专利名称：多功能电路中断附件的制作方法
技术领域：
在本文中公开的本发明的实施方式涉及保护电气(electrical)装备的电路中断装置。具体地，本发明的实施方式涉及用于电路断路器的分励脱扣(shunt trip)以及欠压释放附件。
背景技术：
用于打开远程电路断路器的分励脱扣(ST)装置和用于保护在其中由于低电压条件而有电路断路器的电路的欠压释放(UVR)装置是用于电路断路器的两种可用的附件。目前，对于所述在电路断路器中的ST和UVR装置中的每一个，要求单独的附件，每一个具有它们自己的外壳，它们自己的电子器件以及它们自己单独的螺线管。许多用户既选取ST也选取UVR，使许多电路断路器变得密集、更加昂贵并且更加复杂。 尽管ST和UVR都使用螺线管打开断路器，UVR螺线管在线电压到预先确定的最低水平以下之前维持在接通状态，而ST螺线管在它们被需要用来打开断路器之前保持为断开。因而，当对用于电路断路器的组合的ST和UVR附件有需要时，对于这样做有必须被克服的障碍。
发明内容
在实施方式中，用于布置在要被保护的电路中的电路断路器的保护设备使用螺线管、欠压释放(UVR)感测设备和分励脱扣(ST)感测设备，所述螺线管被配置用来根据命令操作所述电路断路器，所述欠压释放(UVR)感测设备被配置用来响应于所述要被保护的电路的线电压降到预先确定的水平以下而产生UVR信号、，所述分励脱扣(ST)感测设备被配置用来在其感测到ST命令时产生ST信号。可操作地连接到所述UVR感测设备、所述ST感测设备以及所述螺线管的控制器被配置用来接收所述UVR和ST信号(当它们被产生时)并且控制所述螺线管响应于由所述控制器对所述UVR和ST信号中的任何一个的接收而打开所述断路器。 根据实施方式的特征，用于布置在要被保护的电路中的电路断路器的保护设备包含被配置用来根据命令打开所述电路断路器的螺线管以及连接到所述螺线管并且被配置用来响应于对UVR信号和ST信号中的任何一个的接收而发出打开命令至所述螺线管的控制器。UVR感测设备被配置成连接到所述要被保护的电路的线导体以及用来监视所述要被保护的电路的线电压(当这样的电压由所述线导体携载(carry)时)。所述UVR感测设备响应于线电压降到预先确定的水平以下而产生UVR信号并且将所述信号发送至所述控制器。ST感测设备被配置用来为ST命令而监视并且用来响应于感测到ST命令而产生ST信号并且将它发送至所述控制器。 实施方式中的电路断路器附件分励脱扣(ST)以及欠压释放(UVR)方法包含提供螺线管，所述螺线管被配置以及被布置用来响应于所述螺线管中的电流降到预先确定的水平以下而激活电路断路器的操作机构。所述方法通过提供被配置以及被布置用来选择性地控制到所述螺线管的电流的微处理器、为UVR状态以及为ST状态而监视电路以及响应于欠 压释放状态以及响应于分励脱扣状态用所述微处理器选择性地控制到所述螺线管的电流 流动而进行。
图1显示根据在本文中公开的实施方式的设备的示意性框图。
图2显示根据在本文中公开的实施方式的设备的示意性框图。
图3显示根据在本文中公开的实施方式的方法的示意性流程图。
部件列表
10电路断路器
11机构
20线导体
30负载导体
40导体
50导体
100组合的分励脱扣和欠压保护设备
110螺线管
115螺线管驱动
116M0SFET驱动电路
120控制器
121UVR信号
122ST信号
130UVR感测设备
131滤波器电路
132整流器电路10电路断路器
133UVR电压感测电路
140感测设备
141瞬态保护电路
142ST整流器电路
143ST电压与隔离电路
170电源
200分励脱扣和欠压释放方法
210螺线管
220控制器
230分励状态
231UVR状态
232预先确定的最低电压
233羅
235ST命令
236分励脱扣命令
237ST状态
240螺线管
250MOSFET
具体实施例方式
参考附图，显示了根据在本文中公开的实施方式的设备和方法的示例。为了解释
5的目的，大量特定的细节在附图中被显示以及在随后的详细描述中被陈述以便提供对于本 发明的实施方式的透彻的理解。然而，显然可以没有这些特定的细节而实践本发明的实施 方式。在其它的实例中，示意性地显示公知的结构和装置以便简化附图。
