专利名称：带有可分开触点闭合后被禁用的跳闸机构的非自动电源断路器的制作方法
本申请和Jones等人于1998年1月12日提交的标题为“带有专用过载电流传感器的电子跳闸部件”的共同转让、公同未决的09/005，816号申请相关。
发明的领域本发明涉及断路器，并且更具体地涉及使用跳闸机构的非自动式电源断路器。
背景技术：
电源断路器不同于模制盒式断路器的最重要应用特性在于电源断路器在不跳闸下承受非常高的过载电流的能力。电源断路器在短期内不造成内部损坏的最大电流称为短期耐电流额定值(例如，通常建立0.5、1.0和3.0秒的短期耐电流额定值)。短期耐电流额定值标志电源断路器在给定时间内承受过电流的机械性能和热性能，并且该额定值说明该断路器与激励跳闸作用的电流电平无关的特性。
典型地在辐射状配电系统中使用电源断路器组，以对负载中心、马达控制中心或配电盘馈电。这些负载中心中的多个断路器接着再对各种独立的负载馈电。为了协调电源断路器和这些下游断路器之间的跳闸特性，最理想的是把该断路器的机械特性设计成具有尽可能高的、最好等于电源的有效故障电流的“耐电流”电平。
若在其短期耐电流额定值的限制内应用电源断路器，通常会在未经瞬时跳闸特性下应用这些断路器。这些电源断路器可以在该短期时间内容忍任何可能的故障电流，并且赋予下游断路器消除负载线之一上发生的任何故障的足够的机会。仅当故障位于尚未插入断路器的最邻近下游中时，该电源断路器最终才会跳闸。对于任何其它故障位置，该电源断路器应保持闭合。这样，所有不直接卷入该故障的馈线负载保持连续运转。这种只为任何故障断开上游方向上最近的断路器的特性称为“选择协调”或“选择性”。
通常把现代低压电源断路器设计成其闭合弹簧具有中等过电流状态下闭合的充足能量，但不具有相对大的故障电流状态下闭合的充足能量。这样的断路器设计成一旦闭合能“耐受”这样的故障电流，但是不需要能“闭和锁”它们。
不能“闭和锁”造成有意识的在操作机构的闭合弹簧能和所造成的操作持续性、可靠性之间进行设计折衷。若这样的断路器试图在相对大的故障电流下闭合，则闭合通常是不完全的并且如果允许持续这种状态会对可分开触点造成损害。一旦闭合在这些断路器中安装的集成跳闸部件可以检测出这样的故障电流状态，并且如果该故障电流超过该具体断路器的“闭和锁”阈值它可发出立即跳闸信号。这种重要的自保护特性通常称为“使电流释放”(MCR)并由许多现代低压电源断路器采用。
典型地，集成跳闸部件中主要成本的元部件是检测流过断路器的相电流的电流传感器组(例如，每相一个电流传感器)以及处理检测到的电流信号来确定何时应该断开断路器从而断开可分开触点的电路。这些元部件的成本典型地为数百美元。不过，一旦存在这些元部件，可在很小增加成本下获得MCR功能。
电源断路器市场中的一部分只把电源断路器用作为不需要自动过电流保护从而不带有过电流跳闸部件的简单开关。备择地，称为非自动断路器的这种开关可以出售给那些喜欢设置他们自己的过电流保护系统的用户。
在这种情况下，制造商对非自动断路器规定和耐受能力等同的瞬时电路电流额定值。但是，由于没有跳闸部件，不能具有MCR功能，从而在瞬时电路额定值之内的故障电流下该断路器不能完全闭合，因此使断路器因滥用而损坏。于是，希望通过一个替代的、相对便宜的方式来满足MCR功能。因此，存在改进的空间。
发明的内容涉及一种非自动电源断路器的本发明满足该要求和其它要求，其中该非自动电源断路器保护电流释放(MCR)功能并且不必为复杂的多功能跳闸部件花钱。
该非自动电源断路器包括用于在闭合位置和断开位置之间移动的可分开触点装置以及用于在断开位置和闭合位置之间移动该可分开触点装置的操作装置。一个装置测定具有第一状态和第二状态的信号，其中该第一状态用于该可分开触点装置的断开位置，而当该可分开触点装置移动到闭合位置后该信号处于该第二状态。一个检测装置检测通过该可分开触点装置的电流并提供和该电流相对应的信号。一个跳闸装置使用该和电流对应的信号以及和该可分开触点装置的断开、闭合位置对应的信号以便提供跳闸信号。该跳闸装置包括用于当该测定装置的信号为第二状态时禁用该跳闸信号的装置。跳闸致动器装置使用该跳闸信号以便驱动该操作装置从而把该可分开触点装置移动到它的断开位置。一个装置用该检测装置的信号驱动该跳闸致动器装置。
该检测装置最好包括一个具有输出的电流传感器，并且该驱动跳闸致动器装置的装置最好包括一个电容器以及用该电流传感器的输出充电该电容器的装置，以利用该电容器驱动跳闸致动器装置。
