CN112424619A - 接地导线监控 - Google Patents

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Abstract

一种接地导线监控装置，具有：a)至少一个接地导线接头，其设置用于连接接地导线电位，b)至少一个第一电位接头，其设置用于连接第一电位，所述第一电位与接地导线电位不同，c)至少一个第二电位接头，其设置用于连接第二电位，所述第二电位与第一电位不同并且与接地电位不同，d)至少一个电开关装置，其设置用于，可选地根据电控制信号，在第一电位接头和接地导线接头之间建立电连接(连接状态)或中断电连接(中断状态)，e)至少一个控制单元，其设置用于，将控制信号自动地发送至电开关装置。

Description

接地导线监控
技术领域
本发明涉及具有权利要求1的特征的接地导线监控装置。本发明还涉及一种计算机程序，其用于执行用于监控借助于接地导线接地的电设备的接地导线的方法，所述电设备借助于与接地导线电位不同的第一电位和与第一电位不同并且与接地导线电位不同的第二电位提供电能和/或被供应电能。
背景技术
在电的机械和设施的运行中，人员安全以及电设备的安全运行处于最重要的地位。为此，尤其使用故障和过电流保护元件。对此的前提是，将这种机械和设施连接于接地导线，所述接地导线也称作为保护导线，以便实现低欧姆接地。由此，本发明涉及具有接地导线接头(或保护导线接头)的电设备的连接技术的领域。
在自动化技术中例如将开关柜中的电网部分用于产生用于在开关柜中装入的电设备的供应电压。这种电网部分通常经由接地导线接头与接地导线连接。在这些应用中，在开关柜中的设备通常固定在承载轨道上。承载轨道在此通常用作为接地导线。
为了在这种设施的运行中确保持续的安全性，需要定期的接地检查。在此必须检查，是否存在所谓的接地，即电网部分的两个供应电位中的一个供应电位与接地导线的短接。电网部分的供应电位例如可以是0伏特和运行电压，例如24伏特直流电压。针对所述接地检查迄今为止使用所述的接地导线分离端子，所述接地导线分离端子具有可手动操纵的分离刀。借助于分离刀可以将0伏特线路与接地导线的通常存在的连接分离。在分离状态下随后可以执行测量，根据上述测量可以识别是否存在接地连接。
发明内容
本发明基于的目的是，减小用于这种接地检查的耗费。
所述目的借助于接地导线监控装置实现，所述接地导线监控装置具有：
a)至少一个接地导线接头，其设置用于连接接地导线电位，
b)至少一个第一电位接头，其设置用于连接第一电位，所述第一电位与接地导线电位不同，
c)至少一个第二电位接头，其设置用于连接第二电位，所述第二电位与第一电位不同并且与接地电位不同，
d)至少一个电开关装置，其设置用于，选择性地根据电控制信号，在第一电位接头和接地导线接头之间建立电连接(连接状态)或中断电连接(中断状态)，
e)至少一个控制单元，其设置用于，将控制信号自动地发送至电开关装置。
本发明具有如下优点，即不必再手动地执行接地检查，而是至少部分地自动地借助于根据本发明的接地导线监控装置执行接地检查。由此，明显地减少人员耗费。此外，提高了安全性，因为与这在手动过程中迄今可实现那样相比，自动的接地检查可以明显更频繁地进行。在手动检查时，典型地以三个月的间隔进行接地检查。借助于根据本发明的接地导线监控装置可实现几乎持续的接地检查。
本发明的另一优点在于，借助于本发明也能识别缓慢出现的接地。因此，借助于本发明可实现电设施的前瞻性的维护。以这种方式可以避免或至少减少这种设施的成问题的停机时间，因为可以执行前瞻性的维护。
这在本发明的一个有利的设计方案中可以通过如下方式促进，即不仅识别接地导线与第一电位或第二电位的低欧姆的短接，而且也已经识别一些例如在几千欧姆范围内的高欧姆的连接。此外，由于几乎持续的监控借助于本发明可实现：识别间歇性的接地。
第一电位可以在应用情况下在自动化技术中例如是0伏特电位。第二电位可以是自动化设施的电网部分的运行电压，例如小电压，尤其是直流电压。第二电位例如可以是12伏特电位、24伏特电位或48伏特电位。
电开关装置能够以不同方式实现。在第一变型形式中可实现：继续使用接地导线分离端子的迄今的、能手动操纵的分离刀并且所述分离刀自动地通过电驱动器驱动，例如借助于电动机或电磁体驱动。在第二变型形式中可实现：电开关装置通过机电开关实现，例如通过继电器或接触器实现。在第三变型形式中，电开关装置可以构成为半导体开关，例如构成为晶体管、闸流管或由晶体管和/或闸流管构成的开关系统。这具有如下优点，即连接状态和中断状态之间的切换可几乎无磨损地且无噪音地实现。此外，电开关系统可以低成本地且以非常少量的位置需求实现。
