RU2035810C1

RU2035810C1 - Receptacle with interference suppression

Info

Publication number: RU2035810C1
Application number: RU93019467A
Authority: RU
Inventors: А.М. Кадеев; Н.М. Фадеев
Original assignee: Малое научно-производственное предприятие "Ферро-Центр"
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: receptacle with interference suppression has line cord with line and zero insulated wires put into screening braiding, three-pole plug, case-screen composed of sealed section which houses interference suppression filter and sections incorporating three-contact sockets, metal base to carry filter and sockets, chokes, each including ring ferrite core and winding made of two insulated wires encapsulated in screening braiding and insulating PVC tube preventing formation of short-circuiting turns in braiding. EFFECT: improved safety and reliability of receptacle. 3 dwg

Description

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. The device relates to electrical engineering and is intended for the simultaneous connection to the AC network of several consumers of electricity with the suppression of interference propagating along the power and protective ground circuits.

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. Network plugs are used when it is necessary to include several personal computers (PCs), PC peripheral equipment, or other devices located in the same room in the power supply network. The actual problem in this situation is not only protecting consumers from peaks and current surges in the primary network, but also protecting consumers and the primary network from interference caused by devices connected to the plug, as well as preventing information leakage through the power supply and protective grounding circuits.

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. Known simple plug-in pads for branching electrical energy (for example, [1 and 2] containing a power cord with a plug and housed in the housing are power sockets connected in parallel to each other, a network switch with indicator lights and fuses.

Эти штепсельные колодки не обеспечивают защиты потребителей электроэнергии от помех. Их использование требует установки помехоподавляющего фильтра на входе питания в каждом из подключаемых устройств. These plug pads do not protect consumers of electricity from interference. Their use requires the installation of a noise suppression filter at the power input in each of the connected devices.

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. LC filters, incorporating a neutralizing transformer on a ferrite core and capacitors [3 and 4], are widely used to suppress network noise [3 and 4]. Filters of this type are installed inside the protected device or in the socket [3] or in the plug [4] using which it connects to the network.

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. The system of power distribution using an individual noise suppression filter in devices connected to the mains plug, as well as the system in which the noise suppression filter is integrated in a socket or plug, has a significant drawback, namely, the inability to prevent interference from penetrating the primary network and the power supply circuit of consumers connected devices and leakage of information from these devices through power circuits.

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. The closest in technical essence and combination of essential features to the claimed one is a commercially available power plug block with interference suppression [5] It contains a power cord consisting of a linear, neutral and earth wires, a three-pole plug installed in a metal casing-screen capacitive noise filter with capacitors, four three-pin plug sockets, mains switch with indicator light. The screen housing, the earth pole of the plug, earth contacts, plug sockets are connected to the ground bus. The line and zero inputs of the filter are respectively connected by wires to the poles of the plug. The line and zero outputs of this filter are connected in parallel to the socket contacts, respectively. The filter can be made radio-sealed.

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. This plug protects consumers from peaks and current surges in the primary network, but does not provide isolation from power circuits. As a result, the high-frequency interference caused by the devices connected to the plug-in connector freely penetrates the power and protective ground wires from one consumer to another, as well as to the primary network. This leads to malfunctioning of connected devices and information leakage. The basis of this drawback, in addition to the lack of isolation of consumers through the power supply circuits, is the fact that each of the consumer power cords acts as a receiving and transmitting antenna emitting spurious high-frequency signals into the surrounding space.

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. The objective of the invention is to prevent the penetration of symmetrical spurious signals generated by each of the devices connected to the plug in the power supply circuit of other devices powered by the plug and in the primary network.

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. This problem is solved in that in a network plug containing a three-pole plug with a power cord and a ground bus located in the screen housing, a radio-sealed noise suppression filter, the line and zero inputs of which are connected by wires of the power cord to the first and second poles of the plug, and a three-pin plug sockets for connecting consumers, the third contacts of the plug sockets and the third pole of the plug connected to the ground bus and the housing screen, introduced dros sat on the number of sockets, each of which contains an annular or toroidal core of soft magnetic material and a winding consisting of the first and second insulated wires enclosed in a shielding braid and an insulating sheath, while the first ends of the first and second wires of the inductor windings are connected respectively to a linear and zero outputs of the noise suppression filter, the second ends of the first and second wires of the inductor windings are connected respectively to the first and second contacts of the corresponding plugs lnyh outlets, the first ends of the shielding braids inductors windings are connected to the ground bus and the second ends of the shielding braids winding inductors are connected to third contacts corresponding sockets.

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. The technical result of the invention is to protect devices connected to the plug from mutual symmetrical high-frequency interference arising from the operation of these devices, to prevent the penetration of symmetric high-frequency interference into the primary network and information leakage through the power supply circuits, as well as to increase the suppression of symmetric high-frequency interference coming from the network.

