CN101256917A - 具有可调电弧闪光保护和无线传感器的断路器及其用法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有可调电弧闪光保护和无线传感器的断路器及其用法。该断路器包括微处理器和与微处理器通信的无线传感器，该无线传感器配置成在断路器周围的预定区域内检测人员是否存在，从而当无线传感器在预定区域内检测到人员存在时，由微处理器改变断路器的保护水平。降低断路器的电弧闪光保护水平的方法也包含在发明公开的范围内。

Description

具有可调电弧闪光保护和无线传感器的断路器及其用法

技术领域

概括来说，本发明涉及断路器，特别是具有无线传感器和可调电弧闪光保护水平的断路器。

背景技术

众所周知，断路器通常广泛应用于遇到某些预定状况时的电路中断，当然它们还可被用于其他目的。特别是，这些预定状况取决于由断路器所连接电路决定的电流水平，该电流水平根据应用可从几安培变化至几百甚至几千安培。通常，断路器具有一组可分离的触点，当达到某组预定状况需要断开电路时，这些触点能被分离。当可分离的触点开始彼此移开时，经常在可分离触点间形成电弧闪光。所述普通技术人员清楚地知道，这些电弧闪光可升至高温，根据电流水平，那些电弧闪光的瞬时温度可达3000K至30,000K之间，因此电弧闪光对于那些对通电装置进行维护或测试的人员来说是个安全隐患。因此，至少基于安全原因，人们已经意识到需要具有可调电弧闪光保护水平的断路器。

例如，2005年10月6日公布的美国专利申请No.2005/0219775，公开了一种低电压断路器，该断路器具有替代了断路器常规或特定脱扣功能的维护脱扣功能，目的是减小起动电流和/或时间延迟以更快地脱扣，从而在对工作中的断路器进行现场维护或测试期间，减小由故障产生的电弧能量。该申请所公开的装置中，通过启动直接硬连线至脱扣单元上的维护开关，使维护脱扣功能替代常规脱扣功能，相同的脱扣单元可在断路器的前部很容易地找到。不过，虽然在‘775专利申请中公开的装置具有故障水平调整，但是至少有一个明显的缺陷，即需要操作人员干预，这与维护开关硬连线连接至断路器有关。换言之，如果维护和/或测试人员在维护和/或测试通电装置时忘记切换至维护脱扣功能以降低保护水平，则用户可能会暴露于由意外故障所引起的电弧闪光中，这样将不会提供任何保护。此外，由于开关是硬连线至断路器的，所以它只能通过操作人员身体直接接触断路器来切换，它可能不在进行维护或测试的位置，从而进一步增加了在需要时不能降低保护水平的可能性。

因此，期望能开发一种断路器脱扣单元，该单元通过远程无线传感装置能够在断路器周围指定区域内有人员存在时减小电弧能量，以增加提供的保护和消除操作人员干预。通过无线传感器在预定区域内检测人员存在与否，无需操作人员干预，即可调整不同的保护水平，包括瞬时启动电流(pickup current)、短延迟启动(pickup)、短时间延迟、接地故障延迟和接地故障时间延迟，仅以这些为例但不限于此。

发明内容

上面总结的一个或多个需求以及在本领域已知的其它需求通过这样的断路器解决，该断路器包括微处理器和与微处理器通信的无线传感器，其中无线传感器被配置成在断路器周围的预定区域内检测人员是否存在，这样当无线传感器在该预定区域内检测到有人员存在时，由微处理器改变断路器的保护水平。

本发明还公开了降低断路器电弧闪光保护水平的方法，该方法包括通过与断路器的微处理器通信的无线传感器在断路器周围的预定区域内检测人员是否存在的步骤；和当无线传感器在该预定区域内检测到有人员存在时改变断路器保护水平的步骤。

上文简要描述了本发明的特点，以使下文中的详细描述更易理解，更好地突出本发明对该领域技术的贡献。当然，为了支持附属权利要求的主题，下文中还描述了本发明的其他特点。

基于这种考虑，在详细解释本发明的多个优选例之前，应理解本发明并不仅仅局限于应用在下文描述或附图中所示意的结构细节和组件配置。本发明还适用其他实施例，且可以多种方式实施。还有，应理解这里使用的措辞和术语是出于描述的目的而不应认为有限制性。

同样，本领域技术人员将在公开的内容基础上理解这种概念，并可很容易地基于此设计其他的结构、方法和系统以实现本发明的多种目的。因此，重要的是，应将本发明的权利要求视为包含这些不脱离本发明精神和范围的等同结构。

并且，前述摘要的目的通常是使美国专利商标局和公众，尤其是使那些对专利或法律术语或措辞还不熟悉的科学家、工程师和从业者能够从本申请所公开技术的性质和本质的粗略研究中快速得出结论。因此，摘要既不能限定仅由权利要求限定的发明或应用，也不能以任何方式限制发明范围。

