Защитное электрошоковое устройство
Защитное электрошоковое устройство относится к системам охраны объектов от проникновения воздействием на нарушителя высоковольтным импульсным электрическим током. Устройство содержит включаемый в промышленную сеть блок I преобразователя импульсный (БПИ), подключенный к генератору высоковольтных импульсов - блоку II высоковольтных усилителей (БВУ), содержащему силовой конденсатор и формирователь пачек импульсов управления, блок III регулировки высоковольтного напряжения, высоковольтный трансформатор IV с крутопадающей внешней характеристикой и электризуемые токопроводящие элементы V, касание которых невозможно избежать при попытке проникновения в/на охраняемый объект. При приближении нарушителя на 15-25 мм к находящимся под напряжением электризуемым элементам, возникает дуговой разряд, сопровождающийся свечением дуги и характерным треском. Электрическое воздействие осуществляется высоковольтным импульсным током перезаряда емкости тела нарушителя, причиняя сильные болевые ощущения и психологическое воздействие. При этом отсутствует эффект «приковывания» к электризуемым элементам и не причиняется вред здоровью.
1 н.п.ф., 1 илл.
Полезная модель относится к системам охраны, основанным на применении электрической энергии, и предназначена для защиты стационарных и подвижных объектов гражданского и ведомственного назначения от несанкционированного проникновения. Полезная модель может применяться для защиты производственных, административных, хозяйственных объектов и территорий - в качестве электризуемых заграждений, отдельных помещений внутри зданий или отдельных объектов, таких как сейфы, металлические двери, решетки на окнах, дверные замки и т.п., а также подвижных средств (автомобильного, железнодорожного и водного транспорта)
Система препятствует попыткам проникновения в/на охраняемые объекты воздействием на нарушителя высоковольтным импульсным электрическим током от специальных источников электропитания, вызывающим сильные болевые ощущения, но не представляющим опасности для жизни.
Известно охранное устройство, реализующее способ предотвращения несанкционированного проникновения на охраняемый объект. Сущность способа заключается в электрическом воздействии на живой организм высоковольтным импульсным током перезаряда емкости тела по однополярной схеме при отсутствии надежного контакта с землей, что обеспечивает его эффективность. При этом сила воздействия практически не зависит от изоляционных качеств одежды и обуви: оно неизбежно даже при изолированном от земли нарушителе. Вызываемые ощущения обеспечивают устойчивую рефлекторную реакцию отказа нарушителя от продолжения попытки проникновения на охраняемый объект, но не ведут при этом к физиологическим последствиям. (RU 2084959).
Устройство содержит электризуемые токопроводящие элементы, касание которых неизбежно при попытке проникновения, находящиеся под напряжением высоковольтного импульсного электрического тока. Токопроводящие элементы подсоединены к источнику электропитания через блок питания, высоковольтный трансформатор и генератор высоковольтных импульсов с времязядающим устройством, к шинам электропитания подключены последовательно соединенные зарядный резистор, диод и силовой конденсатор, параллельно которому подключена цепь из управляемого электронного ключа и первичной обмотки высоковольтного трансформатора.
При приближении к электризуемым элементам объекта происходит дуговой пробой, сопровождаемый характерным свечением и треском, нарушитель испытывает болезненные ощущения, эффект воздействия которого аналогично действию индивидуального средства защиты от нападения (электрошокового устройства).
Это устройство принято в качестве прототипа предложенной полезной модели. (RU 2084959).
К недостаткам данного устройства, выявленным в процессе его эксплуатации, можно отнести следующее:
в случае выхода из строя управляемого электронного ключа с замыканием не исключена возможность прохождения тока сети через вторичную обмотку трансформатора и попадание нарушителя под сетевой электрический потенциал;
необходимость использования токоограничительного резистора большой мощности в целях повышения пожаробезопасности, т.к. при некоторых режимах работы устройства наблюдалась потеря энергии в нем (нагрев); ограниченную площадь, защищаемую одним устройством, а при использовании на одном канале нескольких высоковольтных блоков режим перезаряда силового конденсатора может быть неустойчивым.
Величина (уровень) напряжения на линейной части существенно зависит от массогабаритных показателей электризуемых элементов. При этом отсутствует возможность регулирования напряжения в рабочем цикле, что также можно отнести к недостаткам данного устройства.
Задача создания полезной модели состояла в устранении данных недостатков.
Технический результат состоит в расширении арсенала технических средств защиты объектов от несанкционированного проникновения нарушителей.
