通用分接盒的制作方法

本发明涉及一种通过安装在电力通道(此处称为母线槽)中的导体将电能从接线盒分配至电气设备的系统。更具体地，本发明涉及分配组件或电力分接头，在本文中称为分接盒，其可以在不关闭电源的情况下在任意位置处可拆卸地连接到母线槽或母线通道。

本发明的分接盒包括许多改进，包括增加了一种将分接盒自动闩锁到母线槽的机构，除了监测通过分接盒分配的电流之外还监测断路器状态的ct传感器组件以及允许从分接盒外部对内部组件进行热扫描的可更换面板。

分接盒的优选实施例包括可选的但有利的特征，其允许组件或电力分接头适于或构造成用于各种母线槽应用和电气设备要求，从而分接盒可以被称为“通用”分接盒。

本发明还涉及一种改进的ct传感器，该ct传感器除了监测电流外还检测断路器的跳闸，并且可用于母线槽或通道的配电组件或电力分接头以及其他电流感应应用。

背景技术：

关键任务数据中心站点的严格要求需要有在不切断任何其他设备电源的情况下快速断开和重新连接设备的方法。此外，关键任务数据中心和其他需要向多个设备连续供电的站点中使用的该类型的所有配电系统必须能够在本地和远程监测电力参数。在转让给配电公司(powerdistribution,inc.)的美国专利no.7,819,676中公开了这种配电系统的示例，该专利通过引用结合在本文中。

图1是美国专利no.7,819,676中所示的电力通道或母线槽的一部分的透视图。母线槽由一个支撑隔离的大电流导体的电力通道外壳组件组成。配电公司出售了图示的商业版本的母线槽，作为powerwave^tm和powerwave2^tm总线系统的一部分。如图1所示，母线槽外壳组件包括外壳或壳体1；绝缘子2；大电流导体或母线3；以及辅助子通道9，其可以包含通信组件，例如承载数据信号的电气或光纤通信电缆7和用于将电缆连接到各个分接盒中的监控电路的数据连接器4，和/或用于与从分接盒延伸的相应接地元件(未显示)接合的隔离的接地导体。外壳或壳体1还可包括沿着外壳组件的顶部和侧面延伸的带槽的轨道6，用于安装或固定emi屏蔽和/或安装板(未示出)，该emi屏蔽和/或安装板使得母线槽能够被固定至天花板或高架安装结构。

应当理解，本发明可以应用于除美国专利no.7,819,676中公开的总线系统或powerwave^tm总线系统以外的总线系统或与之一起使用，并且在不脱离本发明范围的情况下，分接盒的特征可以改变以容纳不同的总线系统。另一方面，应理解，本发明的优选实施例与powerwave^tm总线系统具有共同的特征，包括接合导体或母线3的弹簧触点，以及由可滑动和旋转的旋钮激活的弹簧触点凸轮机构，如下所述。

本发明提供的改进之一涉及将分接盒固定到母线槽，尤其涉及一种独立于接触接合机构的闩锁机构，在激活凸轮机构以使弹簧触点与母线槽中的相应导体接合之前，自动将分接盒闩锁到位。包括独立的闩锁机构确保分接盒在触点接合时正确定位，以确保正确连接并避免损坏触点，同时还防止触点接合时分接盒意外从母线槽中拉出，这可能导致触点或母线槽损坏并造成严重的安全隐患。

与已知的分接盒闩锁机构不同，本发明的闩锁机构不需要与接触接合机构进行复杂的联锁，而且除了将分接盒接触桅杆插入母线槽外，不需要安装人员对其进行任何操作。相比之下，现有的具有独立闩锁机构的分接盒装置，例如美国专利no.3,611,252和德国公开号de102010036081中公开的装置，在桅杆插入轨道或母线槽后，安装人员需要某种手动干预才能固定分接盒。

