用于接地故障检测的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于检测安全链的接地故障的装置和方法，尤其涉及用于检测载人输送器中使用的安全链的接地故障的装置和方法。

如电梯、自动扶梯或自动人行道的载人输送器均配备有安全链，以便确保安全运行。安全链通常包括多个按顺序互连的安全开关和/或安全电路，且配置成在安全链被这些安全开关或安全电路中的至少一者中断的情况下停止载人输送器的任何操作。当这种安全链遭遇接地故障时，接地故障检测是用于载人输送器中的安全链的一种必要功能，正如全球范围的任何电梯安全法规中所规范的。

接地故障是电路与地线或大地的非期望连接。目前，接地故障通常通过保险丝的方式来检测。如图1所示，安全链10a连接在电源12与地线或大地14之间。安全链10a包括全部串联连接的多个安全开关16a、16b、16c和安全继电器18。安全继电器18配置成执行被请求的安全功能，即，将驱动输送器的电动机停止以及启用制动器。保险丝20设在安全链供电线路21中，如图1所示。安全链返回线路22连接到地线14。当安全链10a的布线中任何一点接触地线而导致接地故障24时，如图1中虚线所示，流经保险丝20的电流将增加保险丝20的电流阈值，并且保险丝20将熔断任何流经安全链的电流。

如图1所示，使用保险丝20的接地故障检测的实现方式需要在接地故障的情况中，电源12能够提供足够的电流在给定的阈值时间内熔断保险丝20。例如，安全法规en60204-1规定在接地故障的情况中用于熔断保险丝的阈值时间为5秒。为了按安全法规规范要求的，安全地在5秒内触发保险丝，流经保险丝的电流必须超过保险丝的标称电流阈值的三倍。

常规用于电梯中电源的标准变压器能够输送足够高的电流。然而，越来越多地使用的开关模式的电源而非变压器，通常具有电流极限且因此可能无法提供足够电流以在接地故障的情况中熔断保险丝，或需要超标设计以便能够在接地故障的情况中安全地熔断保险丝。例如，在图1所示的安全链中，在正常情况下，在48vdc的安全链供电电压下，安全链中流动0.16a的电流。触发保险丝20的额定电流阈值是0.4a，即，在电流停留在此额定电流阈值以下的情况中保险丝将不会熔断。在此示例中，为了在5秒内熔断保险丝20，安全链中的电流必须超过1.2a。因此，用作安全链的电源的任何电源必须能够提供48vdc乘以1.2a＝58w的功率。然而，在正常情况中，仅需要8w的功率。因此，电源必须相对于正常运行要求足够地超标设计，才能满足针对接地故障保护的安全法规要求。

常规安全链10a使用机电安全继电器18。此类安全继电器18的电阻相对较低。因此，它们汲取安全链10a中流过的大量电流。由此，使用机电安全继电器18的常规安全链10a相对于接地故障24是相对稳健的。仅相对较硬的接地故障24，即，具有低或甚至基本为零的电阻的接地故障24才对安全链10a具有显著影响。安全链10a中连接的保险丝20在常规安全链10a中出现硬接地故障24的情况中相对较安全地熔断。在包括基于印刷电路继电器和/或半导体开关的安全继电器18的安全链10a中，安全继电器18具有高得多的电阻(约为2300欧姆，这是较之机电继电器/接触器的约300欧姆而言)且因此汲取少得多的电流。由此，此类安全链10a相对于软接地故障24(即，电阻为大约几百欧姆的接地故障24)更灵敏得多。然而，将保险丝20配置成使得保险丝20在出现软接地故障24时安全地熔断则是成问题的。

