Transformatory separacyjne chronią zdrowie i życie pracowników. W zależności od prowadzonych prac ich stosowanie może być dobrowolne lub wymagane prawem. Niezależnie od tego, wybierając transformatory separacyjne należy zwrócić uwagę na kilka istotnych kwestii technicznych, które zapewnią właściwy dobór.
Transformatory separacyjne – dlaczego separacja elektryczna jest potrzebna?
Transformatory separacyjne stosuje się w celach ochrony przed porażeniem prądem, aby jednak móc świadomie z nich korzystać należy najpierw zrozumieć czym jest separacja elektryczna.
Dystrybucja energii elektrycznej odbywa się na duże odległości sieciami wysokiego napięcia WN – np. 110 kV, następnie w rejonach energetycznych napięcie jest obniżane do średniego SN – najczęściej 15 kV, a po dotarciu do gmin, dzielnic, miejscowości czy wsi – do docelowych 400 (instalacje trójfazowe) lub 230 V (instalacje jednofazowe). Końcowymi urządzeniami są transformatory SN, które zmieniają napięcie średnie 15 kV na niskie 400 V, dostarczane do odbiorców instytucjonalnych i indywidualnych za pomocą linii kablowych lub napowietrznych.
Wspomniane transformatory mają uzwojenia skojarzone zazwyczaj w sposób mieszany, tj. uzwojenie pierwotne 15 kV jest skojarzone w trójkąt (tak aby podłączyć tylko trzy przewody fazowe z sieci SN), a wtórne nn – w gwiazdę, czasem w tzw. zyg-zak. Konfiguracje te umożliwiają optymalnie wykorzystywać transformator przy obciążeniach niesymetrycznych, które zwykle pochodzą od obciążeń jednofazowych, podłączonych między fazą, a przewodem neutralnym. Pozwala to używać odbiorników jednofazowych, ale wymaga, aby punkt wspólny uzwojeń transformatora był wyprowadzony na jego zaciski, w celu umożliwienia podłączenia przewodu neutralnego. W tym właśnie miejscu pojawia się aspekt, który ze względów technicznych przekształcił się w wymóg prawny – punkt neutralny strony wtórnej każdego transformatora SN musi być uziemiony.
Ściany budynków, różne instalacje ciepłownicze, wodne czy gazowe itp. są dobrymi przewodnikami w sensie elektrycznym. Oczywiście, nie byłoby sensu używać, np. ściany jako celowego przewodnika, ale nie można traktować jej jako izolatora, ponieważ jest w stanie przewodzić prąd, którego wartość dla ludzkiego organizmu może być śmiertelna.
Z powodu uziemienia punktu neutralnego, dotknięcie przez człowieka przewodu fazowego, będąc jednocześnie w kontakcie z dowolnym uziemionym elementem, spowoduje przepływ prądu, którego wartość zależy od impedancji całej drogi (rzadko kiedy jest na tyle duża, by wartość prądu była bezpieczna). Dlatego w celu zabezpieczenia, w wielu sytuacjach stosuje się transformatory separacyjne, które rozdzielają obwody, uniemożliwiając w ten sposób porażenie prądem doziemnym.
Kiedy stosować transformatory separacyjne?
Transformatory separacyjne można wykorzystywać jeśli tylko uznamy, że są niezbędne, ale istnieją również przypadki, gdy ich stosowanie jest wymagane prawnie. Przykładowo, jeżeli operator wiertarki dotknie przetartego przewodu zasilającego narzędzie przy jednoczesnym kontakcie, np. z wilgotną ścianą, nastąpi porażenie, właśnie w przypadku braku separacji elektrycznej. Oczywiście, może ochronić go wyłącznik różnicowo-prądowy, ale pod warunkiem, że jest zainstalowany i sprawny. Problemem jest również to, że przy takim zabezpieczeniu najpierw następuje porażenie, a dopiero później zadziałanie wyłącznika. Rozłączenie następuje błyskawicznie, ale kolejność zdarzeń nie jest korzystna dla człowieka. Transformatory separacyjne eliminują ten problem.
