Разделительный трансформатор

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к разделительным трансформаторам и может быть использовано для электропитания медицинского оборудования, контактирующие части которого, при его эксплуатации могут находиться внутри кожного покрова пациента (Медицинское оборудование ближайшего окружения пациента). Заявлен медицинский разделительный трансформатор с устройством контроля электрической мощности нагрузок, температуры обмоток и изоляции вторичной сети с изолированной нейтралью для преобразования однофазной сети с глухозаземленной нейтралью (TN) в сеть с изолированной нейтралью (IT) с параметрами удовлетворяющими повышенным требованиям надежности и безопасности предъявляемыми к электроустановкам для питания медицинского оборудования ближайшего окружения пациента.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к разделительным трансформаторам и может быть использована для электропитания медицинского оборудования, контактирующие части которого, при его эксплуатации могут находиться внутри кожного покрова пациента (Медицинское оборудование ближайшего окружения пациента).

Известен разделительный трансформатор с устройством контроля тока нагрузки, температуры, и изоляции, содержащий корпус, внутри которого установлен магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, размещенные на магнитопроводе, заземленный электростатический экран, установленный между обмотками, устройство контроля тока нагрузки, температуры и изоляции, включающее плату с микропроцесором, электрически соединенной с трансформатором тока, подсоединенным к отводам вторичной обмотки для измерения тока нагрузки, с датчиком температуры, установленным на поверхности вторичной обмотки для контроля ее температуры, и узлом контроля изоляции, включающее рабочее сопротивление, подключенное между проводом вторичной обмотки и «землей», и эталонное сопротивление для сравнения опорного и рабочего напряжений (RU 70046 U1).

Вышеописанный разделительный трансформатор выбран в качестве наиболее близкого аналога к заявленной полезной модели.

Известный разделительный трансформатор обладает следующими недостатками:

- возможность выхода из строя обмоток из-за отсутствия контроля температуры в месте их максимального нагрева;

- невозможность точного контроля токов утечки (измерения реального сопротивления изоляции), из за ненормируемого тока утечки между обмотками и несимметричной измерительной схемы;

- недостаточная возможность контроля реальной мощности нагрузки при контроле только токового режима;

- невозможность работы медицинского оборудования для завершения медицинских действий при перегрузке трансформатора, из за отсутствия режима работы с нормируемой перегрузкой и условий для естественной циркуляции охлаждающего воздуха.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель является создание новой конструкции медицинского разделительного трансформатора с устройством контроля электрической мощности нагрузок, температуры обмоток и изоляции вторичной сети с изолированной нейтралью для преобразования однофазной сети с глухозаземленной нейтралью (TN) в сеть с изолированной нейтралью (IT) с параметрами удовлетворяющими требованиям надежности и безопасности предъявляемыми к электроустановкам для питания медицинского оборудования ближайшего окружения пациента.

Техническим результатом, объективно достигаемым при реализации заявленной полезной модели является:

- прямой пуск разделительного трансформатора без перегрузки сети с изолированной нейтралью;

- контроль температуры трансформатора в месте наибольшего нагрева;

- стабильная работа разделительного трансформатора с естественным воздушным охлаждением в нормальном режиме и в режиме нормируемой перегрузки;

- автоматический контроль уровня сопротивления изоляции во всей вторичной сети с изолированной нейтралью и сигнализация при его падении ниже безопасного для жизни пациента предела;

- контроль электрической мощности отдаваемой трансформатором в сеть с изолированной нейтралью;

- контроль за параметрами безопасности как эксплуатационного так и медицинского персонала;

- повышение уровня надежности и безопасности до уровня требований предъявляемых к электроустановкам для питания медицинского оборудования ближайшего окружения пациента;

Указанный технический результат достигается тем, что разделительный трансформатор, содержит корпус, установленные внутри корпуса магнитопровод, первичную и вторичную обмотки с автоматическими выключателями, расположенный между обмотками заземленный электростатический экран, устройство контроля параметров, содержащее плату с микропроцессором, электрически соединенное с датчиком температуры, с датчиком измерения сопротивления, а также с датчиком тока, при этом, первичная и вторичная обмотки выполнены с усиленной изоляцией и с возможностью подключения к однофазной сети с глухозаземленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью соответственно, заземленный электростатический экран электрически соединен с общим защитным проводником упомянутых сетей, при этом вторичная обмотка имеет отвод от средней точки и электрически соединена в трех точках с упомянутым устройством контроля параметров, датчик температуры установлен между обмотками, кроме того, на передней и задней стенках корпуса выполнены сквозные отверстия.

