专利名称：用于无线监测断路器的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路断流器，尤其是涉及一种用于监测断路器的系统，其 中数据经收集后无线传输到单独设置的接收装置。
背景技术：
塑壳断路器是本领域熟知的，例如该申请的受让人拥有的美国专利6,747,534和6,140,897中公开了这种塑壳断路器，这两个美国专利的公开 内容在此引用作为参考。塑壳断路器包括一组可分离主触点，其中一个主 触点通常固定，而另一个主触点为活动式主触点，当在该断路器所保护的 网络中出现过载或短路电流时，该活动式主触点会自动断开。此外，电子 塑壳断路器具有跳闸单元，该跳闸单元通常以可拆卸式方式插入到断路器 壳体中.跳闸单元包括微处理器，例如微控制器，并且该淑匕闸单元在特定 状态下会自动断开断路器触点。其中一种状态被称为断路器短调闸，当流 过断路器的可分离主触点的电流量过高从而会引发潜在严重故障因此需要 极其快速地对断路器进行断开操作时，就会出现该断路器短跳闸。第二种 状态被称为长跳闸，该长跳闸响应于相对少量过栽电流而发生，少量过栽 电流最^导致受保护电路中的电导线过热，但是不必进行短路所需的瞬 时操作，因此不需要上述的磁性跳闸，在每一种情况下， 一个或多个电流 传感器测量流过断路器的电流，然后将测得的电流提供给跳闸单元微处理 器。微处理器执行的算法分析测得的电流，当检测到短跳闸或长跳闸状态 时，微处理器指示致动器断开触点从而跳闸断路器.其他类型的跳闸状态 也是本领域公知的，例如接地故障跳闸和过温跳闸，而且，希望能够监测^Mt期间断路器例如塑壳断路器的特定状态。这 些状态包括但不限于跳闸起因、断路器温度和相电流幅值。通常，在单个面板中安装多个塑壳断路器，例如16个或更多个。在这种情况下，如果从 断路器拉线到面板的中心位置等地方以便传送监测数据作下一步使用，会 加大成本以及对空间利用率降低。因此，为监测特定断路器状态需要相对 廉价和有效的装置和系统。发明内容通过本发明来满足这些需要和其他需要，本发明提供一种用于监测断 路器的系统，包括和断路器进行电子通信的监测装置和独立于监测装置的 接收装置。该监测装置从断路器接收数据，利用第一无线通信装置无线传 输该数据的至少一部分，例如从断路器所保护的网络测得的一个或多个相电流、断路器内部的环境温度以;sL/或者关于断路器的跳闸状态的数据。该接收装置具有用于接收传输数据的第二无线通信装置，以及优选具有用于 显示接收到的数据的显示器。该监测装置优选包括显示该数据的全部或一 部分的显示器，例如从断路器所保护的网络测得的一个或多个相电流、断 路器内部的环境温度以;sj或者关于断路器的跳闸状态的数据。在一个实施例中，仅当环境温度超过预定阈值温度水平时才显示环境 温度。在另一个具体实施例中，仅在断路器移动到跳闸状态之后监测装置 才无线传输数据。在优选实施例中，断路器包括电源，例如斩波器电源，以;5L险测装置 包括可充电电池。该实施例中的监测装置选择性从电源或可充电电池供电. 特别是，当断路器处于闭合状态时，监测装置从电源供电，以及当断路器 处于跳闸状态时，监测装置从可充电电池供电。电源用于对可充电电池进 行充电，从而可充电电池在需要时可用作备用电源.本发明的该系统可用于监测多个断路器。在这种情况下每个断路器和 对应监测装置进行电子通信以;sjL送数据到对应监测装置，然后对应监测 装置再将数据传输到单个接收装置。本发明还涉及一种监测断路器的方法，包括以下步骤在位于靠近所
述断路器(10)的第一位置从所述断路器(10)接收数据；无线传输所述 数据的至少一部分；在第二位置无线接收所述传送的数据，所述第二位置 与所述第一位置分隔开。该方法还包括执行以下至少一个步骤(i)在所 述第二位置显示所述接收的数据的至少一部分；以及(ii)在笫一位置显示 所述收集的数据的至少部分。显示的数据可以包括以下一个或多个数据 从断路器所保护的网络测得的一个或多个相电流、断路器内部的环境温度以;sj或者关于断路器的跳闸状态的数据。