电开关装置具有至少两个切换状态，即连接状态和中断状态。在连接状态中，第一电位接头经由电开关装置与接地导线接头连接，在中断状态中借助于电开关装置中断第一电位接头和接地导线接头之间的电连接。有利的是，电开关装置在连接状态中将第一电位接头相对低欧姆地与接地导线接头连接。电开关装置可以具有其他切换状态，例如中间状态，与在连接状态中相比，在所述中间状态中更高欧姆地建立第一电位接头和接地导线接头之间的电连接。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，控制装置设置用于，至少在中断状态中评估在接地导线接头处的电信号。以这种方式可实现，借助于根据本发明的接地导线监控装置可以执行与迄今的手动处理方式类似的接地检查。控制装置可以附加地设置用于，在连接状态中也评估在接地导线接头处的电信号。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，控制装置设置用于，借助于由控制装置产生的控制信号自动地以预定的定期的和/或不定期的时间间隔将电开关装置在切换状态，即连接状态和中断状态之间切换。以这种方式，迄今的手动接地检查可以完全自动地执行。由于自动的执行尤其可以明显地提高检查频率，例如提高至每分钟多次接地检查。控制装置可以尤其产生接通信号和关断信号作为控制信号并且将其发送至电开关装置。所述接通信号和关断信号因此随后得出脉冲宽度调制信号(PWM信号)，借助于所述信号操控电开关装置。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，连接状态与中断状态相比在时间平均上更频繁被触发。这具有如下优点，针对在接地导线接头处的电信号的评估仅需要短的测试脉冲，在所述短的测试脉冲中存在中断状态。否则总是存在本身期望的连接状态。由于连接状态在时间平均上比中断状态更频繁地存在，还可以在故障情况下，即在出现接地时，保证保险装置按照规定被触发。以这种方式可以满足相关规定。
这样例如可以将脉冲宽度调制信号以95％接通时长与5％切断时长的占空比切换。与之相应地，在95％的时间内存在连接状态。通常而言，占空比例如可以在90％至99％的范围内。切断时长，即中断状态的时长，可以为小于500ms，或小于100ms或小于10ms。脉冲宽度调制信号的周期时长例如可以为10秒。通常也可能的是，能实现明显更短的周期时长。为了满足相关规定有利的是，脉冲宽度调制信号的接通时长至少为五秒。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，在不进行接地导线中的电流测量的情况下进行在接地导线接头处的电信号的评估。这具有如下优点，即对于接地检查不需要耗费的器件，例如分流器。此外，可以使可能由接地导线的中断而产生的风险最小。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，接地导线监控装置设置用于，根据在接地导线接头处的被评估的电信号识别：接地导线是否与第一电位连接和/或接地导线是否与第二电位连接。以这种方式可以借助于根据本发明的接地导线监控装置至少识别在接地导线处与在迄今的手动检查中相同的故障情况。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，接地导线监控装置具有光信号装置，当由接地导线监控装置识别出接地导线与第一电位连接和/或接地导线与第二电位连接时，经由所述光信号装置可自动地发出光信号。光信号装置可以具有一个或多个光源。以这种方式可以为用户用光学信号传递接地的存在。例如可以经由一个或多个光源发出警告信号，例如经由发光二极管(LED)或辉光灯发出警告信号。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，接地导线监控装置具有输出接口，当由接地导线监控装置识别出接地导线与第一电位连接和/或接地导线与第二电位连接时，经由所述输出接口可发出警告信号。以这种方式可以借助于接地导线监控装置操控连接于其上的装置，例如设施的主机(SPS)。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，输出接口具有无电位的输出接头。这具有如下优点，即以简单的方式可以将其他组件与输出接头连接。输出接头例如可以构成为ISO-OK触点。替选地或附加地，输出接头也可以是数据总线接头，使得经由数据总线可以传输警告信号。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，接地导线监控装置具有评估电路，经由所述评估电路借助于控制装置至少在中断状态中可评估在接地导线接头处的电信号。这具有如下优点，即通过电路实现监控，使得以少量耗费可实现快速监控并且不会出现受软件影响的延迟或其他缺点。