Усиленная изоляция обмоток позволяет обеспечить нормировано низкий уровень тока утечки и высокий уровень надежности и безопасности.

Отвод от средней точки вторичной обмотки и соединение в трех точках с устройством контроля параметров обеспечивает симметричное, автоматическое измерение уровня сопротивления изоляции во всей вторичной сети с изолированной нейтралью и сигнализацию при его падении ниже безопасного для жизни пациента предела, измерение значения электрической мощности отдаваемой трансформатором в сеть с изолированной нейтралью.

Установка датчика температуры между обмотками обеспечивает контроль температуры трансформатора в месте наибольшего их нагрева.

Сквозные отверстия на передней и задней стенках корпуса обеспечивают возможность естественного воздушного охлаждения. В частных случаях реализации:

- разделительный трансформатор содержит, по меньшей мере, один пульт дистанционного контроля, что позволяет вести контроль за параметрами трансформатора как эксплуатационному так и медицинскому персоналу.

- первичная и вторичная обмотки расположены с образованием зазора между ними. Наличие воздушного зазора между обмотками позволяет улучшить их естественное охлаждение и снизить токи утечки между ними.

- разделительный трансформатор содержит, по меньшей мере, две лампы световой сигнализации, соединенные с устройством контроля параметров. Наличие ламп световой сигнализации, соединенных с устройством контроля параметров, позволяет контролировать переход трансформатора в аварийный режим непосредственно в месте его установки без пульта (пультов) дистанционного контроля.

- сквозные отверстия выполнены в нижней части передней стенки корпуса и в верхней части задней стенки корпуса.

- устройство контроля параметров и автоматические выключатели расположены в верхней полости, образованной тепловым экраном.

Наличие сквозных отверстий выполненных в нижней части передней стенки корпуса и в верхней части задней стенки корпуса, а также теплового экрана позволяет создать вентиляционный канал внутри корпуса для стабильной работы разделительного трансформатора с естественным воздушным охлаждением в нормальном режиме и в режиме нормируемой перегрузки. Кроме того, установка устройства контроля параметров и автоматических выключателей в верхней полости, образованной тепловым экраном предохраняет их от нагрева тепловым потоком.

- в разделительном трансформаторе нормируются значения тока утечки между обмотками, пускового тока первичной и перегрузочной способности вторичной, что позволяет производить прямой пуск разделительного трансформатора без перегрузки сети с изолированной нейтралью, повысить точность измерения сопротивления изоляции, снизить вероятность ложных срабатываний устройства контроля параметров, обеспечить стабильную работу в режиме нормируемой перегрузки.

Заявленная полезная модель поясняется фигурами 1 и 2.

На фигуре 1 схематично представлена электрическая схема разделительного трансформатора.

На фигуре 2 схематично представлен разделительный трансформатор, вид с боку без боковой панели. Стрелками показано направление движение охлаждающего воздуха.

Разделительный трансформатор содержит корпус 1, в нижней части передней стенки и в верхней части задней стенки которого выполнены сквозные отверстия 2 с образованием внутри корпуса естественного вентиляционного канала 3, установленные внутри корпуса магнитопровод 4, первичную и вторичную обмотки 5,6 с усиленной изоляцией, с автоматическими выключателями 7, подключенные к однофазной сети с глухозаземленной нейтралью (TN) и сети с изолированной нейтралью (IT) соответственно, расположенный между обмотками заземленный электростатический экран 8, электрически соединенный с общим защитным проводником (РЕ) упомянутых сетей, устройство контроля параметров 9, закрытое от естественного вентиляционного канала тепловым экраном 10, содержащее плату с микропроцессором (на чертежах не показаны), электрически соединенное с датчиком температуры 11, установленным между обмотками 5,6, с датчиком измерения сопротивления (на чертежах не показан), с датчиком тока 12, с пультом (пультами) дистанционного контроля 13, с лампами световой сигнализации 14, расположенными в верхней части передней панели корпуса, при этом вторичная обмотка 6 имеет отвод от средней точки и электрически соединена в трех точках с упомянутым устройством контроля параметров.

Разделительный трансформатор с устройством контроля электрической мощности нагрузок, температуры обмоток и изоляции вторичной сети с изолированной нейтралью работает следующим образом:

Первичная обмотка 5 питается от сети TN через автоматический выключатель без защиты от перегрузки 7, электростатический экран 8 подключен к общему защитному проводнику РЕ сетей TN и IT, вторичная обмотка 6 трансформатора напряжения питает потребителей сети IT через автоматический выключатель без защиты от перегрузки 7. Устройство контроля параметров 9 осуществляет постоянный мониторинг следующих параметров:

- температуры обмоток 5,6 при помощи датчика температуры обмоток 11, расположенного между ними, в месте их наибольшего нагрева;

- мощности нагрузок в сети IT путем измерения тока напряжения вторичной обмотки 6;

- сопротивления электрической изоляции всех элементов сети IT, причем напряжение и величина оперативного (измерительного) постоянного тока нормирована до безопасных значений при питании медицинского оборудования ближайшего окружения пациента.