在图1中，组合的分励脱扣和欠压保护设备100具有被布置以及被配置用来操作 用于电路中断装置或者要被保护的电路中的电路断路器10的机构11的螺线管110。所述 断路器10位于线导体20和负载导体30之间以选择性地提供线和负载之间的连接。在通过 所述机构ll被移动而与彼此接合(engagement)或者脱离接合的第一和第二接触部之间构 成所述连接。典型地，所述第一和第二接触部中的一个被固定而另一个是可移动的，但是只 要所述螺线管iio可以操作所述机构ll，可以在有采用在其中两个接触部都是可移动的接 触部对的，或者可能采用多于一个接触部对(诸如在双断路系统中)的断路器的情况下使 用实施方式。可以被使用在实施方式中的螺线管110的一种类型是典型地被用于在其中以 高于预先确定的门限的线电压(通常所说的"回动门限")流过螺线管的线圈的电流将螺线 管保持(hold)在使所述断路器维持(remain)闭合的位置的欠压释放附件的那种螺线管。 当所述线电压落到所述回动门限以下时，所述螺线管变到使所述断路器打开的位置。典型 地，当所述螺线管为断开时，准许所述电路断路器为闭合，从而当所述线电压处于可接受的 水平(即高于所述回动门限)时，准许电路断路器操作，并且当所述螺线管闭合时，它打开 所述断路器。可以改为设置UVR附件以使当所述螺线管为闭合时，所述断路器被闭合，以及 当所述螺线管响应于线电压降到所述预先确定的电压以下而断路时，所述断路器打开。备 选地，可以使用被激活时将打开所述断路器的简单的螺线管。在图2所显示的示例中，实施 方式采用对所述控制器120做出响应的螺线管驱动115来选择性地控制流过所述螺线管 110的电流。取决于被采用的螺线管的具体类型，所述螺线管驱动115将在线电压出现时提 供与线电压成比例的电流或者将响应于来自所述控制器120的命令简单地接通或者切断 电流。 因而，在实施方式中，所述螺线管110是包含趋向于闭合所述螺线管的偏压的 保持断路类型的螺线管(a hold open type solenoid)。当高于对应于起始门限电压 (pick-up threshold voltage)的水平的电流被供给至所述螺线管110时，由所述螺线管线 圈生成的电势克服所述偏压并且所述螺线管断开。 一旦所述螺线管为断开，要求较低的电 流水平以及对应的电压来保持其为断路并且在所述电流落到所述螺线管的回动门限以下 并且所述电压落到所述对应的回动电压以下之前它将维持断路。因而，通过将所述螺线管 中的电流减小到低于此回动门限水平来选择性地控制到所述螺线管110的电流是充分的， 但是为简单起见实施方式中断到所述螺线管110的电流。因而，适合的螺线管驱动115的 示例包含金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)驱动电路116，在有所述M0SFET驱动电 路116的情况下，所述控制器120通过关断所述M0SFET减小到所述螺线管110的电流。
所述螺线管110对响应于指示UVR状态存在的UVR信号121或者指示ST状态存 在的ST信号122而产生用于所述螺线管110的控制信号的控制器120做出响应。如在本 文中所使用的，"UVR"和"欠压释放"指当所述被监视的电压落到所述预先确定的水平以下 时所述断路器10的打开，而"UVR状态"和"欠压释放状态"指在其中对于UVR有需要的状 态。当线电压已经落到预先确定的水平-上文所论述的回动门限以下时UVR状态存在。同 样如在本文中所使用的，"ST"和"分励脱扣"指响应于命令的所述断路器的打开，所述命令为本地的或者远程的，为了做到这点，通过软件和硬件自动地生成、通过由用户使用软件和 /或计算机硬件发起所述命令生成、通过在远程位置的开关的激活或者通过在本地开关的 激活生成。所述命令可以以任何适合的方式被携载，诸如通过在所述线或负载导体上的信 号、通过经通信网络的信号或者通过从开关到所述控制器的直接连接。"ST状态"和"分励 脱扣状态"指在其中ST命令已经被感测或者检测到的状态，诸如当用户已经激活开关来打 开所述断路器或者当命令已经另外在导体上或者经通信网络或诸如此类被发出。
在实施方式中，所述UVR信号121由UVR检测或者感测设备130产生。所述UVR 感测设备130可操作地连接到所述控制器120并且在图中所显示的实施方式中可操作地连 接到导体40以使当电压由所述导体40携载时它可以监视以及响应所述电压。在所显示的 实施方式中，所述导体40携载所述要被保护的电路的线电压。所述UVR感测设备130响应 于所述被监视的电压跌落到所述预先确定的水平以下而产生指示欠压释放状态的所述UVR 信号121。在图2所显示的示例中，实施方式包含连接到所述导体40以及到整流器电路132 的滤波器电路131。所述整流器电路132发送经整流的输出至UVR电压感测电路133，其在 所述被监视的电流落到所述预先确定的水平以下时将指示UVR状态或者事件的所述UVR信 号121提供给所述控制器120。所述整流器电路也将电力提供给所述螺线管110。
