隔离变压器设计规范

隔离变压器设计规范篇一：隔离变压器隔离变压器和特低电压的应用 为有效防止间接接触电击事故的发生，常用的防护措施有多种，例如可装用额定动作电流不大于 30mA 的高灵敏度 RCD 来迅速切断电源，它多用于大功率的设备；也可用隔离变压器供电，它适用于较小功率的设备；还可用特低电压供电，它仅适用于功率甚小的设备。本章将介绍隔离变压器和特低电压供电在防电击中的应用。 第一节 隔离变压器在防间接接触电击中的应用 隔离变压器是指加强绝缘的双绕组或多个二次绕组的变压器。相线对地电压不大于 250V 的这种变压器需通过工频 3750V 电压持续 lmin 的耐压试压，或在两绕组间设置接地的屏蔽层。使用这种变压器不存在危险电压自一个绕组传导至另一绕组的可能性，绕组回路导体之间也没有任何电的联系。如无特殊说明，这种变压器的变比通常为1：1，变压器只是在一次和二次回路间起分隔回路的作用，因此用它实现的防电击措施称作电气分隔。在使用时其二次回路的导体应对地绝缘。变压器如有金属外壳，则此外壳应连接一次回路的 PE 线作保护接地，所供用电设备的金属外壳允许与地接触(例如放置在地面上)，但不允许连接PE 线来接地。 使用隔离变压器防电击的原理在第六章和第七章中已叙述。在应用中，最好采用一台隔离变压器供一台设备的方式，也可采用一台多个二次绕组的隔离变压器，每个二次绕组各供一台设备的方式。但为节省投资和简化线路，有时也自一隔离变压器绕组供多台设备。应注意后一种方式并不很安全，这时各台设备的金 图 18-1 隔离变压器一、二次绕组供电给多台设备时需作不接地的等电位联结 属外壳应用与二次回路导线等截面的绝缘导线互相连接以实现不接地的等电位联结，如图 181 中点划线所示。如果不作此联结，当图 181 中两台设备都发生图示碰外壳接地故障时，由于设备与地有自然接触，图中故障电流Ia 将以两台设备与地面的接触电阻及地面电阻之和 RE1 及REz 为通路返回电源，其值甚小不能使回路的过电流防护电器(如图 181 中的熔断器)动作。这时 220V 电压将在 R RE1 及 RE2 上按阻值分配，RH 及 RE2 上的电压降即为接触设备金属外壳的人体的预期接触电压 UtL 及 Uk，它将超过接触电压限值 UL 而导致电击事故。如人体同时触及这两台设备，则接触电压高达 220V，将更危险。为此应按图 181 中点划线所示，在设备金属外壳问设置不接地的等电位联结，这样故障电流将不是以 RE1+RE2 而是以此联结线作为返回电源的通路。此金属性通路使故障电流剧增，从而使回路的过电流防护电器瞬时切断电源，防止了电击事故的发生。这时即使人体同时触及两台设备，由于两设备外壳电位相同也不会发生电击事故。需注意这一联结线必须为绝缘导线，以防它与其他带电位的导体或带故障电压的一次侧 PE 线接触，而使隔离变压器所供设备外壳带危险电压。这一不接地的等电位联结在设计安装中往往被忽略而未设置，在设计和安装中应加注意。还需说明，用一个隔离变压器绕组供多台设备时，其安全水平难免有所下降。为此在电击危险大的场所仍以用一台变压器或一个变压器绕组专供一台设备为好。 这种不接地的等电位联结的设置并不麻烦，可利用隔离变压器二次侧多个三孔插座空置的 PE 线插孔端子互相连通作不接地的等电位联结线的联结端子，而用电设备的 PE线则用来做不接地的等电位联结线，十分简便，如图 18-2 所示，不赘述。 装用隔离变压器防间接接触电击时，应注意二次回路标称电压(V)和回路长度(m)的乘积不宜超过 100000，二次回路的总长不宜超过 500m，以限制其对地电容电流，确保安全。隔离变压器供电时二次回路的导体不接地，但它并非 IT 系统。