RU2340060C2 - Protective method and device for ground fault prevention - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device (1) contains normally open differential interrupter (20) and differential current transformer (39) generating signal proportional to leakage. Data processing unit (50) connected with transformer (39) registers specified signal and keeps interrupter (20) closed until unsafe condition arises implying that registered signal exceeds certain limit value.

EFFECT: higher reliability and sensitivity of protection with self-diagnostics and complete automation provided.

26 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способу защиты от токов утечки и устройству для осуществления этого способа.The invention relates to a method of protection against leakage currents and a device for implementing this method.

Известно, что при использовании приборов, питающихся от электросети и находящихся в прямом контакте с человеком, всегда высок риск удара током; по этой причине меры безопасности требуют применения различных защитных устройств, отключающих приборы от сети.It is known that when using devices powered by the mains and in direct contact with humans, there is always a high risk of electric shock; for this reason, security measures require the use of various protective devices that disconnect devices from the network.

Обычно в однофазных системах электрический прибор (то есть, вообще говоря, нагрузка) питается от потребительской электросети (также называемой магистральной) посредством двух проводов. Один из них называется «горячий» или «фаза», другой - «нуль». Обычно в распределительных ячейках заземляется нулевой провод.Typically, in single-phase systems, an electrical appliance (i.e., generally speaking, a load) is powered by a consumer electrical network (also called a mains) via two wires. One of them is called “hot” or “phase”, the other - “zero”. Usually in distribution cells, a neutral wire is grounded.

Наиболее частые случаи травматизма происходят, когда люди пользуются приборами, подключенными к электросети, во время принятия ванны или в бассейне. Вода становится проводником тока, называемого током утечки, или короткого замыкания на землю, который течет от «горячего» провода в землю. Если этот ток протекает через тело человека, может произойти удар током. Подобное случается, когда человек контактирует с «горячим» проводом во время соприкосновения с проводящей поверхностью при заземлении.The most common injuries occur when people use appliances that are connected to the electrical outlet while taking a bath or in the pool. Water becomes a conductor of current, called a leakage current, or short circuit to ground, which flows from the "hot" wire to the ground. If this current flows through the human body, an electric shock may occur. This happens when a person comes into contact with a "hot" wire during contact with a conductive surface when grounding.

Изготавливаемые в промышленности схемы защиты от подобного рода опасностей, называемые GFCI (прерыватели тока при электрическом замыкании на землю), содержат дифференциальный трансформатор тока, в котором первичная обмотка состоит из горячего и нулевого проводов, а вторичная обмотка соединена с усилительной ступенью. Если текущий по горячему проводу ток достигает нагрузки и возвращается через нулевой провод без утечки в землю, то не возникает магнитодвижущей силы в сердечнике трансформатора для индуцирования вторичного тока.Industrial protection circuits for this kind of hazard, called GFCI (earth current circuit breakers), contain a differential current transformer in which the primary winding consists of hot and neutral wires, and the secondary winding is connected to an amplification stage. If the current flowing through the hot wire reaches the load and returns through the neutral wire without leakage to the ground, then there will be no magnetomotive force in the core of the transformer to induce secondary current.

Напротив, если ток утечки присутствует, то ток, пропорциональный разнице между токами в горячем и нулевом проводах, генерируется во вторичной обмотке; этот сигнал усиливается, затем сравнивается с предельно допустимым и при превышении прерыватель цепи отключает нагрузку от горячего и нулевого проводов.On the contrary, if a leakage current is present, then a current proportional to the difference between the currents in the hot and neutral wires is generated in the secondary winding; this signal is amplified, then compared with the maximum permissible and, if exceeded, the circuit breaker disconnects the load from the hot and neutral wires.

Поскольку эти приспособления защищают бытовые электроприборы в целом, их чувствительность ограничивается 30 мА, при этом не учитываются малые паразитные токи утечки, естественно присутствующие в электроприборах.Since these devices protect household appliances as a whole, their sensitivity is limited to 30 mA, and small spurious leakage currents naturally present in electrical appliances are not taken into account.

При применении электроприборов или ручных электроинструментов в определенных условиях, то есть при повышенной влажности, а также в случае контакта с водой в трубопроводах или санитарно-технических устройствах, в целях обеспечения безопасности следует применять цепи защиты с более высокой чувствительностью, способные помещаться в вилке подключения к электросети. В этом случае следует использовать приборы, чувствительные к токам 3 мА и ниже.When using electrical appliances or hand-held power tools in certain conditions, that is, in high humidity, as well as in case of contact with water in pipelines or sanitary devices, in order to ensure safety, protection circuits with a higher sensitivity should be used, which can fit in the plug power networks. In this case, devices sensitive to currents of 3 mA and below should be used.

Уровень опасного тока зависит от типа сухих элементов и стандартов, установленных для медицинских приборов, где электроды находятся в контакте с пациентом и требуется пороговое значение тока максимум 3 мА для цепи защиты, тем не менее, даже токи менее 1 мА могут быть опасными, если включение защитной цепи не гарантирует прерывания тока до наступления опасности.The level of hazardous current depends on the type of dry cells and the standards set for medical devices, where the electrodes are in contact with the patient and a threshold current value of maximum 3 mA is required for the protection circuit, however, even currents less than 1 mA can be dangerous if switching on the protective circuit does not guarantee interruption of current until danger occurs.

Защитная цепь с такой высокой чувствительностью может гарантировать безопасность оператора, но только при условии ее надежного функционирования. Для проверки надежной работы защитной цепи современные электроприборы снабжены контрольной кнопкой, нажатие которой позволяет имитировать токи утечки, немного превышающие чувствительность цепи, в силу чего включается защитная цепь. Однако бремя такой проверки ложится на пользователя, который каждый раз должен включать прибор в сеть, нажимать кнопку контроля, потом снова переключать цепь.A protective circuit with such high sensitivity can guarantee the safety of the operator, but only if it works reliably. To check the reliable operation of the protective circuit, modern electrical appliances are equipped with a control button, pressing which allows you to simulate leakage currents slightly exceeding the sensitivity of the circuit, which is why the protective circuit is switched on. However, the burden of such a test rests with the user, who each time must connect the device to the network, press the control button, and then switch the circuit again.

Система защиты должна быть независимой от действий пользователя и обеспечивать высокую степень надежности.The protection system should be independent of user actions and provide a high degree of reliability.

Состояние области техники можно охарактеризовать, раскрыв сущность некоторых решений.The state of the art can be characterized by revealing the essence of some decisions.

В патенте США 5982593 предложен прерыватель цепи, включающий в себя защиту от короткого замыкания на землю, такая защита снабжена проверочной цепью для проверки безопасной работы самой защитной цепи; однако такая проверочная цепь запускается кнопкой контроля.US Pat. No. 5,982,593 proposes a circuit breaker including protection against short circuit to ground; such protection is provided with a test circuit to verify the safe operation of the protective circuit itself; however, such a test circuit is triggered by a control button.

Патент США 6426632 предлагает систему генерирования синусоидальных сигналов тока для контроля защиты от короткого замыкания арки дуги и кратко описывает использование микропроцессора для определения вторичного тока дифференциального трансформатора и сравнения его с пороговым значением, сформированным в микропроцессоре. Если этот ток превышает пороговое значение, микропроцессор посылает сигнал, при котором срабатывает реле и разрывает связь с электросетью.US Pat. No. 6,426,632 proposes a sinusoidal current signal generation system for monitoring arc short circuit protection and briefly describes the use of a microprocessor to determine the secondary current of a differential transformer and compare it with a threshold value generated in the microprocessor. If this current exceeds the threshold value, the microprocessor sends a signal at which the relay is activated and disconnects from the mains.

Однако детально не описано, каким образом микропроцессор и относящиеся к нему цепи выполняют эту функцию, а также не даны ссылки на то, какие еще функции выполняются микропроцессором.However, it is not described in detail how the microprocessor and its related circuits perform this function, nor are any links given to what other functions are performed by the microprocessor.

