CN101371415B - 用于一个或多个电开关装置的无线系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统显示来自例如电路断路器的电开关装置的信息并且控制所述电开关装置。该系统包括多个电路断路器，所述断路器具有可分离触头以及诸如总线温度和触头磨损的多个状况。多个传感器被构造为感测电路断路器的状况，并且在对应的无线信号上传递感测的状况。显示器和控制单元可操作地与所述电路断路器关联，并且被构造为接收对应的无线信号，并且显示与感测的状况对应的信息，或者基于感测的状况中的一个或多个而控制该电路断路器。

Description

用于一个或多个电开关装置的无线系统
该申请是2005年1月19日提交的申请序列号为11/038,899的题为“Self-Powered Power Bus Sensor Employing Wireless Communication”的继续部分，而后者是2004年10月12日提交的申请序列号为10/962,682的题为“Self-Powered Power Bus Sensor Employing WirelessCommunication”的继续部分。 
技术领域
本发明通常涉及通信系统，更具体地说，涉及提供去往或来自一个或多个电开关装置的通信的系统，所述电开关装置例如电路断路器。 
背景技术
配电系统典型地包括安装在外壳内的多个保护设备、计量设备和控制设备，所述外壳例如开关设备(switchgear)或电动机控制中心金属盒或合适的塑料外壳。通常提供有线通信机制，其允许各种设备与外壳上的显示设备通信，或者对监控系统状况的远程位置进行通信。外壳内的有线通信机制典型地使用一个或多个有线现场(field)总线。诸如电路断路器的配电设备被安装在金属开关设备盒内。这些设备中的很多能够对例如在线数据和告警/状态、脱扣原因和设置点信息进行通信。典型地，有线现场总线是“双绞线”总线，其将设备互连到与开关设备盒关联的单个节点。存在所述节点的大量版本，包括：(1)本地节点，其具有意欲在盒上使用的人机接口(HMI)(例如显示器和开关)；(2)“无头”节点，用作接口或网关，以用于将设备连接到一个或多个远程通信系统；以及(3)既用于本地功能又用于远程功能的节点。 
例如，配电系统可以包括双绞线现场总线网络以及“无头”节点，所述“无头”节点将多个处于正常工作情况的(in-gear)现场总线通信设备对外部以太网通信系统进行接口。 
就配电系统的一个或多个电开关装置的良好状态而言，特别感兴趣的是可分离触头的状况和电开关装置(例如但不限于电路断路器或接触器)的汇流条或电缆终端的温度。例如，每次电路断路器或接触器中断电流，都出现特定量的触头磨损和腐蚀。由于触头状况降级，因此触头阻抗可能导致比正常触头温度更高，这可能危及绝缘系统。比正常装置对汇流条或电缆终端阻抗更高还可能导致过热绝缘条件。 
已知当电路断路器处于关闭位置时通过标注运动触头离开固定基准的位置的改变来感测触头磨损。由于触头磨损，这个行程将增加。例如，美国专利6,150,625公开了一种腐蚀量表工具，其清楚地提供了对被容纳在真空室中的可分离触头的磨损级别的指示。此外，美国专利6,002,560公开了一种灵活的弹性触头磨损指示器。 
还已知，通过测量汇流条或电缆终端温度来直接估计相对高的断路器对汇流条或电缆终端阻抗的效果。断路器触头磨损还可能导致终止温度上升。 
存在对于在配电系统中以及在一个或多个电开关装置之内或其之间的通信的改进的空间。 
发明内容
通过本发明来满足这些和其它需要，本发明使用多个传感器，所述多个传感器被构造为感测电开关装置的状况，并且经由对应的无线信号将感测的状况传递到显示器或控制单元，所述无线信号例如功率相对较低的短距离射频信号。 
根据本发明一方面，提供了一种用于显示来自电开关装置的信息并且控制所述电开关装置的系统，所述系统包括至少一个电开关装置，其包括可分离触头和多个状况；多个传感器，其被构造为感测所述至少一个电开 关装置的至少一些状况，并且在对应的无线信号上传送所述感测的至少一些状况；以及单元，其与所述至少一个电开关装置可操作地关联，所述单元被构造为接收所述对应无线信号，并且显示与所述感测的至少一些状况中的至少一个对应的信息，或者被构造为基于所述感测的至少一些状况的至少一个而控制所述至少一个电开关装置。 
所述至少一个电开关装置可以是开关设备或电动机控制中心的多个电路中断器。 
所述至少一个电开关装置可以是电路断路器，其包括汇流条和电路断路器-汇流条连接，并且所述电路断路器的温度可以与所述电路断路器-汇流条连接对应。所述汇流条可以包括栓接汇流条连接，并且所述电路断路器的温度可以与所述栓接汇流条连接对应。 
所述传感器中的一个可以被构造为感测所述至少一个电开关装置的所述可分离触头的触头磨损，作为所述感测的至少一些状况中的一个。 
所述至少一个电开关装置可以是电路断路器，所述电路断路器进一步包括脱扣单元，所述传感器可以包括触头磨损传感器，所述触头磨损传感器被构造为感测所述电路断路器的可分离触头的触头磨损作为所述状况中的一个，并且所述系统的所述单元可以是所述电路断路器的所述脱扣单元。 
所述单元可以位于所述至少一个电开关装置之外，并且包括显示器，其中，在所述显示器上输出显示的信息。 
所述至少一个电开关装置可以包括至少一个电路断路器，所述传感器可以被构造为感测所述至少一个电路断路器的状况，并且所述单元可以与所述至少一个电路断路器分离。 
所述单元可以位于所述电开关装置之外，并且可以包括通信链路，其被构造为将所显示的信息传递给远程位置。 
所述传感器是多个从设备，所述单元形成主设备，并且所述从设备中的每一个可以与所述主设备直接通信。 
所述传感器和所述单元可以形成多个网格类型设备，所述传感器中的至少一个可以与所述传感器中的另一个直接通信，并且所述传感器中的至 少一个可以与所述主设备直接通信。 
所述传感器可以包括第一传感器和第二传感器。感测的至少一个状况可以包括第一感测状况和第二感测状况。所述第一传感器可以被构造为感测所述至少一个电开关装置的温度作为所述第一感测状况，并且所述第二传感器可以被构造为感测所述至少一个电开关装置的可分离触头的触头磨损作为所述第二感测状况。 
