Устройство контроля наличия заземления электроприборов

Предлагаемое устройство относится к устройствам для обеспечения безопасной эксплуатации приборов офисной и бытовой техники и предназначено для непрерывного контроля наличия заземления в электроприборах в трехпроводной сети 220 В. При использовании электроприборов с металлическим корпусом заземление необходимо для обеспечения электробезопасности потребителя, так как в случае пробоя питающего сетевого напряжения на корпус потребитель может оказаться под напряжением сети. При использовании стационарных компьютеров необходимо заземление как самих мониторов, так и основного блока, так как без этого электрические поля возле компьютеров, как правило, в 2-10 раз превышают установленные санитарные нормы (лит 2).
Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и может найти применение при эксплуатации бытовых и промышленных электроприборов.
Известно устройство активной защиты от попадания фазного напряжения на корпус прибора, патент RU 2273935 С1, МПК Н02Н 3/14, опубликован 18.10.2004. Недостатком этого устройства является сложность, так как имеются реле, фотопреобразователь. Недостатком также является отсутствие информации об исчезновении заземления.
Известно устройство для контроля наличия заземления в розетке - патент LV 14333 В, МПК Н01Н 9/00, G01R 27/20, заявлен 01.12.2009. Недостатком данного устройства является невозможность непрерывного контроля наличия заземления электроприборов, если бы оно было в их составе применено, так как контроль происходит в момент нажатия кнопочного переключателя, включенного непосредственно в цепь заземления.
Известно устройство непрерывного контроля наличия и качества заземления электрического оборудования. Патент RU 151432 U1, МПК Н02Н 3/14, Н02Н 3/10. Опубликован 10.04.2015. Устройство имеет сложную электросхему, так как включает в себя узел для отключения прибора от сети в случае отсутствия заземления. Устройство имеет измерительный узел на микропроцессоре для контроля тока в цепи заземления
Наиболее близким аналогом (прототип) является "Устройство контроля наличия заземления электроприборов" Патент RU 20413 U1, МПК Н02Н 3/10, Н02Н 3/14. Опубликован 17.04. 2001. Устройство представляет собой шнур питания офисной и бытовой техники со встроенной электронной схемой, позволяющей звуковыми сигналами извещать работающего об исчезновении заземления аппаратуры, которая подсоединена посредством этого шнура питания к сети (лит. 2). Функциональная схема приведена на чертеже (фиг. 1). Устройство содержит входной элемент (1) из трех контактов, включающих два силовых контакта (11) для соединения с фазным и нулевым проводами и контакт для соединения с корпусом электроприбора (12), анализирующую электрическую схему (2) и исполнительный элемент (3). Анализирующая схема включает в себя симметрирующий элемент по напряжению (4), реле тока (7) и сопротивление (10). Реле тока выполнено на операционном усилителе. Исполнительный элемент (3) включает в себя повторитель на операционном усилителе и звуковой излучатель. Силовые контакты соединены со входами симметрирующего элемента, выход которого соединен с первым управляющим контактом (8) реле тока (7), исполнительные контакты которого соединены с исполнительным элементом, а контакт для соединения с заземляющим элементом электроприбора (12) соединен через сопротивление (10) со вторым управляющим контактом (8) реле тока. Величина сопротивления резистора (10) устанавливается таким, чтобы были выполнены требования электробезопасности по току безопасности. (0,5 мА). При исчезновении заземления на исполнительном элементе появляется напряжение, которое включает звуковой индикатор исполнительного элемента. Возникает периодический звуковой сигнал. Недостатком данного устройства является относительная сложность электросхемы. Поэтому оно не может одновременно осуществлять функцию индикатора наличия напряжения сети. Устройство не контролирует, к какому контакту розетки подключен фазный провод сети.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение устройства и увеличение функциональной возможности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее входной элемент из трех контактов, включающих два силовых контакта для соединения с фазным и нулевым проводами сети и контакт для соединения с заземляющим элементом электроприбора, анализирующую электрическую схему и исполнительный элемент, введена электрическая цепь, содержащая последовательно соединенные ограничительный резистор и диод, первый вывод которой соединен с контактом нулевого рабочего провода сети, второй вывод соединен с входом исполнительного элемента, являющимся точкой соединения одноименных выводов двух светодиодов, второй вывод первого светодиода через последовательно включенные резистор и звуковой индикатор соединен с контактом фазного провода, а анализирующая электрическая схема содержит транзисторный ключ на МДП-транзисторе, сток которого соединен со вторым выводом второго светодиода, исток соединен с контактом фазного провода, затвор соединен через высокоомный резистор с контактом заземления электроприбора и с контактом нулевого защитного провода сети, при этом величина сопротивления высокоомного резистора выбрана исходя из соотношения:
Uвх/0,5Iбез<R<(Uвх.R*/2Ucpaб) - R*,
где
R - величина сопротивления, Ом,
Uвх - напряжение между силовыми контактами входного элемента, В,
Iбез - ток безопасности, А (0,5 мА),
Ucpaб - напряжение срабатывание транзисторного ключа, В,
R* - величина сопротивления резистора, включенного параллельно стоку и истоку транзистора, Ом.
Дополнительной целью полезной модели является возможность контролировать работоспособность евророзеток 220 В. Эта цель достигается тем, что в устройство второго варианта исполнения (фиг. 3) вводится сенсорный идентификатор фазы со своими электрическими соединениями согласно п. 2 формулы.