该测定装置最好包括和该操作装置合作的以测定该可分开触点装置的断开及闭合位置的装置，以及由和该操作装置合作的装置驱动的用于测定具有第一状态和第二状态的信号的开关装置。作为进一步的改进，该开关装置包括一个具有和第一状态对应的第一位置以及和第二状态对应的第二位置的开关，并且和该操作装置合作的装置包括用于在可分开触点装置移动到其闭合位置之后按预定时间延迟该开关从其第一位置移动到第二位置的装置。
作为本发明的另一个方面，一种非自动电源断路器包括用于在闭合位置和断开位置之间移动的可分开触点装置以及用于在断开位置和闭合位置之间移动该可分开触点装置的操作装置。一个装置测定具有第一状态和第二状态的信号，其中该第一状态用于该可分开触点装置的断开位置，而该可分开触点装置移动到其闭合位置后的预定时间该信号处于该第二状态。一个检测装置检测通过该可分开触点装置的电流并且包括一个用来提供和该电流相对应的信号的带有空芯或低导磁率磁芯的线圈。一个模拟跳闸装置使用和电流对应的信号以及和可分开触点装置的断开、闭合位置对应的信号以便提供跳闸信号。该模拟跳闸装置包括用于当可分开触点装置移动到其闭合位置后该测定装置的信号为第二状态时禁用该跳闸信号的装置。一个跳闸致动器装置使用该跳闸信号以便驱动该操作装置从而把该可分开触点装置移动到它的断开位置。
作为本发明的又一个方面，一种非自动电源断路器包括用于在闭合位置和断开位置之间移动的可分开触点装置以及用于在其断开位置和闭合位置之间移动该可分开触点装置的操作装置。一个装置和该操作装置合作用来提供具有第一状态和第二状态的信号，其中该第一状态用于该可分开触点装置的断开位置，而该可分开触点装置移动到其闭合位置后的预定时间该信号处于该第二状态。一个电流传感器包括一个带有空芯或低导磁率磁芯的线圈。该电流传感器检测流入该可分开触点装置的电流并且提供和该电流对应的信号。一个低能跳闸致动器使用跳闸信号以便驱动该操作装置从而把该可分开触点装置移动到其断开位置。一个模拟跳闸装置包括，一个由该电流传感器的信号充电的电容器，使用该电流传感器的信号从而提供跳闸信号的装置，当该和操作装置合作的装置的信号为第二状态时禁用跳闸信号的装置，以及使用该电容器以驱动该跳闸致动器装置的装置。
附图简述当结合附图一起阅读下述对优选实施例的说明可以获得对本发明的完整理解，附图中
图1是一种依据本发明的采用使电流释放(MCR)开关的非自动低压电源断路器的简化方块图；图2是主要以方块图为形式的示意图，其示出图1中跳闸部件以及各相关接口；图3是进一步示出图1的跳闸部件以及各相关接口的示意图；图4是图1的MCR开关的等轴分散图；以及图5A是电流传感器相对于图1中本发明要监视的三相导体的布局的后视图，而图5B是透视图。
优选实施方式的描述参照图1，其中示出一种采用使电流释放(MCR)功能的非自动低压电源断路器2的简化方块图。该断路器2包括多个在闭合位置(未示出)和断开位置之间移动的可分开触点4，例如三相可分开触点4A、4B、4C。尽管示出用于低压断路器的三相功率配电系统，但本发明可应用于各种各样的采用任何相数的可包括中性导体和/或接地导体的非自动电源断路器。
操作机构6在可分开触点4的断开位置和闭合位置之间移动可分开触点4。操作机构6可采用适当的闭合电路(未示出，例如，操作柄、闭合致动器机构、闭合线圈)把可分开触点4移动到闭合位置。
检测机构7，例如示例性的电流传感器或变流器7A、7B、7C，检测流过电源(未示出)和负载(未示出)之间的相导体8A、8B、8C的三相电流，并且输出分别和这三个电流状态对应的电流检测信号9A、9B、9C。
断路器2的跳闸电路或跳闸部件10应用这些电流检测信号9A、9B、9C并且生成跳闸信号12。进而，诸如低能跳闸致动器14的跳闸致动器机构应用跳闸信号12来驱动操作机构6并把可分开触点4移动到断开位置。
常规MCR开关16对于可分开触点4的断开位置是闭合的，并且在可分开触点4移到其闭合位置后是断开的。以这种方式，MCR开关16提供具有第一状态和第二状态的信号18，其中第一状态用于可分开触点4的断开位置，而可分开触点4闭合后信号18位于第二状态。接着，跳闸部件10应用电流检测信号9A、9B、9C以及和可分开触点4的断开、闭合位置对应的信号18来提供跳闸信号12。跳闸部件10包括一个电路20，当MCR开关16断开并且信号18为第二状态时电路20禁止跳闸信号12。
