Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год. Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта ВТБ для материальной поддержки сайта: 4893470220568296.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
" title="Написать письмо">Написать письмо

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 1243
Просмотры материалов : 4535379
 
Смысл гальванической развязки (25.02.2019). Печать E-mail
2019 - Февраль
25.02.2019 23:55
Save & Share
Зарегистрировался на очередном форуме электроников - и снова столкнулся с диванными электрониками. Проблема форумов именно электроники (или разделов "электроника") - глобальна; будет описана в отдельной статье. В рамках очередного срача был затронут такой вопрос как логический смысл гальванической развязки.

Формат ответов сводился к тому, что это нужно для безопасности, так надо по ПБ, правила написаны кровью - и т.д. Это - демагогические ответы. Нормальным ответом должно быть: "Гальваническая развязка делает то-то и то-то. Это подтверждают такие-то и такие-то графики и законы. Это учитывается в таких-то документах в таких-то пунктах". То есть - последовательность. В этом и проблема диванных электроников: они выдают свои мысли за реальность, что-то где-то услышав; и представляют ее как непреклонную истину, а не как последовательность.

Мое определение смысла гальванической развязки: "защита приборов, электрической сети. Друг от друга. От искажений сигналов". Не человека, а именно приборов и сети.

Представим гальваническую развязку как силовой трансформатор и его обмотки. Энергия приходит на первичную обмотку, проходит через сердечник, выходит из вторичной. Вторичная обмотка имеет свойства:
- относительно первичной имеет задержку по передаче энергии (что логично, т.к. магнитное поле идет через сторонние материалы) - вопрос ее номинала в мс;
- индуктивность присуща любому проводу, намотанному витками хоть на карандаш, - вопрос ее номинала в Гн;
- ввиду свойства трансформатора работать только от переменного напряжения (тупо скрученный в витки провод) - поглощает любое постоянное напряжение на первичной обмотке (не передает его во вторичку). То есть, длительная постоянная помеха рассеивается на первичной обмотке в виде тепла.

В совокупности вышеперечисленных свойств вторичная обмотка получает свойства:
- игнорирование кратковременных помех на первичной обмотке трансформатора;
- не мгновенная реакция на изменение тока в цепи (изменение тока с некоторой задержкой и плавно - присуще любой катушке). Следствие - не перегорание предохранителей при заряде конденсаторов с нуля. Побочное следствие - защита человека от сверхтока, давая ему мизерный шанс спастись. Почему мизерный: если человека ударит напряжением с источника питания - человек не успеет за миллисекунды отпустить руку, и ток за это время вырастет до номинального значения, выжигая человека.

Пока все в норме - гальваническая развязка работает как паразит, передавая энергию через себя и имея некоторый КПД работы. А вот в нештатных ситуациях ее работа крайне интересна.

1. Защита прибора от сети.
Пусть пьяный электрик кинул 380В на фазу. Первичная обмотка не в состоянии убить эту помеху, потому что напряжение переменное, и постоянная составляющая отсутствует. Но начинаются чисто физические процессы:
- высокое напряжение вызывает пробой витков первичной обмотки. Меньше витков на первичке - больше коэффициент трансформации. Если изначально он был 1:1, то с потерей половины витков первички он станет 1:2. Казалось бы, полный трэш: на вторичке будет уже 760В - и оборудованию конец. Так оно и будет, если трансформатор плохо залакирован. Из этого может следовать правило: нужен трансформатор с 220В - читать даташит и смотреть предельное напряжение для витков первичной обмотки. При необходимости - купить трансформатор 500В: там изоляция лучше. При необходимости - 2 варистора, по одному на обмотку (при этом на вторичку не на классификационное напряжение 270В, а на 350 с хвостом);
- если с трансформатором все в порядке - в дело вступает предохранитель, установленный на первичной обмотке прямо в трансформаторе (если есть). Может, и успеет сгореть - останется только расковырять трансформатор, найти предохранитель и заменить;
- если с трансформатором все в порядке - в дело вступает варистор, установленный на первичной обмотке и выбранный на классификационное напряжение 270В. Либо он утянет за собой предохранитель трансформатора, либо утянет за собой предохранитель, поставленный разработчиком на линию 220В, - все, цепь разомкнута. Вообще, если собирается прибор, работающий с напряжениями более 42В - относиться к нему как к источнику инвалидности и жизни в муках до конца дней. То есть, предохранители - обязательно. Один такой спас меня от 311В не на линии 220В, а внутри прибора.

