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醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

作者:由 Patrick Zhang 發表于 體育時間:2021-04-07

隔離變壓器的任務是隔離,這裡的隔離有兩重意義,其一是隔離干擾和衝擊,其二是隔離接地形式並構建新的接地系統。從題主的描述看,應當指的是接地形式的隔離。

以下我們先把相關的接地形式弄清楚,然後再討論醫用隔離變壓器的用途,以及題主問題的解答。

由於題主並未指出醫用隔離變壓器是單相還是三相的。從題主的隔離變壓器容量僅僅才1。5kVA,單相的可能性很大。考慮到應用的普遍性,我就用三相的隔離變壓器來討論吧,順帶著也討論單相的隔離變壓器。

以下開始回答。

1。我們首先弄清楚TN接地系統

為了弄清問題,我們首先看看IEC國際電工委員會發布的有關接地系統的國際標準IEC60364的附圖,如下:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖1:IEC釋出的TN-S原型定義圖

從圖1中我們看到,變壓器中性點直接接地,我們把這種接地叫做系統接地,它的目的是給系統中構建零電位參考點。系統接地的有無用字母T和I表示。

圖1中的中性點離開變壓器時分開為中性線N和地線PE。用電裝置的外殼與地線PE相接,目的就是為了讓用電裝置的外殼在發生相線碰殼事故(單相接地故障)時其漏電流有返回電源的通路,同時把用電裝置發生單相接地故障後其外殼的電壓限定在50V安全電擊電壓之下。

注意:這裡的50V安全電擊電壓是IEC60449和國家標準GB/T 18379《建築物電氣裝置的電壓區段》所定義的,如下:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖2:國家標準定義的有關電擊電壓的安全區段

我們所熟知的36V安全電壓指的是安全供電電壓,不是人體的電擊電壓。36V安全供電電壓是IEC60038和GB/T156-2011《標準電壓》定義的,與電擊電壓是兩回事。

圖1中的用電裝置外殼接到來自電源的保護線上,在IEC中定義為N。如果用電裝置的外殼直接接地,則用T表示。

可見,TN-S指的就是具有系統接地,並且用電裝置的外殼與來自電源的保護線相接。而TN-S指的就是這條保護線是來自電源的地線。

注意1:為了確保地線PE的零電位,地線PE可以多次重複接地,甚至可以構建等電位聯結。

注意2:中性線N可以斷裂,斷裂點後部的中性線電壓因為三相不平衡的原因會上升,最高可達相電壓。但中性線的斷裂與否與人體的安全無關。

正因為中性線可以斷裂,所以在TN-S接地系統中可以使用四極(4P)和兩極(2P)開關。

注意3:地線PE不允許斷裂。若PE線斷裂,則斷裂點後部的用電裝置將失去保護作用。為此,IEC要求TN-S接地系統的地線PE多點重複接地。

注意3與注意1有聯絡,它們的區分是什麼?

注意4:圖1中的中性線N和地線PE分開後,不得再次合併。

注意4的結論與題主的提問密切相關,它與另外一種接地形式TN-C有關。我們看下圖:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖3:IEC定義的TN-C接地系統

圖3中有系統接地,但中性點接地後不分開而直接引出。這條線既有保護功能又有中性線功能,它的大名就是保護中性線PEN,俗稱零線。用電裝置的外殼與零線相接,實現保護接零。

注意5:零線既具有中性線功能,又有保護線功能。一旦零線斷裂,則斷裂點後部的零線電壓會上升,最高可達相電壓。因此,零線必須多點重複接地,以確保零線的零電位,即使零線斷裂了也不要緊。

注意6:正因為零線不得以任何形式斷裂,所以TN-C接地系統中不得使用四極和兩極開關,只能使用三極和單極的開關。

由於TN-C接地系統的問題多多,現在已經很少見到了,只有在老小區和農村才能見到。現在的居家配電系統大多采用TN-C-S接地系統,如下:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖4:IEC定義的TN-C-S接地系統

根據圖4,我們的家裡和辦公場所,大多都工作在“-S”區段。在這裡,可以使用2極和4極開關,也可以使用漏電保護器。在TN-C區段,則只能使用3極和1極開關,也不得使用漏電保護器。

由此可見,若TN-S接地系統中的N線與PE線再次合併,事實上就成為TN-C接地系統。如此一來,不管合併前的元器件也好,是合併後的元器件也好,若某元件發生單相接地故障,則所有元器件外露金屬外殼均帶電。

可見,N和PE分開後,不得以任何形式再次合併。

有了以上概念,我們就可以回答題主的問題了。

2。回答題主的問題

我們看題主的問題,如下:

“最近無意中發現單位的裝置上的醫用隔離變壓器(這個隔離變壓器只是起隔離作用,沒有變壓作用,是給後端的部件供電,功率1500VA)N線和PE線是連通的,處於短路狀態,開啟蓋子後發現N線是直連外殼。十分困惑,N線和PE線不是不可以合併的嗎?”

首先我們要知道,隔離變壓器不但是電源,同時它還能實現接地系統的變換。我們看下圖:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖5:題主的系統是哪一種?

圖5中,系統的接地形式是TN-S。圖5中繪製了兩隻隔離變壓器T2和T3,T2的副邊是TN-C接地系統,T3的副邊是IT接地系統。相對來說,隔離變壓器副邊接成IT接地形式比較多。

我們看下圖:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖6:典型的醫院配電系統

我們看圖6,它的供配電系統是TN-S。再看第一和第二手術中心,它們隔著隔離變壓器,接地系統均為IT。

在許多電氣裝置中,控制系統的電源透過控制變壓器或者隔離變壓器構建。由於控制系統非常重要,不能因為一些小故障(例如很輕的短暫漏電或者短時過載)而使得控制系統的保護裝置執行跳閘,因此控制系統往往採用IT接地形式,也很常見。

我們看下圖:

醫用隔離變壓器(1:1隔離變壓器)N線和PE線是連通的,這違反接地原則嗎?

圖7:在IT系統下漏電流無法返回電源

圖7利用IEC60364定義的IT系統改繪而成,圖中紅色的漏電流即使進入地網,也無法返回電源,所以IT系統下漏電流極小,系統發生單相接地故障後,還可以繼續執行2個小時。這就是IT系統的最大優點。

注意7:在IT系統下若發生異相同時接地,則會沿著地線PE出現相間短路現象。所以,當發生單相接地故障後,必須報警。

回到題主的問題上來。

題主的電路最大可能性就是TN-S下的TN-C接地系統,它的中性線與地線是合併的。

最好題主提供一張手繪簡圖或者照片,我們才能準確分析。

不過,有一點是肯定的:題主不要把隔離變壓器一次迴路的接地系統與二次迴路的接地系統相混淆,而是應當分別討論才好。

回答完畢。

標簽: TN  接地系統  接地  隔離  PE