电流检测机构7最好使用三个空芯线圈架绕制电线圈，例如图5的线圈22。这些线圈22不贵并且在适中的过电流状态下提供适用的精度和提供对电容器24(在图2和3中示出)充电的充足输出功率，电容器24相继地激励低能跳闸致动器14。另外，非自动断路器2最好还应用一个模拟跳闸电路，例如图3的电路44，该电路接收电流信号9A、9B、9C以及MCR开关信号18并在适当时对低能跳闸致动器14输出跳闸信号。
如后面连同图5A和5B讨论那样，为了使相间作用最小，最好把各示范性线圈22设置成靠近各个相导体8A、8B、8C。来自每个线圈22的输出电流信号，例如信号9A、9B、9C，是和对应相导体中的电流的大小和频率成正比的电压。如果已知频率不变，则各线圈22提供可预言的输出，即，通常只取决于相电流的输出。
示范性低能跳闸致动器14用于断路器2的跳闸功能。该致动器14最好不贵并且使用受压弹簧中存贮的机械能，其中该弹簧通过一个电动磁闩释放。以这种方式，可以利用小量的电能释放大得多的机械能以便断开断路器2。
示范性MCR开关16提供“闭合延迟”功能并且在断路器2断开、闭合时改变状态。跳闸部件10应用该开关16来识别闭合可分开触点4后立即出现的故障电流，并且用来忽略断路器2闭合预定时间后出现的任何电流或故障电流。如后面连同图4讨论的那样，MCR开关16最好是便宜的并且应用一个微开关26和一个惯性轮28以当断路器2闭合时提供适当的短时间延迟。以这种方式，当断路器2闭合(或接通)时MCR开关16是现用的(即，闭合的)，但在闭合后的适当预定时间(例如，几分之一秒)后是不活动的(即，断开的)。从而，在可分开触点4闭合后到MCR开关16断开前的期间内，示范性跳闸部件10有效地运转(例如，约为几分之一秒)。
图2是示范性跳闸部件10的方块图。整流器30整流来自电流检测机构7的各线圈22(图5)的交流(AC)电流检测信号9A、9B、9C。通过稳压器36应用整流器30的输出22(从而应用电流检测信号9A、9B、9C)以把电容器24充电到适当的工作电压(例如，该示范实施例中约为直流40伏)。在阈跳闸电流(例如，该示范实施例中15乘帧额定值)下，电容器14的充电时间典型地短于20毫秒。如后面讨论那样，电容器24二端上的生成电压用于驱动跳闸致动器14。
在这些状态下，并且当MCR开关16闭合(如图1中所示)时，电流传感器7A、7B、7C(图1)的最大电压和一基准信号，例如稳压器36设置的基准电压34，比较。如果三个相电流中的任何一个超过由该基准电压34设定的预定阈电平，则利用比较器40的输出38激励输出开关42，后者通过跳闸致动器14对电容器24的电压放电并且从而断开图1的断路器2。
若闭合断路器2后不马上存在足够大的超过该“闭和锁”阈值的故障电流，则断路器2会完全闭合。接着，在“闭合延迟”之后，MCR开关16断开(如图2中所示)以禁用比较器40，并且从而使目的在于闭合下的断路器2的跳闸部件10不会在相继的故障事件下跳闸，即使此故障电流超过该“闭和锁”阈值。
参照图3，最好使用模拟跳闸电路44来检查三个电流检测信号9A、9B、9C，选出最大的信号，比较最大信号和基准电压34，并对跳闸致动器14输出功率足够大的跳闸信号45。AC信号9A、9B、9C施加于各自的全波桥式整流器30A、30B、30C。整流器30A、30B、30C的输出端46、48共用地跨接在电容器23。
场效应晶体管(FET)49的栅极由齐纳二极管50的电压偏置，该电压由流过电阻器52的电流建立。配置成一个源输出器的晶体管49在其源极54以及电容器24的二端提供电压。在本示范实施例中，源极54处的电压等于齐纳二极管50的电压减掉4伏。接着利用该源电压对跳闸致动器56的线圈56供电，对二个比较器58、60供电，并且对由MCR开关16控制的比较器58提供一个输入信号以便和基准电压34比较。
通过连接在整流器30A、30B、30C的输出端46、48之间的电阻器62和齐纳二极管的串联组合产生基准电压34。位于连接点66处的齐纳二极管64的阴极向比较器58的正输入端以及比较器60的负输入端提供基准电压34。利用二个电阻器68、70的串联组合把晶体管49的源极54和比较器58的负输入端相连接。连接在晶体管49的源极54和整流器30A、30B、30C的输出48之间的二极管72和电容器74的串联组合用于在连接点75处对电容器74充电。接着，利用晶体管76和齐纳二极管78的串联组合在连接点80处为齐纳二极管78的阴极形成电压供带动比较器58、60。
