专利名称：具有可调电弧闪光保护和无线传感器的断路器及其用法的制作方法
具WT调电弧闪光保护和，传感器的断路器及其用法駄领域概括来说，本发明涉及断路器，特别是具有无线传^l和可调电弧闪光保 护水平的断路器。背景駄A^周知，断路器通常广泛应用于遇到某些预定状况时的电路中断，当然 它们还可被用于其他目的。特别是，这些预定状况取决于由断路器所连接电路 决定的电流水平，该电流水平根据应用可从几安培变化至几百甚至几千安培。 通常，断路器具有一组可分离的触点，当达到某组预定状况需要断开电路时， 这些触点能被分离。当可分离的触点开始彼此移开时，经常在可分离触点间形 成电弧闪光。所述普通技术人员清楚地知道，这些电弧闪光可升至高温，根据 电^l7K平，那些电弧闪光的瞬时,可达3000K至30， OOOK之间，因此电弧 闪舰于那些对通电體进行维护或测试的人员来说是个安全隐患。因此，至 少基于安全原因，人们已经意识到需要具有可调电弧闪光保护7jC平的断路器。例如，2005年10月6日公布的美国专利申请No.2005/0219775，公开了一 种低电压断路器，该断路器具有替代了断路器常^!^特定脱扣功能的维护脱扣 功能，目的 小起动电流和/或时间延迟以更快鹏扣，从而顿工作中的断 路器进行现场维护或测试期间，减小由故障产生的电弧能量。该申请所公开的 装置中，il31启动直^^腿线至脱扣单元上的维护开关，使维护脱扣功能替代 常规脱扣功能，相同的脱扣单元可在断路器的前漸艮容易地找到。不过，虽然 在<775专利申请中公开的装置具有故障7jC平调整，但是至少有一个明显的缺陷，即需要操作人员干预，这与维护开关H3^连接至断路蹄关。换言之， 如果维护和/或测试人员在维护和/或测试通电装置时忘记切换至维护脱扣功能 以斷氐保护7jC平，贝U用户可能会暴露于由意外故障所弓胞的电弧闪光中，这样 将不会提,何保护。此外，由于开关是^^线至断路器的，所以它只^ii31 操作人员身体直接接触断路器来切换，它可能不^t行维护或测试的錢，从而进一步增加了在需要时不能陶氐保护水平的可能性。因此，期望能开发一种断路器脱扣单元，该单^131繊職传感装置能 够在断路器周围指定区域内有人员存在时减小电弧能量，以增加提供的保护和 消除操作人员干预。鹏无线传S^预定区域内检测人员存在与否，无需操 作人员干预，即可调整不同的保护水平，包括瞬时启动电流(pickup current)、 ^iifi启动(pickup)、短时间延迟、接地柳章,和接地故障时间，，仅以 这些为例但不限于此。发明内容上面总结的一个或多个需求以及在本领域己知的其它需^13i^样的断路器解决，该断路器包括微处理器和与職理器通信的无线传感器，其中无线传 S^配置成在断路器周围的预定区域内检测人员是否存在，这样当无线传感 驗该预定区域内检测到有人员雜时，由微鹏器改变断路器的做水平。本发明还公开了斷氏断路器电弧闪光保护水平的方法，该方^^括S31与 断路器的微，器通信的无线传感器在断路器周围的预定区域内检测人员是否 存在的步骤；禾B当无线传感驗该预定区域内检测到有人员絲时改变断路器 ,水平的步骤。上文简要描述了本发明的特点，以使下文中的详细描述更易理解，更好地 突出本发明对该领域狱的贡献。当然，为了支持附属权利要求的主题，下文 中还描述了本发明的其他特点。基于这种考虑，在详细解释本发明的多个tti^例之前，应理解本发明并不 仅仅局限于应用在下文描述或附图中所示意的结构细节和组件配置。本发明还 适用其他实施例，且可以多种方式实施。