В патенте США 5875087 предлагается прерыватель для управления током, текущим от электросети к нагрузке. Микропроцессор используется для сравнения этого тока с параметрами, сформированными в микропроцессоре, и генерирования сигнала управления для прерывания цепи. В этом случае микропроцессор обеспечивает контроль надежной работы только соседних цепей, а не системы защиты в целом, а также не предусмотрена калибровка системы.US Pat. No. 5,857,087 discloses a chopper for controlling the current flowing from the mains to the load. The microprocessor is used to compare this current with the parameters generated in the microprocessor and generate a control signal to interrupt the circuit. In this case, the microprocessor provides control of the reliable operation of only neighboring circuits, and not the protection system as a whole, and the system is not calibrated.

Патент США 6262871 предлагает использование электронной цепи для автоматического контроля GFCI; важное свойство этого изобретения состоит в том, что она должна быть соединена с уже реализованным GFCI или должна содержать основные его компоненты.US patent 6262871 suggests the use of an electronic circuit for automatic control of GFCI; An important property of this invention is that it must be connected to an already implemented GFCI or must contain its main components.

Циклически исследуются искусственные токи утечки, вырабатываемые микропроцессором, и сигнал, генерируемый GFCI: если эти сигналы в норме, контроль завершается, в противном случае нагрузка с помощью GFCI отключается от электросети путем размыкания второго прерывателя, который должен быть дополнительно включен в систему.The artificial leakage currents generated by the microprocessor and the signal generated by the GFCI are examined cyclically: if these signals are normal, the control is terminated, otherwise the load is disconnected from the mains using the GFCI by opening the second breaker, which must be additionally included in the system.

Недостатками такого решения являются избыточное резервирование цепей, т.к. GFCI усложнена функциями, которые уже имеются, т.е. недостаточно эффективно работает автоматика; более того, не всегда легко определить критические величины выбранного напряжения, а также возрастает расход проводов и стоимость системы. Конструкция GFCI, на которой основано изобретение, рассматривается как известная априори. При изменении конструкции система в соответствии с данным изобретением должна быть полностью переделана.The disadvantages of this solution are excessive redundancy of circuits, because GFCI is complicated by functions that are already available, i.e. the automation does not work efficiently; moreover, it is not always easy to determine the critical values of the selected voltage, and the consumption of wires and the cost of the system also increase. The GFCI construct on which the invention is based is considered a priori known. When changing the design of the system in accordance with this invention should be completely redone.

Таким образом, на современном этапе развития техники не существует GFCI, которые одновременно:Thus, at the present stage of technological development, there are no GFCIs that simultaneously:

- не нуждаются в участии человека, будучи полностью автоматическими;- do not need human participation, being fully automatic;

- обладают высокой чувствительностью к токам утечки;- have a high sensitivity to leakage currents;

- имеют малый размер и настолько компактны, что могут помещаться в любой вилке, розетке или элементе шунта;- have a small size and are so compact that they can fit in any plug, socket or shunt element;

- включают в себя функции самоконтроля при их безопасной работе или в течение этапа инициализации при включении GFCI, или периодически после подключения нагрузки к электропитанию;- include self-monitoring functions during their safe operation or during the initialization phase when the GFCI is turned on, or periodically after connecting the load to the power supply;

- показывают пользователю тип сбоя;- show the user the type of failure;

- позволяют подключение к электросети только после проверки правильной и эффективной работы защиты;- allow connection to the power grid only after checking the correct and effective operation of the protection;

- благодаря калибровке сигнала в цепи выявления тока утечки работают независимо от ее исполнения и способны компенсировать ее погрешности;- due to the calibration of the signal in the circuit detecting leakage currents work regardless of its design and are able to compensate for its errors;

- отключают нагрузку от сети при возникновении опасных токов утечки.- disconnect the load from the network when dangerous leakage currents occur.

Основная цель настоящего изобретения состоит в обеспечении GFCI, обладающего вышеописанными свойствами.The main objective of the present invention is to provide GFCI having the above properties.

Эта цель достигается, когда GFCI осуществляется в соответствии с формулой изобретения.This goal is achieved when GFCI is carried out in accordance with the claims.

Все преимущества GFCI в соответствии с настоящим изобретением станут понятными из описания предпочтительного, но не единственного варианта реализации, пример которого приведен ниже со ссылкой на сопровождающие его чертежи, где:All the advantages of GFCI in accordance with the present invention will become apparent from the description of the preferred, but not the only implementation option, an example of which is given below with reference to the accompanying drawings, where:

на фиг.1 изображена блок-схема GFCI в соответствии с настоящим изобретением;figure 1 shows a block diagram of a GFCI in accordance with the present invention;

на фиг.2 - детальная электрическая схема GFCI, представленного на фиг.1;figure 2 is a detailed electrical diagram of the GFCI shown in figure 1;

на фиг.3 - схема варианта цепи, представленной на фиг.2;figure 3 is a diagram of a variant of the circuit shown in figure 2;

на фиг.4 - схема другого варианта цепи, представленной на фиг.2.figure 4 is a diagram of another embodiment of the circuit shown in figure 2.

Изобретение описывается для бытового прибора, а именно для фена, хотя его применение этим не ограничивается, оно может быть использовано также в промышленных целях.The invention is described for a household appliance, namely for a hairdryer, although its use is not limited to this, it can also be used for industrial purposes.

В частном случае осуществления изобретения, что не ограничивает рамки изобретения, GFCI помещается в вилку на конце провода фена; возможен вариант его размещения в стенной розетке, куда вставляется вилка фена.In the particular case of the invention, which does not limit the scope of the invention, the GFCI is placed in a plug at the end of the hair dryer wire; it is possible to place it in a wall outlet where the hair dryer plug is inserted.

Обратимся к фиг.1, на которой показана блок-схема GFCI 1, однофазная электросеть 10; горячий проводник 12 и нулевой проводник 14 с заземлением соединяют сеть 10 с контактами 22а, 22b реле 20. В качестве прерывателей цепи могут быть использованы управляемые выключатели другого вида, например полупроводниковые приборы. Когда реле 20 срабатывает, контакты 22а, 22b соединяются с клеммами 24а, 24b, которые через проводники 12а, 12b соединяются с клеммами фена 16.Turning to FIG. 1, which shows a block diagram of a GFCI 1, a single-phase power network 10; a hot conductor 12 and a neutral conductor 14 with ground connect the network 10 to the contacts 22a, 22b of the relay 20. As a circuit breaker, other types of controlled switches, for example semiconductor devices, can be used. When the relay 20 is activated, the contacts 22a, 22b are connected to the terminals 24a, 24b, which are connected through the conductors 12a, 12b to the terminals of the hair dryer 16.

Проводники 12, 14 входят в состав цепи обнаружения тока утечки в самих проводниках 12, 14, дифференциальный трансформатор тока 30 выполнен на тороидальном сердечнике с известными характеристиками. Первичная обмотка трансформатора состоит из проводников 12, 14, вторичная обмотка схематически показана под цифрой 32. Для обнаружения прямых токов утечки может быть использован, например, зонд (пробник) или изделие LEM.Conductors 12, 14 are part of the leakage current detection circuit in the conductors 12, 14 themselves, the differential current transformer 30 is made on a toroidal core with known characteristics. The primary winding of the transformer consists of conductors 12, 14, the secondary winding is schematically shown under the number 32. For detection of direct leakage currents, for example, a probe (probe) or a LEM product can be used.

Проверочный генератор 40 шунтирует проводники 12, 14 посредством проводников 42, 44. Назначение генератора 40, как это будет подробнее объяснено в дальнейшем описании, состоит в том, чтобы искусственно индуцировать точно известное значение тока, протекающего в проводниках 42, 44, а следовательно, в проводниках 12, 14. Поскольку указанный ток является дифференциальной составляющей для трансформатора 30, он будет выявлять ток, генерируя вторичный сигнал, пропорциональный току.The test generator 40 shunts the conductors 12, 14 through the conductors 42, 44. The purpose of the generator 40, as will be explained in more detail in the following description, is to artificially induce a precisely known value of the current flowing in the conductors 42, 44, and therefore, in conductors 12, 14. Since this current is a differential component for transformer 30, it will detect the current, generating a secondary signal proportional to the current.

