Устройство для контроля цепи заземления технических средств обработки информации

Авторы патента:

Елисеев Николай Иванович (RU)

Щербаков Андрей Викторович (RU)

Самойленко Дмитрий Владимирович (RU)

Сирченко Василий Иванович (RU)

Герасимов Сергей Юрьевич (RU)

Зеленков Александр Сергеевич (RU)

Копылов Александр Анатольевич (RU)

H02H9/00 - Схемы для защиты от аварий, осуществляющие ограничение избыточного тока или напряжения, без отключения нагрузки (конструктивные соединения защитных устройств с конкретными машинами или аппаратами см. подклассы, соответствующие этим машинам или аппаратам)

Владельцы патента RU 2599379:

федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное училище имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности контроля безопасности. Устройство для контроля цепи заземления технических средств обработки информации содержит электрическую ветвь, подключаемую между токоведущим проводом сети питания и «землей» и включающую ограничительный резистор (R1) и электронную схему, образованную однополупериодным выпрямителем (диод VD1, конденсатор С1), нагруженным на резистор (R2), узлом сравнения (компараторы D1.1, D1.2, резисторы R3-R7), логическим элементом И (транзистор VT1, диоды VD2, VD3, резисторы R8, R9), источником звука (активный пьезоизлучатель B1). 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для обеспечения безопасной эксплуатации технических средств обработки информации, содержащих сетевые помехоподавляющие фильтры и металлические корпусы (экраны), соединяющиеся с индивидуальными заземляющими устройствами, и предназначено для автоматического контроля целостности цепи заземления.

Известно устройство - анализатор качества монтажа системы питания электроприемников общего назначения (индикатор состояния розеток электропитания ИСЭР-01) со звуковой и световой сигнализацией (см. Афанасьев А.И. Электромагнитный фон промышленной частоты 50 Гц [Текст] // Безопасность и охрана труда, 2006. - № 3. - с. 51).

Устройство содержит последовательно соединенные с контактом 1 вилки индикатора (А), ограничительный резистор (R1), подстроечный резистор (R2), соединенный с точкой соединения двух ветвей, одна из которых представляет собой последовательную цепочку, включающую второй ограничительный резистор (R3) и второй индикатор (В), а другая ветвь содержит третий индикатор (С), также соединенный с двумя ветвями, одна из которых содержит третий ограничительный резистор (R4), соединенный с «землей», а другая - четвертый ограничительный резистор (R5), последовательно соединенный с четвертым индикатором (D), который, в свою очередь, соединен через ветвь индикатора В с контактом 2 вилки.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что известное устройство используется для случая подключения аппаратуры к розеткам с заземляющими контактами, т.е. заземляющейся на общий контур заземления здания (сооружения). Поэтому известное устройство не применимо для контроля заземления технических средств обработки информации, металлические корпусы (экраны) которых, (по требованиям защиты информации и (или) электромагнитной совместимости) должны заземляться на индивидуальное (отдельное) заземляющее устройство и не имеют непосредственной металлической связи с нулевым (N или PEN) проводником сети электропитания и общим контуром заземления (РЕ) (фиг. 1).

Помимо этого, габариты известного устройства затрудняют его установку внутри аппаратуры.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому по максимальному количеству сходных признаков является устройство для контроля наличия заземления в розетке (пат. 2341841 Российская Федерация, МПК H01H 9/00, G01R 27/20. Устройство для контроля наличия заземления в розетке [Текст] / Сердюк B.C., Зинков А.С., Янчий А.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет». Заявл. 01.03.2007; опубл. 20.12.2008. Бюл. № 35). Устройство содержит (фиг. 2) две электрические ветви, соединенные между собой, а другие - с соответствующими контактами вилки. Каждая ветвь включает индикаторный элемент, соединенный ограничительным резистором. Индикаторные элементы выполнены в виде светодиодов, включенных встречно. Контакт заземления выведен из средней точки электрической цепи, соединяющей обе ветви.

Устройство компактно и будет работать при его установке внутри аппаратуры и подключении между токоведущими проводами и «землей» (металлическим корпусом (экраном) аппаратуры, имеющим заземляющий контакт, который соединяется с индивидуальным заземляющим устройством).