还有，应理解这里柳的措辞和术语 是出于描述的目的而不应认为有限制性。同样，本领域狱人员将在公开的内容基础上理解这种齢，并可很容易 itt于此设计其他的结构、方法和系统以实现本发明的多种目的。因此，重要 的是，应将本发明的权利要求视为包含这些不脱离本发明精神和范围的等同结 构。并且，前娜要的目的通常是使美国专利商标局和公众，尤其是^9P些对 专利或法律术语或措辞还不!總的科学家、工程师和餘者倉嫩从本申请所公开技术的性质和本质的粗WW究中快速得出结论。因此，摘要既不能限定仅由权利要求p艮定的发明，用，也不能以^f可方式限制发明范围。
参考下文详细描述，并结合附图，可以很容易地获得对本发明更为^的伺时可认识溯它固有的多馆点，其中 图l示出了根据本发明公开的实施例的一种断路器的絲图； 图2示出了根据本发明公开的实施例的另外一种断路器的示意亂和 图3示出了根据本发明公开的实施例的一种断路 法的概括性流 程图。具体实 式参考附图，其中所有视图中相同的参考标记标明相同或相应的部件，根据本发明公开的一实施例，描述了具有可调闪光，和无线传,的断路器。图1 示出了断路器10的示意图。如图所示，来自被微电路(未示出)的电流信号 12#^断路器10的电压调节电路14,以、搶波和调整电流信号12的增益。接 着将调节后的信号鄉给断路器10的微处理器16。与微处理器16相连的还有 職传感器18和鹏转换器(fluxshifter)电路20。 作^1§中，最初对断路器10编程使其工作在常规，水平。如果与断 路器10相连的电路上发生爐，微理器向aS转换器20发出信号，贝蜥路 器10的脱扣单元(未示出)脱扣。齡卜，職传繊18的范围表征予腚区域,从而无论何时只要在该区域内检测到有人员雜，该检测结彩就被传徵微处 理器16,并且由断路器10,的，7jC平陶氐，这样当电流信号12逛拷虑 至赃予跪区域内检测到人员而在微理器16内體的陶氐的7jC平时，鹏转换 器20将使断路器10脱扣。 一旦人员离开安全区，微^bS器16被编程以将{， 水平复位为常M7K平或其他ft^想要的水平。同样，如果维护禾n/或测试人员顿具有断路器io的通电錢进行维护禾n/或测试时^A预定区域，由于被无线传繊18检测到，所以电弧闪光微水平 自动陶氐，而无需该人员接触断路器10或其他任何与其5I^接的开关，从而将 用户暴露于意外故障弓胞的电弧闪光危险中的可能性降至最小或消除。同样，根据所公开的发明，断路器10M3K顿繊職传感錢，在断路器周围区域 内有人员存在时，在无需操作人员干预的情况下能提高电弧闪光保护水平。通 过无线传^l检测在非安全区域内是否存在人员，可调整不同的《默水平，包 括但不限于瞬时启动电流、短舰启动、短时间鹏、接地故瞎地鹏、接:tfe/ 地柳章时间皿、长时间启动、长时间延迟、保护性继电器保护(过压、欠压、 电流不足、M失衡)启动和Sifi。正如本领域普職术人员所理解的，本发明可直樹柳任何无线传感设备 莉莫块。例如，職传麟18可舰職^jl信、互联网，称或手粥十算職 设，理连接至断路器10的微^i器16，仅以这些为例但不限于此。如图2所示，在根据本发明公开的断路器30的另一实施例中，被断路器 30保护的电路(未示出)皿多4Si接至^E调节电路36的相电 感器34 在32雜到断路器30，电压调节电路36向断路器30的模数或A/D转换器38提供会S1滤波和增益调整的信号。基于微^ha器的脱扣单元记录经由电流互感器34、电压调节电路36和A/D转换器38流经断路器30或电#131载继电器的 电流。