Proste sposoby separacji od sieci 230 V

Praktykujący elektronik wcześniej czy później zetknie się z kwestią oddzielenia, separacji galwanicznej od sieci energetycznej. Najprostszy aspekt zagadnienia dotyczy bezpieczeństwa człowieka, ale dla zaawansowanych jeszcze ważniejsza jest kwestia pojemności, przenikania zakłóceń i ekranowania.

Temat separacji, czyli galwanicznego oddzielenia od sieci energetycznej 230 V pojawił się na moim koncie na Facebooku jako poboczna uwaga w komentarzach wpisu dotyczącego autotransformatora.

Kanoniczny sposób takiego oddzielenia to zastosowanie dedykowanego transformatora. Tego rodzaju transformatory znane są jako ochronne, separacyjne lub separujące. Ich celem jest przede wszystkim zapewnienie, a raczej tylko zwiększenie, bezpieczeństwa użytkownika. Chodzi o to, że w domowych instalacjach elektrycznych jeden z przewodów jest uziemiony (oznaczenie N), a drugi to przewód fazowy (oznaczony L). Do tego dochodzi trzeci przewód, tak zwany ochronny (PE), najprościej mówiąc – też uziemiony. Jednym z zagrożeń jest możliwość porażenia przy dotknięciu przewodu fazowego, gdy prąd popłynie jakąś drogą do ziemi. Szczegóły są wbrew pozorom dość skomplikowane, elektronik nie musi się w to wgłębiać. Choć oczywiście dobrze byłoby te szczegóły rozumieć.

Dla elektronika praktyka najczęściej problem objawia się tak, że „wyskakują bezpieczniki” gdy próbuje oscyloskopem zmierzyć jakieś przebiegi w impulsowym zasilaczu sieciowym. Omówienie przyczyn oraz lepszych i gorszych sposobów rozwiązania problemu to dobry temat na oddzielny artykuł. Najprościej biorąc – trzeba zastosować separację od sieci.

Co bardziej świadomi elektronicy wiedzą, że także podczas niektórych innych testów, pożądana, a nawet wręcz konieczna, jest dobra separacja od sieci. Ze względów bezpieczeństwa lub innych, na przykład z uwagi na zakłócenia występujące w sieci.

Najprostszy sposób separacji od sieci 230 V

Najprostszy sposób to oczywiście wykorzystanie dedykowanego transformatora o przekładni 230 V/230 V według rysunku 1. Ktoś mógłby wpaść na chytry pomysł, żeby zamiast dedykowanego transformatora wykorzystać dwa jednakowe uzwojenia wtórne jakiegokolwiek transformatora. Taka wersja na rysunku 1 jest przekreślona z dwóch powodów: między uzwojeniami wtórnymi nie jest zapewniona bezpieczna separacja – uzwojenia te mogą na przykład być nawijane bifilarnie (jednocześnie dwoma drutami). Po drugie do niskonapięciowych uzwojeń wtórnych nie można dołączyć napięcia 230 V, bo rdzeń ulegnie nasyceniu.

Stosowny transformator 230 V/230 V można dziś kupić bez problemu. Przykładowo w ofercie TME w magazynie dostępnych jest 18 rodzajów transformatorów ochronnych – rysunek 2.

Najtańszy sposób separacji od sieci 230 V

Zakup transformatora ochronnego to sposób najprostszy, optymalny dla wielu, ale nie dla wszystkich. Elektronikowi hobbyście taki dedykowany transformator potrzebny jest rzadko. Warto więc wiedzieć o sposobach, które okażą się dużo tańsze.

Otóż wielu elektroników posiada w swoich zapasach różne transformatory, często też dwa jednakowe. I właśnie zastosowanie dwóch dowolnych, jednakowych transformatorów według rysunku 3 okaże się najtańszym sposobem oddzielenia galwanicznego od sieci.

 

Teoria jest tu prosta i oczywista, ale praktyka – niekoniecznie. Owszem, transformatory mogą być dowolne, tylko na pewno trzeba liczyć się z ograniczeniem mocy. Najprościej biorąc, w każdym transformatorze występują straty, przede wszystkim straty w rezystancji drutu uzwojeń. A tu mamy dwa transformatory, wiec straty będą większe niż w jednym o takiej samej mocy. Czym większy prąd – tym większe straty.

Dlatego ze wzrostem obciążenia napięcie na obciążeniu będzie się zmniejszać. Na fotografii 4 pokazany jest przykład obciążenia zestawu dwóch 15-watowych transformatorów TS15/4 trzema rezystorami o łącznej oporności 2,46 kΩ. Napięcie na obciążeniu to 187 V, więc moc obciążenia to 14,2 W (187² / 2460). Bez obciążenia wynosiło 232 V.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze wrześniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2023 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery znajdują się na stronie: https://piotr-gorecki.pl/n11