例如，美国专利no.3,611,252的分接盒固定机构使用弹簧偏压构件，该弹簧偏压构件仅在将分接盒的桅杆插入轨道并将分接盒和桅杆旋转到最终接触接合位置后，该弹簧偏压构件才会自动延伸到槽中。在这种布置中，弹簧偏压的阻挡构件防止分接盒旋转回到可以拆卸的位置。另一方面，在德国专利公开号de102010036081中公开的分接盒闩锁机构在将触点组件完全线性地插入到轨道中时无需任何旋转就提供了分接盒的正向闩锁，但是需要由两个轴向相对的弹簧偏压的“连接元件”组成的复杂的“连接机构”，该“连接机构”通过连接元件上的支承面和轨道上的支承面之间的啮合将分接盒锁定到轨道上，并且还需要附加的由手柄操作的“锁定机构”，以便既最初防止锁定元件在分离方向上移动，又使锁定元件可以在分离方向上移动。

非自动分接盒闩锁机构的其他示例包括在美国专利no.7,744,386和pct专利公开号wo94/24731和wo97/00167中公开的示例，其中闩锁和触点通过一个公共的开关或杠杆一起启动和抽出；美国专利no.9,379,502公开了一种独立于接触接合/分离机构操作的闩锁机构，但是其中闩锁机构仍然在闩锁和解锁方向上都是杠杆操作的；以及美国专利no.3,686,614公开了一种闩锁机构，该闩锁机构通过杠杆操作克服在未闩锁方向上的弹簧偏压(在实现自动闩锁所需的方向上进行操作)使闩锁构件在闩锁方向上移动。

最后，作为进一步的背景，非自动分接盒固定机构或不由杠杆、凸轮等自动驱动的装置也包括pct公开号wo2012/032381中描述的由盖联锁驱动的分接盒锁紧装置；美国专利no.2,861,139公开了一种仅用于触点的盖联锁，其中分接盒通过螺钉固定在母线上。美国专利no.2,984,769公开了一种带有盖接触联锁的分接盒，其通过钩子简单地悬挂在母线槽上。美国专利no.2,888,529公开了一种在负荷开关和触点之间的盖操作联锁。

本发明提供的另一种改进涉及对分接盒承载的分支电路中的电流的监控，尤其涉及使用一种新型的非接触式电流传感器，其中安装有塑料或石墨电压感测插件，该插件为电流传感器提供了一个锚点，并取代了辅助断路器跳闸检测开关，以检测相应分支电路中各个断路器的跳闸。

已知可以使用电流互感器(ct)传感器组件阵列来非侵入式地监测分支电路中的电流，无论分支电路是与断路器面板连接还是位于分接盒中。例如在美国专利nos.8,421,443和6,809,509中公开了这种ct传感器阵列。其他常规ct传感器阵列和外壳配置在美国专利公开nos.2014/0210453、2014/0167787和2005/0162252以及美国专利nos.9146259、8680845、8421443、7652871、7477058和6329810中公开。其中，美国专利nos.8,421,443是令人感兴趣的，因为ct传感器组件是以存储器芯片226的形式嵌入在单个变压器外壳中的附加组件。然而，传统的电流传感器都没有一种方法来检测电流的缺失是由跳闸的断路器引起的还是仅由分支电路的正常工作引起的。替代地，迄今为止有必要提供一种由断路器的可动接触臂组件操作的辅助断路器跳闸检测开关，以检测是否由于断路器的跳闸引起了电流中断。虽然有效，但是在空间可能非常宝贵的多断路器分接盒中包括辅助断路器跳闸检测开关是不便且昂贵的。此外，每种不同类型的断路器都需要不同的辅助跳闸检测开关。由于跳闸检测开关是机械地连接到断路器上的，因此无法提供可以与多个断路器配置一起使用的单个辅助开关。