Однако к причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что при использовании известного устройства сопротивление изоляции электрических цепей снижается ниже установленных нормативными документами значений.

Это обусловлено тем, что для нормального свечения светодиодов, сопротивление ограничительных резисторов, включенных в цепь известного устройства, R1 и R2 должно составлять

R = (U_пит.-U_пад.)/(I 0,75),

где R - сопротивление резистора (Ом);

U_пит. - напряжение источника питания (В);

U_пад. - прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2 В);

I - прямой ток светодиода в амперах (указывается в характеристиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиампер);

0,75 - коэффициент надёжности для светодиода.

При напряжении сети питания 220 В (амплитудное значение 311 В) и максимальном прямом токе через светодиод 10 мА сопротивление резисторов R1 и R2

R=(311 В-2 В)/(10 мА·0,75)=41,2 кОм.

В то же время согласно Правилам устройства электроустановок (гл. 1.8 ПУЭ) и ГОСТ Р 50571.16-99. Приемо-сдаточные испытания (МЭК 60364-6-61-86), Таблица 61А, сопротивление изоляции электрической сети между каждым токоведущим проводником и «землей» должно быть не менее 500 кОм.

Помимо этого, устройство не имеет звуковой индикации, что снижает вероятность восприятия оператором информации о нарушении параметров цепи заземления.

Задачей изобретения является создание устройства для контроля цепи заземления технических средств обработки информации, лишенного вышеизложенных недостатков и которое обеспечивает повышение эффективности контроля безопасности применения технических средств обработки информации, содержащих сетевые помехоподавляющие фильтры и металлические корпусы (экраны), соединяющиеся с индивидуальными заземляющими устройствами.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для контроля наличия заземления в розетке, содержащем электрическую ветвь с ограничительным резистором, подключаемую между токоведущим проводом сети питания и «землей», вместо светодиода, выполняющего роль индикатора, включена электронная схема, образованная однополупериодным выпрямителем, узлом сравнения, логическим элементом И, источником звука, в качестве которого используется активный пьезоизлучатель.

Анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Благодаря введению в известный объект совокупности существенных отличительных признаков заявленное устройство для контроля цепи заземления технических средств обработки информации позволяет повысить эффективность контроля безопасности применения технических средств обработки информации, содержащих сетевые помехоподавляющие фильтры и металлические корпусы (экраны), соединяющиеся с индивидуальными заземляющими устройствами.

Повышение эффективности контроля безопасности применения технических средств обработки информации, при использовании заявленного устройства, выражается в:

автоматическом (со звуковой сигнализацией) контроле цепи заземления технических средств обработки информации, экраны которых заземляются на индивидуальное заземляющее устройство;

снижении массогабаритных характеристик устройства, обеспечивающих его установку внутри аппаратуры;

исключении снижения сопротивления изоляции токоведущих проводов сети электропитания относительно «земли» ниже минимально допустимого значения (0,5 МОм) при подключении устройства к контрольным точкам.

На чертежах представлено:

фиг. 1 - схема электропитания технических средств защиты информации (ТСОИ) с индивидуальным заземляющим устройством;

фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства-прототипа;

фиг. 3 - принципиальная электрическая схема заявленного устройства для контроля цепи заземления технических средств обработки информации.

Устройство для контроля цепи заземления технических средств обработки информации содержит электрическую ветвь, включающую ограничительный резистор R1 и электронную схему, образованную однополупериодным выпрямителем (диод VD1, конденсатор C1), нагруженным на резистор R2, узлом сравнения (компараторы D1.1, D1.2, резисторы R3-R7), логическим элементом И (транзистор VT1, диоды VD2, VD3, резисторы R8, R9), источником звука (активный пьезоизлучатель В1).

Устройство подключается между токоведущим проводом сети питания и металлическим корпусом (экраном) аппаратуры, имеющим заземляющий контакт, например, параллельно любому конденсатору C1 или C2 (т.н. Y конденсаторы) сетевого помехоподавляющего фильтра (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Состояние цепи заземления определяется схемой устройства по уровню напряжения на конденсаторе C1 или C2 сетевого фильтра технического средства обработки информации. При отсутствии заземления Y конденсаторы образуют емкостной делитель напряжения. Следовательно, напряжение на каждом из конденсаторов приблизительно равно 110 В (половина напряжения сети питания). В случае исправной цепи заземления напряжение на одном из конденсаторов становится равным напряжению сети питания, а на другом близко к нулю.