IT 系统所供电的电气装置内的外露导电部分需通过与共用的 PE 线的连接而作保护接地，其回路中需装设绝缘监测器以便在发生第一次接地故障时发出报警信号，IT 系统的主要作用是在不发生电气事故的前提下尽量避免供电的中断。而隔离变压器只能作为有限设备的电源，其二次回路内的外露导电部分不得连接 PE 线作保护接地，也不需装设绝缘监测器，它的二次回路是另起的一个系统(separately derived system)，被 IEC 称作电气分隔(electrical separation)，但它的主要作用在防电击而不在保证供电的不间断。这两者有很大的不同，不能误认为用隔离变压器供电就是采用了 IT 系统。 图 182 利用用电设备的 PE 线作不接地的等电位联结线 第二节 特低电压在防间接接触电击和直接接触电击中的应用 工频 50V 及以下的电压，IEC 称为特低电压(extra-low-voltage，简称 ELV)，它能有效地防直接接触 电击和间接接触电击。按 IEC 标准特低电压设备的额定电压用于 图 18-3 SELV 回路在任一接地故障情况下仍确保人身安全 干燥场所者为 48V(我国仍沿用 36V)，用于潮湿场所者为 24V，用于水下者为 12V 及 6V。为防危险电压由降压变压器的一次绕组因绝缘损坏窜入二次绕组，这种特低电压回路必须由上述加强绝缘的隔离变压器降压供电，这在第五章第一节中已提及。为策安全，在特低电压回路中其回路导体不接地，所供设备金属外壳可与地接触，但不得连接 PE 线而接地，如图 18-3 所示。这种特低电压回路在隔离降压变压器一次侧和二次侧 任一接地故障隋况下，都不会发生电击事故，因此它不需要补充其他的防护措施。这种不接地的特低电压回路，IEC 称为 SELV 回路。由于国际上对 SELV 回路的定义未取得一致的意见，SELV 回路没有正式的定义和名称，一些发达国家将其第一个字母“S”理解为 safety(安全)或 self-sufficient(自满足)，即在各种故障情况下不需补充其他措施自身就能满足安全要求的意思。 过去我国有一错误的观念，即回路导体只要实现接地或“接零”即可达到地电位，就能满足安全要求了。受此影响我国有些不与 IEC 标准接轨的规范中就规定所谓安全电压网络(即上述特低电压网络)中的导线应接地或“接零” ，这是与 IEC 标准对 SELV 回路的规定矛盾的，因此是不能保证安全的。因为在隔离变压器一次侧的 PE 线或中性线在故障情况下，如前文所述，是可能持续带危险故障电压 U 的。如果按上述规范要求进行接地或“接零” ，则如图 18-4 所示，变压器一次侧 PE 线上的持续故障电压 U 将导人二次侧SELV 回路，并传导到 ELV 设备的金属外壳上，此 U 电压往往超过 50V 或 25V 而引起电击事故。在一些工矿企业内正是因为这种故障一再发生所谓“安全电压电死人”的事故，而这种“安全电压”回路的设置却是符合我国有关规范要求的，我国有关规范的规定客观上起到了误导的作用。因此在电气设计中如采用特低电压回路，除特殊隋况外，都应尽可能按上述 IEC 标准依照 SELV 回路的安装要求来进行设计，以保证电气 安全。 图 18-4 特低电压回路接地或“接零”后可导致电击危险 SELV 回路适用于电气上特殊危险的场所，例如进入半埋地的金属罐体内进行维修时，所用的手提照明灯即应采用 SELV 回路供电。因这种罐体内属带地电位的狭窄导电场所，电击危险很大，这将在第二十 三章第七节专作介绍。 虽然正常环境条件下 50V 以下接触电压不致引起人身心室纤颤致死的危险，但 IEC 为确保安全，仍规定 SELV 回路电压在 25V 及以下时才可不包绝缘或不设置遮栏(或外护物)，来防范直接接触电击。 有时特低电压回路的带电导体因种种原因不得不接地，这种接地的特低电压回路 IEC 称为保护特低电压(protective extra-low voltage，简称 PELV)回路，这种特低电压回路须补充等电位联结之类的安全措 施。