可以在本发明的分接盒中提供的另一个特别有利的特征是，由对红外辐射透明的材料制成的可更换面板，以允许从分接盒的外部进行断路器的红外扫描，以及可以用不同的红外辐射透明面板替换它，以容纳不同的断路器配置，而不必更换整个盖板。作为背景技术，配电公司的美国专利no.7,819,676公开了一种由红外透射材料制成的盖子，以便于对内部组件进行红外扫描(第8栏，第19-22行)，但不具有用于不同类型断路器的可变配置断路器面板。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种用于配电母线槽系统的改进的分接盒。

本发明的另一个目的是提供一种用于分接盒的改进的闩锁装置。

本发明的另一个目的是提供一种用于分接盒的改进的电流传感器装置。

本发明的又一个目的是提供一种用于分接盒的改进的ir监控面板装置。

根据本发明的一个方面，这些目的通过一种分接盒来实现，该分接盒包括闩锁机构，该闩锁机构在将带有弹簧触点的桅杆插入到母线槽中时自动将分接盒固定到母线槽。分接盒的自动锁定使安装人员可以安全地移动弹簧触点，使其与母线槽中的导体接合。

根据本发明的优选实施例，闩锁为单个弹簧加载构件的形式，当桅顶被推入母线槽时，该弹簧加载构件闩锁在轨道上。按钮驱动的凸轮构件将闩锁推离轨道，以使桅顶可以从母线槽中撤出。按钮和凸轮构件独立于在将桅顶插入并锁入母线槽时伸出和缩回弹簧触点的机构。

本发明的目的还通过具有断路器监控功能的分接盒来实现，该断路器监控功能不需要辅助断路器跳闸检测开关或其他占用空间的组件，而是由适合于安装到电流监测ct传感器中的电压感测插件提供，它可以与任何断路器配置一起使用。在分接盒以外的应用中，电压感测插件还可用于替换辅助断路器开关。

本发明的又一目的是通过一种带有盖的分接盒来实现的，该分接盒被配置为包括可更换的红外透射面板，该面板可适于多种不同的断路器配置。根据本发明的优选实施例，所述盖还可以包括具有断路器状态指示灯的可更换电流监测模块。

