 |
Выбор схемы защитного отключения для ЭВМ
|
|
|
|
Рассмотрим одну из мер обеспечения электробезопасности применительно к работе на ЭВМ - защитное отключение.
Для этого необходимо сначала охарактеризовать ЭВМ по степени опасности поражения электрическим током. ЭВМ пространственно разделена на 3 блока: монитор, клавиатура и собственно ЭВМ.
Клавиатура компьютера не имеет напряжений, превышающих значение ±12 В, поэтому работа с ней не требует обеспечения безопасности.
Остановимся на блоке ЭВМ. Он имеет металлический корпус, что может являться причиной возникновения опасности поражения. Напряжения, используемые в ЭВМ, не превышают 42 В, они имеют значения ±12 В и ±5 В. Но в первичной цепи питания компьютера - от сети общего пользования до первичной обмотки трансформатора напряжение составляет ~220 В. Это напряжение при попадании на корпус способно стать причиной поражения электрическим током.
Для исключения этой возможности можно осуществить заземление корпуса, зануление, или защитное отключение. Недостаток использования только заземления - есть вероятность того, что его сопротивление будет достаточно большим, чтобы напряжение на корпусе стало выше допустимого; использование защитного зануления исключено, поскольку при включении в сеть общего пользования с однофазным напряжением легко перепутать положение сетевого разъема, то есть 0 и фазу, всвязи с чем корпус компьютера окажется под напряжением, что неприемлемо. Защитное отключение в любом случае при появлении напряжения на корпусе осуществит отключение компьютера.
Монитор имеет нетоковедущий корпус из пластмассы, кроме этого, защитный фильтр, установленный непосредственно на экране ЭВМ и заземленный, что практически полностью исключает возможность поражения электрическим током при работе с компьютером, хотя электронно-лучевая трубка имеет опасные для жизни потенциалы, поэтому использование защитного отключения также целесообразно.
|
|
|
Предьявляемые к защитному отключению для ЭВМ требования следующие:
1. чувствительность, достаточная для срабатывания реле при появлении напряжений выше 42 В на корпусе; характеризуется соответствием возникающих при этом в реле токов и напряжений рабочим параметрам данного реле;
2. время срабатывания, t<0.2 с; соответствует времени срабатывания реле + время включения контактов (tср+tв£0.02с), временем реакции на включение (например, перегорание предохранителя) можно пренебречь;
3. селективонсть - применительно к ЭВМ она не имеет смысла, поскольку блоки настолько взаимосвязаны, что отключение любого из них равносильно отключению всей ЭВМ;
4. надежность, обеспечивается соответствием всех величин цепи оптимальным и качеством ее элементов;
5. самоконтроль исправности; необходим для систем с повышенной опасностью, где это целесообразно.
Требования, предъявляемые к чувствительности, определяются допустимой силой тока, проходящего через человека, время срабатывания - максимально возможной силой тока при непосредственном контакте с токоведущими частями. В качестве основного преимущества использования данного средства защиты приводится универсальность применяемых сетей, высокая надежность и низкая материалоемкость.
При расчете защитного отключения для защиты человека при прикосновении к корпусу ЭВМ, необходимо принять во внимание максимально допустимое время отключение напряжения tоткл=0.2 с, о котором говорилось ранее и которое обусловлено максимально допустимым током через человека.
Далее необходимо произвести выбор схемы защитного отключения, согласно особенностям его применения в ЭВМ. Этими особенностями являются:
|
|
|
-однофазное напряжение питания Uвх=220 В;
-необходимость перемещения элементов компьютера при проведении некоторых работ, что затрудняет использование заземления (в современных сетях электропитания заземление обязательно имеет возможность соединения с заземлением прибора посредством третьего контакта на сетевой розетке однофазного напряжения и на штепсельном разъеме прибора, то есть можно считать, что заземление обязательно присутствует и его использование не создает дополнительных трудностей);
-способное появиться на корпусе напряжение, опасное для жизни обслуживающего персонала - есть напряжение сети ~220 В.
Таким образом, схема защитного отключения должна иметь следующие характеристики:
-быть максимально простой, что увеличивает ее надежность;
-необходимо использовать разность потенциалов между землей и корпусом;
-поскольку реле способны коммутировать напряжения и токи с любыми характеристиками, но для работы используют в основной своей массе постоянные величины напряжений, необходимо применение выпрямителя;
-срабатывание защиты должно происходить моментально при возникновении опасных напряжений на корпусе.
Принципиальная схема защитного отключения, удовлетворяющего этим условиям, показана на рис.6.3. Применение резистора R1 необходимо для согласования реле по току. Далее приведен расчет всех необходимых величин и выбор удовлетворяющих условиям элементов.
Известно: ток, проходящий через предохранитель П1 не должен превышать 1А при условии нормального режима работы ЭВМ. Таким образом, предохранитель должен быть рассчитан на перегорание при больших значениях тока. Расчет начнем с выбора реле. Для коммутации сетевого напряжения при данном значении тока можно использовать слаботочное реле, например реле РЭС-6 - завальцованое в алюминиевый корпус, одно-стабильное (имеющее одно стабильное положение контактов в нерабочем положении, с одним или двумя замыкающими, размыкающими или переключающими контактами, питаемое постоянным током, предназначено для коммутации постоянного и переменного тока частотой 50-1000Гц. Исходя из выбранной схемы выберем его модификацию РФ0.452.110, имеющую два замыкающих контакта. Его технические характеристики следующие:
|
|
|
-сопротивление обмотки 2500 Ом
-ток срабатывания не более 15 мА
-рабочий ток обмотки 19-21 мА
-время нахождения обмотки под током до 7 мин
-напряжение на разомкнутых контактах до 250 В
-допустимый ток через контакты до 2 А
Теперь необходимо выбрать тип диодов для выпрямителя. Ими могут быть диоды Д226Г, способные выдерживать данное обратное напряжение и ток.
Реле не требует тщательной фильтрации выпрямленного тока для его сглаживания, поэтому достаточно применения в качестве фильтра одного конденсатора емкостью порядка нескольких микрофарад, что позволит подавить гармоники первого порядка, имеющие наибольшую амплитуду. Пусть это будет бумажный конденсатор, поскольку бумажные конденсаторы имеют большой диапазон рабочих напряжений (200-4000В) и значений (470пФ-10мкФ). Выберем значение емкости 4мкФ.
Найдем напряжение на выходе выпрямителя; его можно найти по формуле для двухполупериодного выпрямителя:
(7.10)
где U2m-максимальное значение сетевого напряжения, которое из действующего можно получить по формуле:
(7.11)
В разложении Фурье (4.2.1) можно пренебречь всеми слагаемыми, кроме первого, поскольку в данном расчете не требуется учета переменных составляющих, тогда можно определить выходное напряжение выпрямителя:
Теперь необходимо рассчитать сопротивление резистора R1, приняв во внимание, что ток через него равен току через реле К1 и должен равняться 20мА.
(Oм).
Мощность резистора равна:
PR1=R1´ i2=7500´0.022=3 (Вт)
Резистор такой мощности может быть выбран из серии ВС-3-7.5±5% мощностью 3 Вт и сопротивлением 7.5 кОм. Таким образом, произведен выбор всех элементов схемы; их электрические параметры не имеют запаса по величине, но этого и не требуется, потому что защитное отключение имеет импульсный режим работы, для которого предельные величины имеют более высокий уровень.
|
|
|
