устройство для контроля наличия напряжения

Формула изобретения

Устройство для контроля наличия напряжения, содержащее изоляционный корпус, первый и второй входные контакты, предназначенные для подключения к электрической сети и соединенные с индикатором, сенсорный контакт, связанный с одним выводом резистора, другой вывод которого соединен с индикатором, отличающееся тем, что в устройство введены первый, второй и третий выходные контакты, первый и второй блоки коммутации для подключения соответственно потенциала фазы электрической сети через первый входной контакт к первому выходному контакту и нулевого потенциала через второй входной контакт ко второму выходному контакту, блок индикации для индикации подключения первого входного контакта к фазовому проводнику сети, блок сравнения, второй блок управления для управления вторым блоком коммутации, блоком индикации и первым блоком управления, который предназначен для управления первым блоком коммутации, и блок питания, причем индикатор выполнен в виде блока сравнения, второго блока управления, блока индикации и блока питания, при этом выход блока сравнения соединен со входом второго блока управления, связанного выходом со входом блока индикации, первый входной контакт подключен к одному входу блока сравнения, с другим входом которого связан выход резистора, выход второго блока управления соединен с управляющим входом второго блока коммутации и первым входом блока управления, выход которого соединен с управляющим входом первого блока коммутации, первый входной контакт подключен к коммутируемому входу первого блока коммутации, второй входной контакт подключен к коммутируемому входу второго блока коммутации, а выходы первого и второго блоков коммутации соединены соответственно с первым и вторым выходными контактами, второй входной контакт подключен к третьему выходному контакту, первый и второй входные контакты подключены к соответствующим входам блока питания, выход которого соединен с блоками сравнения, индикации, первого и второго блоков управления.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности к индикаторам, и может быть использовано при обслуживании и ремонте электрических сетей и приборов, а также при эксплуатации электроприборов бытового и аналогичного назначения.

В практике контроля электрической сети при ее повреждении используются различные устройства, позволяющие обнаружить неисправность для последующего ее устранения, предохранить потребителя от поражения электрическим током. Эти устройства являются несовершенными ввиду того, что не позволяют определить обрыв нулевого провода сети, не исключают возможность поражения электрическим током и имеют кратковременный характер использования, так как не предназначены для использования в процессе эксплуатации электрооборудования.

Известно устройство для контроля наличия напряжения, которое содержит изоляционный корпус, имеющий неподвижный контакт, предназначенный для касания с токоведущей шиной и соединенный через резистор с одним концом газоразрядной лампы, второй конец которой предназначен для касания рукой оператора (см. "Правила применения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках". Издание седьмое. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 18-19).

Устройство предназначено для определения фазы в электрической сети переменного тока и не может быть использовано для определения других электрических параметров, что и является недостатком.

Наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является переносное устройство для контроля наличия напряжения, содержащее изоляционный корпус с неподвижным контактом, который предназначен для касания с токоведущей шиной и соединенный через резистор с одним зажимом газоразрядной лампы, а другой зажим газоразрядной лампы предназначен для касания рукой оператора. Устройство дополнительно оснащено шарнирно закрепленным на изоляционном корпусе вторым контактом, электрически соединенным с другим зажимом газоразрядной лампы, а также дополнительной цепочкой, состоящей из резистора и газоразрядной лампы (см. авторское свидетельство СССР N 1686531, H 01 H 85/30, 1991).

Устройство обеспечивает как индикацию наличия фазного напряжения в электрической сети переменного тока, так и определяет целостность предохранителя, чем и ограничиваются его функциональные возможности.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства с более расширенными функциональными возможностями, такими как непрерывное определение наличия фазного напряжения в электрической сети переменного тока, подключение к двухпроводной электрической сети переменного тока нагрузки с трехпроводной шиной питания (с защитным заземляющим проводом), отключение нагрузки от электрической сети при изменении фазы и в случаях обрыва любого проводника электрической сети.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для контроля наличия напряжения, содержащее изоляционный корпус, первый и второй входные контакты, предназначенные для подключения к электрической сети и соединенные с индикатором, сенсорный контакт, связанный с одним выводом резистора, другой вывод которого соединен с индикатором, введены первый, второй и третий выходные контакты, первый и второй блоки коммутации для подключения соответственно потенциала фазы электрической сети через первый входной контакт к первому выходному контакту и нулевого потенциала через второй входной контакт ко второму выходному контакту, блок индикации для индикации подключения первого входного контакта к фазному проводнику сети, блок сравнения, второй блок управления для управления вторым блоком коммутации, блоком индикации и первым блоком управления, который предназначен для управления первым блоком коммутации, и блок питания, причем индикатор выполнен в виде блока сравнения, второго блока управления, блока индикации и блока питания, при этом выход блока сравнения соединен со входом второго блока управления, связанного выходом со входом блока индикации, первый входной контакт подключен к одному входу блока сравнения, с другим входом которого связан второй вывод резистора, выход второго блока управления соединен с управляющим входом второго блока коммутации и входом первого блока управления, выход которого соединен с управляющим входом первого блока коммутации, первый входной контакт подключен к коммутируемому входу первого блока коммутации, второй входной контакт подключен к коммутируемому входу второго блока коммутации, а выходы первого и второго блоков коммутации соединены соответственно с первым и вторым выходными контактами, второй входной контакт подключен к третьему выходному контакту, первый и второй входные контакты подключены к соответствующим входам блока питания, выход которого соединен с блоками сравнения, индикации, первого и второго блоков управления.

