сетевая штепсельная колодка с подавлением помех

Формула изобретения

СЕТЕВАЯ ШТЕПСЕЛЬНАЯ КОЛОДКА С ПОДАВЛЕНИЕМ ПОМЕХ, содержащая трехполюсную штепсельную вилку с экранированным сетевым шнуром и расположенные в корпусе-экране шину заземления, радиогерметизированный помехоподавляющий фильтр, линейный и нулевой входы которого соединены проводами сетевого шнура с первым и вторым полюсами штепсельной вилки, и трехконтактные штепсельные розетки для подключения потребителей, при этом третьи контакты штепсельных розеток и третий полюс штепсельной вилки соединены с шиной заземления и корпусом-экраном, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены дроссели по числу штепсельных розеток, каждый из которых содержит кольцевой либо тороидальный сердечник из магнитомягкого материала и обмотку, состоящую из первого и второго изолированных проводов, заключенных в экранирующую оплетку и изолирующую оболочку, первые концы первого и второго проводов обмоток дросселей соединены соответственно с линейным и нулевым выходами помехоподавляющего фильтра, вторые концы первого и второго проводов обмоток дросселей соединены соответственно с первым и вторым контактами соответствующих штепсельных розеток, первые концы экранирующих оплеток обмоток дросселей соединены с шиной заземления, вторые концы экранирующих оплеток обмоток дросселей соединены с третьими контактами соответствующих штепсельных розеток.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к электротехнике и предназначено для одновременного подключения к сети переменного тока нескольких потребителей электроэнергии с подавлением помех, распространяющихся по цепям питания и защитного заземления.

Сетевые штепсельные колодки используют при необходимости включения в сеть питания нескольких персональных компьютеров (ПК), периферийного оборудования ПК или других устройств, расположенных в одном помещении. Актуальной проблемой в такой ситуации является не только защита потребителей от пиков и выбросов тока в первичной сети, но и защита потребителей и первичной сети от помех, создаваемых подключенными к штепсельной колодке устройствами, а также предотвращение утечки информации по цепям питания и защитного заземления.

Известны простые штепсельные колодки для разветвления электрической энергии (например, [1 и 2] содержащее сетевой шнур со штепсельной вилкой и размещенные в корпусе штепсельные розетки, включенные параллельно друг другу, выключатель сети с индикаторными лампочками и предохранители.

Эти штепсельные колодки не обеспечивают защиты потребителей электроэнергии от помех. Их использование требует установки помехоподавляющего фильтра на входе питания в каждом из подключаемых устройств.

Широкое распространение для подавления сетевых помех получили LC-фильтры, имеющие в своем составе нейтрализующий трансформатор на ферритовом сердечнике и конденсаторы [3 и 4] Фильтры данного типа устанавливают внутри защищаемого устройства или в штепсельной розетке [3] либо в штепсельной вилке [4] с помощью которых оно подключается к сети.

Система разветвления электроэнергии с применением индивидуального помехоподавляющего фильтра в подключаемых к сетевой штепсельной колодке устройствах, как и система, в которой помехоподавляющий фильтр встроен в штепсельную розетку либо вилку, обладает существенным недостатком, а именно неспособностью предотвратить проникновение в первичную сеть и в цепи питания потребителей помех от подключенных устройств и утечку информации из этих устройств по цепям питания.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемой является серийно выпускаемая сетевая штепсельная колодка с подавлением помех [5] Она содержит сетевой шнур, состоящий из линейного, нулевого и земляного проводов, трехполюсную штепсельную вилку, установленные в металлическом корпусе-экране емкостный помехоподавляющий фильтр с конденсаторами, четыре трехконтактные штепсельные розетки, выключатель сети с индикаторной лампочкой. Корпус-экран, земляной полюс штепсельной вилки, земляные контакты, штепсельных розеток соединены с шиной заземления. Линейный и нулевой входы фильтра соединены соответственно проводами с полюсами штепсельной вилки. Линейный и нулевой выходы этого фильтра подключены параллельно соответственно к контактам розеток. Фильтр может быть выполнен радиогерметизированным.