MCR开关16连接在整流器30A、30B、30C的输出端48和串联电阻68、70的连接点82之间。这样，图1的可分开触点4闭合后的预定时间之前，连接点82和整流器30A、30B、30C的输出端48连接，其中输出48是跳闸电路44的公用基准。从而，比较器58的负输入端位于该公用基准，而正输入端保持为更高的基准电压34，并且因此，该比较器的输出84为高电平并且对比较器60的正输入保持启动。
另一方面，在图1的可分开触点4闭合后的预定时刻，MCR开关16断开，比较器58的负输入为基本上由二极管50的齐纳电压确定的电压。该电压选择成超过二极管64的齐纳电压，从而比较器的输出84为低。接着，低电平的输出84禁止至比较器60的正输入。
比较器60的正输入端和连接在整流器30A、30B、30C的输出端46、48之间的电阻器88、90的串联组合的连接点86连接。当比较器58的输出84为高电平(即，MCR开关16闭合)时，二极管92阻塞该高电压并允许连接点86追随三个电流检测信号9A、9B、9C中的最大信号，该最大信号是由有关整流器30A、30B、30C中的一个对应整流器提供的并且由电阻器88、90分割以提供来自电容器23的电压的信号93。在此状态下，比较器60可以检查三个电流检测信号9A、9B、9C中的最大者的适当高的电平并且把比较器输出94中的最大者的适当高的电平并且把比较器输出94置为高电平。然后，通过电阻器96把高电压输出94施加到FET98的栅极以便生成跳闸信号45。尽管示范性跳闸电路44采用固定的阈值以提供不可调节的跳闸部件，本发明仍可应用于采用可调节阈值的跳闸部件。
另一方面，当比较器输出84为低电平(即，可分开触点4闭合后的预定时刻断开MCR开关16)时，连接点86为公用基准上的一个二极管压降，这低于基准电压34。从而，因此在图1的可分开触点4闭合后的预定时间内禁止比较器60，并且进而禁止跳闸信号45。
以这种方式，比较器60能(1)检查在可分开触点4闭合后出现短于MCR开关16的预定时间的故障电流状态，以及(2)忽略在可分开触点4闭合了长于该预定时间任何电流或故障电流状态。
参照图4，示范性MCR开关16和图1的操作机构6的杆(pole)轴100对接。如技术上周知那样，当操作机构6把可分开触点4从断开位置移动到闭合位置时，杆轴100转动。杆轴100具有一个设置在其上的件102，在可分开触点4的断开位置下件102通常和MCR开关16的延伸销104(用虚线图示出)啮合。
如从图4看出那样，当杆轴100逆时针地转向它的和可分开触点4的闭合位置对应的闭合位置时，件102离开销104。这使MCR开关16的惯性轮28在扭簧108的影响下转动，其中扭簧108顺时针地偏移或转动轮28(按照图4)。进而，当轮28转到图4中用实线示出的销104的位置上时，轮28的平板114离开上面连同图3讨论下已断开的微开关26的致动器(未示出)。以这种方式，MCR开关16在可分开触点4移到闭合位置后运转预定时间。应理解，通过适当地选择轮28的惯性、弹簧108以及表面110、114相对于微开关26的位置，该时间能预先确定。
晚些时候，当杆轴100顺时针(按图4)转动时，件102向前移动并且随着可分开触点4断开和销104啮合。轮28的偏心销104移到位置116，并且从而使轮28绕中心枢轴销118转动。这把轮28保持在使销104(用虚线示出)位于位置116处的位置上。当轮28逆时针足够转动时，轮28的表面110和微开关26的致动器(未示出)啮合。
在该示范实施例中，最好通过适当的紧固件124把微开关26固定在安装托架122上。然后，把托架122安装在图1的断路器2内，以允许通过杆轴100的件102啮合销104。
尽管公开了用于确定图1的信号18(该信号具有用于可分开触点4的断开位置的第一状态以及用于触点4移到闭合位置后预定时间的第二状态)的示范性机械结构16，可以采用其它等同的电、机电和机械机构(例如带有电或机械时延的辅助开关)。
参照图5A和5B，其中示出图1的电流检测机构7的电流传感器7B。电源传感器7B具有一个非常靠近相导体8中之一，例如图5B的相导体8B，的低导磁率磁芯125。对于精度和测量范围电流传感器7B的要求非常适中，并且它不需要产生图1的断路器2的常规负载运行范围内的相当大的功率输出信号。代之，而是在达到非常高的电流电平下提供适当的有用线性信号。从而，不需要带有分布绕组的高导磁率磁芯。事实上，为了在非常高的主电流电平下保持线性度，当放在导体8邻近时实际上可以有利地使用空芯传感器，例如线圈22，以便检测流过它的并且通过图1的可分开触点4的电流。
