CN103207304A - 用于监控安全引线的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于监控安全引线的装置和方法。安全引线监控装置（10）包括基准电位发生器（41）、用于产生测试电流（IP）的测试电流发生器（42）、用于产生取决于测试电流的参量（φ）的检测装置（43）、和用于分析由检测装置（43）产生的参量（φ）的分析装置（50）。基准电位发生器（41）具有至少一个电容（C21）和/或至少一个二极管（D1）。可替换地或附加地，测试电流发生器（42）被准备为在测试阶段以后不产生或只是断续地产生测试电流（IP），其中分析装置（50）被准备为在测试阶段以外应用测试结果，所述测试结果由分析装置（50）在分别最后执行的测试阶段中被确定。可替换地或附加地设置用于与地电位耦合的第一传感器（81），所述第一传感器布置在使用者不能碰触到的位置。此外提供一种相应的方法（100）。

Description

用于监控安全引线的装置和方法
技术领域
本发明涉及安全引线监控装置，其包含：用于提供来自于第一电源引线和/或第二电源引线的电压电位的基准电位的基准电位发生器；用于产生取决于基准电位的测试电流的测试电流发生器；用于产生取决于测试电流的参量的检测装置；以及用于分析由检测装置产生的参量的分析装置。
此外本发明涉及一种具有同类的安全引线监控装置的系统，其中所述系统也具有用于与地电位耦合的第一传感器。
除此以外，本发明涉及一种用于监控安全引线的方法，其中所述方法包含以下步骤：产生来自于第一电源引线和/或第二电源引线的电压电位的基准电位；产生取决于基准电位的测试电流；产生取决于测试电流强度的参量；以及分析取决于测试电流强度的参量。
背景技术
DE 196 01 880 A1描述了一种测试电流设备，该测试电流设备将测试电流给出到安全引线上，其中当所检测的测试电流位于可预先确定的或所预先确定的极限值以下时，测试电流传感器促使开关设备打开。
EP 0 806 825 A2描述了一种具有用于识别安全引线状态的设备的故障电流保护开关装置。该设备在输入侧与相引线、零引线以及安全引线连接，并且在输出侧与用于控制故障电流保护开关的切换级连接。在一方面是相引线和零引线和另一方面是用于识别安全引线状态的设备之间连接保护阻抗。用于识别安全引线状态的设备具有电位分离级。此外，描述了这样的装置，利用该装置应识别安全引线是否带电压。为此需要如下传感器，该传感器的传感器面应借助于使用者的触摸被引伸到地电位。
已知的保护装置的测试装置在测试过程期间产生不期望的能量损失。即使当传感器借助于高欧姆的保护电阻与可能带电压的安全引线相连接时，在一定的边界条件下（例如带高电压或有爆炸危险的区域）由于操纵危险并且也从原则上的考虑出发也可被视作为不期望的是，在与安全有关的测试方法中牵涉进使用者的身体。除此以外存在如下应用，在所述应用中不能确保，究竟是否存在没有戴绝缘手套并且在测试方法执行中可以牵涉进的使用者。
发明内容
在第一方面，本发明所基于的任务是，提供一种安全引线监控装置，其比已知的安全引线监控装置具有更低的能量消耗。
在第二方面，本发明所基于的任务是，提供一种具有安全引线监控装置的系统，利用该系统可以测试安全引线是否带电压，而无需使用者在安全引线测试时接触与（可能带电压的）安全引线电连接的部分。
根据本发明，第一方面的所述任务通过如下方式解决，提供一种安全引线监控装置，该安全引线监控装置包括：
- 基准电位发生器，用于提供来自于第一电源引线和/或第二电源引线的电压电位的基准电位；
- 测试电流发生器，用于产生取决于基准电位的测试电流；
- 检测装置，用于产生取决于测试电流的参量；以及
- 分析装置，用于分析由检测装置产生的参量；
其中基准电位发生器具有至少一个电容和/或至少一个二极管。