附图说明
当结合附图进行阅读时，从优选实施例的以下描述中可以获得本发明的完整理解，其中： 
图1是自供电无线电源总线温度传感器的等比例视图。 
图2是图1的温度传感器的等比例分解图。 
图3是沿着图1的线3-3的截面图。 
图4是图2的电子板组装的等比例分解图。 
图5是图2的温度传感器和两个总线线圈的等比例视图。 
图6是图2的电子板的示意性形式的框图。 
图7是用于测量总线温度和总线电流的另一无线电源总线传感器的框图。 
图8-图10是由图7的处理器所执行的软件的流程图。 
图11是用于测量总线温度的另一无线电源总线传感器的框图。 
图12是图11的电源的示意性形式的框图。 
图13是由图11的处理器所执行软件的流程图。 
图14是根据本发明的包括无线传感器和中压电路断路器的无线系统的框图。 
图15是根据本发明实施例的包括无线传感器和中压电路断路器的主-从无线系统的框图。 
图16是根据本发明另一实施例的在脱扣单元中温度传感器读出的垂直正面视图。 
图17是根据本发明另一实施例的包括无线传感器和中压电路断路器的网格无线通信系统的框图。 
图18是根据本发明另一实施例的与和电路断路器分离的显示器进行无线通信的成套开关设备或电动机控制中心的多个电路断路器的多个无线传感器的等比例视图。 
图19是根据本发明另一实施例的电路断路器的框图，其包括：单元，具有对多个无线传感器的无线接口；以及通信链路，被构造为将信息从无线传感器传递给远程位置。 
具体实施方式
在此所使用的术语“天线”将清楚地包括但不限于适用于辐射并且/或者接收诸如射频信号的电磁波的任意结构。在此所使用的术语“开关设备”将清楚地包括：电路中断器，例如电路断路器(例如但不限于低电压、中压或高电压)；接触器；电动机控制器/启动器；和/或承载电流或者将电流从一个地方传递到另一地方的任意合适的设备。 
在此使用的术语“电源总线”将清楚地包括但不限于：用于电路中断器的电源导线或电缆、电源汇流条、和/或电源总线结构。 
在此所使用的术语“无线”将清楚地包括但不限于：射频(RF)、红外、IrDA、低速率无线个域网(LR-WPAN)、其它类型的无线传感器网络、无线局域网、IEEE 802.11(例如802.11a、802.11b、802.11g)、IEEE802.15(例如802.15.1、802.15.3、802.15.4)、其它无线通信标准(例如ZigBeeTM联盟标准，但并非限制)、DECT、PWT、寻呼、PCS、蓝牙TM、以及蜂窝。另外，术语“无线通信”表示没有电线、没有导线以及没有光纤或波导的通信。 
在此使用的术语“便携式无线通信设备”将清楚地包括但不限于具有无线通信端口的任意便携式通信设备(例如便携式无线设备、便携式无线显示器、便携式无线操作人员接口、便携式个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、数据电话)。 
在此使用的术语“无线信号”表示在没有电线、没有导线并且没有光纤或波导的情况下所发送并且/或者接收到的射频信号、红外信号或另一合适的可见光信号或不可见光信号。 
在此使用的术语“低速率无线信号”表示IrDA信号、蓝牙信号、以及其它合适的射频信号、红外信号、或其它光信号、无线通信协议信号或无线信号。 
如这里所使用的，两个或更多部分“连接”或“耦合”在一起的表述将表示将部分要么直接地结合要么通过一个或多个中间部分而结合。进一步地，如这里所使用的，两个或更多部分被“粘接”的表述将表示将部分直接结合在一起。 
尽管结合开关设备系统来描述本发明，然而本发明可应用于广泛范围的配电系统(例如但不受限于电动机控制中心(MCC)，所述电动机控制中心包括例如：电动机起动接触器；封装的控制(例如所安装的机器/装备)；面板；负载中心)。虽然结合用于电源汇流条的温度传感器和/或电流传感器来描述本发明，然而本发明可应用于广泛范围的用于电源总线的传感器以及电开关装置。 
参照图1，围绕电源汇流条4部署自供电无线电源总线温度传感器设备2。传感器设备2包括：壳体，例如绝缘外壳6；以及两个电源线圈8(图1仅示出一个线圈8；图2、图3和图5示出两个线圈8)。或者，仅需要使用合适大小的一个线圈(未示出)。 
还参照图2，传感器设备2进一步包括：磁通量集中器构件10(例如以冷轧钢制成)、铁氧体磁芯12(例如以合适的含铁材料制成)、组装夹/隔离器14、电子板组装16、绝缘外壳18(例如以尼龙制成)、绝缘盖20(例如以尼龙制成)、以及四个绝缘螺钉22(例如以尼龙制成)。 
或者，无需使用磁通量集中器构件10和铁氧体磁芯12两者或其中之一。铁氧体磁芯12(例如磁体，但合适地低导磁性，从而不由于涡流而导致加热太多)由于AC通量而产生相对较低的电源损耗(例如热量)。或者，可以使用(例如在稳压器中所使用的)合适的层片结构。 
以下将结合图3、图5和图6进行说明，电源24适于：将壳体6耦合到电流承载电源总线(例如电源汇流条4)。电源24包括：两个电源线圈8，其中每一个具有开孔26；铁氧体磁芯12，其具有两端28、30；以及磁通量集中器构件10，其具有两端32(如图3和图5所示)和34。铁氧体磁芯12穿过电源线圈8的开孔26。磁通量集中器构件10的端32、34接合铁氧体磁芯12的各个端28、30。铁氧体磁芯12和磁通量集中器构件10环绕并且锁住电源汇流条4，其中，构件10将外壳18耦合到电源汇流条4。公共铁氧体磁芯12和磁通量集中器构件进一步组合，以充当通量集中器，并且，此外，将传感器设备2容纳到电源汇流条4(如图3和图5所示)。以下将结合图6讨论，传感器设备2使用两个通量感测电源线圈8以及公共插入的铁氧体磁芯12，以用于改进的磁通量耦合(例如，根据法拉第定律可得知，V＝IR+dλ/dt，其中，λ是通量磁链)，以将来自电源汇流条4的磁通量转换为可使用的电压源，从而提供合适的输入电源，以用于电源24。结果，传感器设备2是自供电的。 