便宜的线圈架绕制线圈22最好放在靠近矩形导体8B并且按具体的导体几何形状设计。线圈22的输出取决于主电流产生的磁场强度、空芯125的横截面积以及匝数。在具体的断路器几何形状下可以恰当地控制所有这些因素。对于具体的几何形状传感器7B的输出可以在几伏到好几十伏的范围内，并且带有输出信号是线性的和不会饱和的优点。
由于传感器7B本质上检测空间中一给定点的磁通场的强度，它对导体几何形状以及相邻的相导体或铁结构是敏感的。对于任何给定的断路器，最好把传感器7B放在相对于各导体相同的位置处，从而几何形状效应不会逐个部件地影响性能。
传感器7产生的电压正比于传感器线圈所切断的磁通的变化率，而后者又正比于相导体8中故障电流的变化率。对于频率已知的正弦电流，各个传感器7的原始输出信号直接正比于故障电流的RMS值。这种技术产生时延最小的信号并且该信号相对地不受到大多数三相故障中存在的直流(DC)偏置电流的影响。
各传感器7最好包含线圈架绕制线圈22，各个线圈22放在靠近相关的相导体8，从而感受和导体8中流过的电流直接成正比的磁场。可以用充填线圈22的中心126的低导磁率磁芯材料(例如，但不限于，空气，粉末铁，粉末铁混合物，粉末钢，使用铁混合物的复合材料，导磁率小于10从而输出信号是线性的并且不会饱和的材料)来略微增加信号大小，从而减小磁芯尺寸或减少匝数。如果把线圈22的轴放成平行于矩形导体8B的长边，如图5A中所示，它会主要感受由于该导体8B中的电流产生的磁场强度(即B2)并且只是次要地感受由于相邻相导体8A和8C中的电流产生的磁场强度(即，分别为磁场强度B1和B3)。
为了估计这种传感器的有用电压和功率输出，考虑一个示例的空芯线圈，其横截面积为1.0cm2，设置平均有效半径为5.0cm，用38号铜线绕10,000圈。靠近长的直导体的这种传感器在故障电流40KA下会产生约为60VAC RMS的电压信号。在传感器内电阻约为800欧姆下，能对类似阻抗的负载传送超过一瓦的最大理论功率。该功率水平足以可靠地释放永久磁铁闩锁、弹簧蓄能的跳闸致动器，例如图1的示范性低能跳闸致动器14。
备择地，如果跳闸致动器需要更大的功率，则可以用长度和线圈架的长度相等的圆柱形粉末铁芯填充传感器线圈22的中心孔。这会二至十倍地增加磁芯的“有效”导磁率，从而提高信号电平或者在相同信号电平下减小传感器的总尺寸和成本。
传感7的输出还取决于导体8的路径几何形状。传感器7最好位于靠近导体8中的90度弯头，并且更佳的位置是在该弯头内还不是在该弯头外，如图5B中所示，这样由于90度导体段生成的附加磁通其明显地增加输出信号电平。理论上，该配置下磁通水平会翻番，尽管实际实验结果示出增加因子小于百分之五十。对于任何给定的电流路径几何形状和位置，可以校准信号大小，并且应对每个断路器重复地进行校准。
影响磁场传感器7B的主要误差源是它对各相邻相中流过的故障电流的交叉灵敏性。通过如图5B中所示把传感器7B放在靠近矩形导体8B的长表面并且居于中间而且靠近90度的内部弯头128，可以使对相电流的灵敏性为最大并且对相邻相电流的灵敏性为最小。
传感器7的精度取决于几个因素，包括匝数、线圈横截面积、磁芯导磁率(若不是空心的)以及它相对于电流路径的位置。如果所有这些因素得到控制，可得到各个传感器间的约为±5％的可重复性。通过恰当的定位能使传感器7对相邻相导体的磁场的交叉灵敏性为最小。理想化二维几何形状的磁通图表明，和单相相比，三相故障会在传感器7处的场强上产生增加三个百分点的差异。从而，所有三相电流都为故障状态下，可互换电流传感器的总不准确性估计好于±10％。对于示范性传感器7这是满意的。
本发明在节约成本方式下为示范性非自动断路器2提供MCR跳闸功能。该示范性MCR跳闸部件10对非自动断路器2提供有用的补充，如果这种断路器在超过它的“闭和锁”能力的故障电流下闭合它保护该断路器。按此方式，可以在高达其短期耐电流额定值的有效故障电流下安全地使用非自动断路器2。从而，只在成本上适当改进该保护系统解决了常规非自动断路器的重要弱点。
虽然本发明是利用可分开触点从断开位置移到闭合位置后对信号的输出提供了机械或惯性延迟的开关说明的，应理解电时延或其它适用时延可以提供等同的延迟作用。