在实施方式中，所述ST信号122由被配置成连接到导体50并且当ST命令在所述 导体50中被携载时对命令做出响应的ST检测或者感测设备140产生。在实施方式中，所述 导体50连接到诸如远程或者本地按钮的开关，以使当用户激活所述开关时(诸如通过按下 按钮)，所述ST命令通过所述导体50被发送并且所述ST感测设备生成所述ST信号122。 备选地，如在图2中具体可见的，所述导体50可以被配置用来携载所述ST检测设备对其做 出响应的电压(诸如线电压)。在这样的实施方式中，所述ST命令可以作为是所述线电压 的部分的信号被发出。举例来说，在所显示的示例中，实施方式包含连接到ST整流器电路 142的、诸如金属氧化变阻器(MOV)的、电压尖脉冲或者瞬态保护电路141。所述ST整流电 路142发送经整流的输出至ST电压和隔离电路143，当ST命令已经被感测到时所述ST电 压和隔离电路143将所述ST状态或事件信号122提供给所述控制器120。依靠所述瞬态保 护电路141、 ST整流器电路142以及ST电压和隔离电路143，所述ST检测或感测设备140 在AC或者DC线电压的情况下是适用的。 应当理解所述控制器120可以直接对经其他ST命令承载介质携载的ST命令 做出响应。其它介质的示例包含诸如T CP /1P (传输控制协议/因特网协议)、以太网、 IEEE802. 11x无线、令牌环、蓝牙、IR、电话、卫星以及蜂窝电话网络的通信网络，但是也可以 采取在所述发出命令的装置和所述控制器120之间直接的有线或者无线连接的形式，诸如 RS-232、 ModBus以及其它连接。所述ST命令甚至可以由开关或者作为所述断路器的部分 被提供的其它输入装置传递。 在图2所显示的实施方式中，所述组合的UVR和ST附件设备也包含从所述整流器 电路132接收电力并且向所述控制器120提供电力的电源170。节电保护电路180也连接 到所述电源170和所述控制器120以当电压落到预先确定的水平以下时重置所述控制器 120。 控制器120连接到所述UVR感测设备130并且响应产生自所述UVR感测设备130 的UVR信号121来检测所述UVR状态。所述控制器120也连接到所述ST感测设备140并
7且响应所述ST信号来检测所述ST状态。在实施方式中，所述控制器120是对计算机可执行 的指令做出响应的微处理器，当所述指令在所述微处理器上被执行时，监视到所述UVR和 ST感测设备的连接并且响应于相应的UVR和ST信号121， 122确定UVR状态存在或者ST状 态存在。所述控制器120通过控制所述螺线管110(诸如通过选择性地控制到所述螺线管 110的电流)响应所述UVR和ST状态中的一个，这样它激活所述机构11。在其中所述螺线 管IIO是UVR类型或者是保持断路螺线管(hold opensolenoid)的实施方式中，所述控制 器120是被编程用来通过响应于UVR或者ST状态而将到所述螺线管110的电流减小至所 述回动门限电流(drop-out threshold current)以下(这引起所述断路器10的脱扣)来 选择性地控制到所述螺线管110的电流的微处理器。在图2所显示的示例中为了减小到所 述螺线管110的电流并且引起所述断路器10的脱扣，所述控制器120发送命令至所述螺线 管驱动115，所述螺线管驱动115对所述控制器120做出响应而调节流到所述螺线管110的 电流。当所述螺线管驱动115包含M0SFET 116时，所述控制器120响应于UVR或者ST状 态将所述M0SFET关断，这中断到所述螺线管110的电流，使所述断路器10跳闸(trip)。