结合附图，通过下面对优选实施例的描述，能够获得对本发明的全面 了解，其中图l是根据本发明的一个实施例的监测系统的方块图； 图2是示出形成图l所示系统的一部分的断路器的某些相关部件的方 块图；图3是示出形成图1所示系统的一部分的监测装置的某些相关部件的 方块图；图4是示出形成图1所示系统的一部分的接收装置的某些相关部件的 方块图；以及图5是根据本发明的另一个实施例的监测系统的方块图。
具体实施方式
图1是根据本发明的监测系统5的方块图。系统5包括和监测装置15 进行电子通信的断路器10，它可以是塑壳断路器或另一种^^p类型的断路 器。系统5还包括独立于断路器10和监测装置15的接收装置20。监测装 置15收集与断路器10和/或其保护的网络的特定状态相关的数据，以及将 这些lfc据显示和/或无线传输到接收装置20，这在下面将进行更加详细地描 述。接收装置20存储从监测装置15接收到的数据，然后自动或经请求之 后在例如LCD的显示器上显示数据的相关部分。虽然为了进行清楚说明，
在此采用LCD用于显示多种数据，但是可以理解的是，这种数据可以被 存储、印刷到硬拷贝、进行计算机变型、或者和其他数据结合，所有这些 处理方式都被认为是落入这里采用的术语"显示"的范围内。图2是示出图1的断路器10的某些相关部件的方块图。在优选实施例 中，断路器10是塑壳断路器，但是可以理解的是，在本发明的范围内还可 以采用其他类型的断路器。断路器10包括跳闸单元25。跳闸单元25包括 处理器30，该处理器可以是例如微控制器的微处理器，但是不限于此。跳 闸单元25适用于在特定预定状态下断开断路器10的可分离触点(未示出)， 例如在磁性(短)跳闸、热(长)跳闸、接地故障跳闸以及过温跳闸状态 下。而且，跳闸单元25包括和处理器30进行电子通信的温度二极管35 等等，用于测量跳闸单元25内部的环境温度。可选的是，该温度二极管 35可以是处理器30的一部分。跳闸单元25还包括和处理器30进行电子 通信的一个或多个电流传感器40,用于测量断路器10所保护的网络的相 电流幅值(可以包括一或多相)。处理器30具有SPI(串行端口接口 )45， 用于串行输出跳闸单元25收集和/或存储的数据。该数据可以包括温度二 极管35测量的温度数据和电流传感器40测量的相电流数据，但是不限于 此。这种数据可包括存储在跳闸单元25的存储器(未示出)中的任何其他 数据，例如和断路器10的开关和其他设施相关的数据。跳闸单元25包括测试连接器50，该测试连接器提供和例如监测装置 15的独立装置进行数据通信的接口 。如图2所示，测试连接器50和SPI45 进行电子通信，以接,其输出的数据。此外，输入输出线55将处理器 30连接到测试连接器50。输入输出线55用于传输和断路器10的跳闸状态 或条件相关的信息。特别是，在优选实施例中，采用两条输入输出线55 来编码下面的断路器跳闸状态(1)适当地闭合和操作的断路器；(2) 磁性(短)跳闸；(3)热(长)跳闸；(4)接地故障跳闸(如果断路器 适用于这种跳闸)；以及(5)过温跳闸。当断路器IO跳闸或断开时，采 用三条输入输出线55将跳闸数据锁存到监测装置15中(如下所述)。可 以理解的是，因为传输这种数据所需的速度(当发生跳闸时功率必须快速 释放，如下所述，监测装置15必须快速切换到备用电源)，优选采用输入 输出线55来传输跳闸状态数据。图3是示出图1的监测装置15的特定相关部件的方块图。监测装置 15包括处理器60，该处理器可以是例如PIC或其他类型孩史控制器的微处 理器，但是不限于此。监测装置15适于通过公知方法选择性定位成经测试 连接器50与断路器10进行电子通信，从而从断路器10接收数据。特别是， 监测装置15还包括和处理器60进行电子通信的锁存器65等等。输入输出 线70耦联到锁存器65，用于经测试连接器50接收输入输出线55承载的 数据(断路器跳闸状态数据)。然后该数据传输到处理器60以便进行所述 处理。