通过以下描述和附图，本发明的这些和其他特征将变得显而易见。

附图说明

图1是可以安装本发明的优选实施例的分接盒的传统母线槽的等轴侧视图。

图2是根据本发明的优选实施例的原理构造的分接盒的从正面看的等轴侧视图。

图3是优选实施例的分接盒的从后面看的等轴侧视图。

图4是优选实施例的分接盒中包括的桅杆的等轴侧视图。

图5和图6是示出当优选实施例的分接盒被插入图1所示类型的母线槽中时闩锁机构的操作的侧视图。

图7和图8是示出图5和图6所示的闩锁机构的闩锁构件的变形的侧视图。

图9是图8所示的闩锁构件的等轴侧视图。

图10是图5和图6所示的闩锁机构的解锁机构的等轴侧视图。

图11是从后面看的等轴侧视图，示出了图4中桅杆的更多细节。

图12是从正面看的等轴侧视图，其示出了图4中桅杆以及优选实施例的分接盒的闩锁/解锁和接触接合机构的更多细节。

图13是示出了优选实施例的分接盒的内部组件的等轴侧视图，其中移除了侧面板和前面板。

图14是图13中所示的部件的分解图。

图15a至15d示出了在优选实施例的分接盒中使用的层压母线的部分。

图16是优选实施例的分接盒的等轴侧视图，其包括侧面板，但是前面板和插座面板被移除。

图17是与图16相对应的等轴侧视图，其具有附加的插座扩充器。

图18是从后面看的等轴侧视图，带有一个附加的盖适配器，以增加外壳的深度。

图19a和19b是示出优选实施例的分接盒的等轴侧视图，其前面板被移除，有及没有侧面板和插座面板。

图20和21是等轴视图，示出了优选实施例的分接盒的可选的插座顶面板构造。

图22和23是优选实施例的分接盒的等轴侧视图，包括可变配置的断路器面板。

图24是优选实施例的分接盒的等轴侧视图，示出了可现场更换的监控单元。

图25是图24的监控单元的等轴侧视图。

图26是图24的监控单元的等轴侧视图，其中盖被移除。

具体实施方式

在以下描述和附图中，相同的附图标记/字符表示相同的元件。应当理解，尽管在此讨论了特定的示例性实施例，但是无意将本发明的范围限制为这样的实施例。相反，应当理解，本文讨论的示例性实施例是出于说明目的，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下实施修改和替代的实施例。

图2-12示出了根据本发明的优选实施例的通用分接盒的闩锁机构和接触接合机构。分接盒包括从分接盒外壳12延伸的大致为平面四边形的桅杆11。桅杆11承载四个弹簧触点13-16，其中两个(13,14)位于桅杆11的前侧，如图11所示，其中两个(15,16)位于桅杆11的后侧，如图12所示。弹簧触点13-16被定位以接合图1所示类型的母线槽两侧的导体3。每个触点13-16是一个通常为矩形的板弹簧，其一端18连接到桅杆11上，并具有一个远端导体接合边缘19，当凸轮机构处于初始位置时，该边缘19与桅杆接触，在将桅杆11插入母线槽后，当凸轮机构旋转到导体接合位置时，在弹簧的回复力作用下，凸轮远离桅杆。弹簧回复力使弹簧触点13-16偏向桅杆11。

凸轮机构包括柱20，每个柱20在弹簧触点13-16后面延伸的相应柱的部分具有凸轮形的横截面。柱20通过夹子21可旋转地固定在桅杆上，并且每个柱包括圆柱形基座22，该圆柱形基座22具有径向延伸的孔23，用于容纳附接到滑块25的水平曲柄柱24，在图5和6的侧视图中可见。滑块25又附接到旋钮26，该旋钮26可沿着分接盒外壳12的顶部附近的水平引导槽27滑动。

操作时，旋钮最初如图2所示位于左侧。在该位置，柱20处于弹簧触点13-16靠在桅杆11上或与桅杆11齐平的位置，允许将桅杆11插入母线槽中。将桅杆11插入母线槽后，将旋钮26滑动到导槽27的右侧，从而移动曲柄柱24以使圆柱形基座22旋转，从而使柱20旋转。柱20的旋转使弹簧触点13-16的远端19远离桅杆11并与母线槽中的导体3接合。然后可以旋转旋钮26，以使其将分接盒的外壳12夹在旋钮26和滑块25之间，从而防止旋钮26横向移动并将弹簧触点13-16锁定在导体接合位置。

本文所示的优选实施例的凸轮机构和弹簧触点的构造可以与配电公司出售的powerwave^tm系统中的凸轮机构和触点的构造相同。但是，本领域技术人员将理解在不脱离本发明范围的情况下，还可以改变凸轮机构和弹簧触点。此外，与传统的分接盒连接系统不同，本发明增加了一种自动闩锁装置，该装置在将桅杆12完全插入母线槽中时接合，以在弹簧触点接合之前将分接盒保持在适当的位置，以及以便在分接盒仍牢固地锁定在适当位置的同时，通过操作旋钮26来使弹簧触点分离。

在图5-12中最佳地示出了本发明的闩锁机构，其包括单个一体式闩锁构件30，该闩锁构件30具有带母线槽接合面32和倾斜凸轮面33的闩锁头31，带枢轴槽口34的主体，带推动面36的下延伸部分35以及弹簧安装槽37或一体式弹簧38。如图4所示，该枢轴槽口接收位于桅杆11中的开口40中的枢轴柱39。母线槽接合面32被布置成接合如图1所示的母线槽中的子通道9之一的顶表面42，但是本领域技术人员将认识到，取决于母线槽的设计，闩锁头31和接合面32可以被布置成接合在除所示表面之外的母线槽的水平表面上，该水平表面包括与子通道不相关的表面，并且本领域的技术人员将认识到本发明不限于与图1的母线槽或图5-12所示的特定形状或结构的闩锁构件一起使用。例如，枢轴槽口34可以由从闩锁构件30延伸的孔或轴代替。