Уменьшенное, выпрямленное и сглаженное напряжение с выхода выпрямителя подается одновременно на прямой вход компаратора D1.1 и на инверсный вход компаратора D1.2. Значение этого напряжения пропорционально напряжению между токоведущим проводом сети питания и корпусом аппаратуры, имеющим заземляющий контакт. На вторые входы компараторов подаются образцовые напряжения, формируемые делителем на резисторах R3-R5. Если напряжение в контрольной точке равно 220 В (0 В), то напряжение с выхода выпрямителя оказывается больше (меньше) обоих образцовых напряжений. В результате на выходе одного из компараторов устанавливается напряжение низкого уровня, что приводит к открытию подключенного к данному выходу диода (VD2 или VD3) и обеспечивает закрытое состояние транзистора VT1.

При обрыве цепи заземления напряжение в контрольной точке становится равным половине напряжения сети питания (110 В). В этом случае напряжение с выхода выпрямителя оказывается меньше образцового напряжения, подаваемого на прямой вход компаратора D1.1 и больше образцового напряжения, подаваемого на инверсный вход компаратора D1.2. В результате на выходах обоих компараторов устанавливаются напряжения высокого уровня, диоды VD2 и VD3 закрываются, что приводит к открытию транзистора и запуску пьезоизлучателя.

При практической реализации устройства необходимо учитывать следующее. Для исключения снижения сопротивления изоляции токоведущих проводов сети питания относительно «земли» ниже допустимого предела резистор R1 должен иметь сопротивление не менее 1 МОм. При этом значение резистора R2 подбирается таким образом, чтобы обеспечить достаточную разность между напряжением на выходе выпрямителя и образцовыми напряжениями для надежной работы устройства при колебаниях напряжения в сети питания. Емкость конденсатора должна быть достаточной для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (несколько микрофарад). Для уменьшения габаритов устройства целесообразно использовать компараторы, размещенные в одном корпусе микросхемы. Например, отечественная микросхема К1464СА1 (в обычном исполнении) или К1464СА1Т (исполнение для планарного монтажа). Проведенное макетирование показало, что при использовании второго варианта и SMD компонентов габариты печатной платы схемы устройства составят не более 20×30 мм. Питание устройства может осуществляться от источника вторичного питания технического средства обработки информации (напряжение питания схемы 5…15 В).

Источники информации

1. А.И. Афанасьев. Электромагнитный фон промышленной частоты 50 Гц // Безопасность и охрана труда. - 2006. - № 3. - С. 51.

2. Пат. 2341841 Российская Федерация, МПК H01H 9/00, G01R 27/20. Устройство для контроля наличия заземления в розетке [Текст] / Сердюк B.C., Зинков А.С., Янчий А.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет». Заявл. 01.03.2007; опубл. 20.12.2008. Бюл. № 35.

3. Правила устройства электроустановок. Издание седьмое. Утверждено Приказом Минкомэнерго России от 08.07.2002 г.

4. ГОСТ Р 50571.16-99 (МЭК 60364-6-61-86). Электроустановки зданий. Часть 6. Испытания. Глава 61. Приёмо-сдаточные испытания.

Устройство для контроля цепи заземления технических средств обработки информации, содержащее электрическую ветвь, подключаемую между токоведущим проводом сети питания и «землей» и включающую ограничительный резистор и электронную схему, образованную однополупериодным выпрямителем, узлом сравнения, логическим элементом И, источником звука, в качестве которого используется активный пьезоизлучатель.

Похожие патенты:

Схема защиты светодиода (сд) // 2599049

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности защиты.

Способ эффективного заземления нейтрали силового трансформатора // 2586326

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов электрических станций и подстанций, работающих в электрических сетях с номинальным напряжением 110 кВ и выше, от воздействия геоиндуцированных токов в периоды геомагнитной активности при возмущениях космической погоды.

Устройство защиты от потери питания // 2573603

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики. Технический результат - повышение устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов.