尽管详细说明了本发明的各具体实施例，业内人士理解，根据本发明的总原理可以对这些细节做各种修改和替换。因此，所公开的具体方案只是示意性的并且不是对本发明的范围的限制，本发明的范围是由附属权利要求书以及其所有等同品的完整广度给出的。
参照数字表2 非自动低压电源断路器4 可分开触点(4A，4B，4C)6 操作机构7 检测机构，电流传感器或变流器(7A，7B，7C)8 相导体(8A，8B，8C)9 电流检测信号(9A，9B，9C)10 跳闸部件12 跳闸信号14 跳闸致动机机构或低能跳闸致动器16 使电流释放(MCR)开关18 具有用于可分开触点的断开位置的第一状态和可分开触点闭合后为第二状态的信号20 禁止跳闸信号的电路22 空芯线圈架绕制线圈23 电容器24 电容器26 微开关28 惯性轮30 全波桥式整流器(30A，30B，30C)32 整流器的输出34 基准电压36 稳压器38 输出40 比较器42 输出开关44 模拟跳闸电路45 跳闸信号46 整流器的输出48 整流器的输出49 场效应晶体管(FET)50 齐纳二极管52 电阻器54 源56 线圈58 比较器60 比较器62 电阻器64 齐纳二极管66 连接点68 电阻器70 电阻器72 二极管74 电容器75 连接点76 电阻器78 齐纳二极管80 连接点82 连接点84 输出86 连接点88 电阻器90 电阻器92 二极管93 信号94 输出96 电阻器98 FET100 杆轴102 件104 延伸销108 扭簧110 啮合面114 平板116 位置118 中央枢轴销122 安装托架124 紧固件125 低导磁率磁芯126 中心128 90 度内弯头
权利要求
1.一种非自动电源断路器(2)，包括可分开触点装置(4，8)，用于在闭合位置和断开位置之移动，所述可分开触点装置(4，8)具有通过其的电流；操作装置(6，100)，用于在该闭合位置和该断开位置之间移动所述可分开触点装置(48)；装置(16)，用于测定具有第一状态和第二状态的信号(18)，其中第一状态用于所述可分开触点装置(4，8)的断开位置而在所述可分开触点装置(4，8)移到其闭合位置后为第二状态；检测装置(7)，用于检测所述可分开触点装置(4，8)所述电流和提供与所述电流对应的信号(9A，9B，9C)；跳闸装置(10)，其应用和所述电流对应的信号(9A，9B，9C)以及和所述可分开触点装置(4，8)的断开位置、闭合位置对应的信号(18)来提供跳闸信号(12)，所述跳闸装置(10)包括当所述测定装置(16)的所述信号(18)为第二状态时禁用跳闸信号(12)的装置(20)；跳闸动器装置(14)，其应用跳闸信号(12)激励所述操作装置(6，100)以把所述可分开触点装置(4，8)移到其断开位置；以及装置(24，30，36)，用于用所述检测装置(7)的所述信号(9A，9B，9C)驱动所述跳闸致动器装置(14)。
2.权利要求1所述的非自动电源断路器(2)，其中所述检测装置(7)是检测所述电流并提供和所述电流对应的所述信号(9A，9B，9C)的电流传感器(7A，7B，7C)。
3.权利要求2所述的非自动电源断路器(2)，其中所述电流传感器(7A，7B，7C)包含具有空芯(125)或低导磁率磁芯(125)的线圈架绕制线圈(22)。
4.权利要求2所述的非自动电源断路器(2)，其中所述电流传感器(7A，7B，7C)是在低导磁率磁芯(125)上绕制的电线圈(22)。
5.权利要求2所述的非自动电源断路器(2)，其中所述可分开触点装置(4，8)包括可分开触点组(4)和电流导体(8)；并且其中所述电流传感器(7A，7B，7C)包括靠近所述电流导体(8)放置的用以检测流过其并且通过所述可分开触点(4)的电流的空芯变流器(22)。
6.权利要求2所述的非自动电源断路器(2)，其中所述可分开触点装置(4，8)包括多个用于多个相导体(8A，8B，8C)的可分开触点(4A，4B，4C)；并且其中所述检测装置(7)包含多个用于所述相导体(8A，8B，8C)的电流传感器(7A，7B，7C)，每个所述电流传感器(7A，7B，7C)放在靠近一个对应的所述相导体(8A，8B，8C)以使相间作用为最小。
7.权利要求1所述的非自动电源断路器(2)，其中所述电流具有幅值和频率；并且其中所述检测装置(7)包含用于所述电流的电流传感器(7A，7B，7C)，所述电流传感器(7A，7B，7C)具有电压输出，该电压正比于所述电流的幅值和频率。