Данная полезная модель поясняется чертежом на фиг. 2. Для применения в элекроприборах устройство (фиг. 2) реализовано в виде отдельной печатной платы, которая располагается возле передней панели прибора, при этом световой индикатор устройства является одновременно индикатором наличия напряжения сети. Устройство (фиг. 2) содержит входной элемент (1), анализирующую схему (2), исполнительный элемент (3), электрическую цепь (4). Анализирующая схема (2) содержит транзисторный ключ на МДП-транзисторе (5) с высоким входным сопротивлением в цепи затвора. Исполнительный элемент содержит двухцветный светодиод HL1, звуковой индикатор НА1 и резистор R4, включенные последовательно со светодиодом красного света.
Устройство работает следующим образом: при подключении электроприбора в сеть на передней панели загорается светодиод зеленого света "сеть 220 В", так как присутствует заземление и фазный провод в розетке включен правильно, к правому контакту розетки. Транзисторный ключ (5) находится в замкнутом состоянии, и ток течет через светодиод зеленого света светового индикатора. Первый светодиод красного света не светится, так как цепь тока через него и через звуковой индикатор зашунтирована цепью сток-исток транзистора и вторым светодиодом зеленого света. Если цепь заземления нарушена (оборвана), то вместо зеленого света включится красный свет индикатора и зазвучит периодический звуковой сигнал. Если фазный провод включен неправильно, на левом контакте розетки (при горизонтальном их расположении), то горит светодиод красного свечения и звучит периодический тональный сигнал, так как исток транзистора (5) подключен к контакту нулевого провода и поэтому напряжение на входе ключа отсутствует. Пользователь узнает, что фазный провод в розетке включен не так, как рекомендуется. Если в обоих положениях вилки шнура прибора в розетке горит красный свет, значит, в электроприборе отсутствует заземление. Сопротивление резистора (10) выбирается таким, чтобы ток, протекающий через него в цепи заземления, был меньше тока безопасности, регламентируемого нормативными документами (0,5 мА). Величина сопротивления резистора (10) выбирается в соответствии с приведенными выше соотношениями и составляет не менее 1 мОм. Электроприборы должны подключаться в сеть через розетки проверенные и принятые к эксплуатации.
Электрическая схема второго варианта исполнения устройства приведена на фиг. 3. В этом случае устройство может быть реализовано как в составе электроприбора, так и в отдельном корпусе. Внешний вид опытного образца устройства (фиг. 3) показан на фото фиг. 4. Устройство используется как пробник для быстрой проверки работоспособности евророзеток сети 220 В строителями, сантехниками, офисными работниками. Пробник имеет сенсорный идентификатор фазы, выполненный на МДП-транзисторе (6), имеющем большое входное сопротивление затвора. Розетка исправна, если при прикосновении рукой к внешней стороне корпуса пробника в месте, где на внутренней стороне стенки корпуса расположен сенсорный контакт Е, светится зеленый свет индикатора пробника. Пробник обнаруживает опасную двойную неисправность, когда левый контакт и контакт заземления в розетке находятся под потенциалом фазного провода сети и к правому контакту подсоединен нулевой рабочий или нулевой защитный провод сети. В этом случае транзисторный ключ (5) замкнут (фиг. 3), а транзисторный ключ (6) разомкнут, так как в цепи сенсорного контакта нет тока при прикосновении руки. При этом зеленый свет индикатора пробника не светится. Известные тестеры MS6860D (http://www.testers.ru/catalog/index.php) и EL-Eurotester (info@new-line.nl) не обнаруживают данную неисправность розеток, так как не имеют сенсорного идентификатора фазы. Когда нет заземления, звучит звуковой сигнал в обоих положениях пробника в розетке и светится красный свет индикатора, так как транзистор (5) разомкнут из-за отсутствия тока в цепи затвора. Когда транзистор (5) замкнут, то звуковой индикатор не работает, так как шунтирован цепью: исток-сток транзистора (5), диод VD2. Сенсорный контакт Ε выполнен в виде металлической пластинки 20×20 мм, закрепленной на внутренней стенке корпуса пробника. Величина сопротивления резистора R5 составляет 5-20 мОм. Опытная эксплуатация устройства подтверждает возможность контроля работоспособности евророзеток 220 В. Устройства (фиг 2) и (фиг. 3)применяются при эксплуатации электроприборов, включаемых в трехпроводную сеть 220 В при помощи присоединительной вилки с заземляющим контактом европейского (германского) стандарта. При этом фазный провод электроприбора подключен к правому контакту вилки.
Литература
1 Свидетельство на полезную модель 20413 U1 RU, МПК Н02Н 3/10, Н02Н 3/14 "Устройство контроля наличия заземления электроприборов". Заявлено 17.04.2001. Заявка 2001109917/20.
2. Афанасьев А.И. Электромагнитный фон промышленной частоты 50 Гц "Безопасность и охрана труда" 2006 Nr3.
3. Патент LV 14333 В, МПК Н01Н 9/00, G01R 27/20 "Устройство для контроля наличия заземления в розетке". Заявлено 01.12.2009. Заявка Р-09-212
4. "Устройство непрерывного контроля наличия и качества заземления электрического оборудования" Патент 151432 Ul RU, МПК Н02Н 3/14, Н02Н 3/10. Заявлено 15.09.2014.