Этот сигнал обрабатывается с помощью логического блока 50, к которому подключается вторичная обмотка 32, после усиления, как это будет понятно в дальнейшем; логический блок 50 также подключается к проверочному генератору 40 и реле 20, на которые он подает сигналы управления и/или включения посредством проводников 36 и 38 соответственно. Также блок 50 содержит, по меньшей мере, арифметический модуль для выполнения двоичных операций, ОЗУ, ПЗУ и аналого-цифровой преобразователь (все не показаны).This signal is processed using the logic unit 50, to which the secondary winding 32 is connected, after amplification, as will be understood hereinafter; the logic unit 50 is also connected to a test generator 40 and a relay 20 to which it supplies control and / or switching signals via conductors 36 and 38, respectively. Unit 50 also contains at least an arithmetic module for performing binary operations, RAM, ROM, and an analog-to-digital converter (all not shown).

На фиг.2 представлена подробная электрическая схема GFCI 1 согласно изобретению, при этом сохраняются соответствующие ссылки фиг.1.Figure 2 presents a detailed electrical diagram of the GFCI 1 according to the invention, while retaining the corresponding links of figure 1.

Однофазная электросеть 10 соединена через два плавких предохранителя 11 проводниками 12 и 14 с контактами 22а и 22b реле 20; когда катушка индуктивности 21 реле 20 срабатывает, контакты 22а и 22b замыкают клеммы 24а и 24b, от которых два провода 12а и 12b подключаются к выводам фена 16.Single-phase power supply network 10 is connected through two fuses 11 by conductors 12 and 14 with contacts 22a and 22b of relay 20; when the inductor 21 of the relay 20 is activated, the contacts 22a and 22b close the terminals 24a and 24b, from which two wires 12a and 12b are connected to the terminals of the hair dryer 16.

Компоненты данного варианта реализации настоящего изобретения размещены внутри сетевой вилки 55 фена 16 и схематически изображены пунктирными линиями на фиг.2.The components of this embodiment of the present invention are located inside the power plug 55 of the hairdryer 16 and are schematically shown in dashed lines in FIG.

Как видно из этой фигуры, проводники 41, 42, соединенные с проверочным генератором 40 (показан внутри пунктирных линий), и проводник 45 шунтируют проводники 12, 14 электросети 10.As can be seen from this figure, the conductors 41, 42 connected to the test generator 40 (shown inside the dashed lines), and the conductor 45 bypass the conductors 12, 14 of the power grid 10.

Резистивно-емкостная схема 46, изображенная внутри пунктирных линий, соединена проводником 45 с выпрямительным мостом 47, который напрямую связан с сетью 10 проводником 44. Выход моста 47 фильтруется электролитическим конденсатором 48 и сглаживается стабилитроном 49, в этом случае напряжение составляет 30 В. Это напряжение является первым источником питания для GFCI 1. Положительная клемма конденсатора 48 соединена проводом 200 с эмиттерами двух PNP транзисторов 60, 70, отрицательная клемма - с проводом 100, который является землей для GFCI 1. Такое название - земля 100 - используется в дальнейшем. Резистор 61 включен между эмиттером и базой транзистора 60, его база соединяется через ограничительный резистор 62 с коллектором npn транзистора 80, эмиттер которого соединен с землей 100, а база через резистор смещения 63 проводом 38 - к выходному выводу логического блока 50. В качестве такого блока может быть использован, например, микроконтроллер Моторола MC 908Q2. Коллектор транзистора 60 связан с катодом обратного диода 64, анод которого соединен с землей 100, с резистором 65 смещения базы транзистора 70 и выводом катушки 21 реле 20. Другой вывод катушки 21 соединен параллельно регулировочному стабилитрону 92 и фильтрующему конденсатору 91, которые своими отрицательными выводами соединены с землей 100, а положительными - к проводнику 110, образующему положительный выход второго источника напряжения (в этом случае 5,1 В) для питания логического блока 50 и операционного усилителя 90 (например, LPV3212). Проводник 110 замыкается через ограничительный резистор 71 коллекторным током транзистора 70, с которым соединен конденсатор Миллера.The resistive-capacitive circuit 46, shown inside the dashed lines, is connected by a conductor 45 to a rectifier bridge 47, which is directly connected to the network 10 by a conductor 44. The output of the bridge 47 is filtered by an electrolytic capacitor 48 and smoothed by a zener diode 49, in this case the voltage is 30 V. This voltage is the first power source for GFCI 1. The positive terminal of the capacitor 48 is connected by a wire 200 to the emitters of two PNP transistors 60, 70, the negative terminal is connected to the wire 100, which is the ground for GFCI 1. This name is emlya 100 - used in the future. A resistor 61 is connected between the emitter and the base of the transistor 60, its base is connected via a limiting resistor 62 to the npn collector of the transistor 80, the emitter of which is connected to the ground 100, and the base through a bias resistor 63 by a wire 38 to the output terminal of the logic block 50. As such a block can be used, for example, the Motorola MC 908Q2 microcontroller. The collector of the transistor 60 is connected to the cathode of the inverse diode 64, the anode of which is connected to the ground 100, with the bias resistor 65 of the base of the transistor 70 and the output of the coil 21 of the relay 20. Another output of the coil 21 is connected in parallel with the regulating zener diode 92 and the filter capacitor 91, which are connected by their negative terminals with earth 100, and positive to the conductor 110, forming a positive output of the second voltage source (in this case, 5.1 V) to power the logic unit 50 and the operational amplifier 90 (for example, LPV3212). The conductor 110 is closed through the limiting resistor 71 by the collector current of the transistor 70 to which the Miller capacitor is connected.

Выход 90u усилителя 90 соединен с входом блока 50 и с соединенными звездой сопротивлениями обратной связи 74, 75, 76; последовательно соединенные первые два резистора соединены с инвертированным входом усилителя 90, третий резистор подсоединяет общую точку резисторов 74, 75 к резистивному делителю, шунтирующему второй источник напряжения, равного 5,1 В.The output 90u of the amplifier 90 is connected to the input of the block 50 and to the star-connected feedback resistances 74, 75, 76; the first two resistors are connected in series with the inverted input of the amplifier 90, the third resistor connects the common point of the resistors 74, 75 to a resistive divider shunting the second voltage source of 5.1 V.

Делитель состоит из двух последовательно соединенных равных резисторов 77а, 77b, общая точка которых соединена с резистором 76. Два шунтирующих конденсатора 78, 79 включаются параллельно резисторам 77а, 77b соответственно.The divider consists of two series-connected equal resistors 77a, 77b, the common point of which is connected to the resistor 76. Two shunt capacitors 78, 79 are connected in parallel to the resistors 77a, 77b, respectively.

Инвертируемый и неинвертируемый входы усилителя 90 соединены соответственно с резистором 82 и разделительным конденсатором 83, последовательно включенными, и резистором 84. С помощью этих компонентов снимается напряжение с резистора 85 нагрузки, соединенного последовательно с выводами 32а, 32b вторичной обмотки 32 трансформатора 30. Вывод резистора нагрузки 85 также соединен с выходом делителя, состоящего из резисторов 77а, 77b.The inverted and non-inverted inputs of the amplifier 90 are connected respectively to the resistor 82 and the isolation capacitor 83, connected in series, and the resistor 84. Using these components, the voltage is removed from the load resistor 85, connected in series with the terminals 32a, 32b of the secondary winding 32 of the transformer 30. The output of the load resistor 85 is also connected to the output of a divider consisting of resistors 77a, 77b.