Такое сочетание существенных признаков изобретения позволяет получить новый ранее не известный технический результат, а именно:

- непрерывное определение наличия напряжения фазы в электрической сети;

- подключение к двухпроводной электрической сети переменного тока нагрузки с трехпроводной шиной питания;

- отключение нагрузки от электрической сети при изменении фазы и в случаях обрыва любого проводника электрической сети.

Изобретение поясняется описанием и блок-схемой, изображенной на чертеже.

Устройство состоит из изоляционного корпуса 1, первого 2 и второго 3 входных контактов для подключения к электрической сети, сенсорного контакта 4 для касания рукой оператора, резистора 5 и индикатора, состоящего из блока сравнения 6, второго блока управления 7, блока индикации 8 и блока питания 9. Кроме того, в устройство введены первый блок управления 10, первый 11 и второй 12 блоки коммутации, первый 13, второй 14 и третий 15 выходные контакты, а также фильтр высоких частот 16.

Один вход блока сравнения 6 соединен с первым входным контактом 2, другой вход через фильтр высоких частот 16 и резистор 5 - с сенсорным контактом 4, а выход блока сравнения 6 соединен со входом второго блока управления 7, подключенного своим выходом ко входу блока индикации 8. Входы блока питания 9, входящего в состав индикатора, соединены с первым 2 и вторым 3 входными контактами, а его выход соединен с блоками сравнения 6, индикации 8, первым 10 и вторым 7 блоками управления. Выход второго блока управления 7 подключен также к управляющему входу второго блока коммутации 12 и ко входу первого блока управления 10, выход которого связан с управляющим входом первого блока коммутации 11. Первый 2 и второй 3 входные контакты соединены соответственно с коммутирующими входами первого 11 и второго 12 блоков коммутации, выходы которых подключены соответственно к первому 13 и второму 14 выходным контактам устройства. Второй входной контакт 3 подсоединен дополнительно к третьему выходному контакту 15.

В качестве второго 7 и первого 10 блоков управления может быть применена, например, известная схема асинхронного RS-триггера (см. П. Хоровиц, У. Хилл, "Искусство схемотехники", том 1, М.: Мир, 1984 г., с. 540) с цепью автоматического сброса при включении питания (см. П. Хоровиц, У. Хилл, "Искусство схемотехники". Том 1. М.: Мир, 1984, с. 588), причем входом блока управления является S-вход, а выходом - прямой выход триггера.

В качестве блока индикации 8 может быть применена, например, известная схема (см. "Массовая радиобиблиотека", выпуск 1134. Схема сигнализации о выходе из строя предохранителя. - М.: Радио и связь, 1990), состоящая из мультивибратора, транзисторного усилителя тока, в цепь коллекторной нагрузки которого включен светоизлучающий диод, причем входом блока индикации является вход мультивибратора.

В качестве первого 11 и второго 12 блоков коммутации могут быть применены, например, реле постоянного тока с замыкающими контактами, в данном случае управляющим входом являются выводы катушки реле, коммутирующим входом - один из замыкающих контактов, а выходом - другой замыкающий контакт.

Блок питания 9 выполнен по известной мостовой схеме выпрямления с параметрическим стабилизатором напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При подключении устройства к токопроводящим шинам двухпроводной электрической сети переменного тока с помощью первого 2 и второго 3 входных контактов на выходе блока питания 9, при наличии напряжения в сети, устанавливается напряжение постоянного тока, которое используется для питания и обеспечения рабочих режимов элементов блока сравнения 6, первого 10 и второго 7 блоков управления и блока индикации 8.

В первоначальном состоянии на выходе блока сравнения 6 устанавливается сигнал низкого уровня, также сигнал низкого уровня будет установлен на выходах второго 7 и первого 10 блоков управления (за счет начальной установки триггеров блоков при включении питания). Сигнал низкого уровня с выхода второго блока управления 7 поступает на вход блока индикации 8, при этом мультивибратор блока находится в заторможенном состоянии и светоизлучающий диод светится непрерывно. Сигналы низкого уровня с выходов второго 7 и первого 10 блоков управления, поступая на управляющие входы соответственно второго 12 и первого 11 блоков коммутации, не вызывают срабатывания реле блоков, при этом их замыкающие контакты остаются разомкнутыми и второй 14 и первый 13 выходные контакты будут отключены от электрической сети.

В этом режиме устройство работает как индикатор наличия напряжения в электрической сети. При обрыве любого из двух проводников электрической сети или в случае отключения напряжения в сети напряжение на выходе блока питания 9 отсутствует и светоизлучающий диод блока индикации 8 не светится.

