接地故障检测器以及用于检测接地故障的方法与流程

接地故障是电路中不希望的与地面或大地的连接。接地故障检测是人传送机中的安全电路或安全链的要求功能，例如全世界的任何电梯安全规章中所规定。当前，通过熔丝来检测接地故障。如图1中所示，安全链10连接于电源12与地面或大地14之间。安全链10包含若干安全开关16a、16b、16c以及一个安全继电器18，全部成串联连接。熔丝20与安全链10和安全链回线22串联连接，如图1中所示。安全链回线22连接到地面14。当安全链10的布线中的任一点具有到地面的接触时，如图1中的虚线24指示，流过熔丝20的电流将增加熔丝20的电流阈值，且熔丝20将吹断。

使用如图1所示的熔丝20的接地故障检测的实现要求在接地故障发生的情况下，电源12能够提供足够的电流以在阈值时间内吹断熔丝20。举例来说，EN 60204-1指定在接地故障的情况下吹断熔丝的5秒的阈值时间。为了如安全规章要求在5秒内安全地触发熔丝，流过熔丝的电流必须超过熔丝的标称电流阈值的三倍。电梯中的电源常规使用的标准变压器能够递送足够高的电流。然而。越来越多地代替变压器使用的开关模式电源通常具有电流限制，且因此在接地故障的情况下可能无法供应足够电流来吹断熔丝，或者需要超规格以便能够在接地故障的情况下安全地吹断熔丝。举例来说，在图1中所示的安全链中，在正常条件中，在48V DC的安全链供应电压下，0.16A的电流在安全链中流动。用于触发熔丝20的额定电流阈值是0.4A，即，如果电流保持低于此额定电流阈值，那么熔丝将不会吹断。在此实施例中，为了在5秒内吹断熔丝20，安全链中的电流必须超过1.2A。因此，用作用于安全链的供应的任何电源必须能够提供48V DC乘以1.2A＝58W的功率。然而，在正常条件中，仅需要8W的功率。因此，电源必须关于相应正常操作要求显著超规格，以便满足相对于接地故障保护的安全规章要求。

在接地故障的情况下熔丝20安全地吹断的又一要求是连接到安全链10的安全继电器18的负载应当相对高。这暗示了安全继电器18应当具有低线圈电阻。虽然常规使用的机电继电器/接触器大体上满足此要求，但这些机电继电器/接触器越来越多地被基于印刷电路继电器的半导体开关代替，所述印刷电路继电器具有高得多的线圈电阻(与机电继电器/接触器的约300欧姆相比为约2300欧姆)。而且，接地故障的电阻与负载的电阻相比应当为低的。

图1的示意图指示在安全链10的中间某处发生的接地故障24。关于硬接地故障，接地电阻将小于1欧姆，且流过熔丝20的电流将增加到高于4A。这将导致熔丝的吹断。然而，关于软接地故障，例如在大约100欧姆的接地故障电阻下，接地故障的存在将使流过熔丝20的电流增加仅大约其触发电流(例如，0.4A)。虽然这高于用于触发熔丝20的0.4A的电流阈值，但将花费比5秒多得多的时间来吹断熔丝20。通常，在此实施例中，熔丝20吹断可能花费若干分钟。因此，如上所述的软接地故障可能较晚被检测到或甚至完全检测不到，这有悖于规章要求。如果第二接地故障稍后发生，那么两个接地故障一起在某些条件下会导致安全问题。在使用印刷电路板继电器而非继电器/接触器的情况下这些问题的概率甚至增加，因为印刷电路板继电器具有比机械接触器/继电器高的线圈电阻。

克服以上提到的问题将是有益的，尤其是能够检测接地故障且相对于接地故障提供安全措施，以及能够安全地检测甚至软接地故障和/或需要电源的较少超规格。

本文公开的实施方案涉及用于检测安全链电路中、尤其是例如电梯、自动扶梯和/或移动的走道等人传送机的安全链电路中的接地故障、尤其是考虑接地故障电阻的电路和方法。

根据一个实施方案的被配置成检测人传送机的安全链中的接地故障的用于人传送机的接地故障检测器电路包括：第一电阻器，其连接于所述安全链的供应侧上的第一触点与所述安全链的接地侧上的第二触点之间；以及用于检测跨越所述第一电阻器的电压降UGFD的变化的装置。