参照图3，电源汇流条4包括普通平坦表面36。公共铁氧体磁芯12和磁通量集中器构件10共同操作，以将电源线圈8容纳为对着普通平坦表面36或者接近于普通平坦表面36。表面36具有第一端38和相对的第二端40。隔离器14具有开孔42，铁氧体磁芯12穿过开孔42。隔离器14被部署在电源线圈8之间，电源线圈8中的每一个适于接近表面36的端38、40中的一个。 
传感器设备2还包括合适的温度传感器44(例如由加利福尼亚SantaClara的National Semiconductor推出的LM35精确温度传感器)，其合适地与电源汇流条4的另一普通平坦表面46热耦合。传感器44的输出是由电子板组装16以电方式进行输入，以下将结合图6进行描述。 
传感器设备2因此被设计为，绕着电源汇流条4固定其自身。这样提供了两个优点。首先，提供了电源汇流条4的温度传感器44的机械位置。其次，提供了用于链接所使用的自供电的电源线圈8的磁通量的相对较好的路径。 
示例1
虽然可以通过使用合适大小的通量集中器构件10、铁氧体磁芯12和隔离器14而使用广泛范围的其它电源总线尺寸，但传感器设备2的设计以合适的截面尺寸(例如但不限于大约3.0英寸×大约0.5英寸，)而适合于电源汇流条4。 
示例2
可以使用广泛范围的温度传感器。例如，硅二极管(未示出)可以合适地与电源汇流条4的表面46热耦合，或者被合适地部署为接近于电源汇流条4的表面46，以用于加热。例如，随着电源汇流条4的温度增加，穿过二极管的前向电压降线性地减少。由电子板组装(例如16)以电方式输入由电源24来提供能量的二极管的前向电压。 
虽然公开了硅二极管，但可以使用其它前向偏置的PN结(例如，比如砷化镓)。或者，可以使用任意合适的有源或无源温度测量或感测设备(例如RTD(阻抗温度检测器)、各种金属(例如铜、镍、铂)，其具有对温度的阻抗特性、电压特性或电流特性)。 
参照图4，示出电子板组装16。组装16包括温度感测印制电路板48、温度传感器44、无线电收发器印制电路子板50、两个2管腿板接触器52、54，以及四个电容器56。或者，可以使用任意合适的容性能量存储配置(例如一个或多个电容器或超电容)。无线电收发器子板50通过温度感测印制电路板48上的合适的天线提供无线通信，所述合适的天线是印制的导线(例如导电轨58)。 
子板50包括天线输出60(图6)。印制电路板48包括连接器器62(图4和图6)，其将导电轨58连接到天线输出60。 
示例3
天线58可以是具有伽马匹配的印制电路板倒L形天线。例如，天线58的长度可以被设计为915MHz信号的四分之一波长。 
示例4
作为对示例3的替换，可以使用任意合适的天线。可以使用广泛范围 的天线类型、通信距离和其它频率设计(例如2.4GHz)。 
示例5
无线电收发器子板50可以是例如任意合适的无线发射机或收发器。 
示例6
虽然示出了两个印制电路板48、50，但可以使用单个印制电路板或其它合适的电路结构。 
示例7
无线电收发器子板50的另一示例是由新泽西Upper Saddle River的Zensys公司所推出的Zensys A-Wave FSK无线电。 
示例8
可替换地，可以使用任意合适的无线电电路(例如不限于Zigbee兼容板、符合Zigbee的收发器(例如http://www.zigbee.org)、IEEE 802.15.4发射机或收发器、无线电板、无线电处理器)。 
示例9
将应用程序添加到示例7的Zensys无线电板，以提供来自温度传感器44的温度信息的应用特定通信。例如，可以对诸如模式、发送数据的频率、发送数据格式以及确认的接收或对数据的请求的特征合适地编程。 
图5示出温度传感器设备2和两个电源线圈8，它们位于电源汇流条4的下侧(关于图5)。这允许运行环绕电源汇流条4的通量集中器构件10，以用于按适当的总线电流级别产生合适的自供电。 
示例10
作为非限定性示例，虽然可以使用相对较低(例如50A)或相对较高(例如1200A)总线电流，但在400A至600A的总线电流级别处，图6的电源24可以对+5VDC和/或+3.3VDC进行稳压，并且在这些总线电流提供30mA。 
继续参照图6，示出图4的温度感测印制电路板48的电路。线圈8中的每一个包括绕组63，其与另一线圈的绕组以串联方式电连接。串联电连接的线圈绕组63输出电压。合适的瞬态电压抑制器64穿过电源线圈8的 串联组合而电连接，以通过将相对高的电流尖峰分流达到短暂持续时间并且将相对低的电流尖峰分流达到相对较长的持续时间而限制电压66。由电压四倍器电路68输入线圈(交流电(AC))电压66，电压四倍器电路68依次将合适的直流电(DC)电压69输出到两个电压调节器70和72，两个电压调节器70和72提供+5VDC电压74以用于温度电路75，并且提供+3.3VDC电压76以用于图4的无线电收发器子板50。虽然可以使用广泛范围的合适的保护和乘法电路，但示例电路68包括四个电容器和四个二极管78，其提供能量存储和整流。 
温度电路75包括温度传感器44和缓冲放大器80。无线电收发器子板50适于通过合适的天线电路84发送(并且/或者接收)无线信号82。天线电路84包括接触器62、导电轨58和合适的匹配电路86。 
子板50包括合适的处理器(例如微处理器(μP))88，处理器88输入来自温度电路75的感测的温度特性90，并且输出对应的无线信号82。 
如以下结合图7至图10所描述的那样，可以通过使用相对高效的无线通信板和/或通过使用包括适当的休眠(例如低电源)模式和唤醒模式的处理器来提供电源节省。 
示例11
作为非限定性示例，在这些相对短的持续时间期间，在电源24中，温度电路75从+5VDC电压74汲取大约5mA，并且无线电收发器子板50在无线发送期间汲取40mA，并且在接收期间汲取50mA，其中，可以由电容器(例如56)来提供峰值电源。否则，优选地关闭无线电收发器。 
示例12
图7示出用于测量电源总线的特性(例如总线温度94和/或总线电流96)的另一单机无线电源总线传感器92。自供电传感器92独立地耦合到电源总线(例如图1的电源汇流条4)，并且按合适的时间间隔(例如但不限于每隔几秒，每隔几分钟)将所感测的总线温度94和/或所感测的总线电流96以无线方式传递给远程设备98。 
