Защита от тока утечки подавляющее большинство бытовых электроприборов не имеют защитного заземления. Международный стандарт требует наличия дополнительного контакта заземления в сетевых вилках и розетках, но даже с ним не обеспечивается полная безопасность при пользовании электроприборами. А использовать в качестве заземляющей линии нулевой провод сети категорически запрещено, так как обрыв линии может привести к появлению на нулевом проводе сетевого напряжения!
Кроме того, сетевые предохранители и автоматические защитные устройства могут не сработать при небольшом токе утечки, возникающем при касании человеком фазного провода сети, но этого тока вполне достаточно для поражения человека (например, автоматы в электрощитах срабатывают от тока свыше 5 А, а поражающий ток для человека составляет 0,1 А). Избежать электро травм поможет предлагаемая автоматическая защита от тока утечки, которое отключит неисправный электроприбор, как только на его корпусе появится напряжение утечки, т.е. раньше, чем сработает защита сети. Защита от тока утечки электрически не связано с нагрузкой и выполнено как переходник.
Блок-схема защита от тока утечки содержит:
— транзисторный триггер;
— тиристорное релейное устройство;
— трансформаторы тока;
— стабилизированный источник для питания устройства;
— светодиодную сигнализацию.
Работа защита от тока утечки основана на контроле тока в цепях питания нагрузки. Напряжения на обмотках трансформаторов тока Т1 и Т2, пропорциональные протекающему току нагрузки, алгебраически суммируются, и их сумма при отсутствии утечки равна нулю.
Превышение тока в одной из цепей питания нагрузки (утечка) создает разность магнитных полей в трансформаторах, возникает разностное напряжение, которое выпрямляется мостом VD1, сглаживается конденсатором фильтра С4 и поступает на транзисторный триггер VT1, VT2. Конденсатор С2 на входе выпрямительного моста VD1 устраняет ложные срабатывания устройства от помех в сети. В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, a VT2 открыт, напряжение на управляющем электроде тиристора VS1 близко к напряжению на его катоде (Uпит), и он также закрыт. Реле К1 выключено, поэтому через его нормально замкнутые контакты К1.1 и К1.2 сетевое напряжение подается на нагрузку (подключенный электроприбор).
Когда уровень напряжения на базе VT1 превышает пороговый, т.е. ток утечки становится больше заданного, транзистор VT1 открывается, a VT2 закрывается. Напряжение на управляющем электроде тиристора стремится к нулю (анодному потенциалу), тиристор открывается и включает реле. Контакты реле при этом размыкаются и обесточивают нагрузку. Резистор R3 позволяет установить необходимую чувствительность триггера в зависимости от характеристик транзисторов и трансформаторов.
Поскольку в цепи постоянного тока тиристор остается включенным даже после снятия открывающего напряжения с управляющего электрода, устройство осуществляет блокировку и оставляет нагрузку в отключенном состоянии. Для включения нагрузки после выявления причины утечки и ее устранения нужно отключить и повторно включить устройство защиты. Схема питания защита от тока утечки сострит из сетевого трансформатора Т3 (напряжение на вторичной обмотке — 12 В/0,1 А), выпрямительного моста VD3, сглаживающих конденсаторов С3, С6 и интегрального стабилизатора на микросхеме DA1. Индикация включения устройства выполнена на светодиоде HL1.
Трансформаторы тока Т1 и Т2 выполнены на ферритовых кольцах диаметром 18 мм из феррита 2000НМ. Они содержат обмотки, состоящие из 96 витков провода ПЭЛ-2 00,1 мм. Сетевые провода питания нагрузки пропущены через внутренние отверстия ферритовых колец. Типы используемых элементов и их возможные замены указаны в таблице. Детали защита от тока утечки размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 100×50 мм. Чертеж платы и расположение деталей показаны на рисунке.
Готовая плата устанавливается в пластмассовую монтажную коробку БП-1 с розеткой для подключения нагрузки. Индикаторные светодиоды выносятся на внешнюю панель корпуса, трансформаторы тока закреплены на плате “навесом”. Регулировка защита от тока утечки заключается в установке чувствительности транзисторного триггера. При отсоединенных от схемы трансформаторах Т1 и Т2 резистор R3 устанавливают в положение, когда включается реле К1, и плавно возвращают движок резистора немного назад, чтобы триггер отключился. Контроль переключения можно отследить по светодиоду HL2: его свечение указывает на включенное состояние нагрузки, потухание — на отключенное (аварийное состояние). Концы обмоток трансформаторов Т1, Т2 соединяют последовательно так, чтобы при подключении нагрузки (например, настольной лампы) переменное напряжение на конденсаторе С2 было равно нулю.
Создав искусственную утечку, т.е. подав переменное напряжение величиной 1 …5 В (с вторичной обмотки любого сетевого трансформатора) через ограничивающий резистор сопротивлением 100 Ом на выпрямитель VD1, прослеживают выключение нагрузки. Трансформаторы Т1, Т2 при этом отключать не следует. Защита от тока утечки предназначено для защиты потребителей мощностью не более 200 Вт. Электроприборы большей мощности следует подключить через электромагнитный пускатель, катушку которого запитать от сети через нормально замкнутые контакты реле К1 (К1.1 или К1.2).