Компоненты цепи проверочного генератора 40 представлены внутри пунктирной линии. Высокоточный контрольный резистор 86 соединяет проводник 12 через проводник 42 с анодом симистора 88, катод которого соединен с проводом 14 через провод 44. Резистор 86 шунтирует проводник 12 в точке разветвления трансформатора 30 таким образом, что ток, протекающий в резисторе 86, возвращается к сети 10 по проводникам 44 и 14, не протекая через тороидальный сердечник трансформатора 30. Проводник 44 фактически соединяет проводник 12 с входом трансформатора 30. Также возможны другие расположения проводников, поскольку ток через резистор 86 необходим только для его детектирования трансформатором 30. Параллельно резистору 86 подсоединен другой корректирующий резистор 87, который шунтирует проводник 12 через проводник 41, идущий на вход трансформатора 30. Между сеткой и катодом симистора 88 включен резистор 89. К сетке подсоединены последовательно включенные резистор 101 и диод 104 и последовательно соединенные резистор 103 и диод 102, причем сетка соединена с анодом диода 102. Диоды 104 и 103 включены встречно-параллельно. Резистор 103 соединен с коллектором NPN транзистора 105, а эмиттер транзистора 105 соединен с землей 100, а базовое смещение через резистор 106 подается от выходного вывода блока 50. К этому выводу также подключен анод диода 104, который соединен последовательно с резистором 101.The components of the test generator circuit 40 are shown inside the dashed line. A high-precision control resistor 86 connects the conductor 12 through the conductor 42 to the anode of the triac 88, the cathode of which is connected to the wire 14 through the wire 44. The resistor 86 shunts the conductor 12 at the branch point of the transformer 30 so that the current flowing through the resistor 86 returns to the network 10 along the conductors 44 and 14, without flowing through the toroidal core of the transformer 30. The conductor 44 actually connects the conductor 12 to the input of the transformer 30. Other locations of the conductors are also possible, since the current through the resistor 86 is only necessary for its detection by transformer 30. In parallel with resistor 86, another correction resistor 87 is connected, which shunts conductor 12 through conductor 41 to the input of transformer 30. Resistor 89 is connected between the grid and the cathode of triac 88. Resistor 101 and diode 104 are connected to the grid in series a resistor 103 and a diode 102 connected in series, the grid being connected to the anode of the diode 102. The diodes 104 and 103 are turned on in parallel. The resistor 103 is connected to the NPN collector of the transistor 105, and the emitter of the transistor 105 is connected to the ground 100, and the basic offset through the resistor 106 is supplied from the output terminal of the block 50. An anode of the diode 104 is also connected to this terminal, which is connected in series with the resistor 101.

Оба вывода логического блока 50 питают два последовательно соединенных резистора 111, 113 и соответственно светодиоды 112, 114. Благодаря светодиодам логический блок 50 способен обеспечить визуальный сигнал тревоги для пользователя GFCI 1. Для высвечивания тревожного сигнала светодиод 112 дает зеленый цвет, а светодиод 114 - красный. Возможно применение акустического сигнала тревоги, например зуммера.Both outputs of the logic block 50 are powered by two series-connected resistors 111, 113 and, respectively, the LEDs 112, 114. Thanks to the LEDs, the logic block 50 is able to provide a visual alarm for the GFCI 1 user. To display the alarm, the LED 112 gives a green color, and the LED 114 gives a red . It is possible to use an acoustic alarm, such as a buzzer.

Два последовательно соединенных резистора 28, 29 формируют делитель, одним концом соединенный с землей 100, а другим - с понижающим резистором 46, подающим импульсы напряжения прямоугольной формы с частотой электросети 10 на вывод блока 50, которые блок 50 использует для внутренней синхронизации путем подсчета циклов (20 мс при частоте сети 50 Гц и 16,6 мс при частоте 60 Гц). Другим источником внутренней синхронизации может служить сигнал прямоугольной формы, полученный из тактовых импульсов блока 50 и должным образом уменьшенный делителями.Two series-connected resistors 28, 29 form a divider, one end connected to the ground 100, and the other to a step-down resistor 46, which supplies rectangular voltage pulses with a power frequency of 10 to the output of block 50, which block 50 uses for internal synchronization by counting cycles ( 20 ms at a network frequency of 50 Hz and 16.6 ms at a frequency of 60 Hz). Another source of internal synchronization may be a square-wave signal obtained from the clock pulses of block 50 and properly reduced by the dividers.

Стадии работы GFCI 1 описываются с момента включения, когда пользователь вставляет вилку 55 в розетку, до устойчивого режима, когда он может безопасно пользоваться феном 16. Эти стадии следующие.The stages of operation of the GFCI 1 are described from the moment of switching on, when the user inserts the plug 55 into the outlet, to the stable mode, when he can use the hairdryer 16 safely. These stages are as follows.

1. Пользователь вставляет вилку 55 в соответствующую розетку. Реле 20, нормально разомкнутое, не срабатывает, пока фен 16 не подключен к электросети 10, а потому не работает. Через диодный мост 47 конденсатор 48 заряжается и напряжение на его выводах стабилизируется, пока не достигнуто напряжение пробоя стабилитрона 49. Транзистор 60 заперт, так как не подано смещение транзистором 80, также запертым, поскольку блок 50 не подает смещение на базу через резистор 63. Транзистор 70, напротив, насыщается благодаря прохождению базового тока через резистор 65, через катушку 21 реле 20 и стабилитрон 92. Этот ток базы недостаточен для срабатывания реле 20. Через резистор 71, стабилитрон 92 происходит насыщение транзистора 70, напряжение которого фильтруется емкостью 91 и прикладывается к усилителю 90 и логическому блоку 50.1. The user inserts the plug 55 into an appropriate outlet. The relay 20, normally open, does not work until the hair dryer 16 is connected to the power supply 10, and therefore does not work. Through the diode bridge 47, the capacitor 48 is charged and the voltage at its terminals is stabilized until the breakdown voltage of the zener diode 49 is reached. The transistor 60 is locked, since the bias is not applied by the transistor 80, also locked, since the block 50 does not feed the bias to the base through the resistor 63. The transistor 70, on the contrary, is saturated due to the passage of the base current through the resistor 65, through the coil 21 of the relay 20 and the zener diode 92. This base current is insufficient for the relay 20 to operate. Through the resistor 71, the zener diode 92, the transistor 70 is saturated, the voltage otorrhea tank 91 is filtered and applied to an amplifier 90 and logic unit 50.

2. Поскольку через фен 16 ток не протекает, и соответственно ток не протекает по первичной и вторичной обмотке трансформатора 30, следовательно, нет напряжения на резисторе 85. Поэтому выход 90u сохраняет установившееся значение, установленное делителем, сформированным из резисторов 77а, 77b, равное половине приложенного напряжения. Блок 50 осуществляет последовательную дискретизацию через свой внутренний аналого-цифровой преобразователь A/D (8 бит в этом варианте) выходного напряжения 90u усилителя 90, усредняя дискретные значения с помощью его внутреннего цифрового модуля по 65536 (216) выборкам; выполнение этой операции занимает меньше секунды. Среднее значение величины должно быть 127, а именно половина полной шкалы с отклонениями 3 бита в пределах допуска. Эта величина получается, если с делителя, состоящего из резисторов 77а, 77b, снимается номинальное напряжение, равное половине приложенного напряжения. Если требуемая величина выходит за пределы этого диапазона, стадия 2 повторяется сначала, в противном случае следует стадия 3. На этой стадии оба светодиода 122 и 114 включены.2. Since no current flows through the dryer 16, and accordingly no current flows through the primary and secondary windings of the transformer 30, therefore, there is no voltage across the resistor 85. Therefore, the output 90u maintains the steady-state value set by the divider formed from resistors 77a, 77b equal to half applied voltage. Unit 50 performs sequential sampling through its internal analog-to-digital A / D converter (8 bits in this embodiment) of the output voltage 90u of amplifier 90, averaging the discrete values using its internal digital module over 65536 (216) samples; this operation takes less than a second. The average value should be 127, namely half the full scale with deviations of 3 bits within the tolerance. This value is obtained if the rated voltage equal to half the applied voltage is removed from the divider, consisting of resistors 77a, 77b. If the desired value is outside this range, stage 2 is repeated first, otherwise stage 3 follows. At this stage, both LEDs 122 and 114 are on.

3. Блок 50 сохраняет усредненную величину, полученную на стадии 2, и дискретизирует выходное напряжение 90u усилителя 90 для следующих 65536 тактов; усредненная величина вычисляется так же, как на стадии 2. Полученная средняя величина должна быть равной предшествующей с максимальной разницей 1 бит, иначе система возвращается к стадии 2. Это гарантирует, что второе напряжение питания стабильно и аналого-цифровой преобразователь работает должным образом. Усредненная величина, вычисленная на этой стадии, сохраняется в блоке 50 и принимает опорное значение для аналого-цифрового преобразователя. Светодиоды 112 и 114 сохраняются включенными.3. Block 50 stores the average value obtained in stage 2 and samples the output voltage 90u of the amplifier 90 for the next 65536 clock cycles; the average value is calculated in the same way as in stage 2. The obtained average value must be equal to the previous one with a maximum difference of 1 bit, otherwise the system returns to stage 2. This ensures that the second supply voltage is stable and the analog-to-digital converter is working properly. The average value calculated at this stage is stored in block 50 and takes a reference value for the analog-to-digital converter. LEDs 112 and 114 are kept on.

