[发明专利]接地故障检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及通知设备（例如，火警装置）的现场连线（Field wire）检测，尤其涉及一种针对现场连线的接地故障检测方法和装置。

背景技术

在例如火警系统的通知系统中，现场连线可能因安装不慎或者长期使用造成的磨损而短接于大地，这种短接称之为接地故障（Ground Fault）。目前的安全标准（包括UL：Underwriters Laboratories标准）一般都要求检测接地故障，即，要求一旦检测到接地故障则立即上报。

图1示例性地示出了现有的一种接地故障检测电路100的原理图。如图1所示，接地故障检测电路100的输入端经接地电阻R10连接到现场连线，该现场连线上的电压表示为V_ON_FIELD_WIRE。电路100的输出端为一个表示是否出现接地故障的指示信号GS，其可以连接到一个微控制单元（MCU）的输入端。响应于电路100的接地故障指示，MCU可以做出相应的故障指示（如声或光告警），或者执行相关的接地保护动作，例如启用保护倒换等。

接地故障检测电路100一般需要满足以下的要求。首先，电路100需要能够分辨出在现场连线的任意一点处出现的接地故障。其次，无论现场连线本身的压降大小，无论具体故障出现在现场连线的哪个位置处（近端或远端），接地故障的检测阈值都需要基本保持在同一数量级上。此外，如果考虑到现场连线本身的压降，则现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE有可能为最高的端电压（terminal voltage，例如24V）和参考地GND（例如，0V）之间任一电位的值。由此，如果电路100的故障检测范围的盲区越少，故障检测就更为可靠。

图1所示的电路100为现有的双比较器结构的接地故障检测电路。如图1所示，电路100包括参考设定电路110，双比较器电路120以及输出电路130。在图1中，电源电压为24V。参考设定电路110用于设定正常情况下的大地（EARTH）的参考电平Vref，一般Vref需要远离现场连线上常出现的电压（在图1的例子中，例如0V或24V）。在图1的例子中，参考设定电路包括串联在24V电源V1和地GND之间的两个大体等值的电阻R1和R2。在现场连线没有短接大地时，大地点（即GROUND_STUD点）的参考电压为现场连线上的最高电压的一半，即12V。

在实际中，GROUND_STUD点的实际电压为Vg。现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE经接地电阻R10叠加在Vg上。接地电阻R10即为现场连线到GROUND_STUD点之间的等效电阻。换言之，如果现场连线正常，则R10为断路或者具有大阻抗，从而叠加有现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE的Vg几乎等于Vref。否则，如果出现现场连线出现接地故障，则电阻R10表现为低阻抗，现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE会由此使得Vg偏离Vref，例如，抬高至接近24V或拉低到接近0V。基于此，电路100可利用双比较器120通过判断Vg是否落入了故障范围来确定是否出现接地故障。图1中，上限比较器U1和下限比较器U2共同限定了正常电压范围，例如6V~18V。Vg超出这一容限范围则表明落入了故障范围，进而比较器U1或U2输出有效的低电平给输出电路130。在图1所示的例子中，输出电路130包括一个上拉电阻R11。由此，U1和U2中任一为低电平时，则输出为有效低电平，即GS为有效的接地故障指示，例如GS为低电平。

采用图1所示的接地故障检测电路100，如果现场连线上的电压接近Vref，则电路100很难发现其接地故障。换言之，如果现场连线上的电压越接近设定的Vref，则电路100的接地故障检测灵敏度越低。而且，电路100的检测灵敏度依赖于双比较器电路120所设定的正常电压范围的上下限。假设，考虑现场连线自身带来的压降，则很有可能现场连线的远端的电压接近所设定的正常接地电平，即落入接地故障检测的非敏感区，或称盲区。

考虑到这一点，现有技术中还需要一种能够消除上述盲区的接地故障检测电路。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种接地故障检测方法和装置，该方法和装置能够较为有效地消除接地故障检测的盲区，优选地还可以降低阈值的容限对接地故障检测灵敏度的影响。