故除特殊情况外，通常都采用 SELV 回路供电而不采用 PELV 回路供电。 篇二：PCB 设计规范PCB 设计规范 1. 设计前的预评估：PCB 的层数，厚度，尺寸，PCB预布局构想，以及关键信号走线要求，关键器件走线要求等。 2. 结构布局规范 布局步骤：结构设计抓模块优化模块集合模块优化组合微调整原件。 符合结构设计及装配要求。 根据结构图设置板框尺寸，按结构要素布置安装孔，接插件等需要定位的器件，并给这些器件赋予不可移动的属性。按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。 根据结构限高图设置印制板的禁止布线区，禁止布局区域，根据某些元件的特殊要求，设置禁止布线区，限高区。以及考虑通风及散热要求。 符合生产工艺要求； 布局要求 通用器件布局要求 ? 数字电路应该根据速率高、中、低速、I/O 电路分区布局，如图 9 所示，避免高速电路噪声通过接口向外辐射。 接口 图 9：分区布局 ? 高速电路和敏感电路应尽量远离 PCB 边缘。 ? 高速电路和敏感电路之间的布局尽量隔离，以减少高频电路对敏感电路的干扰。 ? 高速总线信号的过冲和振铃会产生比较严重的 EMC 问题，需要通过 SI 仿真采取适当的匹配措施加以抑制。 ? 将 PCB 分区应为独立的模拟部分和数字部分，如图10 所示。数字电路通过平面对 模拟电路的干扰较强。I（a）不正确（b）正确 图 10：数模混合电路分区布局? 合适的元器件布局应考虑信号流的走向，弱信号、强信号、数字信号应有序排布。 ? A/D 转换器跨模数分区放置。应注意 A/D 的模拟地和数字地的交流压差不能大。 在 A/D 之下是模拟地和数字地相连的最佳位置之一，如图 11 所示。 的布线 图 11：数模转换器连接数模分区 ? 源端串阻应尽量放在靠近驱动器件位置；终端端接器件应尽量放在靠近接收器件位 置。 ? 去耦电容的摆放要尽量靠近芯片的电源管脚，如图12 所示。 芯片芯片 （a）最佳 （b）次之 图 12：去耦电容的摆放位置? 信号线以不同电平的平面作为参考平面，如图 13，当跨越平面分割区域时，参考 平面间的续流电容必须靠近信号的走线区域。 图 13：跨接电容的位置? 芯片的保护电路应尽可能靠近被保护的芯片放置，如图 14。 图 14：芯片的保护电路放置 ? I/O 滤波器与变压器应该尽量靠近与其相连的连接器放置，如图 15。 （a） 不正确 干扰一进单 （b） 正确 图 15：I/O 滤波器位置 ? 如果分区的数字电路与模拟电路之间有少量信号线相联系，则应在其分割开的数字 地与模拟地之间搭桥，实现二地的单点连接，桥的位置应在信号线的下方，应保证所有信号线在跨越二区时都从桥的上面走线，如图 16。 图 16：模拟地与数字地通过桥连接 ? 如果分区的数字电路与模拟电路之间有很多信号线相联系，且这些信号线很难集中 走线，则数字地与模拟地之间不应进行分割，二地为一个完整的地层。布线时除了联接二区的信号线可以跨区外，各区内部的信号线严禁跨区走线。 时钟布局要求 ? 晶振、晶体以及相关电路应尽量布置在 PCB 的中间，不要靠近 I/O 接口或板边。 ? 时钟电路要远离敏感器件布局。 ? 时钟源的滤波电路尽可能的靠近振荡器的电源输入引脚，以最大程度减小环路电 流。 ? 晶振去耦电容的摆放要靠近芯片的电源管脚，并且电容的电源线和地线所包围的面 积应最小。 ? 晶体和晶振的布局要注意远离大功率的元器件、散热器等发热的器件。 ? 晶体和晶振要尽量靠近与其相关联的 IC 器件。接口器件布局要求 ? 选择具有良好高频隔离性能的隔离变压器。