4. Блок 50 осуществляет режим выборки выходного напряжения 90u усилителя 90: вычисляется абсолютное значение разницы между дискретизированным выходным напряжением 90u усилителя 90 и опорной величиной, сохраненной на стадии 3. Из всех этих обработанных величин сохраняется максимальная, и после задержки на несколько циклов сети 10 блок 50 проверяет, что упомянутая максимальная величина ниже 2, то есть только наименее значимый бит меняется в аналого-цифровом преобразователе. Это гарантирует, что шум системы достаточно низкий и не препятствует работе GFCI 1; если это условие не выполняется, блок 50 возвращается к стадии 1. В течение этой стадии оба светодиода горят.4. Unit 50 implements a sampling mode of the output voltage 90u of the amplifier 90: the absolute value of the difference between the sampled output voltage 90u of the amplifier 90 and the reference value stored in stage 3 is calculated. Of all these processed values, the maximum value is maintained, and after a delay of several network cycles 10, the block 50 verifies that said maximum value is below 2, that is, only the least significant bit is changed in the A / D converter. This ensures that the noise of the system is sufficiently low and does not interfere with the operation of the GFCI 1; if this condition is not met, unit 50 returns to stage 1. During this stage, both LEDs light up.

5. Блок 50 подает положительное напряжение смещения по проводнику 36 на транзистор 105 через сопротивление 106 и насыщает его. База симистора 88 через последовательно включенные диод 104 и резистор 101 насыщается во время прохождения положительной полуволны напряжения электросети 10 по проводнику 12. Во время прохождения отрицательной полуволны цепь тока смещения симистора 88 включает в себя диод 102, резистор 103 и транзистор 105; в обоих случаях ток протекает через резистор 89 и симистор 88 включен.5. Unit 50 supplies a positive bias voltage across conductor 36 to transistor 105 through resistance 106 and saturates it. The base of the triac 88 through the diode 104 and the resistor 101 connected in series is saturated during the passage of the positive half-wave of the voltage of the mains 10 through the conductor 12. During the passage of the negative half-wave, the bias circuit of the triac 88 includes a diode 102, a resistor 103, and a transistor 105; in both cases, current flows through resistor 89 and triac 88 is turned on.

6. Открытое состояние симистора поддерживается для двух циклов напряжения сети 10: когда симистор открыт, контрольный резистор 86, величина которого должна быть очень точной, создает разностный ток для трансформатора 30, который выявляет его и индуцирует ток во вторичной обмотке 32, тем самым формируя напряжение на резисторе 85. Это переменное напряжение усиливается операционным усилителем 90 и снимается с его выхода 90u. Блок 50 дискретизирует сигнал напряжения, как в предшествующих стадиях, и преобразовывает его в цифровое значение с помощью внутреннего аналого-цифрового преобразователя, запоминая максимальное значение. Затем блок 50 проверяет, что максимальная величина находится между верхним и нижним пределами, оба предварительно запоминаются в ПЗУ блока 50. Это необходимо для того, чтобы гарантировать, что цепь для определения разностных токов в целом находится в рабочем состоянии и обладает приемлемой чувствительностью. Если максимальная дискретная величина слишком низкая, зеленый светодиод 112 вспыхивает в течение короткого времени и система начинает работать снова со стадии 2. Если же максимальная дискретная величина слишком высокая, вспыхивает красный диод 114 и система опять начинает работать со стадии 2. Если максимальная дискретная величина приемлема, то она запоминается как проверочная, задаваемая GFCI 1, и осуществляется переход к следующей 7-ой стадии.6. The open state of the triac is maintained for two cycles of the voltage of the network 10: when the triac is open, the control resistor 86, the value of which must be very accurate, creates a differential current for the transformer 30, which detects it and induces a current in the secondary winding 32, thereby forming a voltage on the resistor 85. This alternating voltage is amplified by the operational amplifier 90 and removed from its output 90u. Block 50 samples the voltage signal, as in the previous stages, and converts it to a digital value using an internal analog-to-digital converter, remembering the maximum value. Then, the block 50 checks that the maximum value is between the upper and lower limits, both are previously stored in the ROM of the block 50. This is necessary in order to ensure that the circuit for determining the differential currents as a whole is in working condition and has acceptable sensitivity. If the maximum discrete value is too low, the green LED 112 flashes for a short time and the system starts working again from stage 2. If the maximum discrete value is too high, the red diode 114 flashes and the system starts working again from stage 2. If the maximum discrete value is acceptable , then it is remembered as a test set by GFCI 1, and the transition to the next 7th stage is carried out.

7. Блок 50 подает положительное напряжение смещения по проводнику 38 с помощью резистора 63 смещения на транзистор 80, который насыщается. Ток способен протекать от первого источника питания 30 В на землю 100 через резисторы 61, 62, насыщая транзистор 60 и запитывая катушку индуктивности 21 реле 20 от первого источника питания. Теперь через катушку 21 может протекать ток достаточной величины для срабатывания реле 20, которое обеспечивает подключение фена 16 к сети, что позволяет его использовать. В это же самое время блок 50 постоянно включает зеленый диод 112 и выключает красный диод 114.7. Unit 50 supplies a positive bias voltage across conductor 38 using bias resistor 63 to transistor 80, which is saturated. Current is able to flow from the first 30 V power source to ground 100 through resistors 61, 62, saturating transistor 60 and energizing inductor 21 of relay 20 from the first power source. Now, a current of sufficient magnitude can flow through the coil 21 to trigger the relay 20, which allows the hair dryer 16 to be connected to the network, which allows it to be used. At the same time, block 50 constantly turns on the green diode 112 and turns off the red diode 114.

8. После срабатывания реле 20 и подачи питания к фену 16 от сети 10 блок 50 продолжает контролирование выходного напряжения 90u операционного усилителя 90 так же, как на предыдущих стадиях. В частности, после преобразования выходного напряжения 90u в цифровой ряд с помощью аналого-цифрового преобразователя блок 50 вычитает его максимальную величину для опорной величины, затем вычисляя модуль (или абсолютную величину), получает максимальную величину действительного тока утечки. Если этот максимум для более чем 10 последовательных тактов, т.е. для 10 регистраций (выполненных примерно за 0,1 мс), больше предельной величины, в этом случае это величина, запомненная в конце стадии 6, т.е. проверочная величина, блок 50 снимает напряжение с резистора 38, тем самым размыкается реле 20 и происходит отключение фена 16 от электросети 10. Логический блок 50 сигнализирует об опасности вспышкой красного светодиода 114. В условиях опасности GFCI 1 остается заблокированным, тем самым предотвращая срабатывание реле 20, и может быть активизирован только повторным выключением и включением. Это означает, что пользователь должен вынуть вилку 55 из стенной розетки, устранить неполадки, служащие причиной для отключения GFCI 1, и снова подсоединить вилку 55. С этого момента GFCI 1 начнет работать со стадии 1.8. After the relay 20 has been activated and the hair dryer 16 has been powered from the network 10, the unit 50 continues to control the output voltage 90u of the operational amplifier 90 in the same way as in the previous stages. In particular, after converting the output voltage 90u to a digital series using an analog-to-digital converter, unit 50 subtracts its maximum value for the reference value, then calculating the module (or absolute value), obtains the maximum value of the actual leakage current. If this maximum is for more than 10 consecutive measures, i.e. for 10 registrations (performed in about 0.1 ms), more than the limit value, in this case it is the value stored at the end of stage 6, i.e. check value, block 50 removes voltage from resistor 38, thereby opening relay 20 and disconnecting hair dryer 16 from power supply 10. Logic block 50 signals danger with a flash of red LED 114. In hazardous conditions, GFCI 1 remains blocked, thereby preventing relay 20 from tripping , and can only be activated by turning it off and on again. This means that the user must unplug the plug 55 from the wall outlet, repair the problems causing the GFCI 1 to turn off, and reconnect the plug 55. From this moment, the GFCI 1 will start from stage 1.

