Для чего нужен гальванический изолятор

Цепь заземления – это дополнительный путь для тока в землю, параллельный нейтральному проводнику, который добавляет еще одну степень защиты во время электрических аварий. Так же как ремни или подушки безопасности в автомобиле, заземление не несет никакой пользы до тех пор, пока не возникнет проблема, но затем спасает жизнь. Любые дефекты в заземлении —  откушенный контакт в розетке или коррозировавшее соединение в кабеле подключения к береговой сети ведут к системе из двух проводов, которая не обеспечивает безопасного пути для тока в землю.

Безопасность против коррозии

Розетка на пристани – это источник напряжения для катеров, подключаемых к береговой сети. Нейтральный и заземляющий провода в розетке соединяются со стержнем заземления, который устанавливают рядом со щитом подключения катера.

Неправильное подключение катера к береговой сети переменного тока
Неправильно созданная система заземления на катере. У тока есть три возможности, чтобы вернуться на берег: через нейтральный провод, провод заземления и через подводные детали и воду

Когда катер подсоединяется к береговой сети, нейтральный провод и провод заземления бортовой цепи соединяются с соответствующими подводниками на берегу и через них со стержнем заземления. Заземление работает так же, как и в доме. Если корпус бортового оборудования оказывается под напряжением, то ток по проводу заземления безопасно уходит на берег и далее в землю, поэтому даже при высокой окружающей влажности люди на борту защищены от поражения током.

Неправильно установленное заземление на катере
Нет контакта между двигателем и подводным оборудованием. Если произойдет замыкание на корпус, провод заземления окажется под напряжением, но из-за плохого контакта в заземлении оборудование останется под напряжением

Однако существует одна загвоздка —  провод, обеспечивающий безопасность, становится источником коррозии. Коррозия появляется даже если цепь переменного тока на катере установлена абсолютно правильно и работает безошибочно. Коррозия — это паразитическая проблема, которая возникает с появлением на борту сети переменного тока, которая состоит не только из бортового зарядного устройства для тяговых аккумуляторов.

Представим себе катера, стоящие рядом друг с другом у пирса. Оба подключены к береговой сети с правильно организованной цепью заземления. На борту у обоих имеется общая точка подключения. Подводное оборудование на одном катере защищено цинком, а на втором нет.

Два таких катера создают огромный аккумулятор. Цинк на одном – это отрицательная пластина, бронзовые подводные детали на другом — положительная, а вода в которой стоят лодки —  электролит. Как только владельцы подключат катера к береговой сети, провод заземления замкнет цепь между двумя клеммами аккумулятора (подводными частями катеров) и по нему потечет постоянный ток. В этом аккумуляторе наименее благородный из металлов и более активный гальванически начнет корродировать (в данном случае цинк).Возникновение гальванической коррозии между двумя рядом стоящими катерами

После того как цинк израсходуется, наступит очередь следующего металла. Источник проблемы —  система, защищающая людей на борту и в воде рядом с катером от поражения током. Возникает противоречие, которое необходимо решить не принося в жертву ни то, ни другое.

Разрыв гальванической цепи

Первое что, иногда рекомендуют —  разорвать связь между AC и DC цепями заземления. В теории это изолирует заземляющую цепь переменного тока от подводного оборудования, разорвет путь к берегу через воду для гальванического тока и одновременно сохранит береговое заземление для защиты людей. Такое решение кажется простым выходом для защиты от коррозии, не затрагивающим безопасность. Однако в реальности это не так и существует три причины почему его нельзя использовать:

  • Неисправное зарядное устройство или короткое замыкание между соседними кабелями постоянного и переменного тока вызовут утечку последнего в отрицательную цепь постоянного. Если заземляющий провод переменного тока и отрицательный проводник постоянного не соединены, у тока нет безопасного пути обратно на берег. Путь через воду не создаст ток достаточной силы, а значит автоматы на катере и на берегу не сработают. Вся отрицательная часть цепи постоянного тока окажется под полным напряжением переменного и все заземленное оборудование окажется потенциально смертоносным для людей на борту и пловцов рядом с катером.
  • Чтобы уменьшить сосредоточение опасного напряжения в цепях переменного и постоянного тока при защите от молний, электрические потенциалы заземляющего провода переменного тока и отрицательного проводника постоянного тока выравнивают, соединяя их между собой.
  • Если соединение заземляющего проводника переменного тока и отрицательного провода постоянного тока обрывается, у переменного тока остается неявный путь к отрицательному проводнику. Это может быть путь от заземленного оборудования (генераторы, кондиционеры, зарядные устройства не морского исполнения, водонагреватели) или путь через утечки между двумя цепями. Возможность для коррозии по-прежнему остается, но владелец катера не знает об этом и не применяет меры безопасности.

Соединение заземляющего провода и отрицательного проводника никогда не должно разрываться. Единственная возможность изолировать цепь переменного тока – это использовать гальванический изолятор или изолирующий трансформатор.

Как работает гальванический изолятор

В сердце гальванического изолятора два набора из двух диодов, соединенных параллельно. Чтобы диоды открылись и начали проводить ток, прямое напряжение должно вырасти до 1 вольта, поэтому если установить диоды на проводник заземления, в нормальной ситуации они надежно разрывают заземляющий провод и не дают возникнуть гальванической коррозии. Однако если ток утечки возникает при напряжении выше 1 вольта, диоды открываются и цепь заземления срабатывает. Во время работы диоды нагреваются, поэтому чтобы рассеять возникающее тепло их устанавливают на радиаторы. Огромное количество гальванических изоляторов состоят всего из двух частей – диодов и радиатора.

К сожалению этот тип зарядного изолятора – потенциальная причина пожара при использовании с высокими токами. Он также часто мало эффективен для борьбы гальванической коррозией. Риск пожара легко понять — он возникает от неправильно подобранных диодов и радиатора. Риск коррозии сложнее.

Чтобы диоды проводили ток, напряжение на них должно вырасти до 1 вольта, при этом неважно какое это напряжение переменное или постоянное. Если известно, какие металлы используются на катерах и какое гальваническое напряжение возникает в результате их взаимодействия, становится понятно, что напряжение постоянного тока в 1 вольт возникнуть не может. А раз так, диоды не переключатся в режим проводимости и гальванический изолятор будет работать до тех пор, пока не появится напряжения переменного тока. Однако напряжение утечки переменного тока со стороны береговой системы превышающее 1 вольт встречается очень часто. Если его не контролировать, диоды переключатся в режим проводимости, через изолятор пойдет и постоянный ток, и защита от коррозии перестает действовать. Чтобы этого не произошло, параллельно диодам устанавливают конденсаторы, которые пропускают переменный ток, но блокируют постоянный.

Зарядные изоляторы хорошего качества всегда имеют встроенные конденсаторы. Чем больше емкость конденсатора, тем больший ток он пропустит на землю. Однако если напряжение превысит номинал конденсатора, диоды откроются и изолятор перестает защищать катер от коррозии.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Ваше имя

Ваш e-mail

Сообщение

captcha