此外，处理器60包括SPI75,用于经测试连接器50接收由断路器 10的处理器30的SPI45输出的数据。在一个实施例中，跳闸单元25适用 于经SPI45输出存储器(未示出)的整个数据内容，以及处理器60适用于 从其中选择关注数据(例如，相电流和/或温度数据)。监测装置15还包括和处理器60进行电子通信的显示器80。优选为 LCD (但是也可以是其他类型的显示器装置)的显示器80显示由监测装 置15接收到的、关于断路器10和/或断路器保护的网络的特定数据。特别 是，显示器80适用于显示经测试连接器50由SPI75接收到的相电流和/ 或温度lt据。在一个实施例中，显示器80可以连续地顺序显示相电流和/ 或温度数据， 一个数据接一个数据地显示。可选的是，显示器80可以一次 显示单个数据(例如单个相电流幅值)，仅在请求(例如，响应于作为监 测装置15的一部分的按钮(未示出))之后才显示下一个数据。作为另一 个可选方案，处理器30可以具有预定阈值温度水平，其中温度数据仅在测 量温度超过阈值水平时才由显示器80显示(以上述方式显示相电流lt据)。 此夕卜，显示器80还适用于显示经输入输出线70接收到的断路器状态数据。 优选，当出现跳闸状态时，这种lt据立即显示在显示器80上(例如，显示 信息例如是磁性跳闸、热跳闸、接地故障跳闸或过温跳闸)。此外，如图3所示，监测装置15还包括编码器/发射器85，它可以是 任何类型的无线通信装置。^L据本发明的一个方面，当出现跳闸时，还将 经输入输出线70接收到的断路器跳闸状态数据提供给编码器/发射器85， 它又将该数据无线传输到接收装置20。此夕卜，还将经测试连接器50由SPI 75接收到的数据提供给编码器/发射器85，同时无线传输到接收装置20。 编码器/发射器85可以利用但不限于用于无线传输数据的任意若干种爿i^ 方法和协议，例如振幅移位键控法(ASK) 、 Zigbee、蓝牙和802.15.4。当监测装置15经测试连接器50连接到断路器10时，以X3U^之一来提 供监测装置15的电力。首先，当断路器10处于闭合状态且有电流流过时， 由断路器10的大约40伏斩波器电源(未示出)(已知，其通过从断路器 10所连接到的相线之一寄生获取)来对监测装置15供电。特别是，该大 约40伏斩波器电源连接到测试连接器50，如图3所示，该测试连接器又 连接到电压调节器卯。电压调节器卯优选为+5伏电压调节器，它利用大 约40伏斩波器电源输入端(或者某些其他电源输入端)输出大约5伏信号， 该大约5伏信号可用于对监测装置15的其他部件进行供电。第二，可以理 解的是，如果断路器10处于断开(例如，跳闸)状态下，或者处于闭合状 态下且没有电流流过，则该大约40伏斩波器电源将不再可用。因此，监测 装置15必须利用第二备用电源。为此，监测装置15设置有可充电电池95， 例如锂聚合物或其他爿iS知类型的可充电电池，用于当该大约40伏斩波器电 源不可用时给监测装置15的其他部件供电。如图3所示，可充电电池95 连接到充电电路100，该充电电路又经测试连接器50而连接到该大约40 伏斩波器电源。 一旦断路器10处于闭合状态且有电流流过(其中该大约 40伏斩波器电源可用)，可充电电池95通过充电电路100来充电，从而 可充电电池95得以充电，在需要时(当断路器10移动到断开状态或者移 动到闭合状态且没有电流时)可作备用。监控电路105连接到电压调节器 90和可充电电池95,它在需要时在这两者之间进行切换(根据处理器60 的信号来进行切换)，以使得当断路器10处于闭合状态且有电流流过时电 压调节器卯供电，而当断路器10处于断开(跳闸)状态或处于闭合状态 且没有电流时电池95供电。最后，寻址开关110例如4位置可选择开关与 处理器110进行电子通信，并用于将例如4位地址的地址分配至监测装置 15,以便通过接收装置20可以将所述监测装置15与其他类似监测装置区 分开(如下所述，图5所示的实施例的系统中，均连接到对应断路器10 的多个监测装置15能够将数据无线通信至接收装置20 )。