虽然所述控制器120在示例实施方式中被描述为微处理器，它可以是能接收数据 和指令、执行所述指令来处理数据并且给出结果的任何适合的电子装置。所述控制器也可 以是(但限于)微型计算机、小型计算机、光学计算机、插件式计算机、复杂指令集计算机、 专用集成电路、精简指令集计算机、模拟计算机、数字计算机、固态计算机、单板计算机或者 对这些中的任何的组合。可以经电子数据卡、音频激活、手动选择和控制、电磁辐射以及电 子或电气传输将指令传递到所述控制器120。 在图3中，分励脱扣和欠压释放方法200被示意性地显示并且被写入可由所述控 制器执行的计算机指令中，诸如以用任何编程语言编码的软件的形式。适合的编程语言的 示例包含但不限于汇编语言、VHDL(Verilog硬件描述语言)、超高速集成电路硬件描述语 言(VHSICHDL) 、 FORTRAN (公式翻译)、C、 C++、 C#、 Java、 ALGOL (算法语言)、BASIC (初学者 通用符号指令代码)、APL(A编程语言)、ActiveX、HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标 记语言)以及对这些中的一个或者更多的组合或派生。所述方法由提供被设置用来在所述 螺线管中的电流中断时激活电路断路器的操作机构的螺线管210开始。所述方法还包含提 供电气连接到所述螺线管并且将选择性地控制到所述螺线管的电流流动的、诸如微处理器 的控制器220。通过监视用于欠压和分励状态的电路230，所述方法允许当要求欠压释放时 选择性地控制到所述螺线管的电流流动240，以及当要求分励脱扣时选择性地控制到所述 螺线管的电流流动240。如上文所论述的，在实施方式中选择性地控制电流流动包含将电流 流动减小至所述螺线管的所述回动门限电流以下。这可以通过操控所述电流或者通过将穿 过所述螺线管的电压减小至所述对应的回动门限电压以下来完成。特别地，为了简单起见 实施方式中断到所述螺线管的电流流动。举例来说，监视该电路230包含为UVR状态而监 视所述电路的电压231，诸如线电压或者相电压。监视该电路230还包含为ST命令而监视 电压，诸如线电压235。 如在图3中所显示的实施方式中可见的，为UVR状态而监视电压231包含将所述 被监视的电压与预先确定的最小电压对比232、当所述电压小于所述预先确定的最小电压 时确定UVR被要求233以及发送关于UVR状态存在的信号至所述控制器。当实施方式包含 提供电气连接到所述控制器的MOSFET 250时，选择性地控制到所述螺线管的电流流动240
8包含将所述MOSFET开启和关断245。特别地，选择性地控制电流流动包含将电流流动减小 至所述螺线管的回动门限以下。为了简单起见，这在实施方式中通过中断电流(诸如将所 述MOSFET关断)来完成。 同样如在图3中所显示的实施方式中可见的，为ST状态而监视所述电路235包含 确定分励脱扣命令已经被检测到236。所述命令应已由远程单元发出并且可以采取在所述 线电压上的电压信号的形式，但是可以采用其它信号形式，诸如经有线或者无线计算机网 络以及如上文所论述的其它介质。如果ST命令已经被检测到，则ST被要求237并且所述 方法通过发送关于ST状态存在的信号至所述控制器继续进行。如上所述，当实施方式包含 提供电气连接到所述控制器的MOSFET 250时，选择性地向所述螺线管提供电流240包含将 MOSFET开启和关断245。特别地，选择性地控制到所述螺线管的电流流动包含中断电流流 动，诸如通过将所述MOSFET关断。 采用实施方式中的组合的ST和UVR附件与具有单独的ST和UVR附件相比将所要 求的空间量减小一半。此外，由于共享部件，成本和复杂度被减小一半，得到不那么昂贵的、 更简单的断路器附件。减小的复杂度也可以得到增加的可靠性。 本发明的实施方式可以采取由计算机实施的过程和用于实践此类过程的设备的 形式。另外，实施方式可以采取包含在有形介质上的诸如目标代码、源代码或者可执行代码 的计算机代码的计算机程序产品的形式，所述有形介质可以是诸如磁介质(软磁盘、硬盘 驱动、磁带等等)、光学介质(压縮光盘、数字多用/视频光盘、磁光盘等等)、随机存取存储 器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存ROM、可擦可编程只读存储器(EPROM)或者任何其它计算 机可读存储介质，所述计算机程序代码被存储在所述计算机可读存储介质上并且用所述计 算机可读存储介质，所述计算机程序代码可以被装载到计算机之中并且由计算机执行。当 所述计算机执行所述计算机程序代码时，其变成用于实践本发明的设备并且在通用的微处 理器上，通过用计算机代码段对所述微处理器的配置创建了专用逻辑电路。所述可执行的 指令的技术效果是使用单个螺线管既响应于在其中装有电路断路器的电路的UVR状态也 响应于ST状态(诸如接收ST命令)而打开所述断路器。 虽然已经参考一个或者更多示例性实施方式描述了本公开，所属领域的技术人员 将理解在不背离其范围的情况下，可以进行各种变化以及可以用等效物替代其组件。此外， 在不背离其范围的情况下，可以进行许多修正以使具体的情况或者材料适应于本公开的示 教。因而，其意图是本公开不限于打算用于实现此发明的、作为最佳模式被公开的(多个) 具体的实施方式，而本发明将包含落在附具的权利要求的范围内的所有实施方式。
