Por que é importante isolar as fontes de alimentação?

Em todas as fontes de alimentação de computadores e outras que desmontei, notei que elas estão totalmente isoladas da rede elétrica. Isolamento galvânico através de transformadores e, frequentemente, isolamento óptico para feedback. Geralmente, existe uma lacuna muito visível nos traços entre os lados primário e secundário, com pelo menos 8 mm de diâmetro. Por que é importante que esses suprimentos sejam isolados?

Como o fornecimento de energia é muito imprevisível e pode fazer todo tipo de coisa fora de sua especificação nominal, o que pode danificar os componentes ou, pelo menos, quebrar as suposições nominais do projeto. Um projeto não isolado também possui todas as tensões referenciadas a um dos condutores principais, que podem ou não ter uma relação útil / segura com outros potenciais em seu ambiente (como terra / terra, por exemplo).

Se o único material no lado de baixa tensão é o material eletrônico inacessível, então os suprimentos não isolados são bons - eles tendem a ser muito mais baratos / mais simples do que os suprimentos isolados, e muitos equipamentos domésticos os utilizam. Até coisas como as televisões costumavam funcionar assim, se você voltar antes da época em que elas tinham conexões externas de vídeo / áudio. A conexão da antena era o único soquete externo e era isolado no capacitor.

Se um ser humano ou equipamento de terceiros precisar interconectar-se com o lado de baixa voltagem do seu projeto, um suprimento isolado fornecerá uma barreira clara através da qual voltagens perigosas não passarão, mesmo no caso de falha do componente, e isso significa que seu circuito agora está 'flutuando' em relação à rede elétrica. Por sua vez, isso significa que você pode organizar todos os componentes eletrônicos para operar perto do potencial do solo, com todos os seus equipamentos interconectados tendo pelo menos aproximadamente a mesma referência de tensão para trabalhar.

Resposta curta (oooh, isso é um trocadilho, espere ...): segurança. Qual seria o efeito de um curto de 240V ou superior para ... bem, qualquer coisa, seria? Aparelhos de baixa voltagem? Morto! Casa? Em chamas! Processo? Pendente! O isolamento pelo menos torna impossível uma voltagem direta curta à parede e uma curta indireta menos perigosa e menos provável. Por exemplo, se a tensão da parede fritar totalmente tudo de um lado do transformador, você terá um transformador que não está funcionando. Um transformador que não está funcionando significa que não há acoplamento e tensão no outro lado, portanto, nenhum dano. Além disso, existem mais opções de proteção para o lado de baixa voltagem (de qualquer forma, opções de proteção menos caras).

Posso pensar em alguns:

• Ajuda a isolar as saídas de eventos perigosos no nível da linha (descargas atmosféricas, sobretensões, etc.), pois a maioria dos transformadores diminui o fornecimento de energia comercial
• Permite usar o chassi do equipamento como uma blindagem de segurança, aterrando-o (qualquer condução da rede elétrica até o chassi instigará um fusível ou disparo do disjuntor, desconectando rapidamente a falha)
• Garante a existência de uma margem suficiente no projeto para impedir o arco do primário para o secundário, mesmo em ambientes menos limpos (a poeira do toner é uma ponte de abertura particularmente desagradável)
• Reduz a 'rigidez' da fonte de energia - um pequeno transformador satura muito mais rapidamente do que a rede elétrica, o que também tem o efeito de aumentar a corrente primária e ativar algum tipo de dispositivo de segurança (fusível, disjuntor etc.)
• As organizações reguladoras o exigem na maioria das aplicações: IEC 60950, CSA C22.2, etc.

Além das questões de segurança mencionadas, há também uma questão prática: mesmo se soubéssemos que os cabos de alimentação CA neutros sempre estariam com potencial de terra, seria difícil projetar uma fonte CC de baixa tensão sem transformador que puxasse corrente igualmente no duas metades de cada ciclo da linha sem que o lado CC possua uma oscilação significativa da tensão em modo comum em relação à linha de alimentação neutra. Mesmo que o balanço de tensão em um "solo" exposto seja baixo o suficiente para não representar um risco de eletrocussão, a conexão dos aterramentos do lado CC de diferentes dispositivos ainda poderá afetar seu comportamento.

Usar transformadores para flutuar uma fonte não é realmente mais difícil do que fazer com que o terra CC coincida com a fonte CA neutra. Não há realmente nenhuma desvantagem em flutuar os suprimentos de corrente contínua de baixa tensão em relação aos dois cabos de entrada de energia e, na prática, amarrar o terra CC ao neutro de CA introduziria alguns riscos de segurança desnecessários. Esses argumentos juntos formam um argumento bastante convincente em favor do isolamento de suprimentos CC de baixa tensão da linha CA.

Não podemos confiar na segurança de nenhum dos condutores de fornecimento por vários motivos.

1. Em alguns países, você não pode confiar em qual condutor está ativo e em que é neutro, porque os soquetes não são polarizados, porque os instaladores não prestam muita atenção à polaridade ou porque é comum o uso de extensões / adaptadores que podem não manter a polaridade corretamente. .
2. Os fios podem quebrar, se o fio neutro quebrar e houver carga no sistema, o fio neutro subirá para a voltagem da rede elétrica.
3. Mesmo em operação normal com a polaridade correta, pode haver tensão no neutro devido à queda de voltagem. Enquanto a tensão é baixa, a impedância também é muito baixa, portanto, pode haver um risco de incêndio.

Como resultado deste moderno aparelho, os padrões geralmente tratam os condutores vivos e neutros como potencialmente perigosos. Isso deixa os fornecedores de eletrodomésticos com duas opções principais para proteger os usos.

1. Isole e proteja todas as peças elétricas à prova de toque, o que funciona bem para dispositivos simples, mas não é realmente prático para coisas como computadores com várias portas acessíveis ao usuário.
2. Coloque uma barreira de isolamento na fonte de alimentação para que a parte de baixa tensão seja segura ao toque.