图4是示出图1所示接收装置20的某些相关部件的方块图。如图4 所示，接收装置20包括处理器120，该处理器可以是例如PIC或其他类型 微控制器的微处理器，但是不限于此。处理器120和存储器125进行电子 通信，该存储器存储监测装置20接收到的数据和处理器120可执行的软件， 用于执行监测装置20的多个功能。存储器125可以是多种内部和/或外部 存储介质中的任何一种，例如但不限于RAM、 ROM、 EPROM、 EEPROM 等等，它们可以单独使用或者结合使用(以及独立于处理器120或是处理 器120的一部分)，它们以例如计算机的内部存储空间的方式提供用于数 据存储的存储寄存器，并且可以是易失性或非易失性存储器。接收装置20 还包括和处理器120进行电子通信的解码器/接收器130。解码器/接收器130 可以是有效地兼容监测装置15的编码器/发射器85的任何类型无线通信装 置。解码器/接收器130接收并解码编码器/发射器85传输的数据，然后发 送该数据至处理器120以便由其处理。最后，接收装置20包括和处理器 120电子通信的显示器135。优选为LCD (但是也可以是任何其他类型显 示器装置)的显示器135适用于显示和断路器10相关的数据的选定部分或 所有部分，其中该数据由监测装置15的编码器/发射器85传输且由解码器 /接收器130接收。因此，在操作中，监测装置15通过收集和断路器以及断路器保护的网 络相关的特定数据来监测断路器10。可以在操作者看到的监测装置15的 显示器80上显示数据的选定部分，例如温度二极管35测量的温度数据、 电流传感器40测量的相电流数据和/或处理器30收集的跳闸相关数据。此 夕卜，才艮据本发明的一个实施例，当断路器10跳闸时，编码器/发射器85自 动无线传输处理器30收集的跳闸相关数据(可选地，可以是收集的任何其 他数据)到接收装置20,接收装置20然后在^Ht者看到的显示器135上 显示跳闸相关数据(可选地，可以是接收的任何其他数据)。可选的是，
监测装置15适用于连续或周期性无线传输其收集到的数据到接收装置20， 例如温度二极管35测量的温度数据、电流传感器40测量的相电流数据和/ 或处理器30收集的跳闸相关数据，而不管断路器10的跳闸状态如何，从 而数据的选定部分或所有部分存储在存储器125中和/或显示在显示器135 上。优选，接收装置20位于能够使操作者方便接触到以及看到显示器135 显示的数据的位置，例如外部或者断路器面板上。此外，接收装置20还可 以采用这里所述的功能指定的电子装置，或者可以是具有图4所示基本部 件的电子装置，它可以用于除了这里所述的监测之外的多重目的，例如 PDA、手提电话或便携式电脑。图5是示出根据本发明的一个具体实施例的系统5，的方块图。如图5 所示，系统5，包括多个断路器10，例如多个安^fr面板内具体位置的多个 断路器(已知，多达20-30个断路器10可以安装在单个面板内)。每个 断路器10具有上述有效地耦合到其上的对应的监测装置15。系统5，还包 括单个接收装置20。每个监测装置15以所述方式从对应断路器10收集数 据，以及将收集到的数据的选定部分或所有部分显示和/或无线传输到接收 装置20，并且在该接收装置得以存储和/或显示。系统5，中的每个监测装 置15利用唯一地址进行编程(利用地址开关110或类似方法)，以使得接 收装置20可以识别每个接收到的数据对应的特定监测装置15。此外，接 收装置20可以设置有无线传输装置(作为解码器/接收器130的一部分或 者独立于解码器/接收器130)，该无线传输装置有效地兼容监测装置15 的编码器/发射器85，从而接收装置能够利用分配的唯一地址从特定监测装 置15选择性请求数据。虽然已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将会 理解，根据4^>开内容的总体教义，可以对某些细节进行多种变型和变换。 因此，>^开的具体配置仅是示例性的，不用于限制本发明的范围，本发明 的范围由所附的权利要求书及其所有等同物来完全限定。
