Заземление изолирующих трансформаторов
На любой электрической схеме оборудования управления можно найти большое количество связанных заземлений. Многие из соединений очевидны, например, различные шкафы управления, разные линии электропитания и т. д. Но часто возникает путаница с множеством заземляющих соединений, связанных с трансформаторами. Трансформаторы существуют практически в каждой системе электропитания, а также в большинстве систем управления. Они часто используются с трехфазной электрической сетью для обеспечения однофазного напряжения 240 В или 120 В для использования в рамках таких нагрузок, как нагреватели, источники постоянного тока и другое подключаемое оборудование. Трансформатор представляет собой сложное устройство и часто предполагает конкретные элементы подключения, которые неочевидны, но, к счастью, часто включаются в схемы.
В этой статье будет рассмотрен вопрос заземления трансформаторов, а также несколько общих конфигураций заземляющих соединений. Каждый элемент оборудования отличается, поэтому это не будет касаться каждой ситуации, но этот материал должен обеспечить ясность и обоснование того, почему существует так много заземлений в схемах.
Заземляющие соединения обеспечивают резервный защитный канал, переплетенный между каждым элементом оборудования и металлическими предметами, которые могут контактировать с электричеством. Если по причине неисправности или неправильного подключения провод под напряжением ослабнет и коснется любого находящегося поблизости металла, будет создана свободнотекучая цепь с низким сопротивлением. Результирующий большой ток в идеале должен отключить прерыватель или предохранитель почти сразу.
Поскольку неисправность может быть вызвана почти любым металлическим предметом рядом с проводом под напряжением, представляется логичным исследовать каждую точку внутри и вокруг каждой цепи, чтобы убедиться в ее правильном заземлении.
При подключении трансформаторов почти всегда есть три точки соединения с землей, за редким исключением двух, как будет обсуждаться позже. Эти три точки: первичная обмотка, корпус и вторичная обмотка.
Заземление первичной обмотки
Чаще всего первичная обмотка трансформатора в системе управления питается от однофазного или трехфазного источника высокого напряжения. При правильном подключении эта входящая линия питания уже была подключена к земле, когда входила в установку или шкаф управления.
Следовательно, нередко видеть символ заземления, прикрепленный к схеме прямо на входной первичной обмотке, но обязательно проследите его обратно к источнику, чтобы убедиться, что он фактически уже заземлен.
Заземление корпуса трансформатора
Почти каждое трансформаторное шасси корпуса изготовлено из металла, хотя некоторые маленькие – пластиковые. Если корпус металлический, на нем не должно быть напряжения. Цель трансформатора состоит в том, чтобы сохранить всю электрическую проводимость, содержащуюся в проводах вокруг катушек – никакое электричества не должно течь в железный сердечник или металлическое шасси, окружающее катушки.
Однако в случае неисправности из-за обрыва провода это шасси может быть под напряжением, и, если это произойдет, оно подключается к электрическому тракту с почти нулевым сопротивлением. Очень важно, чтобы металлический корпус трансформатора был прочно соединен с землей, а не только с проводкой первичной цепи.
Заземление вторичной обмотки
Одним из преимуществ трансформатора является то, что он обеспечивает изоляцию между входящей и исходящей линиями, даже если нет изменения напряжения. Сердечник не проводит электричество, поэтому, хотя он и создает соответствующее напряжение на стороне выхода, этот выходной провод никогда не будет иметь физического соединения с входом основного питания.
С точки зрения заземления это означает, что вторичный выход должен быть заземлен, поскольку он является другой изолированной частью цепи. Любая неисправность проводки после трансформатора должна иметь возможность кратковременного повторного входа в цепь, чтобы отключить это устройство защиты цепи. Как и в случае с любым источником питания, это нейтральный провод, который связан с землей.
Стандартные конфигурации заземления трансформатора
Трансформаторы бывают разных конфигураций проводки. Хотя не все из них рассматриваются в этой статье, этот материал поможет понять наиболее распространенные: с одним выходом и с двойным выходом.
Если трансформатор имеет один единственный выход напряжения, который может быть либо 240 В, либо 120 В, чтобы в дальнейшем обеспечить питание для нагрузок типа 24 В, что характерно для многих управляющих устройств.
В любом случае один из двух проводов должен иметь заземление. Этот провод становится нейтральным проводом. Если имеется только одно выходное напряжение, не имеет значения, какой провод является нейтральным и заземленным, хотя иногда предпочтительным является конкретный, чтобы поддерживать чередование фаз между устройствами.
С трансформаторами с одним выходом, в которых иногда, но очень редко, будет существовать вторичная обмотка, которая не заземлена. Он устанавливается только для предотвращения распространения электромагнитного шума через землю рядом с выходом. Она обычно подключается таким образом только при тестировании и устранении неисправностей оборудования с использованием испытательных устройств заземления, таких как осциллографы.
Часто бывает так, что трансформатор с более высоким напряжением будет выдавать два разных уровня напряжения. Чаще всего это выход 120В/240В. Три линии будут выходить из вторичной обмотки – по одной на каждом конце обмотки и по одной от центра, называемой центральным отводом.
Существуют две разные стратегии использования этого центрального ответвления. Во-первых, если этот центральный отвод соединен с землей, он называется нейтралью. Если нагрузочное устройство подключено к двум внешним проводам, оно получит 240 В. Если нагрузка подключена между одной из внешних сторон и этой центральной нейтралью, она получит только 120 В. Таким образом, есть два способа получения 120 В (линия к нейтрали) и один способ получить 240 В (линия к линии). Это нормальная конфигурация для бытовой проводки, так как она позволяет эффективно контролировать цепи нагрузки.
Вторая стратегия заключается в заземлении одного из внешних проводов, что делает его нейтральным. Нагрузка, подключенная между центральным отводом и внешней нейтралью, получит 120 В. Если нагрузка подключена от выхода к выходу, она получит 240 В. Таким образом, выходы напряжения одинаковы, но оба низких и более высоких напряжения ограничены одним выходным проводом, что обеспечивает эффективное управление. Вторая стратегия, в которой один из внешних проводов подключен к земле, что делает его нейтральным, представлена на следующем рисунке. От центра к нейтрали обеспечивается 120 В, а снаружи к нейтрали обеспечивается 240 В.
Трансформаторы – это простые устройства, но их соединения иногда могут сбивать с толку. Зачастую они просто подключаются к цепи управления с надеждой на правильную работу, но без четкого понимания работы. Для большинства промышленных систем управления было бы нормальным обеспечить надежное заземление на стороне первичной обмотки, а также на самом корпусе. Вторичная обмотка также должна быть заземлена, но нужно выбирать наиболее подходящий вариант для конкретного оборудования.
© digitrode.ru