Технический результат достигается тем, что защитное электрошоковое устройство, содержащее электризуемые токопроводящие элементы, подсоединененные к источнику электропитания через блок питания, высоковольтный трансформатор и генератор высоковольтных импульсов с времязадающим устройством и последовательно соединенными зарядным резистором, диодом и силовым конденсатором, подключенным к шинам электропитания, параллельно которому подключена цепь из управляемого электронного ключа и первичной обмотки высоковольтного трансформатора, снабжено блоком регулировки высоковольтного напряжения, из последовательно соединенных выключателя, предохранителя, резистора регулировки напряжения, блок питания снабжен разделительным трансформатором и регулятором рабочего цикла силового конденсатора, а генератор высоковольтных импульсов снабжен последовательно соединенными дросселем и обратным диодом, подключенным к шинам электропитания параллельно силовому конденсатору. При этом регулятор рабочего цикла силового конденсатора выполнен в виде выпрямительного моста, подключенного к вторичной обмотке разделительного трансформатора, к выходу выпрямительного моста подключен фильтрующий накопительный конденсатор, к одной из клемм которого подключен размыкающий контакт электронного реле. Регулятор рабочего цикла силового конденсатора может быть выполнен в виде выпрямительного диода, подключенного к вторичной обмотке разделительного трансформатора. Кроме того, система электропитания снабжена дополнительными каналами (цепями), каждый из которых состоит из последовательно соединенных первичной обмотки высоковольтного трансформатора и управляемого электронного ключа, подключенного параллельно силовому конденсатору, и формирователя пачек импульсов управления, вход которого связан с управляющим выходом времязадающего устройства, а выходы формирователя подключены к управляющим входам соответствующих электронных ключей. При этом устройство снабжено индикатором подачи напряжения на линейную часть, подключенным последовательно через токоограничительный резистор в цепь блока регулировки высоковольтного напряжения.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлена принципиальная схема защитного электрошокового устройства.
Устройство содержит блок питания системы электропитания - блок I преобразователя импульсный (БПИ), генератор высоковольтных импульсов - блок II высоковольтных усилителей (БВУ), блок регулировки высоковольтного напряжения III, высоковольтный трансформатор с крутопадающей внешней характеристикой IV, и электризуемые токопроводящие элементы - V.
Блок I преобразователя импульсный (БПИ), включенный в бытовую сеть (220 В, 50 Гц) через двухполюсный замыкатель 1 и сетевой фильтр 2, подключен к генератору высоковольтных импульсов II, состоящему из подключенных к шинам электропитания 3 силового конденсатора 4, формирователя пачек импульсов управления 5 и последовательно соединенных индуктивности (дросселя) 6 и обратного диода 7, стабилизирующих рабочий режим перезаряда силового конденсатора 4, а также управляемый электронный ключ 8.
Для регулирования рабочего цикла силового конденсатора 4 блок питания I снабжен разделительным трансформатором 9 и отсекателем обратной полуволны синусоиды питающего тока в виде либо выпрямительного моста 10, подключенного к выводам вторичной обмотки разделительного трансформатора 9, либо в виде выпрямительного диода, и фильтрующий накопительный конденсатор 11, подключенный параллельно первичной обмотке высоковольтного трансформатора 12. К одной из клемм конденсатора 11 подключен размыкающий контакт 13 электронного реле.
К выводам постоянного тока выпрямительного моста 10 подключены шины электропитания 3 генератора импульсов II.
Блок II высоковольтных усилителей (БВУ), подключен высоковольтными однопроводными проводами к электризуемым элементам 14 защищаемых объектов, касание которых неизбежно при попытке проникновения. Такими элементами могут быть металлические конструкции (ручки и замки дверей, решетки и т.п.), специальные изолированные от земли сетчатые конструкции и др.
Для того, чтобы избежать высоковольтного пробоя со вторичной на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 12, выхода из-за этого из строя элементов генератора высоковольтных импульсов II параллельно первичной обмотке высоковольтного трансформатора 12 подключен защитный диод 15.
Для стабилизации работы системы она снабжена блоком III регулировки высоковольтного напряжения, обеспечивающим защитно-регулировочную функцию, выполненным из последовательно соединенных выключателя 16, предохранителя 17, резистора регулировки напряжения 18 и токоограничивающего резистора 19. Индикатором подачи напряжения на линейную часть служит светоизлучающий диод 20.
Для обеспечения возможности защиты объектов большой площади или протяженности при снижении расхода электроэнергии система электропитания снабжена дополнительными цепями (каналами) из соединенных последовательно первичной обмотки высоковольтного трансформатора 12 и управляемого электронного ключа 8, подключенными параллельно силовому конденсатору 4 и формирователем пачек импульсов управления 5, вход которого связан с управляющим выходом времязадающего устройства, а выходы формирователя 5 подключены к управляемым выводам соответствующих электронных ключей. Система электропитания содержит n каналов, связанных с электризуемыми элементами - блоки V. Экспериментально было установлено, что оптимальным является использование от 1 до 6 таких каналов.