图1的示意图指示安全链10a的中部某个位置出现接地故障24。在硬接地故障的情况下，接地电阻将小于1欧姆，且流经保险丝20的电流将增加到约4a。这将导致保险丝熔断。然而，在软接地故障的情况下，例如，在接地故障电阻稍微低于100欧姆时，接地故障的存在将使流经保险丝20的电流增加到仅稍微高于其触发电流(例如，0.4a)。虽然这高于触发保险丝20的电流阈值0.4a，但是它将耗费远远比5秒长的时间才能熔断保险丝20。典型地，在此示例中，保险丝20可能耗费几分钟才能熔断。因此，如上所述的软节点故障可能晚些时间才被检测到或甚至根本检测不到，这与法规要求相悖。如果晚些时间出现第二次接地故障，则两次接地故障可能在某些情况下导致安全问题。此类问题的可能性在使用印刷电路板继电器替代继电器/接触器的情况中甚至更大，因为印刷电路板继电器具有比机械继电器/接触器更高的线圈电阻。

而且，在现代安全链实现方式中，尤其在使用电子安全时，安全链可能包括多个分段。在此情况中，流经每个分段的电流可能如此小而难以提供在接地故障情况中将在要求的时间段内熔断的合适保险丝。

因此，期望改进安全链中的接地故障的检测。尤其，克服常规接地故障检测的上述问题将是有益的。

根据本发明的示范性实施方案，一种用于检测安全链，尤其为载人输送器的安全链的接地故障的接地故障检测装置，其包括：供电线路电流监测单元，其位于所述安全链供电线路处或所述安全链供电线路中且配置成用于测量经所述安全链供电线路流入所述安全链的电流并且提供指示流入所述安全链的电流量的第一信号；返回线路电流监测单元，其位于所述安全链返回线路处或所述安全链返回线路中且配置成用于测量经所述安全链返回线路流出所述安全链的电流并且提供指示流出所述安全链的电流量的第二信号；所述接地故障检测装置还包括比较单元，所述比较单元配置成用于将所述电流监测单元分别提供的所述第一信号和所述第二信号进行比较以及用于在所述第一信号和所述第二信号之间的差超过预定极限的情况下发出告警信号。

一种检测安全链，尤其是载人输送器的安全链的接地故障的方法，其包括如下步骤：

测量流入所述安全链的电流并提供指示流入所述安全链的电流量的第一信号；

测量流出所述安全链的电流并提供指示流出所述安全链的电流量的第二信号；

将所述第一信号和所述第二信号进行比较以及在所述第一信号与所述第二信号之间的差超过预定极限的情况下发出告警信号。

根据本发明的示范性实施方案的用于检测安全链的接地故障的接地故障检测装置和方法允许快速且可靠地检测安全链的接地故障。尤其，所述装置和方法允许可靠地监测所述安全链的多个分段以及检测软接地故障情况中出现的甚至较小的接地电流。由此，采用安全链的载人输送器的安全性得以显著地加强。

下文中，将参考附图更详细地描述示范性实施方案。

图1示出根据现有技术的包括用于接地故障检测的保险丝的安全链的电路图。

图2示出根据第一实施方案的包括接地故障检测装置的安全链的电路图。

图3示出根据另一个实施方案的包括接地故障检测装置的安全链的电路图。

图4示出根据又一个实施方案的包括接地故障检测装置的安全链的电路图。

包括如图2所示的根据第一实施方案的接地故障检测装置32的安全链10b是基于如图1所示的常规安全链10a。相同的部件以相同的参考符号表示，且将不再详细论述。

根据第一实施方案的接地故障检测装置32包括供电线路电流监测单元26，其配置成用于测量经安全链供电线路21流入安全链10b的电流并且提供指示流入安全链10b的电流量的第一信号。所述接地故障检测装置还包括返回线路电流监测单元28，其配置成用于测量经安全链返回线路22流出安全链10b的电流并且提供指示流出安全链10b的电流量的第二信号。

供电线路电流监测单元26和返回线路电流监测单元28两者都连接到比较单元30，所述比较单元配置成用于将供电线路电流监测单元26和返回线路电流监测单元28分别提供的所述第一信号和所述第二信号进行比较以及用于在所述第一信号和所述第二信号之间的差超过预定极限的情况下发出告警信号。接地故障检测装置32尤其可以配置成使得所述告警信号促使接地故障检测开关34断路以便中断安全链10b以及促使安全继电器18关断以便停止所述载人设备的任何操作。

