03.05 什么是电气隔离?

张僮珀


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电气隔离,是电气专业经常遇到的一个技术名词,那么到底什么是电气隔离呢?

从字面上将,隔离,就是把两个设备进行分隔,为什么要分隔,当然就是为了起保护的作用。

让我们详细的看下具体的解释。

官方定义

电气隔离:就是将电源与用电回路作电气上的隔离,即将用电的分支电路与整个电气系统隔离,使之成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统,以防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险。

电气隔离的作用

主要是减少两个不同电路之间的干扰。什么意思呢,如果说吧整个控制系统全都一个电源下,当某一处的设备或电路,发生故障,比如说短路了,在短路的瞬间,大电流可能会击穿很多个设备,会使整个系统完全的瘫痪,而增加电气隔离,会将一个电路分成几个部分,之间相互独立,这样就会减少相应的故障损失。

电气隔离的方式

电气隔离的方式现在有很多种,常使用的比如变压器,光电式、机械式等等,这三种比较常见,应该好多的控制柜中都能见到。

变压器,这个大家应该很熟悉,我们的变压器都是通过感应进行转换的,一次侧和二次侧没有实际的接线,所以就没有电流通过,两侧之间的电压等级可以相差很多倍,但是对两侧的都不会产生什么损害,经常用于电压电流的变换,例如我们控制柜内,把AC380V的转换成AC220V的,或者AC220V转换成AC24V,经常使用。

光电式常见在模拟量及开关量的传输上,用来隔离现场仪表与控制柜,将现场的模拟量信号或者开关量信号转换为光信号,进行传输,再把光信号转换成设备所需要的信号类型,完成隔离与转换的工作。

机械式,这个就是我们常说的用弱电控制强电,因为我们现场很多的电机等大型设备的启动,电流都很大,我们如果使用PLC等控制设备直接控制启停,会产生很大的危险,所以就采用中间继电器,用PLC控制中间继电器,由中间继电器再去控制强电设备,形成了由DC24V控制AC220V或者更大的电压,这就是我们常说的机械隔离。

不管是什么隔离方式,为了就是更好的保护我们的控制系统。

感谢你的阅读,这是我自己的理解,如有纰漏,敬请谅解。

期待你的批评与指正。


爱科技的小青年


电气隔离,实际上是用电电路上面输入与输出隔离或者小信号控制大电流等,因此会有两个不同的回路,而且这两个回路相互独立,是绝缘良好的,而且具有能量传输关系,通过隔离变压器实现不会轻易发生触电危险,将电源与用电回路上的电气的隔离,一般隔离是为了安全着想,隔离的那一端触摸到时候不会发生触电事故,除非变压器损坏。

隔离变压器是利用电磁感应原理来实现,它有初级线圈、次级线圈以及磁芯,根据电磁感应原理,交变电场会产生磁场,不断变化的磁场又会产生感应电动势,UI那次通过变压器的是交流磁芯组成。

在电路当中,变压器输出与输出要做到电气隔离那就必要要保持一定的距离,也就是说在画PCB时候输入与输出电气间隙要足够,同时在变压器的热地与冷地加两个Y电容,抗干扰的同时也增加安全性。


电子电路设计


电气隔离是硬件工程领域非常重要的设计。

以开关电源为例,如果开关电源是非隔离的,比如我们的充电器是非隔离的,那么安全指数就大幅度降低,假如充电器坏了,很容易将高压引入后级,造成人生安全隐患。



如果是其他设备,将高压引入低压芯片,很容易造成设备损坏,造成的破坏是难以估量的。因此,很多产品设计基本上都要求是要电气隔离的,如果用非隔离的,那么电压也是低压段才会要求非隔离。

那么什么是电气隔离呢,以开关电源为例,就是输入侧与输出侧之间无电气连接,用万用表测试,两端的阻值无穷大。其中变压器就是中间的电气隔离关键器件,输入侧和输出侧靠磁来传递能量。



其次:以脉冲变压器隔离驱动为例,电气隔离,从驱动出来的波形经过脉冲变压器可以使另一边的电压浮起。



比如次级采样互感器等都是依据这个原理设计。


开关电源的设计与优化


所谓电气隔离,我的理解是:两部分电路之间没有直接电气上的连接,这两部分电路之间的信号传递是通过其它方式实现的,如光信号、磁信号等。

电气隔离的目的

电气隔离的主要目的是为了安全,我们现在的一部分电子产品的电源是市电,并且它有人体可以接触的金属部件,对于这种电子产品需要作电气隔离处理,比如现在最常用的手机充电器。一些因为手机充电时使用造成触电的事故很可能就是电气隔离不达标或老化造成的,所以为了安全我们还是要购买正规的产品。