接地导线监控装置的其余元件，尤其是控制单元，在此可以完全地不借助于计算机或其他机构构成运行计算机程序的单元，所述单元例如呈逻辑电路的形式。为了产生控制信号，控制装置例如可以具有硬件计时器。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，评估电路具有至少一个在接地导线接头和第一电位接头之间连接的第一电压检测装置和/或至少一个在接地导线接头和第二电位接头之间连接的第二电压检测装置。这允许在接地导线接头处的电信号的简单的检测和评估。第一电压检测装置和/或第二电压检测装置例如可以具有触发阈值，使得当通过电压检测装置监控的电压达到、超过或低于触发阈值时，电压检测装置作为输出信号发出触发信号。这能够实现触发信号的简单的随后的信号处理，所述触发信号可以构成为二进制信号。触发信号的其他评估随后例如可以通过评估逻辑电路进行，例如通过触发式存储器进行。
第一电压检测装置可以设置用于，检测接地导线接头和第一电位接头之间的绝缘电阻。第二电压检测装置可以设置用于，检测接地导线接头和第二电位接头之间的绝缘电阻。例如，当绝缘电阻低于预定的电阻值，例如1kΩ的值时，可以产生提到的触发信号。
根据本发明的一个有利的设计方案提出，第一和/或第二电压检测装置构成为光电耦合器或具有光电耦合器。这允许第一和/或第二电压检测装置的简单的且低成本的以及长寿命的实现。光电耦合器尤其可以切换为，使得当不存在接地时，关断光电耦合器的相应的发光二极管。仅在故障情况下，当存在接地时，接通发光二极管。以这种方式可以保护光电耦合器的发光二极管。
根据本发明的有利的设计方案提出，接地导线监控装置具有供电装置，所述供电装置设置用于，至少为控制单元和电开关装置供应对于运行所需的电能，其中供电装置从第一和第二电位接头中提取电能并且借助于缓冲电路缓冲地输出电能。缓冲电路尤其可以设计为，使得由此可以跨越存在连接状态的时段，即也在连接状态中给电开关装置和控制单元经由供电装置继续供应电能。缓冲电路尤其可以具有缓冲电容器。以这种方式可以避免：当接地导线具有与第二电位接头的相对低欧姆的短接时，接地导线监控装置的功能发生故障。
根据本发明的一个有利的设计方案，接地导线监控装置构成为轨装式接线端子或设置在轨装式接线端子中或设置在轨装式接线端子上。接地导线监控装置例如可以在结构上集成到轨装式接线端子的壳体中。轨装式接线端子是在电安装技术中所使用的物品，所述物品设置用于固定在承载轨道上并且可以与其他轨装式接线端子彼此并排地排列在承载轨道上。轨装式接线端子具有多个导线接头，例如呈弹力夹紧接头的形式，使得在轨装式接线端子上可以连接有多个电导线。
开头提到的目的还通过用于监控借助于接地导线接地的电设备的接地导线的方法实现，所述电设备借助于与接地导线电位不同的第一电位和与第一电位和接地导线电位不同的第二电位提供电能和/或被供应电能，所述方法具有如下特征：
a)借助于至少一个电开关装置自动地以预定的定期的和/或不定期的时间间隔，在切换状态，即连接状态和中断状态之间切换，其中在连接状态中借助于电开关装置建立第一电位和接地导线之间的电连接，而在中断状态中借助于电开关装置中断第一电位和接地导线之间的电连接；
b)至少在中断状态中检测和评估在接地导线处的电信号；
c)根据在接地导线处的被评估的电信号识别：接地导线是否与第一电位连接和/或接地导线是否与第二电位连接。
由此，也可以实现之前阐述的优点。
根据方法的一个有利的设计方案提出，当识别出接地导线与第一电位连接时和/或当接地导线与第二电位连接时，发出警告信号。以这种方式可以为用户用信号传递接地的存在。例如可以将警告信号经由一个或多个光源发出，例如经由发光二极管(LED)或辉光灯，或经由输出接口发出。
根据一个有利的设计方案提出，所述方法借助于之前阐述类型的接地导线监控装置执行。
开头提到的目的还通过具有程序代码机构的计算机程序实现，其设置用于，当在计算机上执行所述计算机程序时，执行用于之前所阐述类型的方法。由此也可以实现之前所阐述的优点。
在本发明的意义上，将不确定冠词“一个”不理解为数量词。即当例如谈论构件时，这解释为“至少一个构件”。只要角度说明以度给出，那么所述角度说明涉及360度(360°)的圆尺寸。只要提到计算机，那么所述计算机可以设置用于执行计算机程序，例如软件。计算机可以构成为商用标准的计算机，例如构成为PC、笔记本电脑、笔记本、平板电脑或智能手机，或构成为微型处理器、微型控制器或FPGA，或构成为这些元件的组合。
附图说明
下面，根据实施例通过使用附图详细阐述本发明。附图示出：