Trzymając się jednak przepisów należy jasno powiedzieć, że w warunkach ogólnych budów i rozbiórek, dopuszcza się zabezpieczenia obwodów przez zastosowanie wyłączników różnicowo-prądowych, ale są takie miejsca, gdzie użycie innych zabezpieczeń niż transformatory separacyjne jest niedopuszczalne. Reguluje to np. norma „Instalacje w pomieszczeniach przewodzących i ciasnych PN-HD 60364-7-706: 2007 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych – Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Przestrzenie ograniczone powierzchniami przewodzącymi”. Wskazuje ona, że transformatory separacyjne należy stosować do zasilania elektronarzędzi i przenośnego oświetlenia w tzw. pomieszczeniach przewodzących (są nimi np. zbiorniki czy kotły energetyczne). Ten sam wymóg dotyczy również pomieszczeń o utrudnionej swobodzie ruchów. Czasami trudno jest zdefiniować czy dane pomieszczenie spełnia to kryterium, więc w dużej mierze zależy to od interpretacji Inspektora Nadzoru.
Dobór transformatorów separacyjnych – indywidualne czy zbiorcze?
W transformatory separacyjne można wyposażyć każdego pracownika indywidualnie. Tego typu modele mają stosunkowo małe wymiary i zapewniają swobodne przemieszczanie się z nimi w zależności od potrzeb. Na rynku dostępne są także większe transformatory separacyjne, wyposażone w dużą liczbę gniazd, które umożliwiają podłączenie się wielu pracownikom. Trudno wskazać, które rozwiązanie jest lepsze, ponieważ zależy to od specyfiki prowadzonych prac – jak bardzo są rozproszone, ilu jest pracowników i czy dostępne są środki techniczne do podniesienia dość ciężkiego transformatora dużej mocy.
Co ważne, zgodnie z wymaganiami norm, w przypadku transformatorów separacyjnych z większą liczba gniazd, każde z nich powinno być zasilane z własnego uzwojenia, odseparowanego od innych. Niestety, odbiorcy często świadomie, zamawiają transformatory z pojedynczym uzwojeniem wtórnym, które są tańsze, a gniazda wyjściowe łączą równolegle. Tego typu działania są niedopuszczalne i grożą karami finansowymi. Producenci transformatorów zazwyczaj nie wiedzą, do czego odbiorca będzie ich używał.
W niektórych przypadkach zabronione jest wejście do pomieszczenia przewodzącego, z jakąkolwiek wiązką przewodów, bez separacji. W takim przypadku zastosowanie transformatorów indywidualnych jest dość problematyczne, tym bardziej, że niedopuszczalne w takich przestrzeniach jest również stosowanie przedłużaczy.
Na co zwrócić uwagę dobierając transformatory separacyjne?
Dobierając transformatory separacyjne należy również zwrócić uwagę na parametry techniczne jakimi się charakteryzują, oferowane przez nie funkcjonalności, a także wyposażenie. Najważniejsze aspekty w tym względzie to m.in.:
Stopień ochrony IP
Transformatory separacyjne powinny charakteryzować się odpowiednim stopniem ochrony IP. W warunkach pomieszczeń przewodzących najniższą akceptowalną wartością, wymaganą prawnie, jest IP44.
Zabezpieczenie
Transformatory separacyjne muszą być także wyposażone w elementy zabezpieczające je przed przeciążeniem, zwarciem lub przegrzaniem. Ochrony nie mogą stanowić zwykłe bezpieczniki, tylko zabezpieczenia automatyczne powtarzalne (nie samoczynnie), wymagające świadomego ponownego włączenia urządzenia przez operatora, i ponadto reagujące również na ciepło.
