Question

Как доходчиво рассказать о гальванической развязке (см)?

И о том, что в сеть 220 Вольт нельзя ничего включать без гальванической развязки, то есть без разделительного трансформатора, имеющего хорошую изоляцию между обмотками?

Я имею в виду нельзя ничего включать из того, к чему без должной изоляции может прикоснуться человек? Например, нельзя питать радиоприемник бестрансформаторным источником питания, состоящим из гасящего конденсатора, диодного моста, электролитического конденсатора и стабилитрона?

Как доходчиво объяснить, что конденсатор не является гальванической развязкой?

Answer 1

Одно время в Германии выпускался телевизор, кажется "Телефункен". Это был здоровенный гроб с фанерным ящиком, по краям две неплохие колонки и кинескоп 67 сантиметр. В то время наши телевизоры были ламповыми и тиристорными, а этот транзисторный с импульсным блоком питания. Его привезли из Германии. А сожгли блок СКВ (селектор каналов всеволновый), и подпалили радиоканал умники наши умельцы.

В телевизоре не было развязки по питанию. Не стоял разделительный трансформатор на 110 вольт. Почему? Может потому что питание было 150 постоянки. И у них хитрые розетки с 3 штырями. По-другому вилку не вставишь. Мало того. Немецкое качество - он прекрасно работал от 220 вольт. Но что-то антенна захандрила. Умелец снял крышку. СКВ стоял в центре платы к нему припаивался хвостик кусочка антенны через развязывающие конденсаторы. Он его содрал пассатижами и воткнул антенну прямо в селектор. Включил вилку в розетку и бабах.

Дело в том, что у нас не было таких розеток, а вилки обрезались и приделывались наши с двумя концами. Вероятно, фаза попала на корпус. Я его отремонтировала. сильно утяжелив. Поставила наш трансформатор внутрь 600 ватт; 220 вольт на 110. Наш СКВ от Горизонта на проводах. А в радиоканале поменяла транзисторы.

Хозяева были рады. А я удивлена. Немцы такой педантичный народ, а не поставили развязку. Потом мне часто попадались такие телевизоры. Их скупали и возили Пульманами по 5 долларов за штуку, а здесь продавали по 600 рублей. Там они были запрещены, а у нас расхватывались на ура. А жгли из так же. Вставляли антенну, выдрав хвостик, напрямую.

Опасно ли это для жизни пользователя? Но ведь никто не лезет внутрь бытовых приборов. Не суют палец в патрон электролампы. Те же самые электроутюги, печи, фены, микроволновки, пылесосы. Там же нет развязывающих трансформаторов. Однако в компьютерах, телевизорах, БП для питания мелкой аппаратуры, развязывающий трансформатор обязан быть. Но не во всех. В левых китайских зарядках аккумуляторов их нет.

Всё дело в том, что трансформатор сильно утяжеляет конструкцию на 50 герц. Но в импульсном БП, частота преобразуется до 50 000 - 100 000 герц. Это уменьшает трансформатор в десятки раз. Вместо килограммового 30 - 70 грамм, но немного усложняет схему. Почему их не ставят? Для меня это загадка. Экономя копейки попадут на миллионы по суду.

Но я бы хотела остановится не на этом. Развязывающий трансформатор хорош если у него на выходе маленькие напряжения 3, 5, 12, даже 19 вольт для ноутбука. А если это 220 на 110? Какой от него толк? Шарахнет так, что мало не покажется. А если он повышающий на напряжение 660 вольт для шахтного оборудования, на частоту 200 - 400 герц? Меня било. Неприятное ощущение, но жива осталась.

Так что моё резюме: развязывающий трансформатор важен, если он понижающий не более 24 вольта. В исключительных случаях 36 вольт.

