Rozwój samych transformatorów jest znacznie wolniejszy, jeśli spojrzymy na ich zasadę działania czy wykorzystywane materiały, ale staje się widoczny, jeśli zwrócimy uwagę na ich obudowy oraz różne ułatwienia dla montażystów i projektantów.

Początkowo montaż transformatorów na szynę polegał na zamocowaniu w standardowym transformatorze EI specjalnego adaptera umożliwiającego montaż na szynie. Do dzisiaj takie rozwiązanie wykorzystywane jest w niskobudżetowych instalacjach. Z czasem jednak okazało się, że taki sposób montażu jest niewygodny. Przez adapter transformator mocno odstawał od szyny i znacznie odbiegał wymiarami od innych urządzeń, a jego waga i odsunięty środek ciężkości oddziaływały dużym momentem siły na zaczepy szyny montażowej wpływając negatywnie na ich trwałość. Oprócz tego, taki transformator wymagał odrębnego aparatu w postaci gniazda na bezpiecznik. Takie rozwiązanie nie było zbyt optymalne również pod względem cieplnym, a co za tym idzie ograniczało, bardziej niż późniejsze rozwiązania, możliwe do osiągnięcia moce.

Kolejnym etapem konstrukcyjnym była adaptacja istniejących na rynku obudów, które umożliwiały zmianę pozycji transformatora względem szyny, poprawę jego chłodzenia przez zalewanie żywicą oraz zamocowanie zabezpieczenia. Przykładem takiego rozwiązania jest seria transformatorów PSZ. Niestety również to rozwiązanie nie zaspokajało wszystkich potrzeb rynku, ponieważ wymiary jakie osiągały takie transformatory, niejednokrotnie przeszkadzały innym aparatom. Presji nie poddały się jednak wykonania większych mocy, które nadal są używane, co więcej, pojawiają się też nowe, ciekawe wersje obudów, jak np. w serii transformatorów PTM.

Wzrost sygnałów z rynku o potrzebie zmiany, zmobilizował producentów do tworzenia własnych, dedykowanych obudów. Tak powstały transformatory z serii PSS. Ta linia produktów zdobyła bardzo szybko uznanie w skali europejskiej. Ich budowa i parametry zbliżyły się całkowicie do stawianych wtedy oczekiwań, a obudowy wyprzedzały ówczesny design przemysłowy. Z wymiarów zadowoleni byli instalatorzy, projektantów cieszyła duża liczba gabarytów mocy, czy też wbudowane we wnętrzu obudów gniazda bezpiecznikowe, które to zwalniały ich z konieczności zabezpieczania transformatorów dodatkowym zewnętrznym aparatem.

Transformatory tej serii nadal mają powodzenie, jednak rynek „nie śpi” i szybko okazało się, że aparaty na szynę wykreowały swój własny standard wymiarowy. Wszechotaczające nas zabezpieczenia typu „S”, mnogość obudów dopasowanych do nich maskownicami itp., spowodowały presję, by dopasowywać kształt i wymiary urządzenia do nowych standardów. Za jednostkę zajętości szyny przyjęto „moduł”, który oznacza szerokość standardowej „S-ki”. Konstruktorzy i projektanci transformatorów, we współpracy z nowo powstałymi firmami zajmującymi się „designem przemysłowym”, podjęli się ponownego spojrzenia na transformator na szynę. Uwzględniono szereg oczekiwań, m.in.: wymiary, łatwość montażu i demontażu, wielkości gabarytów mocy, łatwość przyłączania przewodów, skuteczność oddawania ciepła, bezobsługowość zabezpieczeń czy też możliwości dalszego rozwoju w kierunku dodatkowych uzwojeń i odczepów napięciowych. Po uwzględnieniu wszystkich wymienionych, a także innych, nie podanych wyżej kryteriów, powstała seria transformatorów PSS N. Czym wyróżniają się te urządzenia na tle konkurencji?