权利要求
1. 一种用于监测断路器(10)的系统(5， 5，)，包括 监测装置(15)，所述监测装置(15)和所述断路器(10)进行电子通信并且从所述断路器(10)接收数据，所述监测装置(15)具有第一无 线通信装置(85)，所述第一无线通信装置(85)接收所述数据的至少一 部分并无线传输所述数据的所述至少一部分；以及独立于所述监测装置(15 )设置的接收装置(20 )，所述接收装置(20 ) 具有第二无线通信装置(130),所述第二无线通信装置(130)接收所述 数据的所述至少一部分。
2. 根据权利要求1的系统(5， 5，)，其中所述监测装置(15)包括 显示器(80)，所述显示器(80)显示所述数据的至少第二部分。
3. 根据权利要求2的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)从所述 断路器(10)所保护的网络测量一个或多个相电流，以及其中所述数据的 所述至少第二部分包括所述一个或多个相电流。
4. 根据权利要求1的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)从所述 断路器(10)所保护的网络测量一个或多个相电流，其中所述数椐的所述 至少 一部分包括所述一个或多个相电流。
5. 根据权利要求2的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)测量所 述断路器(IO)内部的环境温度，以及其中所述数据的所迷至少第二部分 包括所述环境温度，
6. 根据权利要求5的系统(5， 5，)，其中仅当所述环境温度超过预 定阈值温度水平时，所述环境温度才显示在所述显示器(80)上。
7. 根据权利要求1的系统(5, 5，)，其中所述断路器(10)测量所 述断路器(10)内部的环境温度，其中所述数据的所述至少一部分包括所 述环境温度。
8. 根据权利要求1的系统(5, 5，)，其中所述断路器(10)可移动 到多个跳闸状态，当所述断路器(10)移动到所述多个跳闸状态之一时， 所述断路器(10)产生跳闸数据，以及其中所述数据的所述至少一部分包括所述跳闸数据。
9. 根据权利要求8的系统(5， 5，)，其中仅在所述断路器(10)移 动到所述多个跳闸状态之一之后，所述监测装置(15)无线传输所述数据 的所述至少一部分。
10. 根据权利要求2的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)可移动 到多个跳闸状态，当所述断路器(10)移动到所述多个跳闸状态之一时， 所述断路器(10)产生跳闸数据，以及其中所述数据的所述至少第二部分 包括所述跳闸数据。
11. 根据权利要求l的系统(5， 5，)，其中所述接收装置(20)包括 显示器(135)，所述显示器(135)显示所述数据的所述至少一部分。
12. 根据权利要求l的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)包括具 有微处理器(30)的跳闸单元(25)，所述监测装置(15)与所iii兆闸单 元(25)进行电子通信以及从所述J^闸单元(25)接收所述数据。
13. 根据权利要求l的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)包括电 源，其中所述监测装置(15)包括可充电电池(95)，以及其中所述监测 装置(15)选择性地由所述电源或所述可充电电池(95)供电。
14. 根据权利要求13的系统(5， 5，)，其中所述断路器(10)可在 闭合状态和跳闸状态之间移动，其中当所述断路器(10)处于所述闭合状 态时所述监测装置(15)由所述电源供电，当所述断路器(10)处于所述 跳闸状态时所述监测装置(15)由所述可充电电池(95)供电。