电躯繊34也可被配置为向脱扣单元供电。为了执行斷氐的育遣保护 模式，将微鹏器40繊以ffiitt自職传繊42的職输入检柳旌预定区 域内是否存在用户，然后决定将断路器30^成何种 7夂平，包括^ffl标准 ，^S点/延迟、预定义保护设置^/EiS和用户定义，^g^/延迟，但不局 限于此。正如本应用领域普通狱人员所理解的，職传繊42的输入可连接 至Mba器40的中断(interrupt),以便增加从标准值到预定义值的ii渡时间。 并且，，传感设备可以由电源供电，该电,从包括电池、电流源禾n/或外部24Vdc电源、24Vdc并糊&闸或ST模块，24Vdc ，释放或UVR模块、超大 电容器和它们的组合的组中选出。正如可应用领域普通M人员所理解的，在 并糊&闸模块中，当其W^B腿(例如12"600Vac/dc)时，它将向脱扣单元发 出信号以使断路器脱扣。它也可直接向断路器的M转换器发出信号。它还可 具有扰态指示器(继电器触点)以显示弓胞脱扣的ST输入电压。欠压释放模块 中，当电压低于由辦预定义的电压时，各单元向脱扣单元发出信号以使断路 器脱扣。它也可直接向断路器的M转换器发出信号。它还可具有^R态指^^器 (继电器触点)以显示弓胞脱扣的UVR输入腿。在舰3if呈中， 一旦在离職传 !42的特定区域(例如200米)内检测到人员活动，断路器30的脱扣单元(标出)陶氏其瞬时保护體点，以允许 断路器30更' 扣。面板LED配置成以由微M器40控制的预定频率闪烁， 以用来指示房间中有人员^。 LCD、 LED禾口/或继电器输出也可TO来向操作 人员指示脱扣单元工作在标准保护模式还是低电弧能量保护模式。脱扣单元也 可包含可配置成实现该特征的内部可编程继电器。如果允许,触点还可被配置 ^ 3職传繊42的房间内检测至陏人员雜时改变状态。触点可连接至 警縣统，并且断路器观置成允许用户能够舰脱扣单元上的織(恭示出) 禾口/或开关(未示出)关闭Jd^W"。当脱扣单^S51战略布置于房间内的无线 传繊42检测到在断路器所鹏间(或预定不安全区域)内有人员雜时，它 自动,通电流释放(makecuirentrelease)或MCR、 iW时或HSET,种，其 他保护设置点和延迟6^为用户预定义的值。同样，用户也能够M:键盘、通 信、^鹏线输A^其组合撤销战保护。与图2中的实施例相似，可以调整不 同的i^7jC平，包括瞬时启动电流、短延迟启动、短时间延迟、接地故障延迟 和接地故障时间鹏，仅以这些为例但不限于此。非易失性存储器46可用来存 储脱扣单元参数(例如微选项(长时间、短时间、瞬时、接地故P韓)，断路器信息(传^i额定值、框架尺寸、中性点^a等)，保护^a点和延迟时间， 仅以这些为例)，在脱扣单元断电时这離将保持不变。在包含无线传^的断路器中减小电弧闪光保护的方法也包含在本发明公开的实施例的范围内。图3示出了根据本发明公开的实施例的断路,fW法 50的概括性離图。在60,无线传繊首先在断路器的操作区域内检测是否存 在人员。如果无线传 ^￡操作区域内未检测到人员，另(3么在70保持脱扣单元 的常规保护7jC平。如果職传^l实在操作区域内检测到人员，那么在80将 脱扣单元的保护水平陶氐至预先编程的水平。当脱扣单元的操作以斷氏后的保 护7KWl行时，在90断路器的无线传^^^作区域内继续监测人员的存在， 并在110将斷氐后的微7JCTO持在低水平。 一旦在操作区域内不再检测到人 员，那么在100断路器的保护水平被复位为常船K平或其他樹可由用户在断路 器的mhS器中预编程的水平。