Способ активного заземления нейтрали силового трансформатора // 2563342

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов электрических станций и подстанций от воздействия геоиндуцированных токов в периоды геомагнитных бурь.

Система искробезопасного питания измерительных датчиков // 2543616

Система искробезопасного питания измерительных датчиков предназначена для подключения датчиков с большой собственной емкостью, расположенных во взрывоопасной зоне.

Способ, устройство и система защиты точек подключения подачи электропитания от электростатического разряда // 2540837

Изобретение относится к способу, устройству и системе для защиты источников подачи электропитания от электростатического разряда. Техническим результатом является повышение эффективности управления электропитанием.

Устройство для ограничения тока однофазного короткого замыкания на землю в электрической сети // 2537973

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в улучшении показателей заявленного устройства за счет снижения массы, мощности и шумности блока управления, повышении его быстродействия и коэффициента полезного действия, а также повышении шумности и добротности силового элемента по сравнению с показателями, которые присущи силовым элементам, выполненным в виде реакторов с плавно регулируемым воздушным зазором.

Устройство автоматического ограничения развития резонансных повышений напряжения на отключенных фазах линии электропередачи, оснащенной шунтирующими реакторами, в режимах одностороннего примыкания такой линии к электрической системе // 2530531

Изобретение предназначено для использования на линейных выключателях скомпенсированных ЛЭП. Устройство состоит из пускового органа, содержащего, по меньшей мере, одно реле напряжения, избирательного органа, фиксирующего возникновение неполнофазного режима, органа выдержки времени, а также выходных реле, обеспечивающих действие на отключение выключателей, смежных с неполнофазно включенным линейным выключателем, с малой выдержкой времени при значительном повышении напряжения на ЛЭП.

Способ и устройство для настройки системы защиты от замыкания в трехфазной электрической сети // 2529490

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности и чувствительности защиты.

Устройство защиты выводов микросхемы от электростатических разрядов // 2523115

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в увеличении реактивного импеданса устройства защиты на высоких частотах.

Ветроэнергетическая установка и способ ввода электрической энергии // 2605446

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ввода электрической энергии в электрическую, трехфазную сеть. Техническим результатом является повышение качества электроэнергии сети. В ветроэнергетической установке и способе ввода электрической энергии в электрическую трехфазную сеть (8) осуществляются следующие этапы: ввод электрического тока посредством блока (2) ввода энергии в точке (60) подключения к сети, регистрация асимметрии в сети (8) электропитания, в частности, компоненты системы обратной последовательности в сети (8) электропитания, ввод в сеть (8) электропитания асимметричной составляющей тока для по меньшей мере частичной компенсации зарегистрированной асимметрии, причем ввод асимметричной составляющей тока осуществляется таким образом, что блок (2) ввода энергии для этого ведет себя как потребитель. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ уменьшения пускового тока однофазного трансформатора при повторном включении в режиме холостого хода // 2614053

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности снижения пусковых токов. Способ включает замыкание контактов выключателя при подключении трансформатора к сети в момент достижения максимального мгновенного значения напряжения в фазе 90°. При этом предварительно перед замыканием контактов выключателя при подключении трансформатора к сети осуществляют полное размагничивание магнитопровода трансформатора по способу снятия остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора путем подачи постоянного тока на первичную обмотку трансформатора величиной, достаточной для доведения его магнитопровода до насыщения. Затем ток выключают и затухающий колебательный разряд тока трансформатора через разрядный конденсатор производит перемагничивание магнитной системы с постепенным снижением амплитуды магнитной индукции до нуля, а замыкание контактов выключателя при подключении трансформатора к сети осуществляют с помощью устройства включения в заданную фазу напряжения, содержащего выключатель с цепью управления, при этом контакты выключателя замыкаются в заданную фазу после подачи постоянного напряжения на цепь управления выключателя для синхронизации с напряжением сети. 1 ил.