接地故障检测装置32的部件，即，供电线路电流监测单元26、返回线路电流监测单元28和比较单元30可以配置成可靠地检测分别流经安全链供电线路21和流经安全链返回线路22的电流之间甚至很小的差。用于检测接地故障的所述预定极限尤其可以对应于5ma至20ma的电流差，尤其对应于5ma、10ma、15ma或20ma的电流差。

接地故障检测装置32的部件，即，供电线路电流监测单元26、返回线路电流监测单元28和比较单元30可以配置成在非常短时间内中断安全链10b。响应时间，即检测接地故障并发出告警信号所需的时间可以在10ms至500ms的范围内，尤其可以是250ms。

供电线路电流监测单元26、返回线路电流监测单元28和比较单元30中的至少一者可以包括至少一个微处理器27a、27b、29a、29b、31a、31b。采用至少一个微处理器27a、27b、29a、29b、31a、31b允许通过更改或修改相应微处理器27a、27b、29a、29b、31a、31b上运行的程序来使供电线路监测单元26、返回线路电流监测单元28和/或比较单元30容易地适应实际需求。

为了增强操作可靠性，供电线路电流监测单元26、返回线路电流监测单元28和比较单元30中的至少一者可以包括至少两个冗余微处理器27a、27b、29a、29b、31a、31b，从而允许第二微处理器27b、29b、31b在第一微处理器27a、29a、31a发生故障的情况下接管。

供电线路电流监测单元26、返回线路电流监测单元28和比较单元30可以配置成符合安全应用中的电子元件的国际标准，尤其是iec61508-1:2010，以便提供明确定义等级的操作安全性。

图3图示安全链10c的替代性实施方案。同样地，结合图1和图2中的至少一者已论述的部件采用相同的参考符号来指代且不会再次详细地论述。

在图3所示的实施方案中，安全继电器18不与安全开关16a、16b、16c串联连接。相反，安全继电器18电连接到比较单元30，以及比较单元18配置成在检测到接地故障时，即，在流经安全链供电线路21的电流与流经安全链返回线路22的电流相差达到预定极限时停用安全继电器18。比较单元18还配置成在没有电流流经安全链10c时，尤其在安全开关16a、16b、16c中的至少一者已断路时停用安全继电器18。

由于在此实施方案中，如图3所示，安全继电器18由比较单元30直接控制，因此无需用于在接地故障24的情况下中断安全链10c的附加接地故障检测开关34。然而，可以可选地提供接地故障检测开关34(图3中未示出)，以便允许在检测到接地故障24的情况下将安全链10c完全停用，这会进一步增强安全性。

图4图示安全链10d的又一个实施方案。同样地，结合图1至图3中的至少一者已论述的部件采用相同的参考符号来指代且不会再次详细地论述。

图4所示的实施方案与参考图3论述的实施方案非常相似。然而，在图4所示的实施方案中，连接到图3所示的比较单元30的安全继电器18被电子安全处理器34取代。电子安全处理器34配置成在被比较单元30触发时停止所述输送器的任何操作。以电子安全处理器36取代机电安全继电器18增强了安全链10的操作可靠性以及提供对比较单元30发出的告警信号予以反应的附加选项。

为了提供清楚且简单的图示，这些附图中示出的实施方案仅与单个安全链10a、10b、10c、10d相关。然而，不证自明的，本发明的概念也可以容易地应用于安全链10a、10b、10c、10d的多个分段中每一个分段。此类配置尤其允许更具针对性地指定和/或定位安全链10a、10b、10c、10d的任何中断和/或接地故障。这有助于修正检测到的功能失常。电子安全处理器34尤其可以配置成对安全链10a、10b、10c、10d的不同分段发出的告警信号予以不同的反应以便允许更灵活地对检测到的功能失常予以反应。