在 PCB布局时不要破坏隔离变压器的 隔离性能，尽可能不要将隔离变压器的初、次级线圈布放在同一个地层上，而是分别放在二个分割的地上，如图 17 ，用户线通常应接保护地。 压器图 17：隔离变压器布局位置 ? 用户线上可采用共模滤波和变压器隔离，共模电感的位置必须放在收、发端接地点 的电路侧。 ? 用户线一般不应浮空，PCB 上用户线参考平面接保护地。 ? 外接电源端口的一些差模和共模滤波器件在 PCB 板上布局时要尽量靠近电源端口， 以减小外部电源噪声耦合进板内的机会,同时也可减小 PCB 板内耦合出板外的噪声。图 18 中 L1C1C2C3C4为电源入口的差模滤波器件，L2 为电源入口的共模滤波器件，这些器件均应靠近电源入口放置。 篇三：隔离变压器(医用)一、 隔离变压器系统（又称医用 IT 隔离供电系统）在医疗领域的必选性： （IT 隔离供电系统，即中性点不接地配电系统） 1. 隔离变压器系统因降低了接触电压和电网对地漏电流（有效控制对心脏的直接漏电流） ，故人身触电危险被降到最小程度。 众所周知，当用电设备对人体心脏直接漏电大于 10uA 时，会造成对病人的微电击事故。而在一般通用建筑中所采用的 RCD、ELCB 等对地漏电保护开关，其动作响应值是mA 级（如：30 mA） ，远远不能满足医疗领域的需要。 因此，现在国际上对医疗领域中的手术室、ICU、CCU等重要场所通常采用局部“中性点不接地的供电系统” （即“IT 系统”或称“隔离电源系统” ）供电。1912 年芬兰澄诺灏亚（CNHY）电气控制有限公司通过单相 3KVA-10KVA 的隔离变压器给这些场所供电，首先就防止了其它供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室、ICU、CCU 的医疗电气设备上对病人的安全构成威胁；另外，一旦隔离电源上所接的负载（如各种医疗电气设备）出现对地故障，因对地不能构成回路，只能产生一个很小的容性漏电流，极大地保护了病人免遭漏电流的伤害。 2. 隔离变压器系统在电网负载端出现第一个绝缘故障点时，不会引起电源空开动作（跳闸） ，保证了供电的连续性。 隔离变压器系统在医疗领域某些场所因对供电持续性要求很高，故设计成两路（甚至三路）电源（接地供电系统）自动切换，以保证这些特殊场所的供电连续性，但如果在负载端出现相对绝缘故障时，故障电流将经过电源中性点对地构成回路，从而形成一个较大的故障电流，使上一级空开或熔断器动作，最终导致供电中断。而如果在这些特殊场所局部采用 IT 配电系统时，因其电源中性点不接地，当负载端出现第一点相对地绝缘故障时，因其对地不能构成回路，只会产生一个很小的容性漏电流，对人体不会产生危害，同时也不会导致空开动作，从而保证了手术室供电的连接性。 3. 隔离变压器系统降低了对地漏电流，故提高了防火安全性。 二、 国内/外相关规定： 隔离变压器系统在许多国家和国际标准上都对医疗领域，尤其是那些生命攸关的场所，如手术室、重症监护室、心脏监护室等的电器作了特殊的规定。其目的就是保证为该场所内的医疗电器提供一个安全可靠的电源，以确保病人的安全。相关标准如下： 德国 DIN VDE 0107 芬兰 SFS6000 奥地利 OEVE-EN7 法国 NFC 15-211 意大利 CEI 64-4 美国 NFPA 99-1993 澳大利亚 AS2500 英国 HTMXX/XX，BS7671 巴西 NBR 13543 IEC（国际电工协会） 6034-7-710 在国际电工协会 IEC60364 标准中规定，在医疗领域，由电网电源供电，用于维持生命或外科手术的医疗电器设备，以及用于手术室照明和类似照明设备，额定电压超过AC25V 或 DC60V 的设备，必须使用带绝缘电阻监视仪的 IT系统。 