隔离变压器的任务是隔离,这里的隔离有两重意义,其一是隔离干扰和冲击,其二是隔离接地形式并构建新的接地系统。从题主的描述看,应当指的是接地形式的隔离。

以下我们先把相关的接地形式弄清楚,然后再讨论医用隔离变压器的用途,以及题主问题的解答。

由于题主并未指出医用隔离变压器是单相还是三相的。从题主的隔离变压器容量仅仅才1.5kVA,单相的可能性很大。考虑到应用的普遍性,我就用三相的隔离变压器来讨论吧,顺带着也讨论单相的隔离变压器。

以下开始回答。

1.我们首先弄清楚TN接地系统

为了弄清问题,我们首先看看IEC国际电工委员会发布的有关接地系统的国际标准IEC60364的附图,如下:

图1:IEC发布的TN-S原型定义图

从图1中我们看到,变压器中性点直接接地,我们把这种接地叫做系统接地,它的目的是给系统中构建零电位参考点。系统接地的有无用字母T和I表示。

图1中的中性点离开变压器时分开为中性线N和地线PE。用电设备的外壳与地线PE相接,目的就是为了让用电设备的外壳在发生相线碰壳事故(单相接地故障)时其漏电流有返回电源的通路,同时把用电设备发生单相接地故障后其外壳的电压限定在50V安全电击电压之下。

注意:这里的50V安全电击电压是IEC60449和国家标准GB/T 18379《建筑物电气装置的电压区段》所定义的,如下:

图2:国家标准定义的有关电击电压的安全区段

我们所熟知的36V安全电压指的是安全供电电压,不是人体的电击电压。36V安全供电电压是IEC60038和GB/T156-2011《标准电压》定义的,与电击电压是两回事。

图1中的用电设备外壳接到来自电源的保护线上,在IEC中定义为N。如果用电设备的外壳直接接地,则用T表示。

可见,TN-S指的就是具有系统接地,并且用电设备的外壳与来自电源的保护线相接。而TN-S指的就是这条保护线是来自电源的地线。

注意1:为了确保地线PE的零电位,地线PE可以多次重复接地,甚至可以构建等电位联结。

注意2:中性线N可以断裂,断裂点后部的中性线电压因为三相不平衡的原因会上升,最高可达相电压。但中性线的断裂与否与人体的安全无关。

正因为中性线可以断裂,所以在TN-S接地系统中可以使用四极(4P)和两极(2P)开关。

注意3:地线PE不允许断裂。若PE线断裂,则断裂点后部的用电设备将失去保护作用。为此,IEC要求TN-S接地系统的地线PE多点重复接地。

注意3与注意1有联系,它们的区分是什么?

注意4:图1中的中性线N和地线PE分开后,不得再次合并。

注意4的结论与题主的提问密切相关,它与另外一种接地形式TN-C有关。我们看下图:

图3:IEC定义的TN-C接地系统

图3中有系统接地,但中性点接地后不分开而直接引出。这条线既有保护功能又有中性线功能,它的大名就是保护中性线PEN,俗称零线。用电设备的外壳与零线相接,实现保护接零。

注意5:零线既具有中性线功能,又有保护线功能。一旦零线断裂,则断裂点后部的零线电压会上升,最高可达相电压。因此,零线必须多点重复接地,以确保零线的零电位,即使零线断裂了也不要紧。

注意6:正因为零线不得以任何形式断裂,所以TN-C接地系统中不得使用四极和两极开关,只能使用三极和单极的开关。

由于TN-C接地系统的问题多多,现在已经很少见到了,只有在老小区和农村才能见到。现在的居家配电系统大多采用TN-C-S接地系统,如下:

图4:IEC定义的TN-C-S接地系统

根据图4,我们的家里和办公场所,大多都工作在“-S”区段。在这里,可以使用2极和4极开关,也可以使用漏电保护器。在TN-C区段,则只能使用3极和1极开关,也不得使用漏电保护器。

由此可见,若TN-S接地系统中的N线与PE线再次合并,事实上就成为TN-C接地系统。如此一来,不管合并前的元器件也好,是合并后的元器件也好,若某元件发生单相接地故障,则所有元器件外露金属外壳均带电。

可见,N和PE分开后,不得以任何形式再次合并。

有了以上概念,我们就可以回答题主的问题了。

2.回答题主的问题

我们看题主的问题,如下:

“最近无意中发现单位的设备上的医用隔离变压器(这个隔离变压器只是起隔离作用,没有变压作用,是给后端的部件供电,功率1500VA)N线和PE线是连通的,处于短路状态,打开盖子后发现N线是直连外壳。十分困惑,N线和PE线不是不可以合并的吗?”

首先我们要知道,隔离变压器不但是电源,同时它还能实现接地系统的变换。我们看下图:

图5:题主的系统是哪一种?

图5中,系统的接地形式是TN-S。图5中绘制了两只隔离变压器T2和T3,T2的副边是TN-C接地系统,T3的副边是IT接地系统。相对来说,隔离变压器副边接成IT接地形式比较多。

我们看下图:

图6:典型的医院配电系统

我们看图6,它的供配电系统是TN-S。再看第一和第二手术中心,它们隔着隔离变压器,接地系统均为IT。

在许多电气设备中,控制系统的电源通过控制变压器或者隔离变压器构建。由于控制系统非常重要,不能因为一些小故障(例如很轻的短暂漏电或者短时过载)而使得控制系统的保护设备执行跳闸,因此控制系统往往采用IT接地形式,也很常见。

我们看下图:

图7:在IT系统下漏电流无法返回电源

图7利用IEC60364定义的IT系统改绘而成,图中红色的漏电流即使进入地网,也无法返回电源,所以IT系统下漏电流极小,系统发生单相接地故障后,还可以继续运行2个小时。这就是IT系统的最大优点。

注意7:在IT系统下若发生异相同时接地,则会沿着地线PE出现相间短路现象。所以,当发生单相接地故障后,必须报警。

回到题主的问题上来。题主的电路最大可能性就是TN-S下的TN-C接地系统,它的中性线与地线是合并的。最好题主提供一张手绘简图或者照片,我们才能准确分析。

不过,有一点是肯定的:题主不要把隔离变压器一次回路的接地系统与二次回路的接地系统相混淆,而是应当分别讨论才好。

回答完毕。

(聊城荣恒医疗器械有限公司)