当在基准电位发生器中替换于欧姆电阻而使用二极管或电容时，基准电位可以没有欧姆损耗地或以至少较少的欧姆损耗来产生。
可替换地或附加地，第一方面的所述任务还通过如下方式解决，提供一种安全引线监控装置，该安全引线监控装置包括：
- 基准电位发生器，用于提供来自于第一电源引线和/或第二电源引线的电压电位的基准电位；
- 测试电流发生器，用于产生取决于基准电位的测试电流，其中测试电流发生器被准备为在测试阶段以后不会产生或只是断续地产生测试电流；
- 检测装置，用于产生取决于测试电流的参量；以及
- 分析装置，用于分析由检测装置产生的参量，其中分析装置被准备为在测试阶段以外应用测试结果，所述测试结果由分析装置在分别最后执行的测试阶段中被确定。
当在测试阶段以后不产生或只是断续地产生测试电流时，可以减少能量消耗和元件老化。测试阶段可以借助安全引线监控装置的局部控制和/或手动地和/或远程控制被引入。通过对产生持续的漏电流进行阻止，遵守对漏电流的大小进行限制的特定标准更加容易或总的来说才有可能。此外可以避免对上级的故障电流保护电路加偏压并且由此避免其响应范围的改变，否则这会引起漏电流（尤其是在大量的耗电器情况下）。
可替换地或附加地，第二方面的所述任务通过如下方式解决，提供一种具有安全引线监控装置的系统，所述安全引线监控装置包括：
- 基准电位发生器，用于提供来自于第一电源引线和/或第二电源引线的电压电位的基准电位；
- 测试电流发生器，用于产生取决于基准电位的测试电流；
- 检测装置，用于产生取决于测试电流的参量；
- 分析装置，用于分析取决于检测装置的参量；以及
- 第一传感器，用于与地电位耦合，所述第一传感器在系统中的如下位置处布置用于与地电位耦合，在所述位置处该第一传感器不能被使用者碰触到。
当用于与地电位耦合的第一传感器被安置在其不能被使用者碰触到的位置处时，则固有地避免了，为了获得可靠的测试结果而将使用者的身体牵涉进和安全有关的测试方法中。
相应地，根据本发明的用于监控安全引线的方法包括以下步骤：
- 产生来自第一电源引线和/或第二电源引线的电压电位的基准电位；
- 产生取决于基准电位的测试电流；
- 产生取决于测试电流强度的参量；以及
- 分析取决于测试电流强度的参量；
其特征在于，由基准电位发生器产生基准电位，所述基准电位发生器具有至少一个电容和/或最少一个二极管，和/或在测试阶段以后不产生或只是断续地产生测试电流，并且分析装置被准备为在测试阶段以外应用测试结果，所述测试结果在分别最后执行的测试阶段被确定，和/或借助于第一传感器耦合地电位，所述第一传感器布置在使用者不能碰触到的位置。
有利的是，设置用于与地电位电容和/或电流耦合的第一传感器。由此可以以成本有利的方式达到与地电位的耦合。
特别优选的是，具有安全引线监控装置的系统具有引线、尤其是屏蔽隔离，其中系统被准备为，将引线用作为用于与地电位电容耦合的第一传感器。屏蔽隔离可以成本有利地制造并且同时也可以改善安全引线监控装置或设备的电磁兼容性，所述设备受到安全引线监控装置的保护。
适宜地可以是，被设置用于电容耦合的引线在壳体部件的内表面上具有金属涂层。由此可以以成本有利的并且不引人注目地制造更大的并且由此尽可能有效的引线面积。由此改善了耦合以及因此可靠性，同时耦合电流被最小化。
特别优选的是，这种被设置用于电容耦合的引线具有电缆的屏蔽隔离。由此也可以以成本有利的并且不引人注意的方式制造更大的并且由此尽可能有效的引线面积。
还有利的是，安全引线监控装置或具有安全引线监控装置的系统包括可由分析装置操控的故障电流保护开关。由此可以由安全引线监控装置一并适用无论如何都存在的故障电流保护开关。因此可以避免用于安全引线监控装置的自身切换级的制造费用、空间需求和重量以及于此相联系的在自身切换级的开关触点处的电压降。
