Защита от тока утечки

Подавляющее большинство бы­товых электроприборов не имеют защитного заземления. Междуна­родный стандарт требует наличия дополнительного контакта зазем­ления в сетевых вилках и розет­ках, но даже с ним не обеспечива­ется полная безопасность при пользовании электроприборами. А использовать в качестве заземля­ющей линии нулевой провод сети категорически запрещено, так как обрыв линии может привести к по­явлению на нулевом проводе се­тевого напряжения!

Кроме того, сетевые предохрани­тели и автоматические защитные устройства могут не сработать при небольшом токе утечки, возникаю­щем при касании человеком фазно­го провода сети, но этого тока впол­не достаточно для поражения чело­века (например, автоматы в элект­рощитах срабатывают от тока свы­ше 5 А, а поражающий ток для че­ловека составляет 0,1 А).

Избежать электротравм поможет предлагаемое автоматическое ус­тройство, которое отключит неис­правный электроприбор, как толь­ко на его корпусе появится напря­жение утечки, т.е. раньше, чем сра­ботает защита сети. Защитное ус­тройство электрически не связано с нагрузкой и выполнено как пере­ходник. 

Блок-схема устройства защиты (рис.1) содержит:

-     транзисторный триггер;

-     тиристорное релейное устрой­ство;

-     трансформаторы тока;

-     стабилизированный источник для питания устройства;

-     светодиодную сигнализацию.

Работа устройства основана на контроле тока в цепях питания на­грузки. Напряжения на обмотках трансформаторов тока Т1 и Т2, пропорциональные протекающему току нагрузки, алгебраически сум­мируются, и их сумма при отсут­ствии утечки равна нулю.

Превышение тока в одной из це­пей питания нагрузки (утечка) со­здает разность магнитных полей в трансформаторах, возникает раз­ностное напряжение, которое вып­рямляется мостом VD1, сглажива­ется конденсатором фильтра С4 и поступает на транзисторный триг­гер VT1, VT2. Конденсатор С2 на входе выпрямительного моста VD1 устраняет ложные срабатывания устройства от помех в сети.

В исходном состоянии транзис­тор VT1 закрыт, a VT2 открыт, на­пряжение на управляющем элект­роде тиристора VS1 близко к на­пряжению на его катоде (-U_пит), и он также закрыт. Реле К1 выклю­чено, поэтому через его нормаль­но замкнутые контакты К1.1 и К1.2 сетевое напряжение подается на нагрузку (подключенный электро­прибор).

Когда уровень напряжения на базе VT1 превышает пороговый, т.е. ток утечки становится больше заданного, транзистор VT1 откры­вается, a VT2 закрывается. На­пряжение на управляющем элек­троде тиристора стремится к нулю (анодному потенциалу), ти­ристор открывается и включает реле. Контакты реле при этом раз­мыкаются и обесточивают нагруз­ку. Резистор R3 позволяет устано­вить необходимую чувствитель­ность триггера в зависимости от характеристик транзисторов и трансформаторов.

Поскольку в цепи постоянного тока тиристор остается включен­ным даже после снятия открыва­ющего напряжения с управляю­щего электрода, устройство осу­ществляет блокировку и оставля­ет нагрузку в отключенном состо­янии. Для включения нагрузки после выявления причины утечки и ее устранения нужно отключить и повторно включить устройство защиты.

Схема питания устройства защи­ты состоит из сетевого трансфор­матора ТЗ (напряжение на вторич­ной обмотке — 12 В/О, 1 А), выпря­мительного моста VD3, сглажива­ющих конденсаторов СЗ, С6 и ин­тегрального стабилизатора на микросхеме DA1. Индикация включения устройства выполнена на светодиоде HL1.

Трансформаторы тока Т1 и Т2 выполнены на ферритовых кольцах диаметром 18 мм из феррита 2000НМ. Они содержат обмотки, внутренние отверстия ферритовых колец. Типы используемых элемен­тов и их возможные замены указа­ны в таблице.

стеклотекстолита.толщиной 1,5 мм и размерами 100x50 мм. Чертеж платы и расположение деталей показаны на рис.2.

 Готовая пла­та устанавливается в пластмас­совую монтажную коробку БП-1 с розеткой для подключения на­грузки. Индикаторные светодиоды выносятся на внешнюю па­нель корпуса, трансформаторы тока закреплены на плате "наве­сом".

Регулировка устройства зак­лючается в установке чувстви­тельности транзисторного тригге­ра. При отсоединенных от схемы трансформаторах Т1 и Т2 резис­тор R3 устанавливают в положе­ние, когда включается реле К1, и плавно возвращают движок рези­стора немного назад, чтобы триг­гер отключился. Контроль пере­ключения можно отследить по светодиоду HL2: его свечение указывает на включенное состо­яние нагрузки, потухание — на отключенное (аварийное состоя­ние). Концы обмоток трансфор­маторов Т1, Т2 соединяют после­довательно так, чтобы при под­ключении нагрузки (например, настольной лампы) переменное напряжение на конденсаторе С2 было равно нулю. Создав искус­ственную утечку, т.е. подав пере­менное напряжение величиной 1 ...5 В (с вторичной обмотки лю­бого сетевого трансформатора) через ограничивающий резистор сопротивлением 100 Ом на вып­рямитель VD1, прослеживают выключение нагрузки. Трансфор­маторы Т1, Т2 при этом отклю­чать не следует.

Устройство предназначено для защиты потребителей мощнос­тью не более 200 Вт. Электропри­боры большей мощности следу­ет подключить через электомагнитный пускатель, катушку кото­рого запитать от сети через нор­мально замкнутые контакты реле К1 (К1.1 или К1.2).

В.КОНОВАЛОВ,

лаборатория "Автоматика и связь",

г.Иркутск.