专利名称：断路器电子跳闸单元个性化模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及断路器，更具体地讲，涉及断路器电子跳闸单元。
背景技术：
断路器广泛地用于保护电气线路和设备。断路器对通过导电体的 电流进行监测，并在满足某标准时跳闸以中断电流。 一种这样的标准 是受保护的电路中允许的最大持续电流。断路器设计承受的最大持续 电流称为框架额定值(frame rating)。然而，断路器也可以用来保护其 中最大持续电流小于断路器框架额定值的电路，在这种情况下，断路 器构造为如果电流超过为使用该断路器的特定电路所设定的最大持 续电流则跳闸，这被称为是断路器额定电流。显而易见，断路器额定 电流可以小于但不能超过框架额定值。
电子跳闸单元("ETU")是与机电式断路器结合使用以控制电流-时间跳闸响应(也是电压)的器件，电流-时间跳闸的特点部分在于断路 器所允许的最大持续电流功能。这种最大持续电流也被称为断路器的 额定电流。只要电流保持低于该最大持续额定电流，断路器就保持关 闭。超过额定电流的瞬时低量偏移是容许的。然而，持续的过流状态 会导致断路器的跳闸。时延和跳闸信号的产生是电流大小的反函数。 对于例如由故障所产生的非常大的过流，微控制器被编程为以便立刻产生跳闸信号。
电流-时间跳闸响应曲线的修正是一个重要的问题。为了安全的目 的，断路器和跳闸单元组合必须正确地配置，以提供客户或运行工程 师评判为适当的保护类型。因此，对这种保护的修正也必须视为非常 重要的事情，并且以杜绝错误的方式来处理。
断路器额定电流通常被限定为两部分。安装在断路器中的电流传
感器具有小于或等于断路器框架额定值的额定值。这被称为断路器
"传感器额定值"。额定电流还可通过安装额定电阻器来修正，选择
该额定电阻器，以便当与受保护电路中所允许的最大持续电流成比例
的电流通过该额定电阻器时产生预设电压。为了提供对额定电流的调
整，以使断路器可以用来保护具有不同的最大持续电流的电路，已知
的是，将额定电阻器结合到可更换的额定插头中，该可更换的插头可 选择地插入断路器中。
电子跳闸电路(ETU)阻断器被设计为在大的额定电流范围内中断
过流状态。通过电流变换器来持续地感测经过受保护的电力线路的电
流，且将电压信号提供到ETU电路内的信号处理器。普通的电子电路 阻断器仅仅通过改变额定插头就可以在大的额定电流范围中运行。重
要的是防止将导致额定电流大于传感器额定值或框架额定值的电子 电路插入到电路阻断器中。这可以导致配电电路不受保护的情况。类 似地，重要的是，不要将导致容许"令人厌烦的跳闸"发生的意外低 断路标准的电子电路插入到电路阻断器中。最后，标准要求如果没有 插入额定插头，则带有可更换的额定电流(如额定插头)的电路阻断器 在处于或低于最低的所宣称的电流跳闸标准时不关闭或者跳闸。
可现场更换的额定插头是已知的。这些额定插头可以现场安装， 且可以以机械的方式构造以用于热磁跳闸单元，或可使用模拟电路缩 放和数字技术的组合以改变ETU响应。ETU壳体通常提供不适合某 些范围或框架电流(frame size)的插头的机械拒斥。
防止不相容的ETU/额定插头的组合的典型方法包括有提供互锁销的第一制造过程，该互锁销可以由"使零件断裂，，的第二制造过程 以机械的方式修改。该第二制造过程使额定插头的壳体上小的塑料件 断裂，并且使ETU壳体上的互补件断裂。
在制造过程中，电流传感器通常作为断路器的一部分被安装。独 特的标识号分派到断路器上，该标识号限定了框架额定值和传感器额 定值。电子跳闸单元在制造时构造为指示了断路器的框架额定值和传 感器额定值或与其相容的断路器。独特的标识号零件编号分派到所构 造的跳闸单元上。定制工程师调整跳闸单元和断路器的特定组合，以 满足电力系统安装的要求。通过机械拒斥或电子拒斥来实施适当的组 合。
