Perché è importante che gli alimentatori di rete siano isolati?

In tutti gli alimentatori per computer e altri alimentatori che ho smontato, ho notato che sono completamente isolati dalla rete. Isolamento galvanico tramite trasformatori e spesso isolamento ottico per feedback. Di solito c'è un divario molto visibile nelle tracce tra i lati primario e secondario, largo almeno 8 mm. Perché è importante isolare queste forniture?

Perché l'alimentazione di rete è molto imprevedibile e può fare qualsiasi cosa al di fuori delle sue specifiche nominali, che potrebbe danneggiare i componenti o almeno rompere i presupposti di progettazione nominali. Un design non isolato ha anche tutte le sue tensioni riferite a uno dei conduttori di rete, che potrebbe o meno avere una relazione utile / sicura con altri potenziali nel proprio ambiente (come terra / terra, ad esempio).

Se l'unica cosa sul lato a bassa tensione è l'elettronica inaccessibile, allora le forniture non isolate vanno bene - tendono ad essere molto più economiche / semplici rispetto alle forniture isolate e molte apparecchiature domestiche le usano. Anche cose come i televisori funzionavano in questo modo, se torni indietro a prima del tempo in cui avevano connessioni video / audio esterne. La connessione dell'antenna era l'unica presa esterna, isolata a condensatore.

Se un essere umano o un'apparecchiatura di terze parti deve interconnettersi con il lato a bassa tensione del progetto, allora un'alimentazione isolata fornisce entrambi una chiara barriera attraverso la quale non passeranno tensioni pericolose, anche in caso di guasto di un componente, e significa che il tuo circuito ora sta 'fluttuando' rispetto alla rete. A sua volta, ciò significa che è possibile disporre che tutta l'elettronica funzioni vicino al potenziale di terra, con tutte le apparecchiature interconnesse che abbiano almeno approssimativamente lo stesso riferimento di tensione su cui lavorare.

Risposta breve (oooh, questo è un gioco di parole, aspetta ...): sicurezza. Quale sarebbe l'effetto di un corto da 240 V o superiore a ... beh, qualsiasi cosa, sarebbe? Dispositivi a bassa tensione? Morto! Casa? A fuoco! Causa? In attesa di! L'isolamento rende almeno impossibile una tensione diretta da corto a parete e un corto indiretto meno pericoloso e meno probabile. Ad esempio, se la tensione a parete frigge totalmente su un lato del trasformatore, si ha un trasformatore non funzionante. Un trasformatore non funzionante significa nessun accoppiamento e nessuna tensione sull'altro lato, quindi nessun danno. Inoltre ci sono più opzioni di protezione per il lato a bassa tensione (opzioni di protezione meno costose comunque).

Posso pensare ad alcuni:

• Aiuta a isolare le uscite da eventi pericolosi a livello di linea (fulmini, sovratensioni, ecc.) Poiché la maggior parte dei trasformatori sono in fase di interruzione negli alimentatori commerciali
• Consente di utilizzare il telaio dell'apparecchiatura come scudo di sicurezza, collegandolo a terra (qualsiasi conduzione dalla rete allo chassis provoca un colpo di fusibile o un intervento dell'interruttore, scollegando rapidamente l'errore)
• Garantisce che nel progetto esista un margine sufficiente per impedire il superamento dell'arco da primario a secondario anche in ambienti non puliti (la polvere di toner è un gap gap particolarmente brutto)
• Riduce la "rigidità" della fonte di alimentazione: un piccolo trasformatore si saturerà molto più rapidamente rispetto alla rete elettrica, il che ha anche l'effetto di aumentare la corrente primaria e attivare una sorta di dispositivo di sicurezza (fusibile, interruttore, ecc.)
• Le organizzazioni normative lo richiedono nella maggior parte delle applicazioni: IEC 60950, CSA C22.2, ecc.

Oltre ai problemi di sicurezza menzionati, c'è anche un problema pratico: anche se si sapesse che i cavi di alimentazione CA neutri sarebbero sempre a potenziale terra, sarebbe difficile progettare un alimentatore CC a bassa tensione senza trasformatore che assorbisse la corrente equamente sul due metà di ciascun ciclo di linea senza che il lato CC abbia una significativa oscillazione della tensione di modo comune rispetto alla linea di alimentazione neutra. Anche se l'oscillazione della tensione su una "terra" esposta fosse sufficientemente bassa da non costituire un rischio di elettrocuzione, il collegamento dei terreni sul lato CC di dispositivi diversi potrebbe comunque comprometterne il comportamento.

L'utilizzo dei trasformatori per far fluttuare un'alimentazione non è in realtà più difficile che far coincidere la terra CC con il neutro dell'alimentazione CA. Non c'è davvero alcun svantaggio se gli alimentatori CC a bassa tensione fluttuano rispetto a entrambi i cavi di ingresso dell'alimentazione, e in pratica la messa a terra CC collegata al neutro CA introdurrebbe alcuni inutili rischi per la sicurezza. Questi argomenti insieme formano un argomento piuttosto convincente a favore dell'isolamento delle alimentazioni CC a bassa tensione dalla linea CA.

Non possiamo fare affidamento sulla sicurezza di nessuno dei conduttori di alimentazione per diversi motivi.

1. In alcuni paesi non è possibile fare affidamento su quale conduttore è attivo e su quale neutro o perché le prese non sono polarizzate, perché gli installatori non prestano molta attenzione alla polarità o perché l'uso di estensioni / adattatori che potrebbero non mantenere correttamente la polarità è comune .
2. I fili possono rompersi, se il filo neutro si rompe e c'è carico sul sistema, il filo neutro salirà alla tensione di rete.
3. Anche nel normale funzionamento con la polarità corretta può esserci tensione sul neutro a causa della caduta di volt. Mentre la tensione è bassa, l'impedenza è anche molto bassa, quindi può essere un rischio di incendio.

Come risultato di questo moderno standard di apparecchi, generalmente i conduttori sotto tensione e quelli neutri sono potenzialmente pericolosi. Ciò lascia ai venditori di elettrodomestici due opzioni principali per la protezione degli usi.

1. Isolare e proteggere tutte le parti elettriche, che funziona bene con dispositivi semplici ma non è davvero pratico per cose come computer con un sacco di porte accessibili all'utente.
2. Inserire una barriera di isolamento nell'alimentatore in modo che la parte a bassa tensione sia sicura da toccare.