Zacznijmy od tego, że seria PSS N zawiera następujące moce gabarytowe: 16-20-30-50-63-80VA. W dziedzinie całej rozpiętości mocy wykonań transformatorów niskiego napięcia jest to dość skromny przedział, ale za to absolutnie wystarczający do zastosowań na szynie DIN. Na szczególną uwagę zasługuje natomiast kwestia zabezpieczeń zastosowanych w serii PSS N. Wcześniej do zabezpieczania takich transformatorów służyły bezpieczniki topikowe, jednak z racji wymaganych tu małych wartości prądu musiałyby to być tzw. bezpieczniki „radiowe” – takie używane są w serii PSS. Niestety obsługa tego typu bezpieczników przysparza wielu problemów, zwłaszcza w sytuacji gdy bezpiecznik się przepali i trzeba go wymienić. Z tego powodu postanowiono, że w nowej serii zostanie wbudowane zabezpieczenie termiczne na bazie elementu PTC. Właściwości takiego elementu byłyby jednak niewygodne, gdyby był on zainstalowany na stronie pierwotnej transformatora, ponieważ aby transformator powrócił do stanu pracy, oprócz jego ostygnięcia wymagane byłoby odłączenie jego zasilania na kilka sekund. Z tego powodu zabezpieczenie PTC znajduje się na stronie wtórnej. Przeciążenie trwale blokuje transformator uniemożliwiając jego ponowne załączenie bez zdjęcia zasilania, a więc daje szansę na bezawaryjne usunięcie błędu, natomiast zwarcie za transformatorem blokuje urządzenie do czasu jego usunięcia. A co jeśli zwarcie powstanie w samym uzwojeniu pierwotnym? Producent zadbał o to, by taka sytuacja nie miała miejsca dzięki zastosowaniu odpowiedniej klasy izolacji drutu nawojowego.

Seria PSS N zdobywa zwolenników w całej Europie szybciej, niż się tego spodziewano, co potwierdza słuszność decyzji konstrukcyjnych i projektowych. Czy to koniec rozwoju? Z pewnością nie. Na razie nie wiadomo czego rynek będzie oczekiwał. Być może indywidualności kolorystycznej, być może odejścia od standardów napięciowych w celu minimalizacji zużycia energii. Pytanie o przyszłe oczekiwania i kierunki rozwoju są czymś normalnym w biznesie. Jedno jest pewne – będzie ciekawie.

Mgr inż. Krzysztof Majewski

Transformatory bezpieczeństwa przeznaczone są do stosowania w instalacjach niskiego napięcia.

Szeroka oferta transformatorów Breve obejmuje:

•  transformatory bezpieczeństwa jednofazowe, 
• otwarte, o mocy do 2500VA, 
• trójfazowe otwarte lub obudowane o mocy do 100kVA
• obudowane o różnych stopniach ochrony
• transformatory bezpieczeństwa przenośne
• na szynę DIN.

Każdy transformator produkowany przez naszą firmę oznaczony jest jednym lub kilkoma symbolami.

Wyglądają one nieco tajemniczo i dla nie wszystkich są jasne. Dlatego właśnie przybliżamy poniżej wszystkie oznaczenia, jakie mogą się znaleźć w opisach transformatorów.

Co jeszcze warto wiedzieć o poszczególnych grupach transformatorów?

Transformator bezpieczeństwa 

• Max moc wtórna 10kVA dla jednofazowych
• Max moc wtórna 16kVA dla wielofazowych
• Max PRI 1000V, Max SEC 50V
• Max częstotliwość 500Hz

Transformator separacyjny 

• Max moc wtórna 25kVA dla jednofazowych
• Max moc wtórna 40kVA dla wielofazowych
• Max PRI 1000V,  Max SEC 500V
• Max częstotliwość 500Hz

Transformator sterowniczy

• Znamionowa max obciążalność cieplna 1000VA
• Max PRI 1000V, Max SEC 1000V
• Max częstotliwość 500Hz
• Sposób oznaczania mocy w transformatorach sterowniczych
• Znamionowa max obciążalność cieplna / dopuszczalna obciążalność chwilowa [VA]

Autotransformator 

• Max moc wtórna 20kVA dla jednofazowych
• Max moc wtórna 100kVA dla wielofazowych
• Max moc rdzenia 1kVA dla jednofazowych
• Max moc rdzenia 5kVA dla wielofazowych
• Max moc rdzenia 40kVA dla specjalnych
• Max PRI 1000V, Max SEC 1000V
• Max częstotliwość 500Hz

Transformator oddzielający 

• Max moc wtórna 1000VA dla jednofazowych
• Max moc wtórna 5000VA dla wielofazowych
• Max moc wtórna 40.000VA dla specjalnych
• Max PRI 1000V, Max SEC 1000V
• Max częstotliwość 500Hz

