¿Se necesita aislamiento galvánico cuando la tensión de salida es más alta que la red eléctrica?

Sí, por supuesto que el aislamiento galvánico es valioso. Independientemente de los voltajes que se utilicen en el lado secundario, evita que el usuario sufra una descarga eléctrica en el caso de que ocurra algún tipo de falla.

Ahora, dado que probablemente proporciona mucho aislamiento entre la alta tensión secundaria y el usuario final, y siempre que este aislamiento cumpla con los requisitos de seguridad para equipos de "doble aislamiento", entonces el aislamiento entre primario y secundario no es estrictamente necesario.

La respuesta a esto es:

Depende de que haya aplicaciones en las que, siempre que sepas, el uso exacto está bien para que la salida de un circuito no se aísle, pero debes entender la carga exacta.

Por ejemplo, en una gama de fuentes de alimentación que desarrollé tuvimos una solución de dos módulos. El primer módulo tomó la alimentación principal y produjo una salida de 400 V (ish) mientras controlaba la forma de la corriente de entrada para proporcionar la corrección del factor de potencia (PFC).

La salida de este módulo no fue aislada y, por lo tanto, potencialmente muy peligrosa si no tuviéramos un control completo sobre nuestra carga.

Afortunadamente, la carga fue siempre uno o más de nuestros módulos de salida y estos se diseñaron de manera tal que no les importó que la entrada no estuviera aislada porque proporcionaron el aislamiento requerido para el usuario final. Cada módulo produjo un voltaje de salida y potencia diferentes, lo que significa que podríamos proporcionar rápidamente unidades de energía personalizadas con solo seleccionar los módulos de salida que necesitábamos y un módulo de entrada adecuado para proporcionar el requisito de energía total.

La mayoría de las fuentes de alimentación de modo conmutado funcionan de esta manera, excepto que los módulos PFC y Salida generalmente son parte del mismo producto y no productos separados que podríamos agrupar en una sola caja o vender como módulos a los clientes aprobados que éramos Confiado sabía cómo usarlos. No habríamos vendido ninguno de los módulos a un usuario final debido al riesgo potencial de seguridad.

Del mismo modo, solía diseñar televisores cuando todavía tenían pantallas CRT (Cathode Ray Tube). Estos a menudo necesitan varios kV para funcionar y el suministro de CRT generalmente no estaba aislado. Sin embargo, se tomaron todas las precauciones para garantizar que la televisión en su conjunto tuviera doble aislamiento.

Sin embargo, excepto en circunstancias especiales, como este aislamiento galvánico es imprescindible para evitar el riesgo de descarga eléctrica y la posible muerte de los usuarios.

La pregunta y otras respuestas ignoran los 2 criterios más importantes para la seguridad del producto de CA.

1) HIPOT Corriente de fuga a tierra (100% de prueba del producto) - Un voltaje mucho más alto se incrementa (> 3kVdc) entre la entrada (línea y neutro en corto) y masa para verificar que la corriente de fuga es de < 100uA  - el nivel real del probador HIPOT depende de las especificaciones IEC / UL / CSA / etc para el nivel de prueba 60s o 1s y DC evita la corriente ac del filtro de línea por diseño

2) Continuidad de tierra de seguridad (preaprobado por diseño)  - la conexión a tierra segura del chasis no debe aumentar la tensión más de 1 V con una corriente de 10A.  - Si no hay conexión a tierra, el sistema de aislamiento debe ser redundante por al menos 2 métodos

• No hay NINGÚN REQUISITO para el aislamiento entre la entrada de CA y la salida de CC con respecto a Neutral.

    

  Sin embargo, puede ser ilógico superponer la línea en HVDC, no está prohibido usar el neutro como es común en la salida de HVDC. Sin embargo, debe aplicarse lo siguiente, por lo que el diseño aún debe pasar HIPOT y funcionar como se espera.

• Los cables calientes y neutros son intercambiables en lo que respecta al equipo.

    

  CUALQUIER METAL EXPUESTO DEBE SER CONECTADO A TIERRA.

• El ruido de tierra entre sistemas nunca se resuelve con un transformador de aislamiento (galvánico).

    

  Esto no tiene absolutamente ningún efecto en este problema.

• En algunos países y ubicaciones, para equipos rurales y remotos, el HVAC se entrega sin un cable de retorno Neutral (por ejemplo, a 20 kV) y depende de la tierra para una ruta conductora de energía. Ver retorno a tierra de un solo cable (SWER)

No tiene que estar aislado galvánicamente del neutro de la red.

Pero debe ser seguro para el operador bajo cualquier condición.

Esto incluye; desconexión del cable, interrupción de la alimentación, arco secundario, sobretensión primaria, aislamiento contaminado con cualquier rango de humedad.

• Mientras que un% de HR bajo promueve la acumulación de voltaje en el aislamiento de los campos HVDC dispersos y un alto% de HR promueve la corriente de fuga a caminos de superficie dispersos.

La forma de protegerlo no está determinada por el aislamiento galvánico , sino por el diseño del sistema de aislamiento y la protección.

Esto se determina controlando los campos E y la verificación de prueba HiPot del sistema.

• por ejemplo Si pueden ingresar 200kV, es probable que salgan, así que planee realizar pruebas de ESD / HIPOT en todas las superficies en condiciones de polvo en el peor de los casos por encima de sus niveles requeridos.

Un aerosol blindado conductivo y conectado a tierra es más seguro dentro de la caja de plástico. Entonces, cualquier ruptura dieléctrica se derivará de forma segura a tierra a través de las conexiones internas. Una resistencia de purga debe tener la disipación de energía para descargar la tapa cuando la unidad se desconecta de la alimentación primaria cuando está encendida, de modo que cualquier filtro de línea no cause un alto voltaje flotante entre las superficies expuestas y el pin o tenga alguna otra medida de seguridad.

Si planea usar bujes o aislamiento, las clasificaciones BIL de la industria eléctrica son para CA y no para HVDC, por lo que BIL200 puede soportar rayos de 200 kV pero no 200 kV de CA y mucho menos de 200 kV de CC. Esta es la razón por la que los huecos de aire tienen una clasificación de ~ 500 V a 3 kV / mm según la contaminación y las superficies mucho menos.

Planee tener una radio AM sintonizada fuera del canal para detectar cualquier descarga de ruido estático inesperado y posiblemente silencioso desde un aislamiento inadecuado hasta que haya terminado las pruebas de verificación de diseño planeadas. (TVP)

Anécdotas

Por ejemplo, utilicé láminas de nylon de 1 cm de grosor sobre un tanque de transformador abierto de 5MVA lleno de aceite con dos (2) casquillos de aislamiento con clasificación BIL200 para protección contra rayos de 400 kV para probar hasta 150 kVcc. Luego, las descargas estáticas comenzaron en la pared a 30 metros de distancia con una viga de acero montada para mostrar los componentes de aislamiento que flotaban eléctricamente desde la tierra. Luego comenzó a sonar rápido como un reloj, mientras estaba a unos pocos metros de distancia fuera de la jaula. A pesar de que la jaula estaba conectada a tierra, también tenía un alto voltaje en la pintura, que se sentía como la descarga de la perilla de la puerta ESD de la alfombra normal cuando se cepilla la pintura. Incluso la pintura del tanque del transformador de 100 toneladas estaba cargada eléctricamente, al tocarla durante las pruebas emitía una descarga estática de ~ 1kV para cada superficie de pintura epoxi.

Para probar a 500kV o > 1Gv exige mucho mejor aislamiento de gas o superficies limpiadas por drones.