附图说明

参考下文详细描述，并结合附图，可以很容易地获得对本发明更为完整的评价，同时可认识到它固有的多个优点，其中：

图1示出了根据本发明公开的实施例的一种断路器的示意图；

图2示出了根据本发明公开的实施例的另外一种断路器的示意图；和

图3示出了根据本发明公开的实施例的一种断路器操作方法的概括性流程图。

具体实施方式

参考附图，其中所有视图中相同的参考标记标明相同或相应的部件，根据本发明公开的一实施例，描述了具有可调闪光保护和无线传感器的断路器。图1示出了断路器10的示意图。如图所示，来自被保护电路(未示出)的电流信号12传送至断路器10的电压调节电路14，以滤波和调整电流信号12的增益。接着将调节后的信号提供给断路器10的微处理器16。与微处理器16相连的还有无线传感器18和磁通转换器(flux shifter)电路20。

在操作过程中，最初对断路器10编程使其工作在常规保护水平。如果与断路器10相连的电路上发生过载，微处理器向磁通转换器20发出信号，则断路器10的脱扣单元(未示出)脱扣。此外，无线传感器18的范围表征预定区域，从而无论何时只要在该区域内检测到有人员存在，该检测结果就被传送给微处理器16，并且由断路器10提供的保护水平降低，这样当电流信号12达到考虑到在预定区域内检测到人员而在微处理器16内设置的降低的水平时，磁通转换器20将使断路器10脱扣。一旦人员离开安全区，微处理器16被编程以将保护水平复位为常规水平或其他任何想要的水平。

同样，如果维护和/或测试人员在对具有断路器10的通电装置进行维护和/或测试时进入预定区域，由于被无线传感器18检测到，所以电弧闪光保护水平自动降低，而无需该人员接触断路器10或其他任何与其硬连接的开关，从而将用户暴露于意外故障引起的电弧闪光危险中的可能性降至最小或消除。同样，根据所公开的发明，断路器10通过使用远程无线传感装置，在断路器周围区域内有人员存在时，在无需操作人员干预的情况下能提高电弧闪光保护水平。通过无线传感器检测在非安全区域内是否存在人员，可调整不同的保护水平，包括但不限于瞬时启动电流、短延迟启动、短时间延迟、接地故障/地延迟、接地/地故障时间延迟、长时间启动、长时间延迟、保护性继电器保护(过压、欠压、电流不足、电压失衡)启动和延迟。

正如本领域普通技术人员所理解的，本发明可直接使用任何无线传感设备或模块。例如，无线传感器18可通过无线电通信、互联网，和/或手持计算无线设备物理连接至断路器10的微处理器16，仅以这些为例但不限于此。

如图2所示，在根据本发明公开的断路器30的另一实施例中，被断路器30保护的电路(未示出)通过多个连接至电压调节电路36的相电流互感器34在32连接到断路器30，电压调节电路36向断路器30的模数或A/D转换器38提供经过滤波和增益调整的信号。基于微处理器的脱扣单元记录经由电流互感器34、电压调节电路36和A/D转换器38流经断路器30或电机过载继电器的电流。电流互感器34也可被配置为向脱扣单元供电。为了执行降低的能量保护模式，将微处理器40编程以通过来自无线传感器42的无线输入检测在预定区域内是否存在用户，然后决定将断路器30设置成何种保护水平，包括使用标准保护设置点/延迟、预定义保护设置点/延迟和用户定义保护设置点/延迟，但不局限于此。正如本应用领域普通技术人员所理解的，无线传感器42的输入可连接至微处理器40的中断(interrupt)，以便增加从标准值到预定义值的过渡时间。并且，无线传感设备可以由电源供电，该电源可从包括电池、电流源和/或外部24Vdc电源、24Vdc并联跳闸或ST模块，24Vdc欠压释放或UVR模块、超大电容器和它们的组合的组中选出。正如可应用领域普通技术人员所理解的，在并联跳闸模块中，当其被施加电压(例如12-600Vac/dc)时，它将向脱扣单元发出信号以使断路器脱扣。它也可直接向断路器的磁通转换器发出信号。它还可具有状态指示器(继电器触点)以显示引起脱扣的ST输入电压。欠压释放模块中，当电压低于由程序预定义的电压时，各单元向脱扣单元发出信号以使断路器脱扣。它也可直接向断路器的磁通转换器发出信号。它还可具有状态指示器(继电器触点)以显示引起脱扣的UVR输入电压。