Данная штепсельная колодка защищает потребителей от пиков и выбросов тока в первичной сети, но не обеспечивает их развязки по цепям питания. В результате высокочастотные помехи, создаваемые подключенными к штепсельной колодке устройствами, беспрепятственно проникают по проводам питания и защитного заземления от одного потребителя к другому, а также в первичную сеть. Это приводит к сбоям в работе подключенных устройств и утечке информации. В основе этого недостатка помимо отсутствия развязки потребителей по цепям питания лежит тот факт, что каждый из сетевых шнуров потребителей действует как приемная и передающая антенна, излучающая паразитные высокочастотные сигналы в окружающее пространство.

Задачей изобретения является предотвращение проникновения симметричных паразитных сигналов, создаваемых каждым из подключенных к штепсельной колодке устройств, в цепи питания других устройств, питающихся от штепсельной колодки, и в первичную сеть.

Эта задача решается тем, что в сетевую штепсельную колодку, содержащую трехполюсную штепсельную вилку с сетевым шнуром и расположенные в корпусе-экране шину заземления, радиогерметизированный помехоподавляющий фильтр, линейный и нулевой входы которого соединены проводами сетевого шнура с первым и вторым полюсами штепсельной вилки, и трехконтактные штепсельные розетки для подключения потребителей, причем третьи контакты штепсельных розеток и третий полюс штепсельной вилки соединены с шиной заземления и корпусом-экраном, введены дроссели по числу штепсельных розеток, каждый из которых содержит кольцевой либо тороидальный сердечник из магнитомягкого материала и обмотку, состоящую из первого и второго изолированных проводов, заключенных в экранирующую оплетку и изолирующую оболочку, при этом первые концы первого и втоpого проводов обмоток дросселей соединены соответственно с линейным и нулевым выходами помехоподавляющего фильтра, вторые концы первого и второго проводов обмоток дросселей соединены соответственно с первым и вторым контактами соответствующих штепсельных розеток, первые концы экранирующих оплеток обмоток дросселей соединены с шиной заземления, а вторые концы экранирующих оплеток обмоток дросселей соединены с третьими контактами соответствующих штепсельных розеток.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении защиты устройств, подключаемых к штепсельной колодке, от взаимных симметричных высокочастотных помех, возникающих при работе этих устройств, в предотвращении проникновения симметричных высокочастотных помех в первичную сеть и утечки информации по цепям питания, а также в усилении подавлении симметричных высокочастотных помех, поступающих из сети.

Достижение указанного технического результата можно объяснить следующим образом. Экспериментально установлено, что при определенных условиях не только сигнальные и питающие провода, но и шины защитного заземления могут действовать как антенна, т.е. принимать и излучать высокочастотные сигналы в окружающее пространство. Это происходит с уменьшением поперечного сечения шины заземления ниже некоторого значения, причем чем меньше поперечное сечение шины заземления и больше ее длины, тем выше эффективность такой антенны. Поэтому даже применение помехоподавляющих фильтров в сочетании с экранированием питающих и сигнальных проводов не решают задачу защиты потребителей от высокочастотных помех. В соответствии с изобретением эта задача решается в отношении симметричных помех благодаря введению в цепь защитного заземления сопротивлений потерь на высоких частотах, образуемых витками экранирующих оплеток обмоток дросселей. Сопротивление потерь в экранирующих оплетках обмоток дросселей предотвращает проникновение как внешних симметричных помех, так и симметричных помех, создаваемых подключенными к штепсельной колодке устройствами, в цепи питания этих устройств и в первичную сеть. При этом предотвращается также утечка в первичную сеть информации, если подключенными к штепсельной колодке устройствами являются средства вычислительной техники или радиоэлектронные устройства, имеющие в своем составе блоки хранения и обработки информации. Вместе с тем введение в штепсельную колодку дросселей, обмотка которых содержит навитые в параллель провода питания, обеспечивает высокочастотную развязку потребителей электроэнергии и, таким образом, блокирует еще один путь взаимопроникновения симметричных высокочастотных помех. Кроме того, дроссели усиливают подавление симметричных помех, поступающих из первичной сети, действуя в дополнение к помехоподавляющую фильтру, включенному на входе штепсельной колодки.

На фиг.1 представлена электрическая схема заявляемой колодки; на фиг.2 и 3 показан дроссель.