На стадии 8, то есть когда фен 16 включен, можно выполнять периодические контрольные измерения, как на стадиях 5 и 6, чтобы обеспечить хорошую работу GFCI 1. В этом случае во время проверки, то есть когда выполняются операции, описанные на стадиях 5 и 6, для гарантирования безопасности пользователя допустимая (для не размыкания реле 20) максимальная величина на выходе 90u операционного усилителя 90, то есть предельная величина, удвоена.In step 8, that is, when the hairdryer 16 is turned on, it is possible to perform periodic monitoring measurements, as in steps 5 and 6, to ensure that the GFCI 1 works well. In this case, during verification, that is, when the operations described in steps 5 and 6 are performed , to guarantee the safety of the user, the permissible (for not opening the relay 20) maximum value at the output 90u of the operational amplifier 90, that is, the limit value, is doubled.

Согласно вышеописанному следует, что преимуществом настоящего изобретения является простота установки порога срабатывания GFCI 1, то есть с помощью изменения величины проверочного резистора 86. Поскольку пороговое значение не является фиксированной величиной, которая априори хранится в блоке 50, а представляет собой реальный заданный ток, который должен быть определен GFCI 1 на стадии инициализации, GFCI 1 обеспечивает контроль даже при очень низком пороге срабатывания для GFCI 1. В этом случае подключаемая нагрузка будет оставаться отключенной.According to the above, it follows that the advantage of the present invention is the ease of setting the threshold of the GFCI 1, that is, by changing the value of the test resistor 86. Since the threshold value is not a fixed value, which is a priori stored in block 50, but represents the actual set current, which should be determined by GFCI 1 at the initialization stage, GFCI 1 provides control even at a very low threshold for GFCI 1. In this case, the connected load will remain disconnected.

Другим преимуществом настоящего изобретения является простота, с которой возможно добавлять другие виды оперативной защиты, такие как защита от короткого замыкания или разрядной дуги.Another advantage of the present invention is the simplicity with which it is possible to add other types of operational protection, such as short circuit protection or discharge arc.

Короткое замыкание имеет место, когда проводники 12а и 12b на фиг.2 контактируют между собой даже временно или когда величина импеданса нагрузки очень низкая, например когда пользователь касается проводников 12а и 12b. В этот момент по проводникам 12а и 12b протекает высокий ток, являющийся смертельным. Предохранители 11 (см. фиг.2) не дают гарантии быстрого размыкания цепи.A short circuit occurs when the conductors 12a and 12b in FIG. 2 are in contact even temporarily or when the load impedance is very low, for example, when the user touches the conductors 12a and 12b. At this point, a high current, which is lethal, flows through the conductors 12a and 12b. Fuses 11 (see figure 2) do not guarantee a quick open circuit.

Это неудобство может быть устранено путем реализации варианта настоящего изобретения, изображенного на фиг.3, на котором показаны пронумерованные добавленные компоненты, при этом остальная часть цепи аналогична описанной выше.This inconvenience can be eliminated by implementing the variant of the present invention depicted in figure 3, which shows the numbered added components, while the rest of the chain is similar to that described above.

В этом варианте защита от токов короткого замыкания осуществляется за счет введения трансформатора 300 тока на проводник 14.In this embodiment, protection against short-circuit currents is achieved by introducing a current transformer 300 onto conductor 14.

Введение трансформатора 300 может быть осуществлено также на проводнике 12 или на выходе реле 20; первичной обмоткой трансформатора 300 служит проводник 14, а вторичной с центральным отводом - вторая обмотка 330. Центральный отвод соединен с резистором 111a c очень низким значением сопротивления (несколько Ом), второй вывод которого соединен с анодами двух диодов 310, 311, при этом катоды этих диодов соединяются с выходами вторичной обмотки трансформатора 300.The introduction of the transformer 300 can also be carried out on the conductor 12 or at the output of the relay 20; the primary winding of the transformer 300 is conductor 14, and the secondary with a central tap is the second winding 330. The central tap is connected to a resistor 111a with a very low resistance value (several ohms), the second terminal of which is connected to the anodes of two diodes 310, 311, while the cathodes of these diodes are connected to the outputs of the secondary winding of the transformer 300.

Резистор 111, который на фиг.2 соединен напрямую со светодиодом 112, в данном случае соединяется с точкой объединения катодов диодов 310, 311; проводник 320 соединяет центральный отвод вторичной обмотки 330 трансформатора 300 со светодиодом 112, с которым резистор 111b, имеющий относительно высокое сопротивление (около 10 кОм), соединен параллельно.The resistor 111, which in FIG. 2 is connected directly to the LED 112, in this case is connected to the combining point of the cathodes of the diodes 310, 311; a conductor 320 connects the center tap of the secondary winding 330 of the transformer 300 to an LED 112 to which a resistor 111b having a relatively high resistance (about 10 kΩ) is connected in parallel.

Напряжение на вторичной обмотке 330 трансформатора 300 тока выпрямляется диодами 310 и 311, таким образом осуществляется протекание через резистор 111a импульсного сигнала, пропорционального току, протекающему по проводнику 14.The voltage at the secondary winding 330 of the current transformer 300 is rectified by the diodes 310 and 311, so that a pulse signal proportional to the current flowing through the conductor 14 flows through the resistor 111a.

Работа цепи заключается в следующем.The operation of the circuit is as follows.

Вывод блока 50, с которым соединен резистор 111, в данном случае обозначенный АО, используется в процессе инициализации как выход и запускает красный светодиод 112 через резистор 111 (как уже было описано) и резистор 111a, в то время как резистор 111b не влияет на работу красного светодиода 112. В конце фазы инициализации красный светодиод 112 выключается, и вывод АО становится аналоговым входом благодаря надлежащим командам программы блока 50.The output of block 50, to which resistor 111, in this case designated AO, is connected, is used as an output in the initialization process and triggers a red LED 112 through resistor 111 (as already described) and resistor 111a, while resistor 111b does not affect operation red LED 112. At the end of the initialization phase, the red LED 112 turns off, and the AO output becomes an analog input due to the proper program commands of block 50.

Затем происходит дискретизирование приложенного напряжения с помощью аналого-цифрового преобразователя и измеряется косвенным образом ток, питающий нагрузку с помощью трансформатора 300 тока: блок 50 обеспечивает размыкание реле 20, как уже описано, в случае, когда ток по проводнику 14 превышает установленное пороговое значение, тем самым гарантируя защиту от короткого замыкания.Then, the applied voltage is sampled using an analog-to-digital converter, and the current that feeds the load with the help of the current transformer 300 is indirectly measured: unit 50 provides the opening of relay 20, as already described, when the current through conductor 14 exceeds the set threshold value, thereby guaranteeing short circuit protection.

Второй вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг.4, во многом подобный 1-му варианту, для простоты обозначены лишь новые позиции, а остальные - те же самые, что и в предшествующем описании.The second embodiment of the device in accordance with the present invention is shown in FIG. 4, much like the 1st embodiment, for simplicity, only new positions are indicated, and the rest are the same as in the previous description.

На проводник 12b, соединенный с нагрузкой, введен трансформатор 3001 тока, который может быть также внесен на проводник 12а или на выход (реле) прерывателя 20; первичная обмотка трансформатора 3001 выполнена с помощью проводника 12b, вторичная - с помощью вторичной обмотки 3301.A current transformer 3001 is introduced to the conductor 12b connected to the load, which can also be introduced to the conductor 12a or to the output (relay) of the chopper 20; the primary winding of the transformer 3001 is made using the conductor 12b, the secondary - using the secondary winding 3301.

Резистор 1111а с очень низким сопротивлением (несколько Ом) соединен с выводами вторичной обмотки 3301. Резистор 111, который на фиг.2 соединен со светодиодом 112, в данной схеме соединен с резистором 1111а, который запитывает анод светодиода 112. Его катод соединен с коллектором транзистора 370, эмиттер которого соединен с землей 100, а смещение базы осуществляется за счет делителя, образованного из двух резисторов 346, 344, и запитывается от коллектора транзистора 70. Параллельно транзистору 370 подключается емкость 340, а коллектор транзистора 370 соединяется с выходом 90u операционного усилителя 90 через резистор 342.A resistor 1111a with a very low resistance (several ohms) is connected to the terminals of the secondary winding 3301. The resistor 111, which is connected to the LED 112 in FIG. 2, is connected to the resistor 1111a in this circuit, which energizes the anode of the LED 112. Its cathode is connected to the collector of the transistor 370, the emitter of which is connected to ground 100, and the base is offset by a divider formed from two resistors 346, 344, and is fed from the collector of transistor 70. A capacitance 340 is connected in parallel to transistor 370, and the collector of transistor 370 is connected with the output 90u of the operational amplifier 90 through a resistor 342.