传感器92包括合适的自供电感应耦合电路100和稳压器电路102，其 可以按与图1和图6的电源24相似的方式而运行。此外，可以使用功率管理电路104，以提供以下附加功能：(1)管理到达电流感测电路106和温度感测电路108的+5VDC电压105；(2)管理到达无线电收发器电路110的+3.3VDC电压109；(3)无论何时初始地建立稳压器电路102，都将供电重置信号111提供给无线电收发器电路110；并且/或者(4)电路禁用，以使得能耗最小。 
例如，如果将来自无线电收发器电路110的控制信号112设置为一个状态(例如true状态)，则功率管理电路104将正常电压105和109输出到各个电路106、108和110。否则，禁用电压105，并且将电压109减少到合适的休眠电压(例如大约1.0VDC，但不是限制性的)。以此方式，连续出现能量保存，以保持本地电源(例如电容器(未示出))上的电荷。 
优选地，如以下结合图8至图10所讨论的，使用合适的电源管理程序，以通过将微处理器122放入休眠(例如低电源)模式并且当发送数据时进行唤醒而有助于节省能耗。结果，该操作可以允许传感器92以相对较低的总线电流来自供电。 
示例13
由电流感测电路106的合适的电流传感器114来测量总线电流96。例如，以一个或两个适当放置的Hall传感器(未示出)来测量电源总线中的电流，以测量电源总线附近的通量密度。由信号调节电路116来合适地调节通量密度信号115，并且由无线电收发器110在117输入通量密度信号115。 
示例14
由温度感测电路108的合适的温度电路118来测量总线温度94。电路118及其信号调节电路120可以与以上结合示例2和图6所讨论的传感器相同或相似。由信号调节电路120来合适地调节温度信号119，并且由无线电收发器110在121输入温度信号119。 
继续参照图7，无线电收发器110包括：合适的处理器，例如微处理器(μP)122；两个模数(A/D)转换器124和126，其分别包括输入117 和121；以及定时器128，其适于中断处理器122，以从其低功率模式唤醒。在初始化(例如启动)之后，微处理器122进入低功率模式。由A/D转换器124、126将在输入117、121处的温度信号分别转换为对应的数字信号，并且由无线电收发器110从天线132发送温度信号作为无线信号，所述无线信号例如低速率无线信号130。 
示例15
例如，每隔几分钟就发送信号130，以保存来自稳压器电路102的能量。 
示例16
远程设备98通过天线134接收无线信号130，无线信号130到达对应无线电收发器136，无线电收发器136依次输出信号137，以进行对应的动作138。 
示例17
动作138可以是显示动作，其适于显示电源总线的所感测的特性。 
示例18
动作138可以是标记(例如告警)，其适于对电源总线的感测的特性进行告警。 
示例19
动作138可以是良好动作，其适于基于电源总线的感测的特性而确定电源总线的良好状态。作为非限定性示例，可以使用合适的数据挖掘算法或查找表(未示出)，以基于记录的历史(例如，趋势)数据或已知的操作参数而对电源汇流条4或对应的开关设备系统(未示出)进行计算。 
示例20
动作138可以是脱扣动作，其适于基于电源总线的所感测的特性而对开关设备装备(未示出)进行脱扣。 
尽管图6的微处理器88可以使用相同或相似的例程，但图8示出由图7的微处理器122所执行的软件例程140。微处理器122包括低功率模式，并且例程140适于：从所述低功率模式唤醒，输入电源总线(例如图1的 电源汇流条4)的所感测的特性，准备消息以输出为图7的对应无线信号130，并且，然后在低功率模式休眠。 
以时间发起模式142开始，在144，在定时器128的时间间隔过期之后，出现图7的微处理器122的中断。作为响应，在146，微处理器从低功率模式唤醒。接下来，在148，(例如从A/D转换器124、126)读取电源总线的感测的特性。于是，在150，可以对所感测的总线特性执行合适的数据分析。例如，可以将原始传感器数据转换为温度(例如8C、8F)值或电流(例如A)值，并且/或者可以基于合适的诊断算法(未示出)执行电源总线的健康的状态，并且可以将历史数据集合和/或温度或电流值与预设限制值(未示出)进行比较。接下来，在152，判断是否进行发送。例如，这种判断可以总是“是”(例如低功率休眠模式对发送消息的占空比足够低，从而能耗比在中断间隔之间所获取的总能量更小)，可以是基于总线特性的值或改变的幅度的，并且/或者可以是基于是否出现充足的电源电压的。如果不是，则执行在170继续。否则，执行在154继续，154建立合适的消息帧(未示出)以用于传输。于是，在156，微处理器122为无线电收发器110的无线电(未示出)加电，并且配置其寄存器(未示出)。接下来，在158，打开无线电接收机(未示出)，并且等待合适的纯信道(clear channel)。于是，在160，打开无线电发射机(未示出)，并且将消息帧发送作为无线信号130。接下来，在162，关闭无线电发射机，并且从无线信号130的接收部分接收确认消息(未示出)。接下来，在164，对于任意远程消息(未示出)检查无线电接收机，如果接收到所述远程消息，则在166进行处理。于是，在168，关闭无线电接收机和无线电。接下来，在170，重置定时器128以用于下一中断时间间隔。最后，在172，微处理器122关闭，并且进入低功率休眠模式。 
尽管图6的微处理器88可以使用相同或相似的例程，但图9示出由图7的微处理器122所执行的软件例程180。微处理器122包括事件感测模式142′，而不是定时器128，事件感测模式142′发起图8的步骤144的中断，无需使用定时器128。在144′，作为所感测的变量的合适地显著改变 (Δ)(例如来自温度感测电路108的Δ温度、来自电流感测电路106的Δ电流、来自任意合适的总线特性传感器的Δ感测的变量、来自稳压器电路102的Δ电源电压)的结果，出现对微处理器122的中断。因此，所感测的总线特性中的一个或多个的显著改变或电源电压的显著增加可以触发无线信号130的传输。例如，可以由电路104、116、120中的一个或多个来确定这些改变，并且可以在一个或多个中断线路(未示出)上由微处理器122来输入这些改变。无论如何，这都导致了微处理器122唤醒并且增大电源，如以上结合图8的步骤146所讨论的那样。除了不使用步骤152和170之外，执行与图8的步骤146-172相似。 