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. The achievement of the specified technical result can be explained as follows. It was experimentally established that, under certain conditions, not only signal and supply wires, but also protective earth buses can act as an antenna, i.e. receive and emit high-frequency signals into the environment. This occurs with a decrease in the cross section of the ground bus below a certain value, and the smaller the cross section of the ground bus and the greater its length, the higher the efficiency of such an antenna. Therefore, even the use of noise suppression filters in combination with shielding of the supply and signal wires does not solve the problem of protecting consumers from high-frequency interference. In accordance with the invention, this problem is solved with respect to symmetrical interference by introducing into the protective earth circuit high-frequency loss resistances formed by turns of shielding braids of inductor windings. The loss resistance in the shielding braids of the windings of the chokes prevents the penetration of both external symmetrical noise and symmetric noise created by devices connected to the plug block into the power supply circuit of these devices and into the primary network. At the same time, leakage of information into the primary network is also prevented if the devices connected to the plug block are computer equipment or electronic devices having information storage and processing units. At the same time, the introduction of chokes into the plug, the winding of which contains power wires wound in parallel, provides high-frequency isolation of power consumers and, thus, blocks another way of the mutual penetration of symmetrical high-frequency interference. In addition, the chokes amplify the suppression of symmetrical noise coming from the primary network, acting in addition to the noise suppression filter included at the input of the plug.

На фиг.1 представлена электрическая схема заявляемой колодки; на фиг.2 и 3 показан дроссель. Figure 1 presents the electrical circuit of the inventive pads; figure 2 and 3 shows the throttle.

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. The block contains a power cord with linear and zero insulated wires enclosed in a shielding braid 3, a three-pole plug 4, a screen housing 5 consisting of a radio-sealed section 6, in which an interference suppression filter 7 is placed, which serves to suppress symmetric and asymmetric interference, and the section 8, where three-pin sockets 9-12 are located, a metal base (not shown) for installing a filter 7 and sockets 9-12, chokes 13-16, each of which contains (figure 2 and 3) an annular ferrite core 17 winding consisting of two insulated conductors 18 and 19 enclosed in the braided shield 20 and an insulating PVC pipe 21, prevents the formation of short-circuited turns braid. The block may also contain a network switch with an indicator light, power consumers switches with corresponding indicator lights and mains fuses.

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.The conclusions of the filter 7 are passed through the radio-sealed holes in the walls of the housing-screen 5. Linear 22 and zero 23 filter inputs are connected respectively to the poles a and b of the plug 4. Linear 24 and zero 25 filter outputs are connected to the first ends of the wires 18 and 19 of the choke windings, respectively 13-16, the second ends of which are connected respectively to the contacts a ₁ , a ₂ , a ₃ , a ₄ and contacts b ₁ , b ₂ , b ₃ , b _{4 of} plug sockets 9-12. The first ends of the shielding braids 20 of the windings of the inductors 13-16 are connected to the ground bus 26 connected to the shield body 5. The second ends of the shielding braids 20 of the windings of the inductors are connected to the corresponding contacts c, ₂ , ₃ and _{4 of the} sockets 9-12.

Колодка работает следующим образом. The block works as follows.

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. When consumers are connected using the inventive mains plug to the primary (supply) AC network, the supply voltage freely enters through the interference suppression filter 7, reactors 13-16 and sockets 9-12 to the connected devices, since the supply currents flowing through the windings of the reactors are out of phase and are not suppressed by them. When generating parasitic symmetric signals connected to the plug-in device, the chokes 13-16 block their propagation both along the protective ground circuits due to the loss resistance generated in the shielding circuits of the windings of the chokes, and along the power wires, acting as neutralizing transformers, but in a much wider frequency band, since the wires of the windings of the chokes are enclosed in a screen, which prevents the spread of the usual for known neutralizing transformers frequency interference through interturn capacitance. Blocking the propagation of symmetrical high-frequency signals through protective grounding prevents not only the interference caused by consumers from penetrating each other and into the primary network, but also information leakage. The loss resistance in the chains of the shielding braids of the inductor windings also suppresses the external symmetric high-frequency interference coming from the surrounding space (from industrial installations, vehicles, etc.). The interference suppression filter 7 suppresses along with symmetrical asymmetrical interference penetrating from the primary network. Symmetric high-frequency interference of the primary network is additionally suppressed by the chokes 13-16 in the same manner as described above.

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. The prototypes used a standard three-pole plug and four standard three-pin plug sockets. The noise suppressing LC filter consists of a conventional type neutralizing transformer on a K40 x 25 x 11 ring core made of 4000 Nm ferrite and two in-line B6-23V filters at the output. Each of the four chokes is made on a ring K40 x 25 x 11 of 4000 Nm ferrite and has a winding of seven turns of a two-wire shielded wire with a polyvinyl chloride sheath. Prototypes provide a cutoff frequency of 300 kHz and attenuation of at least 60 dB in the range of 1-1000 MHz at each of the four outputs.

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. The industrial feasibility of the invention is visible from the description of the proposed block in statics and dynamics and is confirmed by the fact of manufacturing and successful testing of prototypes. The circuit principle of the block is maintained for a three-phase network.

Claims

NETWORK PLUG BOX WITH SUPPRESSION SUPPRESSION, containing a three-pole plug with a shielded power cord and a ground bus located in the screen housing, a radio-sealed interference suppression filter, the line and zero inputs of which are connected by wires of the power cord to the first and second plug sockets for the plug connecting consumers, while the third contacts of the plug sockets and the third pole of the plug are connected to the ground bus and the screen housing, which is additionally introduced into it by the number of plug sockets, each of which contains an annular or toroidal core of magnetically soft material and a winding consisting of the first and second insulated wires enclosed in a shielding braid and an insulating sheath, the first ends of the first and second wires the inductor windings are connected respectively to the linear and zero outputs of the noise suppression filter, the second ends of the first and second wires of the inductor windings are connected respectively to the first and the second ends of the shielding braids of the windings of the chokes are connected to the ground bus, the second ends of the shielding braids of the windings of the chokes are connected to the third contacts of the corresponding sockets.