Узел, состоящий из резистора 342 и емкости 340, формирует низкочастотный фильтр для напряжения на выходе 90u усилителя 90, в силу этого поддерживая на коллекторе транзистора 370 постоянное напряжение, равное половине напряжения второго источника питания.The assembly, consisting of a resistor 342 and a capacitance 340, forms a low-pass filter for the voltage at the output 90u of the amplifier 90, thereby maintaining a constant voltage equal to half the voltage of the second power source on the collector of the transistor 370.

Работа цепи заключается в следующем.The operation of the circuit is as follows.

Во время инициализации вывод АО блока 50 используется в качестве выхода и запускает красный светодиод 112, как уже описывалось, через резистор 111 и резистор 1111а, в то время как транзистор 370 насыщается, поскольку транзистор 70 также насыщен и реле 20 не включено и позволяет включение светодиода 112. В конце стадии инициализации красный светодиод 112 выключается и вывод АО блока 50 становится аналоговым входом благодаря его программе.During initialization, the output of AO block 50 is used as an output and triggers a red LED 112, as already described, through resistor 111 and resistor 1111a, while transistor 370 is saturated, since transistor 70 is also saturated and relay 20 is not turned on and allows the LED to turn on 112. At the end of the initialization stage, the red LED 112 turns off and the output of the AO block 50 becomes an analog input due to its program.

В это время транзистор 370 запирается, и включается реле 20 из-за запертого состояния транзистора 70; затем на коллекторе транзистора 370 будет присутствовать постоянная составляющая выходного напряжения 90u усилителя 90; это постоянное напряжение, которое суммируется с сигналом, генерируемым трансформатором 3001 через резистор 1111а, дискретизируются аналого-цифровым преобразователем, и, следовательно, блок 50 косвенным образом может измерять ток, потребляемый нагрузкой.At this time, the transistor 370 is locked, and the relay 20 is turned on due to the locked state of the transistor 70; then, a constant component of the output voltage 90u of the amplifier 90 will be present on the collector of the transistor 370; this constant voltage, which is added to the signal generated by transformer 3001 through resistor 1111a, is sampled by an analog-to-digital converter, and therefore, block 50 can indirectly measure the current consumed by the load.

Считывание напряжения на выводе АО выполняется таким же образом, что и считывание выходного напряжения 90u усилителя 90: абсолютная величина разницы между напряжением на выводе АО и опорным напряжением (сохраняемая как опорная величина во время описанной выше стадии 4) сравнивается с предельной величиной, сохраняемой в ПЗУ блока 50, и при превышении реле 20 размыкается, тем самым отключая нагрузку 16.The readout of the voltage at the AO pin is performed in the same way as the readout of the output voltage 90u of the amplifier 90: the absolute value of the difference between the voltage at the AO pin and the reference voltage (stored as the reference value during Step 4 above) is compared with the limit value stored in the ROM block 50, and when the relay 20 is exceeded, it opens, thereby disconnecting the load 16.

Незначительные отклонения от описанных выше способа защиты и относящейся к нему электронной схемы включены в объем формулы изобретения.Minor deviations from the above protection method and the related electronic circuit are included in the scope of the claims.

Claims (26)