闩锁构件30通过安装在槽37中的单独弹簧或一体式弹簧38的偏压以枢转到闩锁位置。在将桅顶11插入母线槽期间，倾斜凸轮面33首先遇到子通道9的下部，如图5所示，或者在闩锁头31和与闩锁接合的顶表面42之间的任何结构。然后，闩锁构件30在弹簧偏压力的作用下绕着柱39转动，直到桅杆11插入到母线槽中的量足以使闩锁头31能够清除子通道9或其他结构(如图6所示)时，闩锁会响应于弹簧偏压并自动接合顶表面42，以将桅杆11闩锁在母线槽内，并防止拆卸分接盒。此时，如上所述，弹簧触点13-16定位成面对导体3，并且可以通过操纵旋钮26安全地移动以与导体接合。另外，桅杆的插入完成导致独立的地弹簧44(如果提供的话)被定位在母线槽中的相应槽内，并且轨道46从分接盒的顶部延伸，并与母线槽外壳1接合。

虽然闩锁机构的接合是自动的，但是它通过一种解锁机构来分离，该解锁机构包括解锁构件47、一体式或附接的弹簧49以及按钮50，其中，该解锁构件47具有用于接合闩锁构件30的推动面36的中央推动器48，弹簧49用于将解锁构件47偏置到推动器48与推动面36分离的位置，按钮50用于使解锁构件47逆弹簧偏压移动并使推动器48与推动面36接合。然后，响应于按钮50的推动，推动器48和推动面36的进一步运动使闩锁构件30克服其自身的弹簧偏压而旋转，并且母线槽接合面32与顶表面42脱离，以便可以从母线槽上拆下分接盒。在推动构件的相对侧上使用两个按钮50迫使操作者通过例如将操作者的手指放在与按钮从其延伸的表面相对的外壳12的表面上来在分接盒的两侧牢固地抓住分接盒。并通过使用操作者的拇指同时按下两个按钮50，以便将推动器48移远以足以导致脱离，从而防止分接盒过早或意外松开并确保操作者的手可以通过垂直拉动外壳12的两侧来安全地卸下分接盒。

图13和图14示出了优选实施例的分接盒的内部，其中外壳的前部和侧面被移除。外壳12包含配电和监测电路，包括断路器、母线和电流传感器，如下所述。

每个弹簧触点13-16通过各自的导线(未显示)进行电气连接，所述导线穿过桅杆延伸到位于分接盒顶部附近的端子54。端子54通过由分别在图15a至15d中示出的四个部件57-60组成的叠层总线系统56连接到断路器55，该叠层总线系统56将通过四个弹簧触点13-16和相应的端子54提供的电流分配到两个分支电路中。部件57-60的形式为带有适当位置的端子的导电板，并与绝缘层层压在一起，形成一个整体组件，可以将其作为一个整体轻松地安装在分接盒中，并且通过将零件57-60形成为具有适当位置的端子，可以针对不同的断路器和分支电路配置进行定制。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以改变电路和断路器的配置，包括弹簧触点和母线导体的数量以及分支电路的数量。为此，优选但不是必需的叠层总线组件的使用使得可以更容易地改变分支电路配置。此外，为了更好地容纳不同类型的断路器或具有不同电流容量的断路器，断路器55可选地安装在高度可调的安装支架61上。