另外的实施方案：

下文中阐述多个可选特征。这些特征可以在具体实施方案中单独地或彼此组合地予以实现。

在一个实施方案中，所述供电线路电流监测单元、所述返回线路电流监测单元和所述比较单元中的至少一者包括至少一个微处理器。可以通过更改和/或修正微处理器上运行的程序来针对实际需求容易地调整包括至少一个微处理器的单元。因此，可以降低生产和维护的成本。

在一个实施方案中，所述供电线路电流监测单元、所述返回线路电流监测单元和所述比较单元中的至少一者包括至少两个冗余微处理器。这加强了操作安全性，因为这些微处理器的中的一个微处理器的任何功能失常可以通过附加的微处理器来补偿。

在一个实施方案中，所述供电线路电流监测单元、所述返回线路电流监测单元和所述比较单元中的至少一者符合用于提供明确定义且标准化的安全性级别的iec61508-1:2010标准。

在一个实施方案中，响应时间，即，所述装置检测到接地故障并发出告警信号所需的时间在10ms至500ms的范围中，尤其是250ms左右。这确保了快速地检测到接地故障从而导致输送器的驱动单元快速地停用以使输送器停止。

在一个实施方案中，第一信号和第二信号之间的差的预定极限对应于5ma至20ma的范围，尤其是5ma、10ma、15ma或20ma。这确保了可靠地检测到甚至很小的接地电流，它们可能由弱接地故障引起。

本发明的示范性实施方案还包括一种安全链，尤其是载人输送器的安全链，其包括至少一个安全开关/安全电路和根据本发明示范性实施方案的接地故障检测装置。这提供了一种允许可靠地检测到接地故障的安全链。

在一个实施方案中，所述安全链包括与所述至少一个安全开关/安全电路按顺序连接的安全继电器。在这种配置中，将所述至少一个安全开关/安全电路断路，使得电源与所述安全继电器中断，从而促使所述安全继电器停用。这将中断输送到输送器的驱动单元的电力供应。由此，将至少一个安全开关/安全电路断路将致使载人输送器停止。

在一个实施方案中，所述安全继电器与所述比较单元连接且配置成通过由所述比较单元发出的告警信号来控制。这种配置允许流经所述安全链的电流更小，因为所述电流无需足够大到将所述安全继电器保持在被启用状态。因此，可以降低的成本生产安全链。

一个实施方案包括附加的电子安全处理器，其与所述比较单元连接且配置成通过由所述比较单元发出的告警信号来控制。所述电子安全处理器尤其可以配置成中断输送到输送器的驱动单元的电力供应。以电子安全处理器取代安全继电器允许增强可靠性并降低成本，因为机电安全继电器被纯半导体器件取代。可编程电子安全处理器还提供对检测到接地故障/安全链中断予以反应的附加选项。

一个实施方案还包括电源，其配置成用于提供电压介于12v与48v之间，尤其电压为12v、24v或48v的dc电功率。电压介于12v与48v之间的dc电功率已确证非常适于安全链的可靠工作。

虽然本发明已经参考示范性实施方案进行了描述，但是本领域技术人员应理解，可以对其元件进行多种更改以及可以等效物替换其元件而不背离本发明的范围。此外，可以进行多种修改来使具体情况或材料适应本发明的教导而不背离本发明的实质范围。因此，意图是，本发明不限于所公开的具体实施方案，而是本发明包括落在权利要求书的范围内的所有实施方案。

参考符号

10a、10b、10c、10d安全链

12电源

14地线/大地

16a、16b、16c安全开关

18安全继电器

20保险丝

21安全链供电线路

22安全链返回线路

24接地故障

26供电线路电流监测单元

27a、27b供电线路电流监测单元的微处理器

28返回线路电流监测单元

27a、27b返回线路电流监测单元的微处理器

30比较单元

31a、31b比较单元的微处理器

32接地故障检测装置

34接地故障检测开关

36安全处理器