根据又一实施方案的用于检测人传送机的安全链中的接地故障的方法包括：检测跨越第一电阻器的电压降的变化，所述第一电阻器连接于所述安全链的供应侧上的第一触点与所述安全链的接地侧上的第二触点之间。

下文将参考附图详细描述本发明的特定实施方案，其中：

图1示出了根据现有技术的包含用于接地故障检测的熔丝的安全链的电路图。

图2示出了根据第一实施方案的包含接地故障检测器电路的安全链的电路图。

图3示出了根据另一实施方案的包含接地故障检测器电路的安全链的电路图。

图2示出了根据本发明的示例性实施方案的包含接地故障检测器电路140的安全链100。图3示出了根据本发明的又一示例性实施方案的包含接地故障检测器电路140的安全链100。接地故障检测器140用以检测安全链100中不希望的与地面或大地114的连接。图2和3的实施方案彼此不同之处在于在图2的实施方案中，将安全继电器118连接到电压供应112的负极的安全链回线122连接到地面114，且因此处于地面或大地电位，而在图3的实施方案中，安全链回线122经由具有电阻Ropt的额外电阻器136(此额外电阻器136在下文中将称为第四电阻器)连接到地面114，且因此处于比地面114的电位高的电位。

图2和3的接地故障检测器电路140彼此相同，例外的是如下事实：在图2的实施方案中，具有电阻R1的第一电阻器130和电压供应112的负极直接连接到地面114，而在图3中，第一电阻器130和电压供应112的负极经由具有电阻Ropt的第四电阻器136连接到地面114。图3中的第一电阻器130因此使其下游末端的电位比地面114的电位大跨越第四电阻器136的电压降。在根据图2和3两者的实施方案中，具有电阻RD的检测电阻器134与第一电阻器130并联连接于第一电阻器130的上游末端与地面114之间。在图2中，安全链回线122连接到地面114，且因此，在图2的实施方案中，检测电阻器134直接相对于地面114的电位而检测跨越第一电阻器130的电压降UGFD。相比之下，在图3的实施方案中，检测电阻器134相对于地面114的电位检测跨越第一电阻器130的电压降UGFD加上跨越第四电阻器136的电压降。

否则，图2和3中所示的实施方案提供相同的技术教示。因此，图2和3中使用相同的参考符号用于相同组件。这些组件的描述将仅相对于图2给出，应了解，相同描述将也适用于图3中所示的对应组件。

如图2和3中所示，安全链100连接于DC电源112的正极与负极之间。如上文提到，在图2中，电源112的负极以及将安全链100连接到电源112的负极的安全链回线122处于地面114的电位，而在图3中，电源112的负极和安全链回线122处于比地面114的电位大的电位。在图2和3中，安全链100包含若干安全开关116a、116b和一个安全继电器118，全部成串联连接。在图2和3中，安全开关116a、116b和安全继电器118分别示出为等效电阻Rwir1、Rwir2、Rc。Rwir1表示包含第一安全开关116a的安全链区段的电阻。Rwir2表示包含第二安全开关116b等的安全链区段的电阻。Rc表示包含第一安全继电器118的安全链区段的电阻(线圈电阻)。替代于使熔丝与安全链10串联连接(如图1中所示)，安全链100包含接地故障检测器电路140。在图2和3中，借助于具有电阻RGF的接地故障的等效电阻器124来指示接地故障，此电阻器124连接于安全链中某处的第一触点(通常在安全链开关116a、116b中的任一者或安全链继电器118的上游侧，取决于接地故障发生的位置)与地面114之间。电阻器124指示安全链100的布线中的任一点具有另外经由安全链回线122到地面114的接触，从而提供与地面114的具有某种电阻的导电连接(在接地故障电阻RGF仍为大约几欧姆到几百欧姆的软接地故障的情况下)，或甚至安全链100中的短路电流(在接地故障电阻RGF基本上为零或至多几欧姆的硬接地故障的情况下)。