权利要求
一种用于布置在要被保护的电路中的电路断路器(10)的保护设备(100)，其包含螺线管(110)，所述螺线管(110)被配置用来根据命令操作所述电路断路器(10)；欠压释放(UVR)感测设备(130)，所述欠压释放(UVR)感测设备(130)被配置用来响应于所述要被保护的电路的线电压降到预先确定的水平以下而产生UVR信号(121)；分励脱扣(ST)感测设备(140)，所述分励脱扣(ST)感测设备(140)被配置用来在其感测到ST命令时产生ST信号(122)；控制器(120)，所述控制器(120)可操作地连接到所述UVR感测设备(130)、所述ST感测设备(140)以及所述螺线管(110)，并且被配置用来当产生所述UVR以及ST信号(121，122)时接收所述UVR以及ST信号(121，122)；所述控制器(120)还被配置用来选择性地控制所述螺线管(110)以响应于由所述控制器对所述UVR和ST信号(121，122)中的任何一个的接收而打开所述断路器(10)。
2. 根据权利要求l所述的设备(IOO)，还包含可操作地连接到所述螺线管(110)的螺线管驱动(115)，所述螺线管(110)具有回动门限电流，所述螺线管驱动(115)对所述控制器(120)的选择性控制做出响应而将到所述螺线管(110)的电流减小到至少和所述回动门限电流一样低的值。
3. 根据权利要求2所述的设备(IOO)，其中所述螺线管驱动(115)是MOSFET驱动(116)电路以及所述控制器通过关断所述MOSFET将到所述螺线管(110)的电流减小到至少和所述回动门限电流一样低的值。
4. 根据权利要求l所述的设备(IOO)，其中所述UVR感测设备(130)被配置成连接到要被保护的电路的线导体并且用来在电压出现于所述导体中时监视所述电压。
5. 根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述ST感测设备(140)还连接到ST命令承载介质，所述ST感测设备为ST命令而监视所述ST命令承载介质。
6. 根据权利要求5所述的设备(IOO)，其中所述ST命令承载介质是所述要被保护的电路的线导体。
7. 根据权利要求5所述的设备(IOO)，其中所述ST命令承载介质是通信网络。
8. 根据权利要求5所述的设备(IOO)，其中所述ST命令承载介质是开关电路。
9. 一种电路断路器附件分励脱扣(ST)以及欠压电压释放(UVR)方法(200)，其包含提供螺线管(210)，所述螺线管被配置以及布置用来响应于所述螺线管中的电流降到预先确定的水平以下而激活电路断路器的操作机构；提供微处理器(220)，所述微处理器被配置以及布置用来选择性地控制到所述螺线管的电流流动；监视所述电路(230)，对于UVR状态，其方式是通过监视所述电路的线电压(231)并且当所述线电压小于预先确定的最小电压时将指示UVR状态的第一信号提供给所述控制器，以及对于ST状态(235)，其方式是通过监视分励脱扣命令；以及响应于欠压释放状态以及响应于分励脱扣状态用所述微处理器选择性地控制到所述螺线管(240)的电流流动。
10. 根据权利要求9所述的方法，还包含提供可操作地连接到所述微处理器的M0SFET(250)以及选择性地控制到所述螺线管(240)的电流流动包含选择性地将所述MOSFET开启和关断(245)。
全文摘要
本发明的名称为多功能电路中断附件。一种用于布置在要被保护的电路中的电路断路器的保护设备使用被配置用来根据命令操作电路断路器的螺线管、欠压释放(UVR)感测设备，其被配置用来响应于要被保护的电路的线电压降到预先确定的水平以下而产生UVR信号以及分励脱扣感测设备，其被配置用来在其感测到ST命令时产生ST信号。可操作地连接到UVR感测设备、ST感测设备以及螺线管的控制器被配置用来接收UVR以及ST信号(当它们被产生时)并且控制螺线管以响应于由控制器对UVR和ST信号中的任何一个的接收而打开断路器。
文档编号H01H71/24GK101714486SQ20091017956
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年9月30日
发明者P·K·阿南德 申请人:通用电气公司