适宜的是，检测装置包含变压器、光电耦合器、继电器、变流器或三端双向开关（Triac）-耦合器的部件。由此以经证明的方式可实现安全引线监控装置的分析装置与基准电位发生器的电位隔离。根据安全和结构要求，检测装置具有电流去耦合（电位隔离）不是强制性必需的。在最简单的情况下，检测装置是直接连接到分析电子设备的阻抗。
附图说明
根据附图对本发明进一步说明，在附图中：
图1示意性示出安全引线监控装置的第一实施方式的电路；
图2示意性示出安全引线监控装置的第二实施方式的电路；
图3示意性示出安全引线监控装置的第三实施方式的电路；
图4示意性示出安全引线监控装置的第四实施方式的电路；
图5示意性示出一个细节电路，该细节电路可以实现为第一或第三实施方式的扩展方案；
图6示意性示出用于监控安全引线的方法的流程。
具体实施方式
以下进一步描述的实施例是本发明的优选的实施方式。
图1示出了具有两个保护触点23的插座20，安全引线PE，两条电源引线21、22，三极切换级60，耗电器70，基准电位发生器41，测试电流发生器42，用于识别取决于测试电流IP的参量φ的检测装置43以及用于分析由检测装置43产生的参量φ的分析装置50。可替换地，切换级60可以用三个单极切换级或用一个单极切换级和一个两极切换级来实现。如果在插座20上肯定有电压，则第一电源引线21引导与第二电源引线22不同的电压电位。在无故障运行中，两条电源引线21,21之一以及安全引线PE处于星形接点引线电位（Sternpunktleiterpotential）。
在第一实施方式中，基准电位发生器41包括两个串联的电容C21，C22。在两个串联的电容C21，C22之间的引出头44引导基准电位UR。测试电流发生器42是电气负载，其连接在引出头44和安全引线PE之间。
测试电流发生器42包括由限流阻抗ZP（电容C3）和光电耦合器OK的光电二极管D1构成的串联电路。光电二极管D1与空转二极管D2反并联，以便使交流电流IP能够通过电容C3。可替换地，可以通过如下方式改善光电耦合器OK的效率：所述光电耦合器包括两个反并联的光电二极管。此外存在以下可能性，即建立具有两个光电耦合器的电路，这两个光电耦合器的光电二极管反并联。
可选地，可以在测试电流发生器42中替换在光电二极管D1和安全引线PE之间的电连接而串联有激活开关S40。在输出侧，光电耦合器OK包括光电晶体管T1，该光电晶体管为分析装置50提供输入信号。分析装置50被准备用于，利用电的或机械的输出信号s5影响三级切换级60的切换状态。可替换地或附加地可以利用输出信号s5操控故障显示和/或远程分析。
如果一定设置有可选的激活开关S40，则该激活开关在安全引线测试期间切换到通路。如果两条电源引线21,22中的至少一条引导与安全引线PE不同的电压电位，则形成通过光电二极管D1的电流IP。由于通过光电二极管D1的电流IP，该光电二极管产生光φ，该光将光电晶体管T1切换到通路。当光电晶体管T1切换到通路时，分析装置50将三级切换级60接通到通路。
一般来说，为安全引线PE在切换级60中设置有切换极（Schaltpol）6PE。因为只有这样才能根据所述测试确定，测试电流IP是否也确实通过插座20的安全引线PE流出，而不是例如通过耗电器70的安全引线PE70流出。当可以以其他方式确定，安全引线PE在负载侧为开放的，也就是说，在测试期间从负载侧不提供基准电位时，可以放弃切换极6PE。
尽管可以在一个实施变型中设置安全引线测试为连续的，之后三极切换级60被切换到接通。于是虽然借助所述测试也不能再确定，测试电流IP是否还通过安全引线PE流出而不是同时通过耗电器70的安全引线PE70流出。但是因此继续进行至少一个测试，究竟是否还存在安全引线PE与地之间的任何连接。