Wzrost temperatury uzwojeń wpływa bezpośrednio na ich rezystancję. Za pomocą zmian rezystancji uzwojeń wyznacza się średnie przyrosty temperatur w celu określenia zgodności z temperaturami dopuszczalnymi dla zastosowanych izolacji.
Zalecenia IEC85 określają klasy cieplne izolacji:

Zazwyczaj dla transformatorów firmy Breve-Tufvassons przyjmuje się klasę cieplną izolacji „B”. Jest ona wymieniona na tabliczce znamionowej przy „ta” np. ta40B co oznacza: znamionowa maksymalna temperatura otoczenia 40˚C, klasa cieplna B (max 130˚C, śr. 120˚C).
Wartość średniego przyrostu temperatury uzwojeń wyznacza się ze wzoru:

Δt = (R2 – R1)(x+t1)/R1 – (t2 – t1), gdzie:

x = 234,5 dla miedzi
Δt średni przyrost temperatury ponad t2
R1 rezystancja na początku próby przy temperaturze otoczenia t1
R2 rezystancja na końcu próby po osiągnięciu warunków ustalonych
t1 temperatura otoczenia transformatora na początku próby
t2 temperatura otoczenia transformatora na końcu próby

Przyjmuje się, że:
tśr = Δt + ta, gdzie
tśr – średnia temperatura uzwojenia
ta – temperatura otoczenia

Moc znamionowa transformatorów jest określana laboratoryjnie przy obciążeniu rezystancyjnym, dla pracy ciągłej (o ile nie podano inaczej) w otoczeniu powietrznym o temperaturze znamionowej „ta” (podanej na tabliczce znamionowej). W przypadku rzeczywistego występowania temperatur różniących się od temperatury „ta” znamionowej, dopuszcza się odpowiednie korekty mocy obciążającej wg podanego wykresu:

Dla małych urządzeń, w których zastosowano transformator trudno jest określić rzeczywistą temperaturę otoczenia. Zaleca się wtedy przeprowadzenie oceny urządzenia oraz doboru transformatora przez nagrzewanie uzwojeń podczas pracy transformatora w urządzeniu przy „ta” określonym dla urządzenia.

mgr inż. Krzysztof Majewski
Kierownik Działu Handlowego
Breve-Tufvassons

Wyobraźmy sobie profesjonalistę, który używa elektronarzędzi w swojej pracy. Pracuje w biurach lub mieszkaniach, na terenie budowy, w pomieszczeniach w stanie surowym, na otwartej przestrzeni, a czasami w piwnicach bez okien lub choćby we wnętrzu kotła w trakcie jego remontu.

Niekiedy wszystko wokół niego jest wilgotne, a kabel zasilający ociera się o surowy beton lub jest zanurzony w kałuży. Profesjonalista stoi na metalowej drabinie, opiera się o wilgotną ścianę lub trzyma się metalowego rusztowania. Jakby nie patrzeć, to środowisko pracy wysokiego ryzyka, biorąc pod uwagę konieczność używania elektronarzędzi, tym bardziej że przecież woda, metal i prąd to bardzo niebezpieczna kombinacja.

Inną kwestią jest temat sieci energetycznych. Nasze sieci energetyczne są tak zbudowane, że energia przesyłana jest napięciem wysokim i średnim w pobliże miasta, wsi lub dzielnicy, gdzie za pomocą transformatora zmienia się napięcie średnie (15 lub 20kV) na napięcie niskie trójfazowe 3x400V (fazowe 230V), a punkt zerowy transformatora uziemia się. To uziemienie występuje zawsze.

Dlatego też istnieje potencjał elektryczny między każdym przewodem fazowym a ziemią, która przewodzi prąd. Stąd też wszystkie inne elementy, które przewodzą prąd (ściany, rusztowania, rury) i mają styczność z ziemią względem przewodów fazowych sieci energetycznej, charakteryzują się potencjałem elektrycznym.

To oczywiście jest powód, dla którego stosuje się różne zabezpieczenia. Nie musimy zatem dotknąć jednocześnie dwóch przewodów, między którymi występuje napięcie niebezpieczne (za niebezpieczne w Europie przyjmuje się takie o wartości skutecznej większej niż 42V lub o wartości maksymalnej większej niż 50V). Wystarczy, że dotkniemy jeden, jednocześnie opierając się o ścianę, aby mieć kłopoty. I tu w sukurs przychodzi tzw. różnicówka, czyli wyłącznik różnicowo-prądowy. 