根据图2和3中所示的实施方案，通过接地故障检测器电路140检测接地故障电阻RGF。接地故障检测器电路140基本上由电阻器的网络形成。所述网络包括三个电阻器130、132和134。在图3中，除了由电阻器130、132和134形成的网络外，额外电阻器136连接于电源112的负极与地面114之间，使得安全链回线122处于比地面114大的电位。在图1和2中，具有电阻R1的第一电阻器130和具有电阻R2的第二电阻器132彼此串联连接，且形成连接于安全链供应126与安全链回线122之间的分压器。第三电阻器134是用以检测相对于地面114的跨越第一电阻器130的电压降UGFD的检测电阻器。在图2的实施方案中，第三电阻器134检测相对于地面114的跨越第一电阻器130的电压降UGFD。在图3的实施方案中，第三电阻器134检测相对于地面114的跨越第一电阻器130和第四电阻器136的电压降UGFD。因此，在图2和3中，检测电阻器134与第一电阻器130并联连接。在图2中所示的实施方案中，第一电阻器130和检测电阻器134均直接连接到地面114，且因此由检测电阻器134检测到的电压UGFD与相对于地面114的跨越分压器的第一电阻器130的电压降相同。在图3的实施方案中，检测电阻器134直接连接到地面114，而第四电阻器136连接于第一电阻器130与地面114之间。因此，在图3的实施方案中，由第三电阻器134检测到的电压UGFD与相对于地面114的跨越第一电阻器130的电压降不相同，但与相对于地面114的跨越第一电阻器130和第四电阻器136两者的电压降相同，即，UGFD＝U0×(R1+Ropt)/(R1+R2+Ropt)。此处，U0是电源的标称电压。]在不存在接地故障的情况下。由于Ropt不受接地故障电阻RGF的任何变化的影响，因此在图3的实施方案中同样，UGFD是跨越第一电阻器130的电压降的变化的直接测量，因此是接地故障124的电阻RGF的直接测量。在根据图2和图3的两个实施方案中，如果接地故障124在安全链中某处发生，那么由检测电阻器134检测到的电压UGFD将变得较低，使得接地故障电阻RGF变为小于无穷大。接地故障电阻RGF越小，UGFD将变得越小。UGFD将是在给定时间在安全链中发生的所有接地故障124的总电阻的测量。

在图2中所示的实施方案中，需要具有大于最小阈值的标称电压额定值的电源以允许安全链的正确功效(例如，对于48V的标称电压和288欧姆的标称负载，需要能够提供8W的电源)。较低电源可能导致安全链的正确功效的问题，尤其是安全继电器可能未适当激活的情况。而且，在图2的实施方案中，电源112中的电流限制需要能够检测接地故障的电阻RGF。举例来说，电源可能限于递送标称功率的某一百分比的最大功率，以便安全地检测将影响安全继电器118的跳脱的任何接地故障。典型的电流限制可能将电源可递送的功率限制于其标称功率的约150％，特定来说限制于其标称功率的约125％或甚至更低。在此限制内，接地故障检测器电路140将检测任何接地故障，或者接地故障将足够软(即，具有足够高的电阻)使得安全继电器118上的剩余电压将减小到低于安全继电器118的最小跳脱电压。

对于图3的实施方案，由于具有电阻Ropt的第四电阻器136的存在，因此电压供应112的最小标称功率没有特定要求，且通过检测UGFD的值可测量任何接地故障的电阻RGF。

在图2和3中，安全开关116a、116b中的任一者的电阻由安全链100中的相应电线区段的等效电阻Rwir1、Rwir2表示，因为安全开关的电阻由此应接近于零，除非在安全链中发生故障的情况下安全开关已经断开。

而且，在图2和3的实施方案中，常规用于接地故障检测和保护的电熔丝20已经被电阻器网络140代替，所述电阻器网络适于在安全链100中发生接地故障124的情况下检测相对于地面114的跨越第一电阻器130的电压降的变化。

如果根据本文描述的任一实施方案由接地故障检测器电路140检测到接地故障的存在，那么接地故障检测器电路140将关断电源112。

如上所述的实施方案提供用于人传送机的接地故障检测器电路，其被配置成检测人传送机的安全链中的接地故障。一个实施方案包括：第一电阻器，其连接于所述安全链的供应上的第一触点与所述安全链的回线上的第二触点之间；以及用于检测相对于地面的跨越所述第一电阻器的电压降的变化的装置。检测到的相对于地面的跨越第一电阻器的电压降取决于在安全链中发生的任何接地故障的电阻。相对于地面的跨越第一电阻器的电压降变化随着接地故障电阻而变。接地故障电阻越低，跨越第一电阻器的电压降相对于在无接地故障(即，接地故障电阻为无穷大)的情况下跨越第一电阻器的电压降将越低。特定来说，所述第一触点可以位于安全链的供应侧末端或上游末端，尽可能适当接近于安全链的电源，尤其是安全链中的安全开关中的第一者和安全继电器中的任一者的上游。特定来说，所述第二触点可以位于安全链的回线侧末端或下游末端，尽可能适当接近于安全链的电源，尤其是安全链中的安全开关和安全继电器中的任一者的下游。安全链的供应侧可以是安全链中的安全开关上游的区段。安全链的回线侧可以是安全链中的安全开关下游的区段。如本文使用的术语“上游”/“供应侧”指代常规电流方向，即，指代在DC电压源的情况下的正极性。因此，术语“下游”或“接地侧”指代在DC电压源的情况下的负极性。贯穿本公开，术语“接地”或“大地”用以指定与大地的电位的电连接，而术语“回线”用以指定与安全链中的共同参考电位(通常电源的负极的电位)的电连接。