电器隔离器件

具有电气隔离功能的器件有光电耦合器、隔离变压器、霍尔传感器、电流互感器等等。

光电耦合器简称光耦,是一种比较常用的电子元器件。光耦是通过光进行信号传递,下图是光耦的典型应用电路。


隔离变压器、霍尔传感器、电流互感是通过磁场进行信号的传递,下图是霍尔电流传感器电工作示意图。




爬电距离和电气间隙

可靠地电气隔离不仅要求在电路结构上两部分电路之间没有电气上的连接,而且在空间上要满足一定的距离,即要满足爬电距离及电气间隙的要求。

电气间隙定义为两个导电部之间的最短空间距离。这个距离的大小与供电电压及供电设备类别有关,还与污染等级与要求的绝缘类型有关。当然直觉告诉我们的个距离一定是越大越安全。

爬电距离定义为两个导电部沿绝缘材料表面之间最短距离。这个距离与两导电部之间的电压、污染等级、材料组类别等有关,当然这个距离也是越大越安全。

总上所述,电气隔离要求电路上没有直接电的连接,两部分电路之间还要满足爬电距离和电气间隙的要求。


口口木的笔记


网上查下资料,根本就无法用简单两字来回答 。

所谓电气隔离,就是将电源与用电回路作电气上的隔离,即将用电的分支电路与整个电气系统隔离,使之成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统,以防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险。要实行电气隔离,必须满足以下条件:

⑴每一分支电路使用一台隔离变压器,这种变压器的耐压试验电压,比普通变压器高,应符合Ⅱ级电工产品(双重绝缘或加强绝缘)的要求,也可使用与隔离变压器的绝缘性能相等的绕制。

⑵所谓电气隔离,就是使两个电路之间没有电气上的直接联系。即,两个电路之间是相互绝缘的。同时还要保证两个电路维持能量传输的关系。

普通双绕组变压器的一、二次侧所连接的电路之间是绝缘的。因此可以说,双绕组变压器的一、二次侧所连接的电路处于电气隔离状态。其隔离原理就是变压器的工作原理,是利用电磁感应定律工作的原理。变压器工作时,一次绕组通入交流电后,将在其铁心中产生交变磁通,交变磁通又将在一、二次绕组感应电动势。二次绕组感应电动势后就可向二次电路提供交流电压,当二次绕组带负载后有电流流过时,将对磁路的磁通产生影响,从而引起一次绕组的电流发生变化。虽然变压器的一、二次绕组之间没有直接的电气连接,但通过其磁路中的磁通变化,一次绕组的电能就可以传输给二次绕组。这就是变压器的工作原理,也是其一、二次绕组之间存在电气隔离的原理。

电气隔离的作用:主要是减少两个不同的电路之间的相互干扰。例如,某个实际电路工作的环境较差,容易造成接地等故障。如果不采用电气隔离,直接与供电电源连接,一旦该电路出现接地现象,整个电网就可能受其影响而不能正常工作。采用电气隔离后,该电路接地时就不会影响整个电网的工作,同时还可通过绝缘监测装置检测该电路对地的绝缘状况,一旦该电路发生接地,可以及时发出警报,提醒管理人员及时维修或处理,避免保护装置跳闸停电的现象发生。

隔离变压器要根据电源和实际设备的电压等级选定,若实际设备与电源电压等级相同,可以采用变压比为1的变压器。但是必须注意,隔离变压器不能采用自耦变压器(因为自耦变压器的一、二次绕组之间本身就存在直接的电气联系,也就是说是不绝缘的,因此不能用来作为电气隔离用)。对于安全性能要求较高的场合,可以采用专门的隔离变压器。

一般工业控制系统既包括弱电控制部分,又包括强电控制部分。为了使两者之间既保持控制信号联系,又要隔绝电气方面的联系,即实行弱电和强电隔离,是保证系统工作稳定,设备与操作人员安全的重要措施。

电气隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来,从而达到隔离现场干扰的目的。

一、信号隔离

信号的隔离目的之一是把引进的干扰通道切断,使测控装置与现场仅保持信号联系,不直接发生电的联系。工控装置与现场信号之间常用的隔离方式有光电隔离、脉冲变压器隔离、继电器隔离和布线隔离等。

1.光电隔离

光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源,输出端配置受光器,因而输入和输出在电气上是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗(100Ω~1kΩ)与一般干扰源的阻抗(105~106Ω)相比较小,因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大,不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大(约1012Ω)、隔离电容很小(约几个pF),所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰,被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。

光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来,或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来,如图1所示。开关量输入电路接入光电耦合器后,由于光电耦合器的隔离作用,使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合,而是以光为媒介进行耦合,具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