15. 根据权利要求14的系统(5， 5，)，其中当所述断路器(10)从 所述闭合状态移动到所述跳闸状态时，所述监测装置(15)自动从由所述 电源供电切换成由所述可充电电池(95)供电。
16. 根据权利要求13的系统(5， 5，)，其中所述可充电电池(95) 电连接到所述电源，所述电源对所述可充电电池(95)进行充电，以及其 中所述监测装置(15)包括电连接到所述电源的电压调节器(90)，所述 监测装置经所述电压调节器(90)选择性地由所述电源供电。
17. 根据权利要求1的系统(5，)，其中所述系统(5，)监测所述断 路器(10)和多个附加断路器(10)，每个所述附加断路器(10)与多个 附加监测装置(15)中的对应一个进行电子通信并对其传送附加数据，所 述多个附加监测装置(15)中的每个都具有对应的附加第一无线通信装置(85)，所述对应的附加第一无线通信装置(85)接收所述附加数据的至 少一部分并无线传输所述附加数据的至少一部分，其中所述接收装置(20) 的所述第二无线通信装置(130)接收由每个所述附加监测装置(15 )的附 加第一无线通信装置(85)传输的所述附加数据的至少一部分。
18. —种监测断路器(10)的方法，包括以下步骤 在位于靠近所述断路器(10)的第一位置从所述断路器(10)接收数据；无线传输所述数据的至少一部分；在第二位置无线接收所述数据的所述至少一部分，所述第二位置与所 述第一位置分隔开；以及执行以下至少一个步骤(i)在所述第二位置显示所述数据的所述至 少一部分；以及(ii)在所述第一位置显示所述数据的至少第二部分。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述断路器(10)测量以下至 少一个数据从所述断路器(10)所保护的网络测得的一个或多个相电流 以及所述断路器(IO)内部的环境温度，以及其中所述数据的所述至少第 二部分包括所述一个或多个相电流和所述环境温度中的至少一个。
20. 根据权利要求18所述的方法，其中所述断路器(10)测量以下至 少一个数据从所述断路器(10)所保护的网络测得的一个或多个相电流 以及所述断路器(IO)内部的环境温度，以及其中所述数据的所述至少一 部分包括所述一个或多个相电流和所述环境温度中的至少一个。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述在所述第一位置显示所述数据的所述至少第二部分的步骤包括仅当所述环境温度超过预定阈值温 度水平时才显示所述环境温度。
22. 根据权利要求18所述的方法，其中所述断路器(10 )可移动到多 个跳闸状态，当所述断路器(10)移动到所述多个跳闸状态之一时，所述 断路器(10)产生跳闸数据，以及其中所述数据的所述至少一部分和所述数据的所述至少第二部分中的至少 一个包括所述跳闸数据。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述断路器(10)可移动到多 个跳闸状态，其中所述无线传输所述数据的至少一部分的步骤包括 所述断路器(10)移动到所述多个跳闸状态之一之后，无线传输所述数据 的所述至少一部分。
全文摘要
一种用于监测断路器的系统，包括和断路器进行电子通信的监测装置和独立于监测装置的接收装置。该监测装置从断路器接收数据，无线传输该数据的至少一部分，例如从断路器所保护的网络测得的一个或多个相电流、断路器内部的环境温度以及/或者关于断路器的跳闸状态的数据。该接收装置接收传输数据以及显示数据的全部或一部分。该监测装置还包括用于显示数据的全部或一部分的显示器。
文档编号H02H1/00GK101147306SQ200680004290
公开日2008年3月19日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年2月9日
发明者H·J·卡利诺, T·M·沙克 申请人:伊顿公司