Устройство для уменьшения пускового тока однофазного трансформатора при повторном включении в режиме холостого хода // 2615786

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности уменьшения пускового тока. Устройство содержит устройство для снятия остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора, содержащее источник постоянного напряжения и выключатель, соединенный с первой клеммой указанного источника, подающего напряжение на три параллельные ветви. Первая ветвь - последовательно соединенные первичная обмотка трансформатора и шунтирующий резистор, вторая ветвь - последовательно соединенные два резистора измерительного делителя напряжения, третья ветвь - разрядный конденсатор. Причем входными выводами параллельно шунтирующему резистору подключено устройство регистрации и обработки данных, а выходными выводами - параллельно одному из резисторов измерительного делителя напряжения. Вторая клемма источника постоянного напряжения соединена с общим узлом трех параллельных ветвей. В устройство введены дополнительные выключатели, защитное устройство и устройство для включения в заданную фазу напряжения, цепь управления, которая содержит тиристоры, диод, резисторы, коммутирующий элемент, пусковой ключ, настроенную на включение выключателя в фазу 90° сетевого напряжения. Входной зажим цепи управления выключателя подключен к отрицательному полюсу источника питания через пусковой ключ и два тиристора, катод первого тиристора соединен с анодом второго, управляющий переход и катод первого тиристора подключены через резисторы к положительному полюсу источника питания, а управляющий переход и анод второго тиристора соединены диодом. Управляющие переходы тиристоров соединены между собой коммутирующим элементом, синхронизированным с напряжением сети, при этом один из дополнительных выключателей соединен с выводом шунтирующего резистора и с выводом первичной обмотки трансформатора, а второй дополнительный выключатель соединен с одним из резисторов измерительного делителя напряжения и со вторым выводом первичной обмотки трансформатора. В качестве нагрузки устройства включения в заданную фазу напряжения использована первичная обмотка трансформатора. Пусковой ключ соединен с узлом трех параллельных ветвей с возможностью исключения короткого замыкания выводов источника постоянного напряжения. Параллельно выключателю со стороны входных выводов подключено защитное устройство. 1 ил.

Дугогасящий реактор с регулируемым магнитным зазором // 2626619

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Технический результат состоит в повышении надежности, улучшении условий эксплуатации и упрощении технического обслуживания. В реакторе токоуказатель 15 выполнен механическим, а его корпус (20) - в форме цилиндра, закрепленного на оси вращения 22. Дно корпуса 20 представляет собой зубчатое колесо 21, посредством которого токоуказатель 15 кинематически связан с валом 9 регулятора магнитного зазора таким образом, что линейное перемещение сердечников 4 и 5 преобразуется во вращательное движение корпуса 20. Токоуказатель 15 снабжен первым 24 и вторым 25 стопорными контактами, закрепленными с возможностью взаимодействия с соответствующими 17 и 18 концевыми выключателями блокировки крайних положений сердечников 4 и 5 магнитопровода 3. На боковую поверхность цилиндра корпуса 20 токоуказателя 15 нанесена измерительная шкала 34, проградуированная в амперах. Соосно с осью 22 вращения корпуса 20 токоуказателя 15 закреплен переменный резистор 26, к выводам которого припаяны провода. Ось резистора вращается синхронно с корпусом токоуказателя. В результате организован визуальный и дистанционный контроль тока реактора. Дополнительно введен воздухоосушитель 41, через который внутренняя полость реактора сообщена с атмосферой. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети // 2640033

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат заключается в глубоком снижении дуговых перенапряжений на оборудовании всей сети, снижении потерь в заземляющем устройстве и мощности заземляющего резистора. Устройство заземления нейтрали трехфазной электрической сети состоит из заземляющего резистора, включенного между нейтралью сети и условным анодом резисторного симистора, условный катод которого подключен к земле. Между нейтралью трехфазной электрической сети и землей включен емкостный делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов. Параллельно конденсатору, включенному между средней точкой емкостного делителя и землей, подключены выводы первичной обмотки запускающего трансформатора. Первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к управляющему электроду резисторного симистора, а второй - к земле. К условным аноду и катоду резисторного симистора подключен защитный нелинейный ограничитель перенапряжений. К трем фазным выводам питающего трансформатора электрической сети подключены фазные нелинейные ограничители перенапряжений, вторые выводы которых подключены к соответствующим условным анодам фазных симисторов, а их условные катоды подключены к земле. Первый вывод вторичной обмотки запускающего трансформатора подключен к трем управляющим электродам фазных симисторов. Параллельно фазным симисторам к их условным анодам и катодам подключены защитные нелинейные ограничители перенапряжений. 2 ил.