与插头和跳闸单元的机械拒斥相关的 一 个问题是与第二操作及 可以被拒斥的组合数的限制相关的成本。在某些情况下，机械拒斥方 法并不可靠，因为一些使用大的力量的操作者可以插入不正确的额定 插头或安装不正确的跳闸单元。
接口中使用机械拒斥。跳闸单元部分地构造为用以与基本的断路器的 传感器额定值、附加的传感器的存在或不存在、框架额定值和断路器 类型等特性相匹配。使用类似于针对额定插头所描述的拒斥方法，来 保证只有正确匹配的跳闸单元才可以成功地安装到断路器上。类似
地，通过使用过量的力可克服机械拒斥措施，从而导致无效的和可能 不安全的配置。
在使用中，在配电系统维护期间或当对断路器中已经服役几年的 跳闸单元进行升级时，电子跳闸单元可以从一个断路器被调换到另外 一个断路器，这种活动称为"改装"。新设计的跳闸单元通常要求保 持对现存的跳闸系统(有时候是几种不同的跳闸系统)"向后兼容"的 机械和电气接口 ，这就使新设计增加了成本和复杂性。
当将新的跳闸系统改装到旧的断路器上时，断路器所使用的机械 拒斥措施必须被贯彻到该新的跳闸单元上。如果跳闸单元意图用于若干种不同的断路器产品中，那么拒斥排列的数量将大到难以控制。定 制工禾呈师不(又需要正确；也识别正确的断3各器、别i闸单_元和额定4翁头的
组合，而且还需要正确地识别合适的"改装套件，，，以便升级该跳闸系统。
具有电子跳闸单元的断路器在本领域中广为人知，可以在例如美
国专利No. 4,672,501、 No. 6,678,135、和No. 6,534,991中找到这种具 有电子跳闸单元的断路器的专利公开。
几十年。这些断路器运行于其中的系统在其最初设计时预想为构造成 用以满足装备的电气需要。然而，随着时间的流逝，这些最初的需求 可能会经常变化，法规命令可能经常强制要求进行修改，或保护技术 的及时进步可以提供令人信服的理由以更新该开关设备的初始任务。 由于通常的电气开关设备的尺寸和复杂性以及断路器的参差不齐的 性质，很少有必要更换开关设备或断路器以修改或升级电气系统的保 护性能，或者这种更换很少是经济性的。
通过升级控制断路器运行的跳闸单元，可以(且经常)将保护技术 中新的进展使用在现存的开关设备中。这些电子"大脑"持续地监测 该断路器的电气状态以及其附加荷载，并且，如果违背所设定的电气 运行限值，其将命令断路器机构开启。
如上所述，升级断路器跳闸单元时所面临的问题是断路器机构和 跳闸单元之间的机械和电气接口在断路器之间、即便是在来自同一厂 商的断路器之间也经常有很大的变化。此外，法规要求只允许正确地 配置的跳闸单元/断路器的组合。复杂的机械和电子"拒斥"特征处于 适当的位置，以便防止不匹配的跳闸单元/断路器对的安装。这些拒斥 特征对各断路器和跳闸单元族而言通常是独特的，其具有数千种的可
能排列。
当制造了新的跳闸单元(即，提供比早期的模型更新的特性和更好 的性能的单元)，并且在商业上可获得时，使新器件与大量的现存接口相匹配的工作令人生畏且耗时。简而言之，不同的现存断路器可包括 仅针对该断路器而设计的独特的断路器接口 ，针对该特定的独特接口
而设计的跳闸单元不可由针对另一特定断路器而设计的跳闸单元来代替。
在断路器行业中已知的另外一个问题是伪造电子跳闸单元。通过 抄袭电子跳闸单元的形式和线路，伪造者开发并销售劣质电子跳闸单 元，这些劣质电子跳闸单元虚假地标贴为由知名断路器公司生产。额 定插头和跳闸单元拒斥方案的机械特征是容易观察到和抄袭的。
目前，可能需要许多种基本的跳闸单元，以便满足可用于改装并 且合乎改装需要的各种断路器安装。因此，在目前所使用的、用于断 路器技术的装置中还存在一些缺点和不足，这种断路器技术尚需额外 的进步。本申请中所述的方法和装置取得了这样的进步。