优选的是，使用图8的例程140和图9的例程180中的一个，以从图7的稳压器电路102提供相对低的能耗。 
尽管图6的微处理器88可以使用相同或相似的例程，但图10示出由图7的微处理器122所执行的软件例程190。微处理器122包括轮询模式142″，其甚至包括图8的步骤144、146、148、150，这些步骤在预定时间间隔之后唤醒，并且读取所感测的总线特性。然而，除非由远程设备(例如图7的98)请求，否则不发送无线信号。接下来，步骤152′确定所接收到的消息(例如信标消息(例如被使用以触发来自另一无线设备的响应))是否请求数据。例如，步骤152′可以甚至包括图8的步骤156、158、164、166、168，以接收消息，并且确定是否请求了无线信号130的传输。如果情况如此，则在154′，发送无线信号130，154′甚至使用图7的步骤154、156、158、160、162。这里，例程190使得微处理器122在特定时间间隔之后唤醒，并且在发送无线信号130之前侦听信标请求数据。否则，如果在152′时或者在154′之后没有请求，则例程190回到休眠，并且在下一时间间隔的结束检查另一信标。 
示例21
以上，示例7-9涵盖了相对短距离RF“网格联网”(例如但不限于与Zigbee兼容的、符合Zigbee的、IEEE 802.15.4、ZensysT、Z-WaveT、Zensys)技术，同时其它应用可以使用自动风格远程无密钥输入(RKE) 频移键控(FSK)RF主/从技术。这些技术之间的不同之处在于，使用网格技术的节点可以具有相对“高”能耗的相对较长的时段(例如相对较高的占空比)，在此期间，处理器或无线电处于打开。反之，RKE FSK技术使用来自从节点的相对短的单一FSK RF突发信号，该技术假设主节点总是唤醒，并且准备接收FSK RF突发信号。这样，可以使用不同的电源(例如图11和图12的24′)。 
图11示出用于测量总线温度的另一无线电源总线传感器2′。处理器88′包括低功率模式和例程140′，其适于：从低功率模式唤醒，输入来自一个或多个传感器(例如温度传感器44′)的电源总线4′的感测的温度特性，将对应的信号输出到无线电收发器50′，以发送作为无线信号130′，并且在低功率模式休眠。电源24′适于：从来自电源总线4′中的电流的通量增加而对传感器44′、无线电收发器50′和处理器88′供电。电源24′包括一个或多个电压(例如76′)。处理器88′适于：在204(图13)对初始化进行供电，并且响应于电压76′的预定值(例如至少大约2.8VDC)而执行代码。 
电源24′包括：线圈8′，其具有带有交流电压66的输出63；电压乘法电路，例如电压倍增电路68′，其具有与线圈输出63电互连的输入以及具有直流电压69′的输出；以及电压调节器72′，其具有带有至少一个电压76′的至少一个输出73′。如图12所示，电源电压调节器72′包括电路192，其适于：监控直流电压69′，并且当直流电压69′低于预定值(例如但不限于3.5VDC)时禁用电压稳压器电路194。反之，将电压稳压器电路194的EN/(使能)输入196拉低，以使其能够达到源电压76′。 
图13示出由图11的处理器88′所执行的例程140′。诸如例程140′的处理器软件可以断定：作为从节点的传感器2′在传输之后将要休眠，或者，如以下结合示例23所讨论的那样，可以监控其电源24′，并且与节电(brown out)功能相似，当电源太低而不能维持操作时关闭。图13示出在198在每一传输之后处理器88′在210进入休眠的示例。依次地，在内部时间段已经逝去之后，处理器88′唤醒。图12的电路192确保电 容器200、202(图12)的电荷(即Q＝CV)足够大，从而合适地维持DC电压69′，以支持无线信号130′(图11)的至少一个最大长度传输。 
例程140′在204首先确定处理器88′的初始化电源，并且设置标记205。如果在206设置标记205，则执行在208继续，208响应于此而从传感器44′输入电源总线4′的所感测的温度特性。该步骤还清除标记205。接下来，由于现在重置了标记205，因此在198，例程140′将信号输出到无线电收发器50′，以于在低功率模式中休眠之前作为无线信号130′而发送。否则，对于例程140′的后续迭代，处理器88′在从传感器44′输入电源总线4′的所感测的温度特性之前在210在低功率模式下休眠，并且将信号输出到无线电收发器50′，以在210于在低功率模式下再次休眠之前发送作为无线信号130′。 
处理器88优选地适于：在内部定时器(未示出)已经逝去之后，在210，从低功率模式唤醒。 
在图13的这个示例中，例程140′适于：在(a)从低功率模式唤醒以在208进行传感器读取之后，并且在(b)在198输出到无线电收发器50′以发送信号无线信号130′之后，在低功率模式下休眠。 
示例22
作为对于示例21和图13的替换，在电源24′相对更强健的情况下，或者在电源输出需要相对较少的情况下，处理器88′可以在两个或更多无线信号的两个或更多传输之后进入休眠。 
示例23
作为对示例21和22的替换，在电源24′不能连续提供例如至少大约2.8VDC的情况下，电路192将禁用电压稳压器194，这导致处理器88′断电。当DC电压69′(图12)大于合适的预定值时，处理器88′于是将进入通电初始化(图13的204)，并且执行代码。在此情况下，传输的数量将取决于电容器200、202的充电速率。 
示例24
或者，作为示例22的更具体的示例，例程140′可以适于：在(a) 从低功率模式唤醒以在208进行传感器读取之后，在(b)在208从传感器44′输入电源总线4′的第一已感测温度特性之后，在(c)将第一对应信号输出到无线电收发器50′，以发送作为第一无线信号130′之后，在(d)从传感器44′输入电源总线44′的第二已感测温度特性之后，以及在(e)将第二对应信号输出到无线电收发器50′以发送作为第二无线信号130′之后，在210，在低功率模式下休眠。 