Jeśli prąd wpływający do odbiornika i wypływający z niego mają tę samą wartość, to różnicówka nie jest potrzebna. Jeśli jednak wystąpi jakakolwiek, choćby minimalna różnica między nimi (np. zamiast przewodem powrotnym część prądu popłynie do ziemi przez plecy opierającego się ścianę operatora), to wyłącznik różnicowo-prądowy w ułamku sekundy rozłączy całe zasilanie, nie dopuszczając do narażenia operatora elektronarzędzia na utratę zdrowia.

Jest jednak pewna kwestia, którą należy jeszcze poruszyć. Otóż wszystko będzie w porządku, jeśli wyłącznik różnicowo-prądowy jest zainstalowany w obwodzie zasilania i jest sprawny. A czy zawsze mamy pewność, że tak jest? Warto też zwrócić uwagę, że różnicówka działa tak naprawdę po fakcie, czyli, podpierając się przykładem, przez ułamek sekundy prąd popłynie przez plecy operatora, a tego wolelibyśmy uniknąć. Bo co by było, gdyby przez ten ułamek sekundy pracujący operator wypuścił z dłoni uruchomioną na pełnych obrotach szlifierkę z tarczą do cięcia metalu?
Co zatem należy zrobić, by uniknąć tej sytuacji?

Należy wyposażyć operatora elektronarzędzi w transformator separacyjny. Musi on mieć obudowę o stopniu szczelności minimum IP44, by spełniał swoje zadania nawet wówczas, gdy operator pracuje na zewnątrz i zacznie padać deszcz. Poza tym, taki transformator musi mieć solidne uchwyty do przenoszenia, sygnalizację, że jest pod napięciem i być zabezpieczony bezpiecznikiem.

Czy to już jest absolutnie bezpieczne rozwiązanie? Na pewno bardzo bezpiecznie, ale wciąż nie absolutnie bezpieczne. Przecież na wyjściu takiego transformatora wciąż mamy napięcie niebezpieczne 230V. Owszem, nie może nas porazić prąd przepływający przez nasze ciało do ziemi i to jest już bardzo dużo, bo trudno sobie wyobrazić, by ktoś specjalnie chwytał za dwa wyprowadzenia  transformatora jednocześnie. Jeśli już jednak przyjmiemy, że jest to możliwe, możemy skorzystać z jeszcze bardziej profesjonalnych narzędzi zasilanych napięciem bezpiecznym (24V – 42V). Owszem, są dostępne na rynku, ale popularniejsze pozostają te zasilane napięciem 230V.

A czy stosowanie transformatorów separacyjnych jest usankcjonowane prawnie? Jak najbardziej! Kwestie bezpieczeństwa pracy w Europie są mocno unormowane po to, by chronić zdrowie szczególnie tych, którzy podchodzą do pracy z prądem w sposób niefrasobliwy. Istnieją dwie normy, które sprawy konieczności używania określonych zabezpieczeń przy pracy elektronarzędziami w określonych miejscach.

I tak na terenie budów i rozbiórek norma PN-HD 60364-7-704 dopuszcza różne zabezpieczenia, w tym transformator separacyjny, podczas gdy w pomieszczeniach przewodzących i ciasnych norma PN-HD 60364-7-706 nakazuje stosowanie wyłącznie transformatorów separacyjnych. Powołując się na ten przepis, Inspektorzy BHP mają prawo nie dopuścić do pracy osób bez transformatorów separacyjnych. Bezpieczną pracę elektronarzędziami i zasilanie (np. przenośnego oświetlenia) zapewniają specjalne przenośne transformatory separacyjne z serii PFM i PFN firmy Breve.

PFM to transformatory do pracy ciągłej z podanymi mocami znamionowymi. Cechą szczególną ich budowy są podwójne uchwyty, które umożliwiają ich przenoszenie przez dwie osoby, ze względu na ich spory ciężar.

PFN to również transformatory separacyjne, które mają jednak inaczej sklasyfikowane moce oraz inne, dobrane do ich możliwości zabezpieczenia.