图1示出具有接地导线监控装置的轨装式接线端子，和
图2示出接地导线监控装置的示意图，和
图3示出接地导线监控装置的评估电路。
具体实施方式
图1示出轨装式接线端子1，其设置用于固定在承载轨道5上。轨装式接线端子1为此在朝向承载轨道5定向的壳体侧上具有承载轨道固定元件4。轨装式接线端子1例如可以借助于承载轨道固定元件4锁止在承载轨道5上。承载轨道5可以具有接地导线电位PE。
轨装式接线端子1具有多个导线引入开口2，所述导线引入开口引向相应的导线接头3。导线接头3可以有利地构成为弹力夹紧接头。经由导线接头3可以将插入导线引入开口2中的电导线电连接于轨装式接线端子1。
轨装式接线端子1还具有接地导线监控装置7。在背离承载轨道固定元件4的壳体侧上存在光信号单元6，所述光信号单元是接地导线监控装置7的部分。经由光信号单元6例如可以用光学信号传递由接地导线监控装置7识别出的接地故障。
图2示出接地导线监控装置7的构造。接地导线监控装置7具有接地导线接头13，在所述接地导线接头处可以连接接地导线电位PE。接地导线监控装置7具有第一电位接头12，在所述第一电位接头处可以连接第一电位0V。接地导线监控装置7具有第二电位接头11，在所述第二电位接头处可以连接第二电位Ub。
接地导线监控装置7还具有电开关装置14、带有第一电压检测装置17和第二电压检测装置16的评估电路、带有计时器9的控制单元8、光信号单元6、输出接口20和供电装置10。供电装置10用于为接地导线监控装置7的要供电的元件供应电能。对于供应所需的电能从第一电位接头12和第二电位接头11之间的电压差中获取。
控制单元8，在此情况下经由其计时器9，经由信号线路15与电开关装置14的控制输入端连接。经由信号线路15，计时器9可以将电控制信号发送给电开关装置14从而操控所述电开关装置，使得建立或中断第一电位接头12和接地导线接头13之间的电连接。
第一电压检测装置17与第一电位接头12和接地导线接头13连接。第一电压检测装置17由此可以评估这两个接头之间的电压。在这些接头之间识别出表明低于特定的绝缘电阻的特定电压时，第一电压检测装置17将信号经由信号线路19发送至控制单元8。所述信号随后表明第二电位接头11的接地。
第二电压检测装置16与第二电位接头11和接地导线接头13连接。第二电压检测装置16由此可以评估这两个接头之间的电压。在这些接头之间识别出表明低于特定的绝缘电阻的特定电压时，第二电压检测装置16将信号经由信号线路18发送至控制单元8。所述信号随后表明第一电位接头12的接地。
在控制单元8中评估经由信号线路18、19接收的信号并且在接地的情况下操控光信号装置6。替选地或附加地，警告信号可以经由输出接口20发送给输出接头21。由此例如可以操控SPS。
图3示出第一电压检测装置17和第二电压检测装置16的有利的设计方案。第一电压检测装置17具有由齐纳二极管33、电阻34和光电耦合器35的发光二极管构成的串联电路。光电耦合器35具有输出接头，所述输出接头与信号线路19连接，使得在接通光电耦合器35的发光二极管时可以将相应的信号发送至控制单元8。
第二电压检测装置16具有由齐纳二极管30、电阻31和光电耦合器32的发光二极管构成的串联电路。光电耦合器32具有输出接头，所述输出接头与信号线路18连接，使得在光电耦合器32的发光二极管接通时可以将相应的信号发送至控制单元8。

Claims (16)

1.一种接地导线监控装置(7)，具有：
a)至少一个接地导线接头(13)，其设置用于连接接地导线电位(PE)，
b)至少一个第一电位接头(12)，其设置用于连接第一电位(0V)，所述第一电位与所述接地导线电位(PE)不同，
c)至少一个第二电位接头(11)，其设置用于连接第二电位(Ub)，所述第二电位与所述第一电位(0V)不同并且与所述接地电位(PE)不同，
d)至少一个电开关装置(14)，其设置用于，选择性地根据电控制信号在所述第一电位接头(12)和所述接地导线接头(13)之间建立电连接(连接状态)或中断电连接(中断状态)，
e)至少一个控制单元(8)，其设置用于，将控制信号自动地发送至所述电开关装置(14)。
2.根据权利要求1所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述控制装置(8)设置用于，至少在所述中断状态中评估在所述接地导线接头(13)处的电信号。
3.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述控制装置(8)设置用于，借助于由所述控制单元(8)产生的控制信号自动地以预定的定期的和/或不定期的时间间隔，将所述电开关装置(14)在切换状态，即连接状态和中断状态之间切换。