通过以下的附图和详细的说明，本发明当前所述的方面对读者而 言将更显而易见。
发明内容
通过用于断路器配置的自动识别的方法和装置克服或緩和了以 上讨论的和其它的缺点和不足，该断路器构造包括处理器和配置模 块，该配置模块包括对特定的断路器进行标识的配置数据，并且与该
处理器可操作地通信。在可选实施例中，该处理器也可以;故编程为用 以确定断路器的过流状态，第 一存储器可以与该处理器可操作地通 信。配置模块可以与基于处理器的配置模块可脱开地接合，其中，该 配置模块包括可以设置为与该处理器可操作地通信的第二存储器，其 中，该处理器可以自第二存储器中读取断路器配置，然后基于这些特 性数据来访问第一存储器中的多个程序，其中，该多个程序的其中一 个程序指示微处理器修正电子配置模块的电流-时间配置，其中，配置 模块与配置模块的组合包括断路器跳闸单元。
图1是对该装置的一般化描述，包括对其制造过程的描述；
图2是描述了典型的跳闸单元的程序执行逻辑的一般化流程图3是如图2所示的个性化模块的一般化描述；
图4是传统断路器的一般化描述，其中移除了保护罩。
具体实施例方式
根据本发明的一个实施例，机械的和电气的拒斥和断路器安装方 法通过使用跳闸单元个性化模块或配置模块而从跳闸单元功能中分 离。所述的配置模块可被构造为用于特定的断路器应用，其结合任何 独特的机械安装要求。该配置模块还包括存储器，例如非易失性存储 器或存储特定断路器的独特信息的"NVM，，器件。例如，可以储存各 断路器框架电流、断路器传感器额定值、断路器传感器类型、断路器 性能数据、中性位置、中断额定值、机构标准(agency criteria)、保护 选项、保护设定点和/或断路器类型。以这种方式，配置模块代替了前 代的跳闸单元的机械拒斥特征。
配置模块提供机械的和电子的接口以及电子协议，并可安装到断 路器上。
本实施例的一个优点是配置模块是可更换的。不是为各断路器应 用创建独特的电子跳闸单元，而是使用了通用的配置模块，该配置模 块可以写入使用者配置数据，并且可以连接到断路器上，以及连接到 电子跳闸单元上，以便形成完整的和集成的系统。在一个特定的实施
据，以确定电子跳闸单元的独特标识或ID，该电子跳闸单元的独特标 识或ID可以标识何种类型、构造或模型断路器、中性位置、中断额 定值、机构标准、保护选项、设定点和传感器是与电子跳闸单元相关 的。如果所读取的电子跳闸单元ID与保存在配置模块NVM中的ID 相匹配，该配置模块就使用特定的选项集和存储在配置模块NVM中的设定点。当使用者已经进入到操作设定点后，每次当所配置的电子 跳闸单元和配置模块起动时，这都是正常的操作。如果ID不匹配，
或如果该配置模块不具有电子跳闸单元ID(初始安装)，那么该电子跳
闸单元可通过固件或软件来指示，以对自身进行配置，例如，以便在
默认选项上，以及在适合于特定断路器框架和由电子跳闸单元ID所 指示的传感器的设定点上运行。在这种情况下，使用者可接收报警指 示(液晶显示器上的报警，接触的关闭，通信报警)，以指示跳闸单元 尚未配置。然后，客户可以现场重新构造电子跳闸单元，以使用来自 配置模块的参数(选项，设定点，框架，传感器等)。如果跳闸单元不 能读取来自配置模块的跳闸单元ID，或在ID中所加密的安全不匹配， 那么该跳闸单元就使断路器跳闸，从而确保不会形成不安全的配电条 件。
