需要在原边和副边绕组之间进行静电屏蔽，提高隔离变压器的抗干扰性。总之，隔离变压器的原理和普通变压器的原理大致相同的,都是利用电磁感应原理，只是隔离变压器一般是指变比为1:1 的变压器,一次侧与二次侧绕组线圈匝数相等的变压器，其安全保护作用主要是将用电设备和电网隔离开,用于有安全性要求的场合或者抗干扰要求的场合等，使用电设备和电源没有直接的电联系，从而确保设备运行及人员安全。

安全隔离变压器接线图

■隔离变压器的防电击原理

当电气设备发生碰外壳接地故障时，很容易导致间接接触电击事故。为此，常用剩余电流动作保护器（RCD）迅速切断电源来防范这类事故。在有些情况下，用隔离变压器作电气分割来防范这类事故更为合适，其防电击原理如下图：

上图中隔离变压器T 的一、二次绕组和二次绕组对地间有高度的绝缘，二次回路的两根带电导体则是对地绝缘的。用电设备M 的金属外壳允许与“地”接触，但不允许与变压器一次侧的PE 线连接或与单独的接地极连接而人为接地。这样就实现了完善的变压器一二次之间的电气隔离。如上图所示，当M 的带电导线L1发生碰外壳短路时，故障电流Id没有返回电源T 的金属通道，它只能经非故障导线L2对地的微量电容返回电源，这样Id几乎可忽略不计。设M 与地面间的接触电阻为RE,其值大约数百欧姆，则M对地的故障电压也即人体的预期接触电压Ut＝Id×RE＜＜UL（其中，UL为接触电压限制，干燥场所为50V，潮湿场所为25V），电击事故将无法发生。PE 线将可能传导来自别处的危险故障电压而在用电设备处发生电击事故，但在上图所示的电气分隔回路中，由于M 不接其他回路的PE 线，这类电击事故也无从发生。如果上图中L1碰外壳事故尚未排除，另一导线L2又发生碰外壳故障，这时形成的两根导线间金属性短路将使线路首端的过电流保护器（如上图的熔断器）瞬间切断电源，其后果是设备停止工作而非电击事故。当发生碰外壳接地故障时，RCD 能瞬间切断故障，使人免于一死，但人体难免有电击的痛楚，最好的防间接接触电击措施不是在设备回路安装RCD，而是采用电气分隔防电击措施，遇到这类故障，人体连麻电的感觉都没有，故它比装用RCD 更为安全、可靠。

■安全隔离变压器的应用

隔离变压器多使用于生产设备和电网设备的隔离，可以实现电力系统的安全性和稳定性，确保电源和用电设备之间没有直接的电关联。隔离变压器作为一种安全电源，广泛应用于电力系统，设备维护检修时的防雷、滤波和保护等。另外，隔离变压器还被广泛的应用在家用电器（电视、吸尘器、空调、电煲等）、电源适配器等。

1.在日常生活中，出于安全考虑，有很多使用安全隔离变压器的场景。部分家用电器的底板并非完全绝缘，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，在做好其他绝缘的前提下，就基本可以杜绝碰触电击的危险，这比在电源处安装剩余电流保护装置更具有优越性。因为在发生电击时，虽然漏电保护器动作跳闸了，但人体还能感受到轻微的电痛。但在使用安全隔离变压器后，人体偶然触及带电体时，就不会有电痛感，所以，隔离变压器也可作为保护检修工作者的合适选择。另外，在一些需要将TN 接地方式转变为局部IT 方式时，也需要用隔离变压器来进行转换，因为根据规范要求，在同一供电系统中，不宜存在两种接地方式，但是如果因为工艺要求及安全要求，需要存在另一种接地方式，多采用隔离变压器来进行转换。

2.在生产中，隔离变压器因其安全隔离的特殊性,在生产作业中具有较高的安全性,尤其在工业生产中应用更为广泛,其适用于工业企业中的机床和机械设备、整流电路、手持电动工具、电焊机、大功率工业设备、整流牵引变压器、轨道接触网等的电力、电源的安全隔离。其根据安全隔离作用一般分为两类，一类是防止触电事故发生而对电源进行隔离的安全电源，另一类隔离变压器是对电磁干扰信号进行隔离，它广泛用于电子电路中，抑制噪声和电磁干扰。从安全应用方面考虑，任何情况下都不要把安全电压理解为绝对没有危险的电压。在规定工频有效值的情况下，设备或工具的安全电压额定值有42V、36V、24V、12V、6V，特殊危险性大的环境中使用手持电动工具应采用42V 安全电压；有电击危险环境中使用的手持照明灯具或局部照明灯应采用36V 或24V 安全电压；金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持照明灯应采用12V 安全电压。当电气设备采用24V 以上安全电压时，必须采取直接接触电击的防护措施。通常采用安全隔离变压器作为安全电压的电源。

在轨道交通行业领域，隔离变压器的应用能很好的保证供电网络的安全可靠，其中隔离变压器的输入绕组和输出绕组之间设有接地屏和可靠的绝缘层，可使输入绕组和输出绕组可靠的隔离开，从而可使用电设备可靠的与供电网隔离开。目前轨道交通行业多用的27.5kV 牵引变压器是二相电力系统的平衡式变压器,原边中性点N 可以接地，次边27.5kV二相分别向下行接触网供电,公共点接钢轨并接地。其平衡性能好，谐波含量小，对供电系统及通讯系统的负面影响相对较小。

■隔离变压器的运行检查

1.正常状况下的巡视检查：音响、油位、温度是否正常。外壳是否洁净无渗漏、防爆管是否完整无裂纹。套管是否清洁无裂纹、无打火放电现象，引线接头无热现象。冷却系统是否正常。

2.特殊情况下的巡视检查：当系统发生短路或天气突变时，应重点进行检查。过负荷时，检查油位油温是否正常。当发生短路或变压器跳闸现象时，检查变压器有无爆裂、断脱、移位、变形、焦味、烧伤、闪络、烟火及喷油等故障现场。大风、大雾、雷雨、大雪天气时，应检查引线摆动情况、放电及电晕情况、闪络放电情况、

■结束语

隔离变压器应用非常广泛，也是一种重要的电气装置，被广泛的应用在电力工程、机械制造、生活电器、信息化设备等方向领域中，为更进一步的发挥隔离变压器在生产制造及生活上的应用和优势，要通过不断学习，更全面地了解隔离变压器的工作原理，根据现场及需求情况，认真分析隔离变压器应用要求，进一步深入对隔离变压器的研究，推动隔离变压器的快速发展。