根据战描述，应意识到对于本领域普通技术人员来说，本发明各部分之 间的髓宜的尺度关系，包括尺寸、形式功能(fomifimction)和操储式的变 化、装配和舰对于本领域技术人员M而易见的，因此，所有与那些附图所示和说明书所描述等同的关系意图仅涵盖在附力敝利要求的范围内。1 外，由于本发明已经在附图中示出并在上文中用与目前认为是有实用性 的内棘关的特性和细节以及本发明的几个雌例充分描述，所以对本领域普 通技术人员来说，显而易见可在不脱离在此所阐述的原理和概念的情况下作出改动。因此，应当iXSM^所附权利要線广泛的解释确定本发明的錄范围，以涵皿有这些改动和等同物。
权利要求
1. 一种断路器，包括微处理器；和与微处理器通信的无线传感器，该无线传感器配置成在断路器周围的预定区域内检测是否存在人员，其中当无线传感器检测到在该预定区域内存在人员时，由微处理器改变断路器的保护水平。
2、 权利要求l的断路器，其中保护水平选自包括瞬时启动电流、短延迟启动、短时间延迟、接地故暾 地延E、接J4/地故障时间延迟、长时间启动、长时间g、 {，性继电器旨 和其组合的组；W7K平是用户定义的设置点，^且職传感器连接至'微理器的中断，以增加i^户7K平变化的3^度时间。
3、 权利要求1的断路器，还包括 雜至微舰器的模数转换器； 雜至模数转换器的腿调节电路；连接至电压调节电路并且配置成向断路器供电的相电 感器； 连接至微舰器的鹏转换器电路；警报灯，该警报灯隨鹏琉传感雜测至顾定区域内有人员存在时启动；LCD、 LED、或继电器输出，配置成指示预定区域内人员的存在；和 停用无线传麟的體。
4、 权利要求l的断路器，其中^5^传 1^隨为通雌自包括下述方式 的组的方式与微处理器通信无线电通信、互联网通信和用手^i十算无线设备 的通信及其组合。
5、 一种陶氏断路器电弧闪光保护水平的方法， 魏括M3i与断路器的微^a器通信的，传自在断路器周围的预定区域内检测人员是否雜；和当職传ffi^予跪区域内检测到人员雜时改变断路器的做水平。
6、 权利要求5的方法，其中所述改变还包括将微7K平由常M7K平^S陶氐的水平。
7、 权利要求6的方法，还包括当无线传^I^测至IJ人员离开该预定区域时，将傲户7K平从斷氏的7K平改輕常规水平。
8、 权利要求6的方法，其中，水平选自瞬时启动电流、短EiE启动、短时间延迟、接地柳章延迟、 接地柳章时间延凝卩其组合；且，水平Jiffi户定义的^点mE^。
9、 ^l利要求6的方法，还包括 当无线传^M该预定区域内检测到人员存在时，启动设置在断路器上的灯；在^g在断路器上的LCD、 LED或继电器输出上指^f页定区域内有人员存在。
10、 权利要求5的方法，还包括 在检测到人员存在后，停用无线传麟。
全文摘要
本发明涉及具有可调电弧闪光保护和无线传感器的断路器及其用法。该断路器包括微处理器和与微处理器通信的无线传感器，该无线传感器配置成在断路器周围的预定区域内检测人员是否存在，从而当无线传感器在预定区域内检测到人员存在时，由微处理器改变断路器的保护水平。降低断路器的电弧闪光保护水平的方法也包含在发明公开的范围内。
文档编号G05B15/02GK101256917SQ20071018572
公开日2008年9月3日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者A·K·辛格, B·L·比什诺伊, D·特里帕蒂, E·帕帕迪马, K·U·恩索富尔, N·B·文森特, S·V·昂尼 申请人:通用电气公司