[發(fā)明專利]接地故障檢測方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210379539.3
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN103713227B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宜帆
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子瑞士有限公司
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11240
• 代理人: 李慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及通知設(shè)備（例如，火警裝置）的現(xiàn)場連線（Field?wire）檢測，尤其涉及一種針對現(xiàn)場連線的接地故障檢測方法和裝置。

背景技術(shù)

在例如火警系統(tǒng)的通知系統(tǒng)中，現(xiàn)場連線可能因安裝不慎或者長期使用造成的磨損而短接于大地，這種短接稱之為接地故障（Ground?Fault）。目前的安全標(biāo)準(zhǔn)（包括UL：Underwriters?Laboratories標(biāo)準(zhǔn)）一般都要求檢測接地故障，即，要求一旦檢測到接地故障則立即上報。

圖1示例性地示出了現(xiàn)有的一種接地故障檢測電路100的原理圖。如圖1所示，接地故障檢測電路100的輸入端經(jīng)接地電阻R10連接到現(xiàn)場連線，該現(xiàn)場連線上的電壓表示為V_ON_FIELD_WIRE。電路100的輸出端為一個表示是否出現(xiàn)接地故障的指示信號GS，其可以連接到一個微控制單元（MCU）的輸入端。響應(yīng)于電路100的接地故障指示，MCU可以做出相應(yīng)的故障指示（如聲或光告警），或者執(zhí)行相關(guān)的接地保護(hù)動作，例如啟用保護(hù)倒換等。

接地故障檢測電路100一般需要滿足以下的要求。首先，電路100需要能夠分辨出在現(xiàn)場連線的任意一點處出現(xiàn)的接地故障。其次，無論現(xiàn)場連線本身的壓降大小，無論具體故障出現(xiàn)在現(xiàn)場連線的哪個位置處（近端或遠(yuǎn)端），接地故障的檢測閾值都需要基本保持在同一數(shù)量級上。此外，如果考慮到現(xiàn)場連線本身的壓降，則現(xiàn)場連線上的電壓V_ON_FIELD_WIRE有可能為最高的端電壓（terminal?voltage，例如24V）和參考地GND（例如，0V）之間任一電位的值。由此，如果電路100的故障檢測范圍的盲區(qū)越少，故障檢測就更為可靠。

圖1所示的電路100為現(xiàn)有的雙比較器結(jié)構(gòu)的接地故障檢測電路。如圖1所示，電路100包括參考設(shè)定電路110，雙比較器電路120以及輸出電路130。在圖1中，電源電壓為24V。參考設(shè)定電路110用于設(shè)定正常情況下的大地（EARTH）的參考電平Vref，一般Vref需要遠(yuǎn)離現(xiàn)場連線上常出現(xiàn)的電壓（在圖1的例子中，例如0V或24V）。在圖1的例子中，參考設(shè)定電路包括串聯(lián)在24V電源V1和地GND之間的兩個大體等值的電阻R1和R2。在現(xiàn)場連線沒有短接大地時，大地點（即GROUND_STUD點）的參考電壓為現(xiàn)場連線上的最高電壓的一半，即12V。

在實際中，GROUND_STUD點的實際電壓為Vg。現(xiàn)場連線上的電壓V_ON_FIELD_WIRE經(jīng)接地電阻R10疊加在Vg上。接地電阻R10即為現(xiàn)場連線到GROUND_STUD點之間的等效電阻。換言之，如果現(xiàn)場連線正常，則R10為斷路或者具有大阻抗，從而疊加有現(xiàn)場連線上的電壓V_ON_FIELD_WIRE的Vg幾乎等于Vref。否則，如果出現(xiàn)現(xiàn)場連線出現(xiàn)接地故障，則電阻R10表現(xiàn)為低阻抗，現(xiàn)場連線上的電壓V_ON_FIELD_WIRE會由此使得Vg偏離Vref，例如，抬高至接近24V或拉低到接近0V。基于此，電路100可利用雙比較器120通過判斷Vg是否落入了故障范圍來確定是否出現(xiàn)接地故障。圖1中，上限比較器U1和下限比較器U2共同限定了正常電壓范圍，例如6V~18V。Vg超出這一容限范圍則表明落入了故障范圍，進(jìn)而比較器U1或U2輸出有效的低電平給輸出電路130。在圖1所示的例子中，輸出電路130包括一個上拉電阻R11。由此，U1和U2中任一為低電平時，則輸出為有效低電平，即GS為有效的接地故障指示，例如GS為低電平。

采用圖1所示的接地故障檢測電路100，如果現(xiàn)場連線上的電壓接近Vref，則電路100很難發(fā)現(xiàn)其接地故障。換言之，如果現(xiàn)場連線上的電壓越接近設(shè)定的Vref，則電路100的接地故障檢測靈敏度越低。而且，電路100的檢測靈敏度依賴于雙比較器電路120所設(shè)定的正常電壓范圍的上下限。假設(shè)，考慮現(xiàn)場連線自身帶來的壓降，則很有可能現(xiàn)場連線的遠(yuǎn)端的電壓接近所設(shè)定的正常接地電平，即落入接地故障檢測的非敏感區(qū)，或稱盲區(qū)。

考慮到這一點，現(xiàn)有技術(shù)中還需要一種能夠消除上述盲區(qū)的接地故障檢測電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種接地故障檢測方法和裝置，該方法和裝置能夠較為有效地消除接地故障檢測的盲區(qū)，優(yōu)選地還可以降低閾值的容限對接地故障檢測靈敏度的影響。