如图1所描述，根据本发明的一个实施例，断路器"A" 10包括 断路器个性化模块或配置模块11，配置模块11可包括独特地设计为 与断路器10中的以机械的方式适当地构造的接收器相配的机械接口 12,并且，在一个特定的实施例中，配置^t块11可以与电子跳闸单 元(以下结合图3描述)可脱开地接合。除了接口 12,配置模块ll还包 括存储器13，例如可以以电子的方式写入配置数据的非易失性的电子 存储器。如图l所描述，用于配置数据的电子写入的示范过程开始于 由使用者14选择特别用于其个别需求的断路器选项，然后，这些选 项与由厂商提供的且特别用于各种各样的情况的断路器选项设置数 据库16—起，与选项调配过程15相结合并被转换成电子选项17，然 后，提供该电子选项17以关于其合乎需要的参数来对配置模块进行 选择。根据所选择的选项和日期码，或者配置模块的版本号，在选项 调配过程中创建了加密密钥，这种密钥可以作为安全措施被附加到相 关的电子跳闸单元ID上。
现在也参看图3，断路器IO显示为具有配置模块11和存储器13， 以及包括处理器31.1的电子跳闸单元31和可包括非易失性存储器的存取器单元33。可移除的额定插头32(例如以上所述的插头)可插入跳闸单元31中，以修正断路器10的额定电流。电子断路器31的处理器31.1与配置模块11可操作地通信。
图4描述了典型的组装好的断路器，其不带有用以将外部环境与断路器自身内的内部运行及电流相隔离的保护罩。该典型断路器10包括安装到断路器框架中的若干机械装置，例如可由使用者安装的附件300和可以由使用者操作以手动地允许或停止电流通过断路器的手动跳闸杆。图4还示出了附连到框架上的断路器安装单元43，断路器安装板44附连到断路器安装单元43的前部，根据本发明实施例的配置模块11永久地附连到断路器安装板44(在标号45处由虚线示出)上。
图2中描述了处理器31.1内的固件或软件的执行逻辑，当该处理器最初被激活并且启动其操作系统及开始执行程序指令时，该执行逻辑开始于启动序列21。这些指令可包括在22处，读取存储在配置模块11的非易失性存储器13中的断路器IO配置；在23处，比较在其制造过程中提供给模块且被存储在跳闸单元的非易失性存储器中的配置数据(电子ID)，并且确定数据(配置模块ID和跳闸单元ID)是否匹配。注意到在制造厂中存储于配置模块中的ID可以包括第二加密密钥，该第二加密密钥又依赖于版本号和日期码，微处理器软件使用该版本号和日期码来解码配置模块ID密钥并证明配置模块和电子跳闸单元匹配而非伪造单元。如果处理器31.1确定ID匹配，那么该跳闸单元将使用其NVM内的选项和设定点(在26处)，并持续地以预定的时间间隔检查(在27处)配置模块11的任务和一般的跳闸单元任务(如28)。这种执行逻辑程序在行业内基本是标准化的。如果^f效处理器确定ID不匹配，那么其将默认为所保存的保护选项和设定点，其也可以提供报警和/或液晶显示和/或使断路器25跳闸。
如果处理器31.1不能够从配置模块11中读取ID，或如果该ID是无效的(其由加密或本领域技术人员已知的其他安全措施来证明)，那么处理器将发布跳闸信号，以便阻止不安全的或伪装的运行。根据本发明的配置模块11提供了若干优点首先，其将新的跳 闸单元的开发从独特的机械接口的开发中脱离出来，从而容许制造单
个复杂跳闸单元组件而非若干不同的特定组件；第二，建立了通用的
机械和电气接口，当保护技术发展时或当用户需求改变时，其为更快
的、更简单的和更具成本效益的升级做好了准备；第三，通过建立一 致的电子拒斥方法，意味着以后的方案将不需要复制大量的机械拒斥 方法；第四，配置模块提供了用于加密的措施，以打击或严重地限制 电子配置模块的伪造版本；最后，通过实施所述的通用的个性化模块 以及通过根据需要来修正模块内的软件，可以容易地实现新的断路器 应用。
虽然我们已经示例和描述了本发明的优选实施例，但是将理解的 是，本发明能够进行变型和修改，且因此我们不希望本发明局限于所 述的精确条款，而是希望利用为了使本发明适于各种应用和状况而可 做的这些改变和变换。因此，这些改变和变换适当地意图属于等效物 的全部范围内，并因此处于所附的权利要求的界限内。
权利要求
