淺析安全隔離變壓器的應用

中車長春軌道客車股份有限公司 趙德金 祝新超 羅 丹

關鍵字：安全隔離變壓器 原理 應用 安全運行

■引言

所謂安全隔離變壓器的主要作用是：使一次側與二次側的導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。現階段，我國軌道交通發展不斷加快，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運行的穩定和安全提出新的要求。從變壓器的普遍應用，到安全隔離變壓器的推廣應用，都有著時代科技手段的進步體現，安全隔離變壓器在手持電動工具、家用電器、軌道列車等各個領域都有著及其重要的應用，另一方面對于變壓器的安全措施防護也趨向于本質安全的提升，在設備的日常運行維護中，不斷的發現問題，提升設備安全應用水平，了解故障現象并及時處理，方能使其更好的服務于生產生活。

■隔離變壓器的工作原理

隔離變壓器主要基于電磁感應原理，其內部含有兩組線圈，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生電磁感應電動勢，若變壓器副邊繞組帶動負載，會產生大量的感應電流。另外，隔離變壓器的副邊和原邊繞組具有電路隔離的作用，在高頻狀態下，隔離變壓器的副邊和原邊繞組之間的電容會產生靜電干擾問題，為了避免靜電干擾的現象，隔離變壓器在不同鐵心柱上應合理設置副邊和原邊繞組，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,一次側與二次側繞組線圈匝數相等的變壓器，其安全保護作用主要是將用電設備和電網隔離開,用于有安全性要求的場合或者抗干擾要求的場合等，使用電設備和電源沒有直接的電聯系，從而確保設備運行及人員安全。

安全隔離變壓器接線圖

■隔離變壓器的防電擊原理

當電氣設備發生碰外殼接地故障時，很容易導致間接接觸電擊事故。為此，常用剩余電流動作保護器（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體則是對地絕緣的。用電設備M 的金屬外殼允許與“地”接觸，但不允許與變壓器一次側的PE 線連接或與單獨的接地極連接而人為接地。這樣就實現了完善的變壓器一二次之間的電氣隔離。如上圖所示，當M 的帶電導線L1發生碰外殼短路時，故障電流Id沒有返回電源T 的金屬通道，它只能經非故障導線L2對地的微量電容返回電源，這樣Id幾乎可忽略不計。設M 與地面間的接觸電阻為RE,其值大約數百歐姆，則M對地的故障電壓也即人體的預期接觸電壓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），電擊事故將無法發生。PE 線將可能傳導來自別處的危險故障電壓而在用電設備處發生電擊事故，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生。如果上圖中L1碰外殼事故尚未排除，另一導線L2又發生碰外殼故障，這時形成的兩根導線間金屬性短路將使線路首端的過電流保護器（如上圖的熔斷器）瞬間切斷電源，其后果是設備停止工作而非電擊事故。當發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用

隔離變壓器多使用于生產設備和電網設備的隔離，可以實現電力系統的安全性和穩定性，確保電源和用電設備之間沒有直接的電關聯。隔離變壓器作為一種安全電源，廣泛應用于電力系統，設備維護檢修時的防雷、濾波和保護等。另外，隔離變壓器還被廣泛的應用在家用電器（電視、吸塵器、空調、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裝置更具有優越性。因為在發生電擊時，雖然漏電保護器動作跳閘了，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檢修工作者的合適選擇。另外，在一些需要將TN 接地方式轉變為局部IT 方式時，也需要用隔離變壓器來進行轉換，因為根據規范要求，在同一供電系統中，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行轉換。

2.在生產中，隔離變壓器因其安全隔離的特殊性,在生產作業中具有較高的安全性,尤其在工業生產中應用更為廣泛,其適用于工業企業中的機床和機械設備、整流電路、手持電動工具、電焊機、大功率工業設備、整流牽引變壓器、軌道接觸網等的電力、電源的安全隔離。其根據安全隔離作用一般分為兩類，一類是防止觸電事故發生而對電源進行隔離的安全電源，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。在規定工頻有效值的情況下，設備或工具的安全電壓額定值有42V、36V、24V、12V、6V，特殊危險性大的環境中使用手持電動工具應采用42V 安全電壓；有電擊危險環境中使用的手持照明燈具或局部照明燈應采用36V 或24V 安全電壓；金屬容器內、特別潮濕處等特別危險環境中使用的手持照明燈應采用12V 安全電壓。當電氣設備采用24V 以上安全電壓時，必須采取直接接觸電擊的防護措施。通常采用安全隔離變壓器作為安全電壓的電源。

在軌道交通行業領域，隔離變壓器的應用能很好的保證供電網絡的安全可靠，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，從而可使用電設備可靠的與供電網隔離開。目前軌道交通行業多用的27.5kV 牽引變壓器是二相電力系統的平衡式變壓器,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，對供電系統及通訊系統的負面影響相對較小。

■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、無打火放電現象，引線接頭無熱現象。冷卻系統是否正常。

2.特殊情況下的巡視檢查：當系統發生短路或天氣突變時，應重點進行檢查。過負荷時，檢查油位油溫是否正常。當發生短路或變壓器跳閘現象時，檢查變壓器有無爆裂、斷脫、移位、變形、焦味、燒傷、閃絡、煙火及噴油等故障現場。大風、大霧、雷雨、大雪天氣時，應檢查引線擺動情況、放電及電暈情況、閃絡放電情況、

■結束語

隔離變壓器應用非常廣泛，也是一種重要的電氣裝置，被廣泛的應用在電力工程、機械制造、生活電器、信息化設備等方向領域中，為更進一步的發揮隔離變壓器在生產制造及生活上的應用和優勢，要通過不斷學習，更全面地了解隔離變壓器的工作原理，根據現場及需求情況，認真分析隔離變壓器應用要求，進一步深入對隔離變壓器的研究，推動隔離變壓器的快速發展。