Если трансформатор, предохранители и варисторы оказались нормальными - итогом будет спасенное оборудование во всех квартирах многоэтажного дома.

2. Защита прибора от прибора:
- соединял 2 БП ПК параллельно между собой. Там найдете способ, когда гальваническая развязка (оптрон) не дает токам GND одного БП проникнуть в GND другого;
- сторонние источники питания при присоединении к каналам плат аналогового ввода также не навредят ей. Пока к GND выходного разъема платы не подключишься - плата не измерит напряжение батарейки. То же самое: развязка отделяет одну электрическую цепь от другой. Иначе и быть не может в платах, стоимость которых начинается от 40к;
- запуск колонок вместе с запуском ПК. С помощью реле - гальваническая развязка отделяет 2 цепи питания полностью.

3. Защита сети от прибора.
Пусть есть источник питания 311В DC (который теперь придется переделывать из-за отсутствия гальванической развязки, больших габаритов платы и потому что я нубас). В нем есть высокоемкие конденсаторы по 820мкФ под напряжение 400В, и они заряжены 311В во время работы прибора. Пусть произойдет невозможное: оператор-нубас закорачивает вход на выход. И началось (считать, что конденсатор включен в режиме бога и имеет бесконечную емкость):
- потенциал конденсаторов выше потенциала входной синусоиды, кроме единственной точки вверху синусоиды. Постоянное напряжение 311В врывается в электрическую сеть дома. Синусоида при этом искажается (сложение сигналов), уже имея сигнал с пиком не 311В, а все 622В - при этом находясь только в положительной части напряжения;
- этот уже не переменный сигнал приходит на приборы других потребителей многоквартирного дома;
- см. защиту прибора от сети. В данном случае трансформатор не пропустит данный сигнал, полностью погасив его на первичной обмотке как не переменный. Именно полностью, т.к. магнитное поле трансформатора генерируется именно переменным, а не просто изменяющимся напряжением (фактически - именно переменным током по направленности, по знаку). В случае с режимом бога - во всех приборах дома сгорят все трансформаторы, сохранив приборы. В реале - искажение сигнала будет недолгим, мощность небольшой - и обмотка трансформатора, максимум, нагреется. Вторичная же обмотка трансформатора в данный момент будет отдыхать с 0В, а работа приборов жильцов будет продолжаться за счет энергии в их конденсаторах;
- если же источник питания 311В DC имеет в своем составе гальваническую развязку - ситуация еще интереснее. Если диодный мост пробивается - аналогичная ситуация с закорачиванием переменного входа и постоянного выхода уже внутри прибора. 311В из конденсаторов вырывается на свободу, рвется к электрической сети здания и застревает на вторичной обмотке трансформатора, которая тупо не пустит его дальше, как положительное напряжение. А там и предохранители с варисторами успеют сработать. И сеть 220В не узнает, что что-то вообще было.

Однако есть приборы, когда гальваническая развязка не требуется. Исходя из вышесказанного - не имеющая устройств для запаса энергии. Чайники, простейшие электроплиты. Преобразователи сигналов, использующие напряжение 220В как генератор частоты 50Гц, - без конденсаторов (1 сейчас изготавливается для макетирования). Они не способны никаким своим поведением навредить электрической сети. Даже если чайник замкнуть накоротко - в нем нет энергии для искажения синусоиды. А КЗ (при правильной разводке проводки, кстати) - затронет только локальный участок квартиры: самый тонкий провод. На нем упадет максимум вольт, на распределительной коробке комнаты провод толще - на нем упадет меньше. На распределительной коробке домашнего щитка упадет еще меньше. На входном проводе в квартиру - еще меньше. А входной провод в подъезд вообще не узнает, что в какой-то квартире было КЗ. Ну, упадет на мгновение 10В на нем - в пределах ПУЭ.
Обновлено ( 01.03.2019 18:53 )
 
 

Последние новости


©2008-2019. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).