8.权利要求7所述的非自动电源断路器(2)，其中所述用来驱动所述跳闸致动器装置的所述装置(24，30，36)包括一个电容器(24)；以及装置(49，50，52，72，74)，用于用所述电流传感器(7A，7B，7C)的输出对所述电容器(24)充电，利用所述电容器(24)驱动所述跳闸致动器装置(14)。
9.权利要求8所述的非自动电源断路器(2)，其中所述跳闸致动器装置(14)是低能跳闸致动器(14)。
10.权利要求1所述的非自动电源断路器(2)，其中所述测定装置(16)包含和所述操作装置(6，100)合作用来测定所述可分开触点装置(4，8)的所述断开、闭合位置的装置(104，28)，并且由和所述操作装置(6，100)合作的装置(104，28)驱动的开关装置(26)用来测定所述具有第一、第二状态的所述信号(18)。
11.权利要求10所述的非自动电源断路器(2)，其中所述开关装置(26)包含一个其第一位置和所述第一状态对应以及其第二位置和所述第二状态对应的开关(26)；并且其中所述和所述操作装置(6，100)合作的装置(104，28)包含用于在所述可分开触点装置(4，8)移到其闭合位置上后按预定时间延迟所述开关(26)从第一位置移动到第二位置上的装置(28，110，114)。
12.权利要求10所述的非自动电源断路器(2)，其中所述操作装置(6，100)包含一个随所述操作装置(6，100)把所述可分开触点装置(4，8)从断开位置移到闭合位置转动的杆轴(100，102)；其中所述和所述操作装置(6，100)合作的装置(104，28)包含一个带有一个偏心销(104)和一个啮合面(110)的惯性轮(28)和一个在转动方向上偏置所述惯性轮(28)的弹簧(108)，利用所述杆轴(100，102)把所述销(104)啮合在所述可分开触点装置(4，8)的断开位置上并且把所述惯性轮(28)保持在第一转动位置上，所述杆轴(100，102)当所述杆轴(100，102)把所述可分开触点装置(4，8)从其断开位置移动到其闭合位置时从所述销(104)中释放，所述弹簧(108)在移动方向上把所述惯性轮(28)移动到第二转动位置，并且所述惯性轮(28)的所述啮合面(110)啮合所述开关装置(26)以在所述可分开触点装置(4，8)移动其闭合位置后的预定时刻输出为第二状态的所述信号(18)。
13.权利要求10所述的非自动电源断路器(2)，其中所述跳闸装置(10)分别应用和所述可分开触点装置(4，8)的断开位置和闭合位置对应的所述信号(18)的所述第一状态和第二状态，以检测在所述可分开触点装置闭合后预定时间内出现的故障电流状态并且忽略所述可分开触点装置(4，8)闭合后大于所述预定时间才出现的故障电流状态。
14.权利要求1所述的非自动电源断路器(2)，其中所述跳闸装置(10)包含不可调节的跳闸电路(44)。
15.权利要求14所述的非自动电源断路器(2)其中所述不可调节的跳闸电路(44)是模拟跳闸电路(44)。
16.权利要求1所述的非自动电源断路器(2)，其中所述检测装置(7)具有一个输出；并且其中用于驱动所述跳闸制动器装置的所述装置(24，30，36)包括一个电容器(24)；以及装置(49，50，52，72，74)，用于用所述检测装置(7)的输出对所述电容器(24)充电，利用所述电容器(24)驱动所述跳闸致动器装置(14)。
17.权利要求1所述的非自动电源断路器(2)，其中用于驱动所述跳闸致动器装置的所述装置(24，30，36)包括一个电容器(23)，其由所述检测装置(7)的信号(9A，9B，9C)充电，所述电容器(23)具有电压；装置(62，64)，用于提供基准信号(34)；装置(88，90)，用于从所述电容器(23)的电压提供信号(93)；比较器装置(60)，用于比较所述基准信号(34)和所述提供信号的装置(88，90)的所述信号(93)，所述比较器装置(60)具有一个输出(94)，当所述提供信号的装置(88，90)的信号(93)大于所述基准信号(34)时该输出(94)为第一状态，而当所述提供信号的装置(88，90)的所述信号(93)小于所述基准信号(34)时该输出(94)为第二状态；装置(58，68，70，92)，用于当所述可分开触点装置(4，8)移动到其闭合位置后所述测定装置(16)的信号(18)为第二状态时禁止所述比较器装置(60)；以及装置(96，98)，其应用所述比较器(60)的输出(94)来对所述跳闸致动器装置(14)提供跳闸信号(45)。