虽然无线电收发器50、110、50′使用各处理器88、122、88′，但应理解，可以使用模拟电路、数字电路和/或基于处理器的电路中的一个或多个的结合。 
由于可以将所公开的传感器设备2、2′放置在各个电源汇流条4、4′上，因此对于新的应用或改进的应用，它们相对容易安装。 
参照图14，系统300显示来自例如示例性中压电路断路器302的电开关装置的信息，或者控制电开关装置。电路断路器302包括传统的可分离触头304、传统的操作机制305以及在其它状况(未示出)之中的多个状况，所述多个状况例如触头磨损306、第一温度308和第二温度310。虽然示出了双断路触头配置，但可以使用单断路触头配置。虽然示出了单个电极，但可以使用多个电极。例如，对于典型的三相电源系统，将使用三个电极。多个传感器312、314、316被构造为：感测例如各个示例电路断路器状况306、308、310的所述状况中的至少一个，并且分别在对应的无线信号318、320、322上传递这些感测的状况。单元324可操作地与所述电路断路器302关联，并且被构造为：接收无线信号318、320、322，并且显示与所感测的状况中的至少一些对应的信息，并且/或者基于所感测的状况中的一个或多个而控制电路断路器302。 
示例25
传感器312是触头磨损传感器，其被构造为：感测可分离触头304的触头磨损306，作为所感测的状况中的一个。温度传感器314、316被构造为：感测各个电路断路器温度308、310，作为所感测的状况中的一些。例如，作为系统300的一部分，示例电路断路器302包括导线326、汇流条 328和电路断路器-汇流条连接330。第一温度308与电路断路器-汇流条连接330对应。此外，汇流条328包括对另一汇流条334的栓接汇流条连接332。第二温度310与栓接汇流条连接332对应。 
示例26
虽然可以使用任意合适的无线温度传感器，但温度传感器314、316可以与在此所公开的自供电无线电源总线温度传感器设备2、无线电源总线传感器2′或无线电源总线92相同或相似。例如，可以由例如通过电开关装置或汇流条的电流来对温度传感器进行自供电。在由I2R加热导致的温度上升的情况下，例如，测量汇流条的温度。如果没有电流，则由于没有对应的温度上升，因此无需自供电。 
例如，可以将相对小的线圈放置靠近汇流条，从而由总线电流所产生的通量感应出相对小的电压。使用该电压对传感器和对应发射机供电。由于由无线(例如射频(RF))链路来完成电绝缘，因此整个传感器/发射机电路可以耦合到汇流条。 
示例27
例如，无线通信可以是RF通信，并且可以由合适的RF通信网络(例如低速率无线个域网(LR-WPAN)，这是低电源短距离RF通信网络)来提供所述无线通信。 
示例28
无线信号318、320、322可以是例如在合适的网格网络上所提供的RF通信。优选的通信网络是ZigBeeTM联盟标准(Zigbee)网络，其使用可以遵循一些架构拓扑的灵活的多跳连网，以确保网络功能具有最大效率和可靠性。 
如图14的无线信号336所示，对于最大灵活性和可靠性，Zigbee的网格拓扑是选项，其中，每一节点(即各个传感器312、314、316)与其中间邻居节点直接通信。如果单个节点出于任意原因(包括引入相对强的RF干扰)而失败，则通过可选路径而自动地路由RF消息。因此，可以将无线信号322从传感器316直接发送给单元324。 
示例29
图15示出可以与图14的系统300有些相似的系统350。主-从RF系统350包括中压电路断路器352、单元354(M)和安装在电路断路器352上的四个无线传感器356、358、360、362(S1-S4)。在该示例中，传感器356、358、360、362是从设备，单元354形成主设备，并且从设备中的每一个与主设备直接通信。由于主单元354与从传感器356、358、360、362不通信，因此这种主-从系统350是单向配置。反之，从设备随机地并且自发地与主设备通信。从设备既发送电路断路器良好数据又发送它们的地址或序列号。 
示例30
传感器356(S1)是温度发送传感器，其位于例如靠近栓接汇流条连接的开关设备排列中。传感器358(S2)和360(S3)位于靠近于电路断路器对汇流条连接，并且测量在该点的温度。 
最终传感器362(S4)位于靠近于真空瓶电路中断设备的移动端，并且当电路断路器关闭时，测量运动构件上的点距固定基准的位移。这个距离的改变与触头磨损有关。例如，可以通过光学检测机制来有限地检查电开关装置(例如电路断路器)中的行程改变。例如，如果触头磨损高得不可接受，则检测器可以通过切割光束来指示行程是否已经加长到超出规范的值。可以使用光学行程限制传感器，以用于触头磨损。 
在该示例中，传感器356、358、360、362均发送到主单元354(M)。 
示例31
图16示出电子脱扣单元372上的温度传感器显示器370，其可以用作单元324(图14)或354(图15)中的一个。显示器372包括三个温度值374(T1)、376(T2)、378(T3)，其与由图15的温度传感器356、358、360分别所感测的温度状况对应。假设这些温度传感器与电路的一个相位关联。将提供相似的显示器，以用于三相系统中的其它两相。具体地说，通常这个电子脱扣单元372和显示器370在例如图15的电路断路器352的对应电路断路器(未示出)外部。 
示例32
虽然图16中未示出，但脱扣单元372还可以显示来自图15的触头磨损传感器362(S4)的信息。 
示例33
如图14的单元324所示，单元324可以被构造为：从例如温度传感器314、316中的一个或两个)中的至少一个的传感器接收脱扣信号，并且在380激活操作机制305，以脱开可分离触头304。例如，当由无线信号320、322所报告的温度中的一个超过预定值(例如表示不安全的汇流条温度)时，可能出现该情况。 
示例34
于是，进一步地对于示例33，由温度传感器314、316所感测的状况可以包括保护(例如脱扣)信息。 
示例35