断路器55的下游侧和接地端子62通过导线(未示出)连接到具有选择的替代构造的输出连接器或插座63、64，如下面结合图20和21所述。导线以常规方式通过电流传感器65、66延伸，电流传感器65、66分别通过相应的印刷电路板67、68和包含输出连接器70的插入式印刷电路板69连接到可现场更换的监测模块71。监测模块71包含用于经由通信电缆72提供输出监控信号的电路，该通信电缆72例如可以被附接到由母线槽中的通道9之一承载的数据总线上。本领域技术人员将理解，监测模块71和通信电缆72可以根据需要由不同格式的模块和连接器代替。插入式印刷电路板69优选地位于传感器电路板67、68上方以节省空间，并且电路板之间的连接由一个或多个跳线或带状电缆73提供。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变各个电路板67-69，连接器70，监测模块71以及相关组件的配置。

如图13和14所示，电流传感器65、66是围绕输出插座和断路器55之间延伸的分支电路连接线的非接触式单相ct电流传感器。此类传感器通常由金属或非金属芯上的绕线环形线圈组成，并封装在塑料外壳内，该塑料外壳可以安装到电路板上并通过连接到环形线圈的端子进行电连接，并且可以在市场上买到。结果，除了电流传感器60能够接收电压感测插件74之外，传感器65、66可以在不脱离本发明范围的情况下自由地改变。

电压感测插件74取代了通常用于根据断路器接触位置来检测断路器跳闸的辅助断路器开关，并且可以由大致为环形的、塑料或石墨包裹的非接触式电压传感元件组成。众所周知，非接触式电压传感元件可以采用多种形式，例如电容板或导线(未示出)。为了检测断路器的跳闸，电压传感元件被布置成在检测到当断路器从闭合位置变为断开位置产生电压变化时输出信号。插件的信号输出连接到监控和指示电路，而不是连接到电流监测器，否则它们将连接到辅助开关。辅助开关监控电路例如可以控制监测模块71上的断路器操作指示灯75，如图25所示。监测模块71优选地还包括盲插连接器76，如图26所示，该盲插连接器76用于连接至插入式印刷电路板69上的监测模块输出连接器70。

图16示出了优选实施例的分接盒外壳12的侧面板布置。图16所示的侧面板82是挤压铝板，其提供了外壳的刚度和强度以及接地连续性，并且被布置为装配在后面板84的凸缘83内。通过改变侧面板82、顶面板81和插座面板85(如图19b所示)的宽度，分接盒的厚度可以变化，以容纳不同尺寸的插座63、64和/或断路器55。

图19b所示的插座面板85装配在侧面板82上形成的槽86中以确保电气接地连续性，并且包括各种形状的开口87以容纳不同尺寸或类型的插座，例如而非限制地，如图20所示的iec版本插座63和图21所示的nema版本插座64。

本领域技术人员将理解，提供除了图示布置以外的侧面板或插座布置，包括顶部、侧面和底部面板或板与后面板或前面板集成在一起，或与后面板或前面板一体成型的布置，以及插座配有适配器或扩展件88以便在外壳内为更大的导线或电缆留出更多空间的布置，也在本发明的范围内。如图20和21所示，还可以为一个或多个面板提供一个适配器，例如盖适配器89，以增加宽度以匹配其他面板或板的宽度，并允许增加外壳深度。

如图22和23所示，前面板或盖90优选地不仅包括用于输出连接器70的开口91和用于监测模块71的凹部92，而且还包括用于容纳现场可更换断路器面板94的开口93。可现场更换断路器面板94可以具有各种配置以适应不同类型的断路器，并且包括对红外辐射透明的板95，以便能够从分接盒的外部对断路器进行红外扫描，而无需拆下前面板或盖90。

最后，如图所示，监测模块71还可以可选地包括一个或多个附加的led指示灯96，以例如提供需要维护的指示。为了便于更换面板94，凹部92可包括用于容纳四分之一圈紧固件98或类似紧固件的柱97。另外，可以提供适配器99以使得所示插头100能够与设置在母线槽中的molex型微配合连接器连接。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，监测单元可以使用各种不同的通信协议和插孔或适配器中的任何一种。