可替换地可以将激活开关S40在测试阶段结束时切换到非通路。为了使切换级60的位置此后不会因为在光电耦合器OK中的光φ的缺失而被再次置回到非通路，分析装置50可以与激活开关S40（例如借助同步化信号）同步，使得分析装置50将在测试阶段中确定的切换级60的额定切换状态保持至少到直至新的安全引线测试开始。
图2示出了安全引线监控装置10的第二实施方式，在该实施方式中替换光电耦合器OK设置有变压器üB。
图3示出了安全引线监控装置10的第三实施方式，在该实施方式中，在由两个彼此相对定向的二极管D21，D22构成的串联电路41的引出头44处产生基准电位UR，其中串联电路41的外部接线端子分别与两条电源线路21，22中的另一条相连接。为此可以使用桥式整流器的二极管，例如当无论如何都存在用于提供控制的桥式整流器时。为了限定测试电流IP，可以设置具有足够的耐压强度的电阻ZP或半导体电路（例如Z-二极管或电流源）。
图4示出了安全引线监控装置10的第四实施方式。基准电位发生器41在这里如在第三实施方式中那样设立。但是在这里（与在第二实施方式中类似的）替换光电耦合器OK使用了变压器üB，其中安全引线PE通过变压器üB的初级线圈üB1引导。当为此一并使用故障电流保护开关的变压器时，得出特别有利的扩展方案。在没有示出的替换方案中，第四实施方式可以变化为，使得替换两个二极管D21，D22和电阻ZP而设置三个电容器C21，C22，C3（如在第一和第二实施方式中那样）的星形电路。
对于所有的实施方式以下都适用：如果基准电位发生器只从单个电源引线的电压电位中导出基准电位（例如，由于已知两条电源引线中的哪条是带电压的电源引线），则基准电位发生器在退化的情况下也可以仅由所述电源引线上的引出头组成。
图5示出一个细节电路，该细节电路例如可以实现为第一或第三实施方式的扩展方案。在此与光电耦合器OK的光电二极管D1并联有传感器电路80。传感器电路80包括第一传感器81，分压器82、83和富集型的MOSFET T8。分压器80的第一外部接线端子与第一传感器81相连接。分压器82、83的其他外部接线端子与MOSFET T8的栅极接线端子84相连接。MOSFET T8的栅极接线端子85与分压器82、83的引出头86相连接。
第一传感器81可以例如是在机器壳体内的使用者无法接近的金属化部。可替换地或附加地，作为第一传感器81也可以设置电缆中的使用者无法碰触的屏蔽隔离。第一传感器81用于与周围环境电容耦合、也就是与地电位交变电压耦合。当在安全引线PE上施加与周围环境的电压电位不一致的交变电位时，第一传感器81接通MOSFET T8。在MOSFET T8接通时，光电耦合器OK的光电二极管D1短路并且不产生光。光电晶体管T1于是保持截止，由此向分析装置50显示出在安全引线PE上存在故障。
为了继续提高对于（例如在机器处的）使用者的安全性，可以（例如在把手和/或开关按钮处）设置金属的第二传感器91。第二传感器91可以（优选地与自身的保护电阻92）如第一传感器81那样连接并且布置为使得使用者在操作机器时无论如何都会以自然的方式碰触到第二传感器91。借助第二传感器91可以识别出对于使用者同样危险的情况，在所述情况中安全引线PE虽然处于地电位，但是使用者本身相对地电位是带电压的。为了进一步改善对于使用者的安全性，可以设置开关S9，利用该开关S9首先接通第二传感器91，之后所有其他的安全引线测试以无故障的结果结束。
在图6中示出的用于监控安全引线PE的方法100包含以下步骤。在第一步骤110中，产生来自第一电源引线21和/或第二电源引线22的电压电位的基准电位。在第二步骤120中，产生取决于基准电位UR的测试电流IP。在第三步骤130中，产生取决于测试电流IP的强度的参量φ。在第四步骤140中，分析取决于测试电流IP的强度的参量φ。

Claims (10)

1.安全引线监控装置（10）包含：
- 基准电位发生器（41），用于提供来自于第一电源引线（21）和/或第二电源引线（22）的电压电位的基准电位（UR）；