Колодка содержит сетевой шнур с линейным и нулевым изолированными проводами, заключенными в экранирующую оплетку 3, трехполюсную штепсельную вилку 4, корпус-экран 5, состоящий из радиогерметизированной секции 6, в которой размещен помехоподавляющий фильтр 7, служащий для подавления симметричных и несимметричных помех, и секции 8, где расположены трехконтактные штепсельные розетки 9-12, металлическое основание (не показано) для установки фильтра 7 и розеток 9-12, дроссели 13-16, каждый из которых содержит (фиг.2 и 3) кольцевой ферритовый сердечник 17 и обмотку, состоящую из двух изолированных проводов 18 и 19, заключенных в экранирующую оплетку 20 и изолирующую полихлорвиниловую трубку 21, предотвращающую образование короткозамкнутых витков оплетки. Колодка может содержать также выключатель сети с индикаторной лампочкой, выключатели потребителей электроэнергии с соответствующими индикаторными лампочками и сетевые предохранители.

Выводы фильтра 7 пропущены через радиогерметизированные отверстия в стенках корпуса-экрана 5. Линейный 22 и нулевой 23 входы фильтра соединены соответственно с полюсами а и b штепсельной вилки 4. Линейный 24 и нулевой 25 выходы фильтра соединены с первыми концами соответственно проводов 18 и 19 обмоток дросселей 13-16, вторые концы которых соединены соответственно с контактами а₁, а₂, а₃, а₄ и контактами b₁, b₂, b₃, b₄ штепсельных розеток 9-12. Первые концы экранирующих оплеток 20 обмоток дросселей 13-16 соединены с шиной 26 заземления, соединенной с корпусом-экраном 5. Вторые концы экранирующих оплеток 20 обмоток дросселей соединены с соответствующими контактами с, с₂, с₃ и с₄ штепсельных розеток 9-12.

Колодка работает следующим образом.

При подключении потребителей с помощью заявляемой сетевой штепсельной колодки к первичной (питающей) сети переменного тока питающее напряжение беспрепятственно поступает через помехоподавляющий фильтр 7, дроссели 13-16 и розетки 9-12 на подключенные устройства, поскольку токи питания, протекающие по обмоткам дросселей, являются противофазными и не подавляются ими. При генерировании подключенными к штепсельной колодке устройствами паразитных симметричных сигналов дроссели 13-16 блокируют их распространение как по цепям защитного заземления благодаря сопротивлению потерь, образующемуся в цепях экранирующих оплеток обмоток дросселей, так и по проводам питания, действуя как нейтрализующие трансформаторы, но в существенно более широкой полосе частот, поскольку провода обмоток дросселей заключены в экран, что предотвращает обычное для известных нейтрализующих трансформаторов распространение высокочастотных помех через межвитковые емкости. Блокирование распространения симметричных высокочастотных сигналов по защитному заземлению предотвращает не только проникновение помех, создаваемых потребителями, друг к другу и в первичную сеть, но и утечку информации. Сопротивление потерь в цепях экранирующих оплеток обмоток дросселей обеспечивает также подавление внешних симметричных высокочастотных помех, поступающих из окружающего пространства (от промышленных установок, транспорта и т.д.). Помехоподавляющий фильтр 7 осуществляет подавление наряду с симметричными несимметричных помех, проникающих из первичной сети. Симметричные высокочастотные помехи первичной сети дополнительно подавляются дросселями 13-16 аналогичным описанному выше образом.

В опытных образцах использованы стандартная трехполюсная штепсельная вилка и четыре стандартные трехконтактные штепсельные розетки. Помехоподавляющий LC-фильтр состоит из нейтрализующего трансформатора обычного типа на кольцевом сердечнике К40 х 25 х 11 из феррита марки 4000 НМ и двух проходных фильтров типа Б6-23В на выходе. Каждый из четырех дросселей выполнен на кольце К40 х 25 х 11 из феррита марки 4000 НМ и имеет обмотку из семи витков двухпроводного экранированного провода с полихлорвиниловой оболочкой. Опытные образцы обеспечивают на каждом из четырех выходов частоту среза 300 кГц и затухание не менее 60 дБ в диапазоне 1-1000 МГц.

Промышленная осуществимость изобретения видна из описания предлагаемой колодки в статике и динамике и подтверждается фактом изготовления и успешного испытания опытных образцов. Схемный принцип колодки сохраняется и для трехфазной сети.