При отсутствии превышения значений температуры обмоток 5,6, номинальной мощности, нормируемого значения тока утечки между обмотками, снижения нормируемого значения сопротивления электрической изоляции элементов сети IT, горит зеленая лампа «Норма» световой сигнализации 14 режима работы и зеленый светодиод «Норма» на пульте (пультах) дистанционного контроля 13.

При превышении температуры обмоток 5,6 загорается желтая лампа «Авария» световой сигнализации 14 режима работы и желтый светодиод «Перегрев трансформатора» на пульте (пультах) дистанционного контроля 13, причем питание потребителей сети IT не прекращается.

При нормируемом превышении мощности нагрузки в сети IT загорается желтая лампа «Авария» световой сигнализации 14 режима работы и желтый светодиод «Перегрузка трансформатора» на пульте (пультах) дистанционного контроля 13, при превышении нормируемого значения мощности светодиод переходит в мигающий режим, причем питание потребителей сети IT в этих режимах не прекращается.

При превышении нормируемого значения тока утечки между обмотками 5, 6, снижения нормируемого значения сопротивления электрической изоляции элементов сети IT, загорается желтая лампа «Авария» световой сигнализации 14 режима работы и желтый светодиод «Нарушение изоляции» на пульте (пультах) дистанционного контроля 13, причем питание потребителей сети IT не прекращается. Данный вид сигнализации имеет режим тестирования.

Все виды световой сигнализации не могут быть принудительно сброшены или отключены, дублируются отключаемой звуковой сигнализацией и выключается автоматически при нормальных значениях параметров всех элементов сети IT и обмоток.

Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели и наиболее близкого прототипа выявляет наличие отличительных признаков у представляемой конструкции медицинского разделительного трансформатора с устройством контроля электрической мощности нагрузок, температуры обмоток и изоляции вторичной сети с изолированной нейтралью, что обеспечивает ей соответствие критерию «новизна».

Наличие отличительных признаков обеспечивает заявляемой полезной модели достижение положительного эффекта, выражающегося в создании новой конструкции медицинского разделительного трансформатора с устройством контроля электрической мощности нагрузок, температуры обмоток и изоляции вторичной сети с изолированной нейтралью для преобразования однофазной сети с глухозаземленной нейтралью (TN) в сеть с изолированной нейтралью (IT) с параметрами удовлетворяющими повышенным требованиям надежности и безопасности предъявляемыми к электроустановкам для питания медицинского оборудования ближайшего окружения пациента.

Применение заявляемой полезной модели в качестве электроустановки для питания медицинского оборудования ближайшего окружения пациента обеспечивает ей соответствие критерию «промышленная применимость».

1. Разделительный трансформатор, содержащий корпус, установленные внутри корпуса магнитопровод, первичная и вторичная обмотки с автоматическими выключателями, расположенный между обмотками заземленный электростатический экран, устройство контроля параметров, содержащее плату с микропроцессором, электрически соединенное с датчиком температуры, с датчиком измерения сопротивления, а также с датчиком тока, отличающийся тем, что первичная и вторичная обмотки выполнены с усиленной изоляцией и с возможностью подключения к однофазной сети с глухозаземленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью соответственно, заземленный электростатический экран электрически соединен с общим защитным проводником упомянутых сетей, при этом вторичная обмотка имеет отвод от средней точки и электрически соединена в трех точках с упомянутым устройством контроля параметров, датчик температуры установлен между обмотками, кроме того, на передней и задней стенках корпуса выполнены сквозные отверстия.

2. Разделительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один пульт дистанционного контроля.

3. Разделительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что первичная и вторичная обмотки расположены с образованием зазора между ними.

4. Разделительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, две лампы световой сигнализации, соединенные с устройством контроля параметров.

5. Разделительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые сквозные отверстия выполнены в нижней части передней стенки корпуса и в верхней части задней стенки корпуса.

6. Разделительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые устройство контроля параметров и автоматические выключатели расположены в верхней полости, образованной тепловым экраном.

7. Разделительный трансформатор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нормируется ток утечки между упомянутыми обмотками, пусковой ток первичной и перегрузочная способность вторичной.