1.一种可以安装到断路器(10)上的断路器(10)电子跳闸单元(31)，所述电子跳闸单元(31)包括处理器(31.1)；第一存储器(31)，其与所述处理器(31.1)可操作地通信；配置模块(11)，其能够安装到所述断路器(10)上，并与所述处理器(31.1)通信，所述配置模块(11)构造为向所述处理器(31.1)提供所述断路器(10)所特有的配置数据。
2. 根据权利要求1所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述处理器(31.1)还被编程为用以确定所述断路器(10)的过 流状态。
3. 根据权利要求1所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述配置模块(11)与所述基于处理器的跳闸单元(31)可脱开 地接合。
4. 根据权利要求3所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述配置模块(11)包括为特定的所述断路器(10)而特别地构 造的机械接口(12)。
5. 根据权利要求1所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于所述第一存储器包括非易失性存储器；并且所述配置模块(ll)包括第二存储器，所述第二存储器也包括非易 失性存储器(13)，其中，所述第二存储器与所述处理器(31.1)通信，所 述处理器(31.1)读取来自所述第二存储器的所述断路器(10)配置数据， 然后，根据这些配置数据，访问所述第一存储器内的特定的多个程序。
6. 根据权利要求5所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述多个程序其中的 一个程序指示所述处理器(31.1 )来修正 所述电子跳闸单元(3 l)装置的电流-时间特性。
7. 根据权利要求5所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述第一存储器和所述第二存储器包括独特的标识号，所 述处理器(31.1)被指示，以核实所述标识号匹配，并检测匹配不存在的 伪装模块。
8. 根据权利要求5所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述处理器(31.1)由加密方案所指示，并由用于所述处理器 (3U)和所述配置模块(11)之间的通信的加密密钥来实施，所述处理器 (31.1 )被指示，以检测在所述配置模块(11)中不存在加密密钥的伪装模块。
9. 根据权利要求5所述的断路器(10)电子跳闸单元(31)装置，其 特征在于，所述配置模块由使用者写入配置数据。
10. —种构造用于断路器(10)的电子跳闸单元(31)的方法，其包括提供处理器(31.1);提供配置模块(l 1)，所述配置模块(l l)机械地构造为与所述断路器(10) 的接收器相配； 将与所述断路器(10)有关的电子配置数据写入到所述配置模块(11) 中;并且对所述处理器(31.1)编程，以检查存储在所述配置模块(ll)上的所 述配置数据。
全文摘要
本发明涉及一种断路器电子跳闸单元个性化模块。为电子跳闸单元(31)提供自动断路器(10)标识的方法和装置包括处理器(31.1)和包配置模块(11)，该配置模块(11)包括用于对特定的断路器(10)进行标识的配置数据，并且与处理器(31.1)可操作地通信。
文档编号H02H3/08GK101494370SQ20081017727
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者G·F·巴特兰, J·J·多尔蒂, M·F·卡勒, N·B·维森特 申请人:通用电气公司