Prąd rozruchowy
Kolejną istotną kwestią na jaką trzeba zwrócić uwagę wybierając transformatory separacyjne jest prąd rozruchowy. Transformator separacyjny przenośny włączany do sieci zasilającej nie jest obciążony. Obciążenia dokona dopiero elektronarzędzie w momencie jego włączenia. Rozruch transformatora odbywa się zazwyczaj w stanie jałowym, co może skutkować większym prądem rozruchowym, który zaś może wyzwolić zabezpieczenie instalacji zasilającej. Mając to na uwadze należy wybierać transformatory separacyjne o niskim prądzie rozruchowym, np. tzw. „kształtkowe”. Alternatywne modele toroidalne o mocach w zakresie od kilkuset VA do kilku kVA charakteryzują się prądem rozruchowym kilkadziesiąt razy większym – dlatego wyposaża się je w układy miękkiego startu. Niestety, układy miękkiego startu charakteryzują się znacznie mniejszą trwałością w porównaniu do transformatorów, dlatego należy ich unikać. Oznacza to, że toroidalne transformatory przenośne do elektronarzędzi nie są dobrym rozwiązaniem.
Transformatory separacyjne – praca ciągła czy dorywcza?
Transformatory separacyjne dobiera się również ze względu na charakter pracy – ciągłej lub dorywczej. W zależności od przeznaczenia urządzenia różnią się masą, wymiarami oraz ceną. Transformatory separacyjne do pracy dorywczej cechują się dwiema mocami – maksymalną i ciągłą, natomiast te do pracy ciągłej – jedynie mocą ciągłą. Różnią się także oferowanymi zabezpieczeniami. Modeli do pracy ciągłej nie można przeciążać dłużej niż kilka sekund, które wystarczają jedynie do rozruchu silnika.
Jeżeli transformatory separacyjne mają za zadanie zasilać narzędzia oraz oświetlenie (będące obciążeniem ciągłym) należy obliczyć jaka moc będzie potrzebna. Przykładowo dla transformatora o mocy maksymalnej 3500 VA, ciągłej 2300 VA i współczynniku obciążalności czasowej ED=33%, czas pracy ciągłej z mocą 3500 VA wyniesie 5 min., a czas stygnięcia – 10 min. Jednocześnie w zależności od modelu inna będzie orientacyjna granica pracy ciągłej. Dla wspomnianego modelu można przyjąć, że od 60 minuty praca będzie traktowana jako ciągła.
Pokazany na poniższym rysunku wykres pozwala określić, ile orientacyjnie musi stygnąć transformator jeśli obciąży się go inną pośrednią mocą i ile czasu może z tą mocą pracować. Czerwonym kolorem wskazano odczyty dla mocy 3000 VA. Z wykresu wynika, że transformator separacyjny może pracować w czasie ok. 22 min. z mocą 3000 VA, a potrzebny czas do jego wystudzenia przed kolejnym cyklem wyniesie ok. 5 min. Oczywiście w praktyce nikt nie chodzi do pracy ze stoperem, wykres ma jedynie pokazać, że transformatory separacyjne przeznaczone do pracy dorywczej, o współczynniku ED=33%, mają bardzo dobre parametry, a przy tym są znacznie lżejsze w porównaniu do modeli do pracy ciągłej o tej samej mocy. Przy urządzeniach przenośnych jest to istotna kwestia.
Transformatory separacyjne Breve Tufvassons
Omawiane w artykule transformatory separacyjne do separacji elektronarzędzi i oświetlenia oferuje rodzimy producent z Łodzi, z ponad trzydziestoletnim doświadczeniem – Breve Tufvassons. W ofercie firmy dostępne są dwa typoszeregi urządzeń – przenośne transformatory separacyjne przeznaczone do pracy dorywczej z serii serii PFN oraz do pracy ciągłej z serii PFM. Urządzenia dostępne są w szerokim zakresie mocy – od 1300 do 4200 VA. Wyposażone są w pojedyncze lub podwójne gniazdo wyjściowe, odpowiednie zabezpieczenia, odporną na uszkodzenia obudowę oraz charakteryzują się niskim prądem rozruchowym.
Publikacja artykułu: maj 2023 r.