在特定实施方案中，接地故障检测器可以包含以下任选特征中的任一者。除非相反地指定，否则这些任选的特征可以与以上实施方案组合且彼此组合，或者可以与其它任选的特征隔离地包含于以上实施方案中。

所述接地故障检测器电路进一步可以包括电阻器网络，所述电阻器网络至少包含串联连接于所述安全链的供应上的第一触点与所述安全链的回线上的第二触点之间的第一电阻器和第二电阻器。所述电阻器网络因此可以提供连接于安全链供应与安全链回线之间的分压器。可以跨越分压器的下游电阻器测量电压降的变化，即，分压器可以包含在其上游侧连接到第二电阻器且在其下游侧连接到安全链回线的第一电阻器。此分压器中的第二电阻器将在其上游侧连接到安全链供应且在其下游侧连接到第一电阻器。相对于地面的跨越第一电阻器的电压降变化可以通过第三电阻器来检测，所述第三电阻器与第一电阻器并联连接于安全链的供应侧与地面或大地之间。

可以在适当时调整第一和第二电阻器的电阻R1、R2。通常，将调整第一电阻器的电阻R1与第二电阻器的电阻R2的比率以使得R1/R2乘以由电压源递送的供应电压U0导致UGFD＝R1/(R1+R2)×U0的跨越第一电阻器的电压降，其可以方便地测量(在不存在接地故障的情况下)。在接地故障的情况下，取决于接地故障的电阻，UGFD将变为低于R1/(R1+R2)×U0。接地故障的电阻越低，UGFD将变得越低。在接地故障使安全链短路的情况下，UGFD将断开。

为了检测相对于地面的跨越第一电阻器的电压降UGFD的变化，第三电阻器(也可称为检测电阻器)可以与第一电阻器并联连接。第三电阻器不一定需要是单个电阻器，而是也可以具有现有技术中用于检测电压的较复杂检测电路的配置。在这些情况下，电压检测电路通常将被指派于等效本征电阻RD，其将被称为第三或检测电阻器的电阻。由于第三或检测电阻器基本上是电压测量装置，因此第三或检测电阻器的电阻RD通常将设定为与第一电阻器的电阻R1相比以及在包括由第一和第二电阻器形成的分压器的实施方案中与第一和第二电阻器两者的电阻R1、R2相比较大的值。检测电阻器可以连接于第一电阻器的上游末端处的第三触点与地面处的第四触点之间。

在一个实施方案中，所述电阻网络可以包含至少三个电阻器，所述电阻器中的两个串联连接于第一与第二触点之间以形成分压器，且第三电阻器是与第一电阻器并联连接的检测电阻器，以便检测跨越第一电阻器的相对于地面的电压降UFGD的变化。

可以适配地面故障检测器电路以便作用于其中安全链回线的电位大于地面或大地的电位的安全链实施方案。通常，这些实施方案可以视为包含任选的连接于安全链回线与地面之间的第四电阻器Ropt。随后，用以检测相对于地面的跨越第一电阻器的电压降的第三晶体管可以与第一电阻器并联连接于第一电阻器的上游侧与地面之间。