4.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
与所述中断状态相比，所述连接状态在时间平均上更频繁地被触发。
5.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
在所述接地导线接头(13)处的电信号的评估在不测量接地导线中的电流的情况下进行。
6.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述接地导线监控装置(7)设置用于，根据在所述接地导线接头(13)处的被评估的电信号识别：接地导线是否与所述第一电位(0V)连接和/或接地导线是否与所述第二电位(Ub)连接。
7.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述电开关装置(14)构成为半导体开关。
8.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述接地导线监控装置(7)具有光信号装置(6)，当由所述接地导线监控装置(7)识别出接地导线与所述第一电位(0V)连接和/或接地导线与所述第二电位(Ub)连接时，经由所述光信号装置能够自动地发出光信号。
9.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述接地导线监控装置(7)具有输出接口(20)，当由所述接地导线监控装置(7)识别出接地导线与所述第一电位(0V)连接和/或接地导线与所述第二电位(Ub)连接时，经由所述输出接口能够自动地发出警告信号。
10.根据权利要求9所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述输出接口(20)具有无电位的输出接头。
11.根据权利要求2所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述接地导线监控装置(7)具有评估电路，经由所述评估电路，借助于所述控制装置(8)至少在所述中断状态中能够评估在所述接地导线接头(13)处的电信号。
12.根据权利要求11所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述评估电路具有至少一个连接在所述接地导线接头(13)和所述第一电位接头(12)之间的第一电压检测装置(17)和/或至少一个连接在所述接地导线接头(13)和所述第二电位接头(11)之间的第二电压检测装置(16)。
13.根据权利要求12所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述第一和/或第二电压检测装置(16、17)构成为光电耦合器(32、35)或具有光电耦合器(32、35)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述接地导线监控装置(7)具有供电装置(10)，所述供电装置设置用于，为至少所述控制单元(8)和所述电开关装置(14)供应对于运行所需的电能，其中所述供电装置(10)从所述第一和第二电位接头(11、12)提取电能并且将电能借助于缓冲电路缓冲地输出。
15.根据上述权利要求中任一项所述的接地导线监控装置，
其特征在于，
所述接地导线监控装置(7)构成为轨装式接线端子(1)或者设置在轨装式接线端子(1)中或其上。
16.一种具有程序代码机构的计算机程序，所述计算机程序设置用于，当在计算机上执行所述计算机程序时执行下述方法，所述方法用于监控借助于接地导线接地的电设备的接地导线，所述电设备借助于第一电位(0V)和第二电位(Ub)提供电能和/或被供应电能，所述第一电位与接地导线电位(PE)不同，所述第二电位与所述第一电位(0V)不同并且与所述接地导线电位(PE)不同：
a)借助于至少一个电开关装置(14)自动地以预定的定期的和/或不定期的时间间隔，在切换状态，即连接状态和中断状态之间切换，其中在所述连接状态中借助于所述电开关装置(14)建立所述第一电位(0V)和所述接地导线之间的电连接，而在所述中断状态中借助于所述电开关装置(14)中断所述第一电位(0V)和所述接地导线之间的电连接；
b)至少在所述中断状态中检测和评估在所述接地导线处的电信号；
c)根据所评估的在所述接地导线处的电信号识别：所述接地导线是否与所述第一电位(0V)连接和/或所述接地导线是否与所述第二电位(Ub)连接。
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