在图16中，脱扣单元372可以显示来自各个传感器356、358、360、362(图15)的信息，包括量度信息、监控信息、告警信息和通告信息。 
示例36
通过使用网格类型网络，而不是简单主-从系统350，如图15所示，可以形成更强健的RF通信系统。系统350是星形网络。这提供了高效本地化(一跳)通信。在这种星形网络中，中心接入点(或主设备)354控制节点(或从设备，例如356、358、360、362)之间的通信。然而，当物理干扰或RF干扰阻塞了接入点354与节点356、358、360、362中的任意一个之间的通信时，星形网络不能恢复，直到移除干扰源，或者系统350选择替换频率信道并且移动至其。虽然相对简单，但这种拓扑要求从设备356、358、360、362中每一个能够直接反向通信至主设备354。 
网格类型网络的示例包括Zigbee系统和ANSI 802.15.4。网格类型网络可以是无主设备的系统，通过多条路径或路由将信息传递出入设备。网格类型网络的优点在于，可靠的通信仅要求在每一对设备之间使用单个通信路径。这个路径可以包括通过其它设备的信号的路由。因此，每一设备 无需能够对主-从系统中的单个所选择的设备直接通信。 
图17示出网格RF通信系统390，其包括安装在中压电路断路器402上的无线传感器392、394、396、398、400。这些传感器和单元404形成多个网格类型设备。例如，诸如392、394、398、400的传感器中的一个或多个与多个其它传感器直接通信。诸如398、400的多个传感器与单元404直接通信。仅示例传感器396中的一个与仅一个其它传感器394通信。 
单元404可以有利地被部署在电路断路器402的前端或接近于电路断路器402的前端，并且可以包括例如图16的显示器370的显示器，以提供对传感器数据中的一些或全部的读出。图15的系统390与系统350之间的主要差别在于，传感器392、394、396、398、400中的每一个无需能够与单元404直接通信。 
示例37
图18示出系统410，其包括配电外壳424的多个电路断路器420、422的多个无线传感器412、414、416、418(例如但不限于成套开关设备、电动机控制中心、面板、负载中心)，其与显示器426进行无线通信，显示器426与电路断路器420、422分离，在该示例中，与外壳424分离。传感器412、414、416、418被构造为：感测电路断路器420、422的各个状况428、430、432、434，以用于由显示器426进行显示。 
示例38
图19示出包括电路断路器442的系统440，其具有：单元444，具有对多个无线传感器448、450的无线接口446；以及通信链路452，其被构造为：将信息从无线传感器448、450传递给远程位置453。传感器448、450被构造为：分别感测电路断路器442的状况454、456。单元444可以如所示的那样与电路断路器442分离。 
示例39
虽然示出了一个电路断路器442，但传感器448、450可以与多于一个的电路断路器关联。 
示例40
可选地，单元444可以在电路断路器442之内。 
示例41
通信链路452可以包括例如调制解调器和电话线路，或以太网收发器和以太网电缆。 
示例42
作为对图17的系统390的网格网络或使用图15的星形网络的系统350的替换，可以在星形-网格网络(未示出)上提供RF通信。在星形-网格拓扑中，由控制电压对星形主设备供电，而从节点可以自供电。星形主节点是允许对所有节点通信的网格网络的一部分。如果网格节点失效，则将自动发现替换路由路径。IEEE 802.15.4的关键特征是网格化的构思。在示例星形-网格网络中，并不要求每一节点对单个节点(例如图15的主节点354)通信，而是节点仅需要对合适的邻近设备通信。 
组合的星形-网格拓扑或超星形配置结合了网格拓扑和星形拓扑二者的优点。这被完美地应用于簇类型的网络中，其中，本地节点是可以被附加地供电的相对简单的节点，其对总是被供电并且具有用于在网格上进行通信的能力的完全功能节点通信。这样，超星形拓扑既提供效率又提供灵活性。 
示例43
虽然公开了可分离触头304，但可以使用合适的固态可分离触头。例如，虽然本发明可应用于广泛范围的电路中断机制(例如但不限于固态或FET开关、接触器触头)和/或基于固态的控制/保护(例如但不限于驱动器、软起动器)，电路断路器302包括合适的电路中断器机制，例如通过操作机制305而打开并且关闭的可分离触头304。 
所公开的系统300、350、390、410、440(其使用无线通信)具有很多优点，包括：(1)对损坏电压瞬态进行隔离并且免疫；以及(2)由于低功率LR-WPAN通信而导致的用于将通信添加到附加设备而不需要外部控制电源或附加引线的能力，所述附加设备例如电路断路器或电路断路 器传感器。 
虽然为了公开的清楚而在此对用于显示温度信息、电流信息、触头磨损信息或其它传感器信息的示例性显示动作138或显示器370进行了参照，但应理解，可以将这样的信息进行存储、打印在硬拷贝上，在计算机上修改，或者与其它数据结合。这样，处理将被看作落入在此所使用的术语“显示器”或“显示”之内。 
虽然已经详细描述了本发明特定实施例，但本领域技术人员应理解，根据该公开的全部教导，可以开发对这些细节的各种修改和替换。相应地，所公开的特定布置意欲仅示出将给出所附权利要求及其任意和所有等同物的本发明的范围，而并非对其进行限制。 

Claims (23)

1.一种包括至少一个电开关装置(302、420、422)的系统(300、350、390、410、440)，所述电开关装置包括可分离触头(304)并且具有多个状况(306、308、310)，该系统被设计为显示来自所述电开关装置的信息或者用于控制所述电开关装置，该系统还包括：
多个传感器(312、314、316)，被构造为感测所述多个状况(306、308、310)中的至少一些状况，并且通过各自对应的无线信号(318、320、322)传送感测的至少一些状况；以及
与所述电开关装置可操作地关联的单元(324)，所述单元被构造为：接收所述对应的无线信号，并且显示与所述感测的至少一些状况中的至少一个对应的信息，或者基于所述感测的至少一些状况中的至少一个控制所述电开关装置。