Защитное электрошоковое устройство работает следующим образом. При включении устройства в электросеть (220 В, 50 Гц) двухполюсным замыкателем 1 через элементы сетевого фильтра 2 запитывается первичная обмотка разделительного трансформатора 9. От вторичной его обмотки заряжается силовой конденсатор 4 до напряжения около 300 В. В том случае, если необходимо изменить уровень физиологического воздействия, регулировка рабочего цикла силового конденсатора осуществляется с помощью выпрямительного моста 10. В том случае, когда отсутствует необходимость изменять частоту импульсов, подаваемых на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 12, регулировка рабочего цикла силового конденсатора осуществляется с помощью выпрямительного диода 7, отсекающего обратную полуволну питающей синусоиды, и импульсы следуют с неизменной частотой 50 Гц. Зарядка силового конденсатора 4 происходит при замыкании размыкающего контакта 13.
При поступлении импульса на управляющий электрод электронного ключа 8 от формирователя импульсов 5, открывается и замыкается цепь силовой конденсатор 4 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора 12. На вторичной обмотке высоковольтного трансформатора формируется высоковольтный импульс, подаваемый на электризуемые элементы 14. При попытке прикоснуться к объекту при приближении к элементу 14 уже на расстояние 15-25 мм между ним и рукой происходит дуговой разряд, оказывая физиологическое воздействие на нарушителя, вызывая рефлекторную реакцию отдергивания.
Силовой конденсатор 4 перезаряжается до обратного напряжения, после чего начинается его обратная перезарядка через тиристор электронного ключа 8, первичную обмотку высоковольтного трансформатора 12 в колебательном режиме. При этом тиристор электронного ключа 8 запирается и дальнейший процесс перезаряда силового конденсатора 4 осуществляется через обратный диод 7 и дроссель 6 до уровня, определяемого параметрами этой цепи. Этим достигается стабилизация рабочего режима перезаряда силового конденсатора 4.
В зависимости от протяженности электризуемых элементов 14 и типа высоковольтного трансформатора 12 напряжение на них может меняться и превысить при этом рабочий диапазон воздействия (20-25 кВ).
Регулировка напряжения на электризуемом элементе 14 осуществляется с помощью блока III. Через выключатель 16, предохранитель 17 и регулирующий резистор 18 импульсное напряжение подается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 12. Возможность снижения значения воздействующего напряжения до рабочего диапазона обеспечивается переменным резистором 18.
Предохранитель 17 необходим для того, чтобы защитить электронную часть блока II от возможности пробоя со вторичной на первичную обмотки высоковольтного трансформатора 12. При пробое на обмотках происходит перегорание предохранителя 17, что позволяет одновременно обеспечить как оптимальный уровень воздействия на человека, так и сохранность элементов системы от перенапряжения. По отсутствию свечения индикаторного светодиода 20 обслуживающий персонал имеет возможность быстро определить неисправный канал.
При приближении нарушителя к электризуемым элементам 14 происходит дуговой разряд, сопровождающийся свечением дуги и характерным треском. Попытка прикосновения вызывает воздействие, похожее на воздействие электрошоковых устройств индивидуальной защиты. Это воздействие вынуждает нарушителя отказаться от попытки проникновения.
Случайное касание электризуемых элементов лицом, не имеющим цель несанкционированного проникновения на объект, не причинит вреда здоровью, будет понята однозначно и сознательный повторный контакт практически исключен.
Таким образом, полезная модель исключает недостатки прототипа, обладает высокой надежностью и простотой исполнения и представляет собой новое, эффективное более совершенное решение в арсенале технических средств охраны объектов от проникновения на них нарушителей.
1. Защитное электрошоковое устройство, содержащее электризуемые токопроводящие элементы, подсоединенные к источнику электропитания через блок питания, высоковольтный трансформатор и генератор высоковольтных импульсов с времязадающим устройством и последовательно соединенными зарядным резистором, диодом и силовым конденсатором, подключенным к шинам электропитания, параллельно которому подключена цепь из управляемого электронного ключа и первичной обмотки высоковольтного трансформатора, отличающееся тем, что оно снабжено блоком регулировки высоковольтного напряжения из последовательно соединенных выключателя, предохранителя и резистора регулировки напряжения, блок питания снабжен разделительным трансформатором и регулятором рабочего цикла силового конденсатора, а генератор высоковольтных импульсов снабжен последовательно соединенными дросселем и обратным диодом, подключенным к шинам электропитания параллельно силовому конденсатору.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор рабочего цикла силового конденсатора выполнен в виде выпрямительного моста, подключенного к вторичной обмотке разделительного трансформатора, к выходу выпрямительного моста подключен фильтрующий накопительный конденсатор, к одной из клемм которого подключен размыкающий контакт электронного реле.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор рабочего цикла силового конденсатора выполнен в виде выпрямительного диода, подключенного к вторичной обмотке разделительного трансформатора.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система электропитания снабжена дополнительными цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первичной обмотки высоковольтного трансформатора и управляемого электронного ключа, подключенного параллельно силовому конденсатору, и формирователя пачек импульсов управления, вход которого связан с управляющим выходом времязадающего устройства, а выходы формирователя подключены к управляющим входам соответствующих электронных ключей.
5. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено индикатором подачи напряжения на линейную часть, подключенным последовательно через токоограничительный резистор в цепь блока регулировки высоковольтного напряжения.