1. Способ защиты от токов утечки, генерируемых при снабжении питанием нагрузки (16), соединенной с электрической сетью (10), включающий в себя следующие стадии:1. A method of protection against leakage currents generated by supplying a load (16) connected to an electrical network (10), which includes the following stages: а) получение опорной величины перед подключением нагрузки к сети путем получения один или более раз сигнала с выхода (90u) усилителя, пропорционального току утечки, без генерирования проверочного тока утечки;a) obtaining a reference value before connecting the load to the network by receiving one or more times a signal from the amplifier output (90u) proportional to the leakage current, without generating a leakage test current; б) генерирование проверочного тока утечки для проверки эффективности и/или калибровки, получение соответствующего пропорционального ему сигнала с выхода (90u) усилителя в качестве проверочной величины и проверка условия, что эта проверочная величина находится в заранее установленном диапазоне;b) generating a test leakage current to check the efficiency and / or calibration, receiving the corresponding proportional signal from the output (90u) of the amplifier as a test value and checking the condition that this test value is in a predetermined range; в) подключение нагрузки к сети, выявление истинных токов утечки и генерирование сигнала им пропорционального.c) connecting the load to the network, identifying the true leakage currents and generating a signal proportional to them. г) получение сигнала на выходе (90u) усилителя, пропорционального истинным токам утечки, и отключение нагрузки (16) от сети (10) при возникновении опасного условия, при котором величина полученного сигнала превышает предельное значение, при этом предельное значение определяют как абсолютную величину разности между опорной величиной и проверочной величинойd) receiving a signal at the output (90u) of the amplifier proportional to the true leakage currents and disconnecting the load (16) from the network (10) when a dangerous condition occurs in which the value of the received signal exceeds the limit value, while the limit value is determined as the absolute value of the difference between the reference value and the verification value 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что стадии (а) и/или (б) выполняют перед подключением нагрузки (16) к сети (10).2. The method according to claim 1, characterized in that stage (a) and / or (b) is performed before connecting the load (16) to the network (10). 3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что на стадии (а) и/или (б) проверяют условие, что величина сигнала (90u) попадает в заранее установленный диапазон.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at the stage (a) and / or (b) the condition is checked that the signal value (90u) falls within a predetermined range. 4. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что предельное значение определяют путем получения абсолютной величины разности между опорной величиной и проверочной величиной.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the limit value is determined by obtaining the absolute value of the difference between the reference value and the verification value. 5. Способ по п.3, характеризующийся тем, что предельное значение определяют путем получения абсолютной величины разности между опорной величиной и проверочной величиной.5. The method according to claim 3, characterized in that the limit value is determined by obtaining the absolute value of the difference between the reference value and the verification value. 6. Способ по любому из пп.1, 2, 5, характеризующийся тем, что дополнительно включает стадию циклической проверки, заключающейся в том, что после подключения нагрузки (16) к сети (10) выявляют токи утечки путем генерирования, по меньшей мере, проверочного тока.6. The method according to any one of claims 1, 2, 5, characterized in that it further includes a step of a cyclic check, which consists in the fact that after connecting the load (16) to the network (10), leakage currents are detected by generating at least test current. 7. Способ по п.3, характеризующийся тем, что дополнительно включает стадию циклической проверки, заключающейся в том, что после подключения нагрузки (16) к сети (10) выявляют токи утечки путем генерирования, по меньшей мере, проверочного тока.7. The method according to claim 3, characterized in that it further includes a step of cyclic verification, which consists in the fact that after connecting the load (16) to the network (10), leakage currents are detected by generating at least a test current. 8. Способ по п.4, характеризующийся тем, что дополнительно включает стадию циклической проверки, заключающейся в том, что после подключения нагрузки (16) к сети (10) выявляют токи утечки путем генерирования, по меньшей мере, проверочного тока.8. The method according to claim 4, characterized in that it further includes a step of cyclic verification, which consists in the fact that after connecting the load (16) to the network (10), leakage currents are detected by generating at least a test current. 9. Способ по п.6, характеризующийся тем, что дополнительно включает стадию отключения нагрузки (16) от сети (10), когда в течение стадии циклической проверки выявления токов утечки максимальное значение по модулю полученного пропорционального сигнала с выхода (90u) усилителя больше суммы предельной и опорной величин.9. The method according to claim 6, characterized in that it further includes the step of disconnecting the load (16) from the network (10), when during the stage of cyclic verification of the detection of leakage currents, the maximum value modulo the received proportional signal from the output (90u) of the amplifier is greater than the sum limit and reference values. 10. Способ по п.7 или 8, характеризующийся тем, что дополнительно включает стадию отключения нагрузки (16) от сети (10), когда в течение стадии циклической проверки выявления токов утечки максимальное значение по модулю полученного пропорционального сигнала с выхода (90u) усилителя больше суммы предельной и опорной величин.10. The method according to claim 7 or 8, characterized in that it further includes the step of disconnecting the load (16) from the network (10), when during the stage of cyclic verification of the detection of leakage currents, the maximum value modulo the received proportional signal from the output (90u) of the amplifier more than the sum of the limiting and reference values. 11. Способ по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно включает стадию выявления тока, по меньшей мере, в проводнике, подсоединенном к нагрузке (16), и отключения нагрузки (16), когда этот ток превышает установленное пороговое значение.11. The method according to claim 1, characterized in that it further includes the step of detecting the current, at least in the conductor connected to the load (16), and disconnecting the load (16) when this current exceeds a predetermined threshold value. 12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что стадию выявления тока, по меньшей мере, в проводнике, подсоединенном к нагрузке (16), выполняют до и/или после подключения нагрузки (16) к сети (10).12. The method according to claim 11, characterized in that the step of detecting the current, at least in the conductor connected to the load (16), is performed before and / or after connecting the load (16) to the network (10). 13. Устройство (1) для осуществления способа по пп.1-12, содержащее электрически управляемый прерыватель (20), установленный между сетью (10) и нагрузкой (16), который отключает нагрузку (16) от сети (10) в разомкнутом состоянии и подключает в замкнутом состоянии; средство (30) выявления токов утечки, которое генерирует сигнал, пропорциональный этим токам утечки; генератор (40) для формирования проверочного тока утечки; блок (50) обработки данных, соединенный со средством (30) выявления токов утечки для получения пропорционального сигнала, с генератором (40) для его управления и с прерывателем (20) для управления его размыканием с помощью управляющего сигнала (38) при возникновении опасного условия, характеризующееся тем, что блок (50) выполнен с возможностью при запуске устройства, до подключения нагрузки к сети, формирования опорной величины путем считывания информации со средства (30) выявления тока утечки без генерирования проверочных токов утечки, и генерирования проверочного тока утечки путем приведения в действие генератора (40), и получения соответствующего пропорционального ему сигнала в качестве проверочной величины, а затем после подключения нагрузки к сети, получения сигнала, пропорционального истинным токам утечки, и отключения нагрузки (16) от электросети (10) при возникновении опасного условия, при котором данный сигнал превышает предельную величину.13. The device (1) for implementing the method according to claims 1-12, comprising an electrically controlled chopper (20) installed between the network (10) and the load (16), which disconnects the load (16) from the network (10) in the open state and connects in a closed state; means (30) for detecting leakage currents, which generates a signal proportional to these leakage currents; a generator (40) for generating a test leakage current; data processing unit (50) connected to means (30) for detecting leakage currents to obtain a proportional signal, with a generator (40) for controlling it and with a chopper (20) for controlling its opening with a control signal (38) in case of a dangerous condition characterized in that the unit (50) is configured to, when starting up the device, before connecting the load to the network, form a reference value by reading information from the means (30) for detecting the leakage current without generating leakage test currents, and generating test the leakage current by driving the generator (40), and receiving the corresponding proportional signal as a test quantity, and then after connecting the load to the network, receiving a signal proportional to the true leakage currents and disconnecting the load (16) from the mains (10) ) in the event of a dangerous condition in which the given signal exceeds the limit value. 14. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что содержит схему генерации стабилизированного питания блока (50) обработки данных, причем эта схема питается от электросети (10).14. The device according to item 13, characterized in that it contains a circuit for generating a stabilized power supply of the data processing unit (50), and this circuit is powered from the mains (10). 15. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что средство (30) выявления токов утечки содержит дифференциальный трансформатор с сердечником, на котором намотана первичная обмотка из проводников (12, 14), питающих нагрузку (16), и вторичная обмотка (32), которая генерирует сигнал, пропорциональный току, протекающему в первичной обмотке.15. The device according to item 13, characterized in that the means (30) for detecting leakage currents contains a differential transformer with a core on which a primary winding of conductors (12, 14) that feed the load (16), and a secondary winding (32) are wound , which generates a signal proportional to the current flowing in the primary winding. 16. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что генератор (40) содержит резистор (86), последовательно соединенный с симистором (88), соединение с которым управляется сигналом (36), подаваемым от блока (50) обработки данных, при этом такое последовательное соединение шунтирует проводники (12, 14), подающие питание к нагрузке (16), с точками подключения на выходе и на входе средства (30) выявления токов утечки.16. The device according to item 13, characterized in that the generator (40) contains a resistor (86) connected in series with the triac (88), the connection with which is controlled by a signal (36) supplied from the data processing unit (50), such a serial connection shunts the conductors (12, 14) supplying power to the load (16), with connection points at the output and at the input of the means (30) for detecting leakage currents. 17. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что блок (50) обработки данных управляет визуальными (112, 114) и/или звуковыми сигналами тревоги.17. The device according to item 13, characterized in that the data processing unit (50) controls visual (112, 114) and / or audible alarms. 18. Устройство п.13, характеризующееся тем, что блок (50) обработки данных снабжен средствами (28, 29) синхронизации, выполненными с возможностью циклического управления величиной тока утечки до и/или после замыкания прерывателя (20).18. The device of claim 13, characterized in that the data processing unit (50) is equipped with synchronization means (28, 29) configured to cyclically control the amount of leakage current before and / or after closing the breaker (20). 19. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что блок (50) обработки данных снабжен арифметическим модулем для сравнения величины сигнала, полученного с помощью средства (30) выявления токов утечки, с заранее установленными или полученными в реальном времени величинами.19. The device according to item 13, characterized in that the data processing unit (50) is equipped with an arithmetic module for comparing the value of the signal obtained by means of detecting leakage currents (30) with previously set or received values in real time. 20. Устройство по п.19, характеризующееся тем, что заранее установленные величины сохраняются в ПЗУ блока (50) обработки данных.20. The device according to claim 19, characterized in that the predetermined values are stored in the ROM of the data processing unit (50). 21. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что дополнительно содержит средство (300, 3001) выявления токов, по меньшей мере, в проводнике, соединенном с нагрузкой (16), причем это средство (300, 3001) генерирует сигнал, пропорциональный этим токам, и соединено с блоком (50) обработки данных для управления работой прерывателя (20) при возникновении опасного условия.21. The device according to item 13, characterized in that it further comprises means (300, 3001) for detecting currents in at least a conductor connected to the load (16), and this means (300, 3001) generates a signal proportional to this currents, and is connected to the data processing unit (50) to control the operation of the chopper (20) in the event of a dangerous condition. 22. Устройство по п.21, характеризующееся тем, что блок (50) обработки данных соединен со средством (300, 3001) для обнаружения токов, по меньшей мере, в проводнике, связанном с нагрузкой (16), или с прерывателем (20) для управления работой прерывателя (20) посредством управляющего сигнала (38) при возникновении опасного условия.22. The device according to item 21, characterized in that the data processing unit (50) is connected to a means (300, 3001) for detecting currents in at least a conductor connected with a load (16), or with a chopper (20) to control the operation of the chopper (20) by means of a control signal (38) in case of a dangerous condition. 23. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что при пуске блок (50) обеспечивает отключение нагрузки (16) от сети (10).23. The device according to item 13, characterized in that when starting the unit (50) provides disconnection of the load (16) from the network (10). 24. Электрический прибор, снабженный вилкой (55) для подключения к электросети (10), характеризующийся тем, что содержит устройство (1) защиты по любому из пп.13-23.24. An electric device equipped with a plug (55) for connecting to an electrical outlet (10), characterized in that it comprises a protection device (1) according to any one of claims 13-23. 25. Электрический прибор по п.24, характеризующийся тем, что представляет собой фен или любой другой бытовой электрический прибор.25. The electrical appliance according to paragraph 24, characterized in that it is a hairdryer or any other household electrical appliance. 26. Штепсель для подачи питания к электрическим приборам, характеризующийся тем, что содержит устройство (1) защиты по любому из пп.13-23.26. A plug for supplying power to electrical devices, characterized in that it comprises a protection device (1) according to any one of claims 13-23.

Images