- 测试电流发生器（42），用于产生取决于基准电位（UR）的测试电流（IP）；
- 检测装置（43），用于产生取决于测试电流（IP）的参量（φ）；以及
- 分析装置（50），用于分析由检测装置（43）产生的参量（φ）；
其特征在于，
基准电位发生器（41）具有至少一个电容（C21）和/或至少一个二极管（D21）。
2.安全引线监控装置（10）包含：
- 基准电位发生器（41），用于提供来自于第一电源引线（21）和/或第二电源引线（22）的电压电位的基准电位（UR）；
- 测试电流发生器（42），用于产生取决于基准电位（UR）的测试电流（IP）；
- 检测装置（43），用于产生取决于测试电流（IP）的参量（φ）；以及
- 分析装置（50），用于分析由检测装置（43）产生的参量（φ）；
其特征在于，
测试电流发生器（42）被准备为在测试阶段以后不会产生或只是断续地产生测试电流（IP），并且分析装置（50）被准备为在测试阶段以外应用测试结果，所述测试结果由分析装置（50）在分别最后执行的测试阶段中被确定。
3.具有安全引线监控装置（10）的系统，其中安全引线监控装置（10）包括：
- 基准电位发生器（41），用于提供来自于第一电源引线（21）和/或第二电源引线（22）的电压电位的基准电位（UR）；
- 测试电流发生器（42），用于产生取决于基准电位（UR）的测试电流（IP）；
- 检测装置（43），用于产生取决于测试电流（IP）的参量（φ）；
- 分析装置（50），用于分析取决于检测装置（43）的参量（φ）；以及
- 第一传感器（81），用于与地电位耦合；
其特征在于，
在系统中的如下位置处布置用于与地电位耦合的第一传感器（81），在所述位置处该第一传感器不能被使用者碰触到。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，设置用于与地电位电容和/或电流耦合的第一传感器（81）。
5.根据权利要求4的系统，其特征在于，所述系统具有引线、尤其是屏蔽隔离，其中所述系统被准备为，将引线用作为用于与地电位电容耦合的第一传感器（81）。
6.根据权利要求5的系统，其特征在于，被设置用于电容耦合的引线在壳体部件的内表面上具有金属涂层。
7.根据权利要求5或6的系统，其特征在于，被设置用于电容耦合的引线具有电缆的屏蔽隔离。
8.根据权利要求1或2的安全引线监控装置（10）或根据权利要求3至7之一的系统，其特征在于，所述安全引线监控装置（10）包括故障电流保护开关，所述故障电流保护开关能由分析装置（50）操控。
9.根据权利要求1或2的安全引线监控装置（10）或根据权利要求3至7之一的系统，其特征在于，检测装置（43）包括变压器（üB）、光电耦合器（OK）、继电器、变流器或三端双向开关-耦合器的部件。
10.用于监控安全引线（PE）的方法（100），其中方法（100）包括以下步骤：
- 产生（110）来自第一电源引线（21）和/或第二电源引线（22）的电压电位的基准电位（UR）；
- 产生（120）取决于基准电位（UR）的测试电流（IP）；
- 产生（130）取决于测试电流（IP）强度的参量（φ）；以及
- 分析（140）取决于测试电流（IP）强度的参量（φ）；
其特征在于，
由基准电位发生器（41）产生基准电位（UR），所述基准电位发生器具有至少一个电容（C21）和/或最少一个二极管（D21），和/或在测试阶段以后不产生或只是断续地产生测试电流（IP），并且分析装置（50）被准备为在测试阶段以外应用测试结果，所述测试结果在分别最后执行的测试阶段被确定，和/或借助于第一传感器（81）耦合地电位，所述第一传感器布置在使用者不能碰触到的位置。
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