跨越第一电阻器的电压降UGFD的变化如下取决于安全链电路中的电阻：对UGFD的变化的最显著影响具有小于无穷大的接地故障电阻的发生，其中在接地故障电阻RGF为无穷大(即，没有接地故障发生)的情况下UGFD＝R1/(R1+R2)×U0，且在具有零的接地故障电阻RGF的极硬接地故障的存在的情况下UGFD＝0。此处，U0是电源的标称电压。在安全链回线的电位大于地面电位，即如上文所述额外的第四电阻器Ropt连接于安全链回线与地面之间的实施方案中，UGFD的绝对值也将由Ropt确定。在接地故障发生的情况下Ropt无变化，且因此，当小于无穷大的接地故障电阻RGF发生时Ropt对UGFD的变化的方向或相对值都没有影响。第一电阻器、第二电阻器和第三电阻器分别的电阻R1、R2、RD的绝对值可能对UGFD的绝对值具有某种影响，但关于小于无穷大的接地故障电阻RGF的发生不会影响UGFD的变化。因此，这些电阻不会干扰接地故障电阻的检测。进一步微小且因此可忽略的对UGFD的绝对值的影响具有安全开关之间的安全链区段中的布线的电阻Rwir1、Rwir2...以及安全链继电器的线圈电阻Rc。

因此，可通过检测相对于地面的跨越第一电阻器的电压降UFGD的变化来计算安全链中的接地故障电阻RGF。检测算法可以软件或硬件来实现。在特定实施方案中，接地故障检测器电路进一步可以包括用于评估跨越电阻器的电压降的微处理器。

如本文描述的接地故障检测器电路能够检测主要不受安全链继电器的线圈电阻Rc影响的接地故障。因此，安全链可以包含安全继电器，其具有1000欧姆或更大(例如，2300欧姆)的线圈电阻而不会影响接地故障检测的可靠性。

而且，根据特定实施方案的接地故障检测电路可以单独或组合地具有以下特性中的任一者：所述接地故障检测电路可以适用于未激活安全链继电器的接地故障检测，但也可以适用于经激活安全链继电器的接地故障检测。而且，所述接地故障检测电路能够基本上独立于安全链继电器的线圈电阻而检测接地故障。

在一些实施方案中，所述接地故障检测器电路可以被适配或被配置成随着时间而连续地或准连续地实行接地故障测试，即，随着时间而连续地或准连续地监视电压降UGFD，且在检测到电压降UGFD的变化在预定范围之外的任何时间，确定接地故障已经发生。取决于跨越第一电阻器的电压降UGFD的变化量可以提供不同结果。特定来说，如果根据本文描述的任何实施方案由接地故障检测器电路检测到接地故障的存在，那么接地故障检测器电路可以触发电源的关断。

进一步可能以一种方式配置接地故障检测器电路以便在离散的时间点实行接地故障测试。这可以通过微处理器控制安全链电路的操作而相对精细地实现。此微处理器可以在特定时间间隔实行用于检测跨越第一电阻器的电压降的例程，且特定来说还可以控制安全链中的其它装置的操作，例如安全继电器的操作。接地故障测试可以例如由微处理器中的相应例程自动执行，和/或可以“手动”实行，即按需要由人输入命令来执行，通常此人将是服务的人。

所述接地故障检测器电路可以被适配成在相对于地面的跨越第一电阻器的电压降UGFD的变化等于或大于第一阈值的情况下确定“危险”接地故障。特定来说在这些情况下，接地故障检测器电路将触发电源的关断。在其它情况下，尤其在电压降UGFD的变化等于或低于第二阈值的情况下，接地故障检测器电路进一步可以被适配成确定“可容许”接地故障，即，具有高到足以避免过电流的接地故障电阻的接地故障，且因此不需要乘客传送机的立即关闭。特定来说，用于确定可容许接地故障的第二阈值可以等于第一阈值。在特定实施方案中，可以在检测电压降UGFD的软件中调整第一和第二阈值。

在进一步特定实施方案中，如本文建议的接地故障检测器电路进一步可以包含电源单元，其具有对应于安全链中的标称功率乘以额定电流的额定功率。由于通过相对于地面的跨越第一电阻器的电压降的变化来检测接地故障，因此接地故障与电压源之间的安全链的区段中的大电流是不必要的。出于同一原因，如本文建议的接地故障检测电路能够以减少的供应电压成功操作。进而，在接地故障的情况下原本将在测试期间发生的高电流可以得到避免。

从以上段落显而易见，本文还描述用于检测人传送机的安全链中的接地故障的方法。特定来说，此方法包含：检测跨越第一电阻器的相对于地面的电压降UGFD的变化，所述第一电阻器连接于所述安全链的供应侧上的第一触点与所述安全链的回线侧上的第二触点之间。所述方法还可以包含上文相对于接地故障检测器电路描述的任何其它步骤。