在使用过程中，一旦在离无线传感器42的特定区域(例如200米)内检测到人员活动，断路器30的脱扣单元(未示出)降低其瞬时保护设置点，以允许断路器30更快脱扣。面板LED配置成以由微处理器40控制的预定频率闪烁，以用来指示房间中有人员存在。LCD、LED和/或继电器输出也可被用来向操作人员指示脱扣单元工作在标准保护模式还是低电弧能量保护模式。脱扣单元也可包含可配置成实现该特征的内部可编程继电器。如果允许，触点还可被配置成在放置无线传感器42的房间内检测到有人员存在时改变状态。触点可连接至警报系统，并且断路器可配置成允许用户能够通过脱扣单元上的键盘(未示出)和/或开关(未示出)关闭上述保护。当脱扣单元通过战略布置于房间内的无线传感器42检测到在断路器所在房间(或预定不安全区域)内有人员存在时，它自动将接通电流释放(make current release)或MCR、高瞬时或HSET，和/或将其他保护设置点和延迟改变为用户预定义的值。同样，用户也能够通过键盘、通信、硬连线输入或其组合撤销上述保护。与图2中的实施例相似，可以调整不同的保护水平，包括瞬时启动电流、短延迟启动、短时间延迟、接地故障延迟和接地故障时间延迟，仅以这些为例但不限于此。非易失性存储器46可用来存储脱扣单元参数(例如保护选项(长时间、短时间、瞬时、接地故障等)，断路器信息(传感器额定值、框架尺寸、中性点位置等)，保护设置点和延迟时间，仅以这些为例)，在脱扣单元断电时这些值将保持不变。

在包含无线传感器的断路器中减小电弧闪光保护的方法也包含在本发明公开的实施例的范围内。图3示出了根据本发明公开的实施例的断路器操作方法50的概括性流程图。在60，无线传感器首先在断路器的操作区域内检测是否存在人员。如果无线传感器在操作区域内未检测到人员，那么在70保持脱扣单元的常规保护水平。如果无线传感器确实在操作区域内检测到人员，那么在80将脱扣单元的保护水平降低至预先编程的水平。当脱扣单元的操作以降低后的保护水平执行时，在90断路器的无线传感器在操作区域内继续监测人员的存在，并在110将降低后的保护水平保持在低水平。一旦在操作区域内不再检测到人员，那么在100断路器的保护水平被复位为常规水平或其他任何由用户在断路器的微处理器中预编程的水平。

根据上述描述，应意识到对于本领域普通技术人员来说，本发明各部分之间的最适宜的尺度关系，包括尺寸、形式功能(form function)和操作方式的变化、装配和使用对于本领域技术人员是显而易见的，因此，所有与那些附图所示和说明书所描述等同的关系意图仅涵盖在附加权利要求的范围内。

此外，由于本发明已经在附图中示出并在上文中用与目前认为是有实用性的内容有关的特性和细节以及本发明的几个优选例充分描述，所以对本领域普通技术人员来说，显而易见可在不脱离在此所阐述的原理和概念的情况下作出改动。因此，应当仅通过对所附权利要求最广泛的解释确定本发明的合适范围，以涵盖所有这些改动和等同物。

Claims (10)

1、一种断路器，包括：

微处理器；和

与微处理器通信的无线传感器，该无线传感器配置成在断路器周围的预定区域内检测是否存在人员，其中当无线传感器检测到在该预定区域内存在人员时，由微处理器改变断路器的保护水平。

2、权利要求1的断路器，其中：

保护水平选自包括瞬时启动电流、短延迟启动、短时间延迟、接地故障/地延迟、接地/地故障时间延迟、长时间启动、长时间延迟、保护性继电器保护和其组合的组；

保护水平是用户定义的设置点或延迟；且

无线传感器连接至微处理器的中断，以增加保护水平变化的过渡时间。

3、权利要求1的断路器，还包括：

连接至微处理器的模数转换器；

连接至模数转换器的电压调节电路；

连接至电压调节电路并且配置成向断路器供电的相电流互感器；

连接至微处理器的磁通转换器电路；

警报灯，该警报灯配置成在无线传感器检测到预定区域内有人员存在时启动；

LCD、LED、或继电器输出，配置成指示预定区域内人员的存在；和

停用无线传感器的装置。

4、权利要求1的断路器，其中无线传感器被配置为通过选自包括下述方式的组的方式与微处理器通信：无线电通信、互联网通信和用手持计算无线设备的通信及其组合。

5、一种降低断路器电弧闪光保护水平的方法，该方法包括：

通过与断路器的微处理器通信的无线传感器在断路器周围的预定区域内检测人员是否存在；和

当无线传感器在预定区域内检测到人员存在时改变断路器的保护水平。

6、权利要求5的方法，其中所述改变还包括将保护水平由常规水平改变至降低的水平。

7、权利要求6的方法，还包括：

当无线传感器检测到人员离开该预定区域时，将保护水平从降低的水平改变至常规水平。

8、权利要求6的方法，其中：

保护水平选自瞬时启动电流、短延迟启动、短时间延迟、接地故障延迟、接地故障时间延迟和其组合；且

保护水平是用户定义的设置点或延迟。

9、权利要求6的方法，还包括：

当无线传感器在该预定区域内检测到人员存在时，启动设置在断路器上的灯；

在设置在断路器上的LCD、LED或继电器输出上指示预定区域内有人员存在。

10、权利要求5的方法，还包括：

在检测到人员存在后，停用无线传感器。

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