18.一种非自动电源断路器(2)，包括可分开触点装置(4)，用于在闭合位置和断开位置之间移动，所述可分开触点装置(4)具有通过其的电流；操作装置(6)，用于在该闭合位置和该断开位置之间移动所述可分开触点装置(4)；装置(16)，用于测定具有第一状态和第二状态的信号(18)，其中第一状态用于所述可分开触点装置(4)的断开位置而在所述可分开触点装置(4)移到其闭合位置后的预定时刻为第二状态；检测装置(7)，用于检测所述可分开触点装置(4)的所述电流，所述检测装置(7)包含一个带有空芯(125)或低导磁率磁芯(125)的线圈(22)以提供和所述电流对应的信号(9A，9B，9C)；模拟跳闸装置(10)，其应用和所述电流对应的信号(9A，9B，9C)以及和所述可分开触点装置(4)的断开位置、闭合位置对应的信号(18)来提供跳闸信号(12)，所述模拟跳闸装置(10)包括用于当所述可分开触点装置(4)移到其闭合位置后所述测定装置(16)的所述信号(18)为第二状态时禁止该跳闸信号(12)的装置(20)；以及跳闸致动器装置(14)，其应用该跳闸信号(12)激励所述操作装置(6)以把所述可分开触点装置(4)移到其断开位置。
19.权利要求18所述的非自动断路器(2)，其中所述模拟跳闸装置(10)包括一个电容器(24)；以及装置(49，50，52，72，74)，用于用所述检测装置(7)的信号(9A，9B，9C)对所述电容器(24)充电，利用所述电容器(24)驱动所述跳闸致动器装置(14)。
20.一种非自动电源断路器(2)，包括可分开触点装置(4)，用于在闭合位置和断开位置之间移动，所述可分开触点装置(4)具有通过其的电流；操作装置(6)，用于在该闭合位置和该断开位置之间移动所述可分开触点装置(4)；装置(16)，其和所述操作装置(6)合作以提供具有第一状态和第二状态的信号(18)，其中第一状态用于所述可分开触点装置(4)的断开位置而在所述可分开触点装置(4)移到其闭合位置后的预定时刻为第二状态；一个包含带有空芯(125)或低导磁率磁芯(125)的线圈(22)的电流传感器(7A，7B，7C，30)检测所述可分开触点装置(4)中流过的电流并且提供和所述电流对应的信号(9A，9B，9C，32)；一个低能跳闸致动器(14)，其利用跳闸信号(45)激励所述操作装置(6)以把所述可分开触点装置(4)移动到其断开位置；以及模拟跳闸装置(44)，其包括一个电容器(24)，装置(49，50，52，72，74)，用于用所述电流传感器(7A，7B，7C，30)的信号(9A，9B，9C，32)对所述电容器(24)充电，以及利用所述电容器(24)驱动所述低能跳闸致动器(14)，装置(60，96，98，88，90)，其应用所述电流传感器(7A，7B，7C，30)的信号(9A，9B，9C，32)提供跳闸信号(45)，以及装置(58)，用于当和所述操作装置合作的装置(16)的信号(18)为第二状态时禁止跳闸信号(45)。
全文摘要
一种非自动电源断路器(2)包括在闭合位置和断开位置之间移动的可分开触点(4),以及在该断开、闭合位置间移动可分开触点(4)的操作机构(6)。延时地使电流释放开关(16)对于可分开触点(4)的断开位置是闭合的并且在可分开触点(4)移到闭合位置后的预定时刻是断开的。低导磁率空芯变流器(7,22)检测流过用于可分开触点(4)的电流导体(8)的电流并提供和该电流对应的信号(9A,9B,9C)。模拟跳闸部件(10,44)应用和该电流对应的信号(9A,9B,9C)以及和可分开触点(4)的断开、闭合位置对应的使电流释放开关信号(18),并提供跳闸信号(12)。模拟跳闸部件(10,44)包含一个用于当使电流释放开关(16)断开时禁用跳闸信号(12)的电容器(58)。低能跳闸致动器(14)应用跳闸信号(12)激励操作机构(6)以把可分开触点(4)移到其断开位置。一个包含整流器(30)、稳压器(36)和电容器(24)的电路用变流器(7,22)的信号(9A,9B,9C)驱动低能跳闸致动器(14)。
文档编号H02H7/00GK1369126SQ00811490
公开日2002年9月11日 申请日期2000年8月7日 优先权日1999年8月13日
发明者威廉·J·琼斯, 理查德·A·约翰逊 申请人:伊顿公司