Для подключения потенциала фазы электрической сети через первый входной контакт 2 к первому выходному контакту 13, а нулевого потенциала через второй входной контакт 3 ко второму выходному контакту 14 необходимо коснуться рукой к сенсорному контакту 4 устройства, подключенного предварительно к электрической сети с помощью первого 2 и второго 3 входных контактов. В этом случае нулевой потенциал руки оператора поступает через резистор 5, выполняющий роль защитного импеданса, на вход фильтра высоких частот 16, который служит для исключения ложного срабатывания устройства от статического электричества в момент касания сенсорного контакта 4. Сигнал с выхода фильтра высоких частот 16 поступает на один вход блока сравнения 6, другой вход которого подключен посредством первого входного контакта 2 к потенциалу фазы электрической сети. На выходе блока сравнения 6 формируется положительный перепад напряжения, который поступает на вход второго блока управления 7 и устанавливает на его выходе сигнал высокого уровня.

Второй блок управления 7 выполнен таким образом, что, в зависимости от выходного сигнала блока сравнения 6, на его выходе изменяется уровень сигнала, который поступает на вход блока индикации 8 и изменяет режим его работы, при этом мультивибратор генерирует частоту и светоизлучающий диод блока индикации 8 начинает светиться в прерывистом режиме, свидетельствуя о подключении первого входного контакта 2 к фазному проводнику. Выходной сигнал высокого уровня с выхода второго блока управления 7, кроме того, поступает на управляющий вход второго блока коммутации 12, в результате чего срабатывает реле блока, замыкающие контакты которого подключают нулевой потенциал проводника электрической сети через второй входной контакт 3 ко второму выходному контакту 14, и на вход первого блока управления 10.

Первый блок управления 10 выполнен аналогично второму блоку управления 7, поэтому под воздействием сигнала с выхода второго блока управления 7 на его выходе изменяется уровень сигнала, который воздействует на управляющий вход первого блока коммутации 11 и приводит к срабатыванию реле, замыкающие контакты которого подключают потенциал фазы проводника электрической сети через первый входной контакт 2 к первому выходному контакту 13.

Поскольку нулевой потенциал проводника электрической сети через второй входной контакт 3 поступает непосредственно на третий выходной контакт 15, обеспечивается возможность подключения к двухпроводной электрической сети нагрузки с трехпроводной шиной питания (с защитным заземляющим проводом), причем необходимо, чтобы второй выходной контакт 14 был подключен к защитному заземляющему проводу шины питания нагрузки.

В таком состоянии, когда напряжение сети подключено к выходным контактам и обеспечивается подключение нагрузки к электрической сети, устройство будет находиться за счет установившихся сигналов высокого уровня на выходах второго 7 и первого 10 блоков управления до тех пор, пока не исчезнет напряжение в электрической сети или устройство не отключат от сети.

При появлении напряжения в электрической сети или повторном подключении устройства к сети с помощью первого 2 и второго 3 входных контактов с соблюдением условия подключения первого входного контакта 2 к проводнику электрической сети с потенциалом фазы, устройство установится в режим индикации наличия напряжения в сети по причине сигналов низкого уровня на выходах второго 7 и первого 10 блоков управления (за счет начальной установки триггеров блоков при включении питания) и реле второго 12 и первого 11 блоков коммутации будут обесточены - замыкающие контакты обоих реле остаются разомкнутыми и второй 14 и первый 13 выходные контакты будут отключены от электрической сети. Светоизлучающий диод блока индикации 8 будет включен в режим непрерывного свечения по причине низкого уровня сигнала на его входе.

Для повторного подключения нулевого потенциала электрической сети через второй входной контакт 3 ко второму выходному контакту 14, а потенциала фазы через первый входной контакт 2 к первому выходному контакту 13 с целью обеспечения подключения нагрузки к электрической сети необходимо коснуться рукой сенсорного контакта 4. На выходе блока сравнения 6 сформируется положительный перепад напряжения, который установит на выходах второго 7 и первого 10 блоков управления сигналы высокого уровня, под воздействием которых сработают соответственно реле второго 12 и первого 11 блоков коммутации и их замыкающие контакты подключат соответственно второй 14 и первый 13 выходные контакты к электрической сети, о чем будет свидетельствовать прерывистое свечение светоизлучающего диода блока индикации 8.

Если при подключении устройства к электрической сети первый входной контакт 2 устройства окажется подключенным к проводнику сети с нулевым потенциалом, то при касании рукой оператора сенсорного контакта 4 на оба входа блока сравнения 6 будут поступать два одинаковых нулевых потенциала - от первого входного контакта 2 и сенсорного контакта 4, поэтому сигнал на выходе блока сравнения 6 не изменится, останется на низком уровне. По этой причине не изменятся сигналы низкого уровня на выходах второго 7 и первого 10 блоков управления, реле второго 12 и первого 11 блоков коммутации останутся обесточенными, а их замыкающие контакты - разомкнутыми, второй 14 и первый 13 выходные контакты устройства - отключенными от электрической сети. Сигнал низкого уровня на выходе второго блока управления 7, поступая на вход блока индикации 8, поддерживает непрерывное свечение его светоизлучающего диода.

Автором разработана конструкторская и технологическая документация, изготовлена оснастка, выпущена установочная партия изделий. По результатам испытаний изделие сертифицировано.