同时我国民用建筑电气设计规范中中规定“在电源突然中断后，有招致重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT 系统）的供电方式” ；中规定“IT 系统必须装设绝缘监视及接地故障报警系统或显示装置” 。以及我国 XX 年 11 月 26 日发布、12 月 1 日开始实施的医院洁净手术部建筑技术规范中规定“洁净手术部用电应从本建筑物配电中心专配供给。根据使用场所的要求，主要选用 TN-S 系统和 IT 系统两种形式” ；中规定“洁净手术室内的电源宜设备漏电检测报警装置” ；中规定“心脏外科手术室必须设置有隔离变压器的功能性接地系统”等相关规定。三、隔离变压器系统工作原理： 1、隔离变压器系统的原理 隔离变压器系统，简单说就是隔离变压器和绝缘监视仪以及报警终端三个放在一起。供电原理很简单，说白了就是利用隔离变压器把 TN 供电变成不接地的 IT 供电，实际上一个隔离变压器就能实现应用的功能，但考虑到系统的长期稳定性，才会放上绝缘监测仪进行在线的实时检测整体的绝缘水平。 IT 系统的电源端不接地或经高阻抗接地，其电气装置的外露导电部分，被单独地或集中地通过保护线（PE）接至接地极。在实际应用中，IT 系统一般与 TN 或 TT 系统通过隔离变压器进行隔离。 在正常情况下，系统中仅存在线路对地电容的微小泄漏电流。当系统发生第一次单相接地故障时，故障电流为两非故障相对地电容电流的相量和 Id ，由于这个电流值甚小，不会造成人身电击或者其它事故，也不会切断电源，保证了系统供电的连续性。但是如果不及时排除故障，当第二次另一相发生接地故障时，相当于形成相间短路，使过电流保护装置动作，引起供电的中断，这对于重要的供电场所来说，是不允许的。 为了防止上述短路故障的发生， T 系统应设置绝缘监测器。这样当系统发生第一次接地故障时，绝缘监测器就能及时检测出该接地故障，并通过报警装置发出报警信号（通常是声光报警信号） ，提醒工作人员赶在第二次发生异相接地故障前及时排除故障，消(来自: 小 龙 文档网:隔离变压器设计规范)除隐患，从而有效地保证系统供电的连续性。可以在系统中安装专门的故障检测仪，当绝缘监测检测到绝缘故障时，给故障检测仪一个启动信号，故障检测仪开始逐路检测，也可以利用手执式故障定位设备对可能出现故障的回路进行逐点排查，最终找到故障点并显示故障点的位置，这样就极大地方便了工作人员进行故障排除。 为了保证系统供电的连续性，国家建筑物电气装置 第 7-710 部分：特殊装置或场所的要求医疗场所 / IEC60364-7-710:XX 条规定：“医用 IT 系统的变压器进出线回路不允许设置过负荷保护” ，以防止系统过负荷时保护开关切断电源。这就要求系统中的绝缘监测器必须同时还具有负荷检测和过负荷报警功能。在一些重要的场所，由于隔离变压器持续不断地工作，可能温度过高而导致隔离变压器工作异常。因此绝缘监测器还需要实时检测变压器的温度，当其温度过高时，应有相应的超温报警信号，以提醒相关人员及时处理。 由上面的分析可知，一个典型的单相 IT 系统，其组成设备主要包括：隔离变压器、绝缘监测器、电流互感器，以及外接报警与显示仪。 隔离变压器系统中，绝缘监测仪具有系统绝缘检测、系统过负荷检测和变压器温度检测功能，以及相应故障的报警与显示功能，一般安装在现场的终端配电柜中。外接报警与显示仪则用于集中显示相应的检测值，并具有超限报警功能，一般安装在位置明显的地方，方便人员查看，如手术室 IT 系统的外接报警与显示仪通常安装在医院手术室的情报面板上。 2、隔离变压器系统的特点 a.由于系统电源端带电导体不接地，即使系统发生单相接地故障也只能通过系统对地电容构成回路，故障回路阻抗极大，故障电流极小，发生电击的危险很小，所以不必及时切断电源来防电击，从而维持供电不间断，只有在发生第二此接地故障时才要求切断电源。