Answer 2

Если в цепи переменного тока через последовательно включенный конденсатор подключить нагрузку, во время положительного полупериода конденсатор будет заряжаться, а во время отрицательного полупериода - разряжаться. И в том, и в другом случае в цепи будет протекать переменный ток, значение которого, в зависимости от емкости конденсатора, может быть опасным для человека.

В цепях переменного тока конденсатор имеет реактивное сопротивление, значение которого обратно пропорционально его емкости и частоты переменного тока.

Так, например, реактивное сопротивление конденсатора емкостью 10 мФ при частоте переменного тока 50 гЦ будет составлять 318 Ом.

Answer 3

Гальваническая развязка нужна для того, чтоб не было омической связи между потребителем (внутренностями устройства) и сетью. Доходчиво это можно объяснить - хоть и с риском для жизни - на собственном примере, если под руками есть что-то типа того телевизора, про который нам столь занимательно рассказала любительница длинных ответов.

Если поэкспериментировать не на чем, то придётся познавать умозрительно. Наша сеть (в отличие от не наших) - это два провода, и какое у них напряжение относительно земли - фиг знает. Может быть и весьма высокое, поскольку шырька заземления в розетках нет (то есть сеть оказывается "плавающей"). А значит, если нет гальванической развязки от сети, если есть прямой путь тока от вас до одного из контактов розетки, может... как бы это сказать-то (тут дамы...) может ударить током.

Поэтому в любом источнике питания, даже "бестрансформаторном­<wbr />", обязательно есть трансформатор. В трансформаторе отсутствует непосредственная омическая связь между обмотками, поэтому абсолютный потенциал сетевых проводов относительно земли неважен. Но вот допустимое напряжение между обмотками (электрическая прочность изоляции) там должна быть достаточно высокой, детали, полагаю, можно найти в справочной литературе по электробезопасности.

Answer 4

Хорошие иллюстрации к вопросу. Так и хочется спросить, "Доктор, откуда у вас такие картинки?"!

По технике безопасности, для рабочих с электроустановками, имеются нормы и токи, допустимые при аварийном воздействии на человека и токи ограничены миллиамперами. Но это для работников. А в быту, для обычных граждан? Понятно, что там требуется еще более жесткие ограничения на токи утечек. До сих пор помню лекцию по электробезопасности, где перечислялись несчастные случаи, как-то - "Женщина работала в огороде и нечаянно коснулась виском самодельной проводки сына от батарейки в 4,5 вольта. Сила тока была меньше миллиампера, но женщина видно почувствовала это как укол и от неожиданности у неё остановилось сердце". Ну и подобное.

То есть, вот такой вот фактор неожиданности может привести к несчастному случаю, хотя величина тока при этом не будет опасной. Поэтому и требуют от изготовителей обеспечить отсутствие вообще каких либо токов через тело человека. Для этого и делается гальваническая развязка. А в тех случаях, когда гальваническая развязка сильно ухудшает характеристики бытового устройства или вообще неприменима, есть стандарт - обеспечить двойную изоляцию устройства, исключающее любое прикосновение к его токоведущим частям.

Что касается бестрансформаторных схем питания для маломощных устройств, например с разделительным конденсатором, то они делаются, но при этом также требуется обеспечить надежную изоляцию токоведущих частей устройства от контакта с кожей пользователя, даже если величина тока и ниже допустимых норм.

Но исключения есть. Самый распространенный случай, это компьютерная техника. Нет, там конечно есть гальваническая развязка в виде трансформатора. Но прямо на входе сетевого напряжения стоит конденсаторный фильтр, связанный с корпусом устройства. И если корпус не заземлен (а это частый вариант в быту), то на нем будет "половина сетевого напряжения" (110 вольт!), хотя ток и будет ограничен, ввиду малой емкости конденсаторов этого фильтра. То есть, в этом случае компьютерная техника менее безопасна, но это вынужденный вариант, потому что без этого фильтра компьютер будет работать неустойчиво, да еще и создавать помехи другой радиоаппаратуре.