2.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述至少一个电开关装置是电路断路器(302)。
3.如权利要求1所述的系统(410)，其中，所述至少一个电开关装置包括成套开关设备或电动机控制中心(424)的多个电路中断器(420、422)。
4.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述传感器中的一个(314、316)被构造为：感测所述至少一个电开关装置的温度(308、310)，作为所述感测的至少一些状况中的一个。
5.如权利要求4所述的系统(300)，其中，所述至少一个电开关装置是电路断路器(302)，所述电路断路器(302)包括汇流条(328)和电路断路器-汇流条连接(330)；并且其中，所述电路断路器的温度(308)与所述电路断路器-汇流条连接对应。
6.如权利要求5所述的系统(300)，其中，所述汇流条(328)包括栓接汇流条连接(332)；并且其中，所述电路断路器的温度(310)与所述栓接汇流条连接对应。
7.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述传感器中的一个(312)被构造为感测所述至少一个电开关装置的可分离触头的触头磨损(306)，作为所述感测的至少一些状况中的一个。
8.如权利要求1所述的系统(300；352)，其中，所述单元(372)处于所述至少一个电开关装置之外，并且包括显示器(370)，并且其中，将与所述感测的至少一些状况中的至少一个对应的信息输出到所述显示器上。
9.如权利要求1所述的系统(440)，其中，所述至少一个电开关装置是一个电开关装置(442)；并且其中，所述单元(444)处于所述一个电开关装置之内，并且包括通信链路(452)，所述通信链路(452)被构造为将与所述感测的至少一些状况中的至少一个对应的信息传递给远程位置(453)。
10.如权利要求9所述的系统(440)，其中，所述通信链路(452)包括调制解调器和电话线路。
11.如权利要求9所述的系统(440)，其中，所述通信链路(452)包括以太网收发器和以太网电缆。
12.如权利要求1所述的系统(350)，其中，所述传感器是多个无线从设备(356、358、360、362)；其中，所述单元形成主设备(354)；并且其中，所述从设备中的每一个与所述主设备无线地直接通信。
13.如权利要求12所述的系统(390)，其中，所述传感器(392、394、396、398、400)和所述单元(404)形成多个无线网格类型设备；其中，所述传感器中的至少一个(396)与所述传感器中的另一个直接通信；并且其中，所述传感器的至少一个(398、400)与所述主设备无线地直接通信。
14.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述至少一个电开关装置(302)包括流过其的电流；并且其中，所述传感器(314、316)中的一个包括电源(24)，由所述电流对所述电源(24)提供能量。
15.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述至少一个电开关装置(302)包括汇流条(328)和流过所述汇流条的电流；并且其中，所述传感器中的一个(314、316)包括电源(24)，由所述电流对所述电源(24)提供能量。
16.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述传感器包括第一传感器(314)和第二传感器(312)；其中，所述感测的至少一些状况包括第一感测状况(308)和第二感测状况(306)；其中，所述第一传感器(314)被构造为感测所述至少一个电开关装置的温度(308)，作为所述第一感测状况；并且其中，所述第二传感器被构造为感测所述至少一个电开关装置中的可分离触头的触头磨损(306)，作为所述第二感测状况。
17.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述至少一个电开关装置是电路断路器(302)，所述电路断路器(302)进一步包括脱扣单元(324)；其中，所述传感器包括触头磨损传感器(312)，所述触头磨损传感器(312)被构造为感测所述电路断路器的可分离触头(304)的触头磨损(306)，作为所述状况中的一个(306)；并且其中，所述系统的所述单元是所述电路断路器的脱扣单元的一部分。
18.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述至少一个电开关装置是电路断路器(302)，所述电路断路器(302)进一步包括脱扣单元(324)；其中，所述传感器被构造为感测所述电路断路器的状况；并且其中，所述系统的所述单元是所述电路断路器的脱扣单元的一部分。
19.如权利要求18所述的系统(300)，其中，所述脱扣单元(324)被构造为从所述传感器中的至少一个(314、316)接收脱扣信号(320)。
20.如权利要求1所述的系统(410；440)，其中，所述至少一个电开关装置包括至少一个电路断路器(420、422、442)；其中，所述传感器(412、414、416、418、448、450)被构造为感测所述至少一个电路断路器的状况；并且其中，所述单元(426、444)与所述至少一个电路断路器分离。
21.如权利要求1所述的系统(300)，其中，与所述感测的至少一些状况中的至少一个对应的信息包括以下信息中的至少一个：量度信息、监控信息、告警信息以及通告信息。
22.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述感测的至少一些状况包括保护信息。
23.如权利要求1所述的系统(300)，其中，所述无线信号是射频信号(318、320、322)。
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