同时，安装在系统中的绝缘监测器能及时地检测并给出系统绝缘故障报警信号，提醒工作人员及时排除故障。因此 IT 系统是一个连续、可靠的供电系统。 b.隔离变压器系统中的绝缘监测器，一方面实时监测系统的绝缘状态，另一方面还检测系统的过负荷和变压器的温升状态，一旦出现异常立即报警。因此 IT 系统能够减少因系统 发热、漏电等原因引起的电气火灾事故，大大提高了系统的防火安全性。c.在隔离变压器系统中，提高回路的绝缘阻抗降低回路对地电容，是提高系统安全性与可靠性的关键。因此在系统设计时要尽量缩短系统配电线路的长度，减小系统容量，减少系统分支回路数，并做好线路的绝缘防护措施。这也就限制了 IT 系统仅能用在重要的局部的供电场所，如化工、制药企业的一些程序控制生产线，医疗场所的手术室、重症监护室等场所。 3、隔离变压器系统在新改扩建医院中的设计与应用 1.） 在医疗领域所有的以检查或治疗为目的，与病人直接接触的设备（包括其导线） ，有三种应用情况： 应用组 0 类：该医疗场所内没有使用电网电源的医疗电器设备。 例如：门诊室、候诊室、按摩室等 应用组 1 类：该医疗场所内有使用电网电源的医疗电器设备，这些设备没有任何部件插入病人体内的。 例如：病房、产房、X 光室等 应用组 2 类：该医疗场所有使用电网电源的医疗电器设备，这些设备用于心脏或人体内部手术、对病人进行实时监视或用于维持病人生命等作用。 例如：麻醉室、手术室、手术准备室、手术石膏室、手术恢复室、心脏导管插入室、重症监护室、心脏监护室、血管造影检查室、早产儿监护室等 在应用组 2 类的医疗场所，必须使用带绝缘电阻监视的隔离电源系统（IT 系统） 。在应用组 0 类和 1 类的医疗场所，可使用带漏电流保护的接地系统，即 TN-S 系统。 2.） 建议接入 IT 电网的用电设备： a）呼吸机 b）恒温培养箱 c）透析设备 d）麻醉设备 e）病人监护设备 f）高频外科设备 g）输液泵 h）注射泵 i）心肺机 j）心力记录器 k）脉压机 l）心律电子脉冲调节器等 3.） 手术室/ICU 病房/CCU 病房 IT 电源系统的基本配置： 隔离变压器 绝缘监视仪 变压器负载和温度监视设备 外接报警显示设备 根据国际电工协会（IEC）有关规定，隔离变压器 IT供电系统需要包括绝缘监视仪、隔离变压器、变压器负载和温度监视设备、外接报警显示设备，因此许多国际与国家标准认定，使用 IT 供电系统是医疗场所供电安全可靠的关键。同时因医用 IT 供电系统因为使用情况的特殊性，还有四个必要要求： 第一个绝缘故障的发生不会导致保护装置动作切断供电，以至维持生命设备出现故障或停止工作 医疗电器设备可以正常工作 故障电流被减小到安全范围内 由于供电故障被避免，因此手术室不会发生突然停电事故 IEC 60364-7-710:XX-11 要求第二类医疗场所全部使用 IT 供电系统 (不接地系统) 第二类医疗场所中, IT 供电系统应用于： 为医疗电气设备和生命维持系统供电的回路 患者区域内的其他设备下列房间需要特别注意:麻醉室手术室 手术准备室 手术恢复室 心脏导管插入室 重症监护室 血管造影检查室 早产儿监护室 四、隔离变压器系统厂家及品牌 1，德国格力马德国 ESA 格力马公司的产品涉及医院、铁路系统及工程建设等多个领域。ESA 格力马公司多年以来，一直致力于为医院等医疗场所提供安全、稳定的供电解决方案。其研发的 HospEC?系列产品为医院等医疗场所提供主变电室方案、主建筑物低压变电、配电室方案、医院智能网络管理系统、FolioTec 医用控制面板和报警系统、重要医疗场所（手术室、ICU、CCU 病房）等的 IT 隔离供电系统等。公司为客户提供个性化咨询、项目设计、产品供应和安装调试等一条龙服