目前,大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV以上,有些器件达到了8kV,既有高压大电流大功率光电耦合器件,又有高速高频光电耦合器件(频率高达10MHz)。常用的器件如4N25,其隔离电压为5.3kV;6N137,其隔离电压为3kV,频率在10MHz以上。

2.脉冲变压器隔离脉冲变压器的匝数较少,而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧,这种工艺使得它的分布电容特小,仅为几个pF,所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时,不传递直流分量,使用的数字量信号输入/输出的控制设备不要求传递直流分量,因而在工控系统中得到了广泛的应用。

图2是脉冲变压器的应用实例。

电路的外部信号经RC滤波电路和双向稳压管抑制常模噪声干扰,然后输入脉冲变压器的一次侧。为了防止过高的对称信号击穿电路元件,脉冲变压器的二次侧输出电压被稳压管限幅后进入测控系统内部。一般地说,脉冲变压器的信号传递频率在1kHz~1MHz之间,新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz。

3.继电器隔离

继电器的线圈和触点没有电气上的联系,因此,可利用继电器的线圈接受信号,利用触点发送和输出控制信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接接触,实现了抗干扰隔离。

图3是继电器输出隔离的实例示意图。

在该电路中,通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来,使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

4.布线隔离

将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线,最基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线,而且相互间要保持一定的距离。配线时应区别分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线、感性负载驱动线等。配线间隔越大,配线越短,则噪声影响越小。但是,实际设备的内外空间是有限的,配线间隔不可能太大,只要能维持最低限度的间隔距离便可。

附表列出了信号线和动力线之间应保持的最小间距。如果受环境条件的限制,信号线不能与高压线和动力线等离得足够远时,就得采用诸如信号线路接电容器等各种抑制电磁感应噪声的措施。

来自网摘。


暖通南社


作为电气隔离,就是指二次回路,与一次回路完全隔开,电气之间没有联系。电气隔离的好处就是二次回路更加安全,在单独触碰二次侧回路的任意一个端子都不会产生危险。

目前常用的电气隔离方法有:

1、变压器。主要用于强电与弱电之间、强电与强电间的电气隔离。



2、继电器。实际常用于弱电控制强电,同时也起到了弱电和强电间的隔离。



3、光耦。实现弱电与弱电间的隔离。



二进制君


电气隔离,就是将用电回路与电源作电话上的隔离,即将用电的分支电路与整个电气系统隔离开来,使之成为一个在电气上被隔离的独立的安全系统,以防止在祼露的导体故障时,带电情况下发生间隔触电的危险。要实现电气隔离,要满足两个条件,1.每一分支电路使用一台隔离变压器,变压器耐压实验电压应比普通的高,符合二级电工产品的要求,2.所谓电气隔离,就是使两个回路上没有电气上的直接联系,即两个回路相互绝缘,又要维持能量传输的关系。


慢步人生


这里我结合自己的专业说说,所谓的电气隔离多数情况是指为了检修工作的需要而进行做的一种安全措施,它是结合一些开关而进行的。其自身单一不能起到安全隔离的作用。

隔离开关是一种简单的开关,它分闸后没有明显的断开点也没有灭弧装置,也不能切断较大的负荷电流,所以才要配合断路器进行安全隔离。

现代电气工程中有高压隔离开关,低压隔离刀闸,110KV系统以上的还会将隔离开关分开为母刀闸和变刀闸。


紫色帽子


严格说来,电气隔离分为一次隔离和二次隔离,两种隔离的方法和目的是完全不一样的。

先说说一次隔离。所谓一次隔离,指的是通过一次回路的断点,将带电部分与不带电部分完全分开,其目的是调整运行方式、设备检修维护或者隔绝故障点。常见的一次隔离设备有隔离刀闸、断路器等,通过对隔离设备的操作,来实现对带电设备的隔离。上面有人回答变压器,其实是不准确的,变压器本身并不是电气隔离设备,它的作用是通过电磁感应原理,实现不同电压等级之间的能量传递,因此,它并不能称之为电气隔离设备。

二次隔离则是另一种电气隔离方式,它与一次隔离不同,二次隔离的目的是将弱电的操作回路与一次的强电回路隔开,保证操作者的人身安全,实现由弱电去控制强电。常见的二次隔离设备,用于测量的有电压互感器、电流互感器,而用于操作的典型设备则是各种类型的继电器,有电磁型、电子型、光耦型等各种种类,是最常用也最常接触到的二次隔离设备。

另外还有一种往往也被人称为电气隔离,就是用安全围栏等安全设施,在满足安全距离的情况下,将带电设施与周边隔开,保证行人安全。这是一种安全措施,严格来说,和通常所指的电气隔离并不是一回事。


灯下虾


有明显的断开点。


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