УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЦЕПИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК H02H9/00 

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.

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.

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.