CN101562325B - 具有分开的限制和无限制区域选择性互锁设置能力的断路器 - Google Patents

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    • H02H7/262—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of switching or blocking orders

Abstract

本发明涉及一种具有分开的限制和无限制区域选择性互锁设置能力的断路器。提供一种具有带有分开的限制和无限制设置功能的区域选择性互锁特征的断路器系统和方法。该系统和方法包括在发生故障状态的情况下将选择性互锁信号从下游断路器传送到上游断路器。当收到该信号时，上游断路器将第二断路器的跳闸响应改为限制模式。该断路器包括这样的特征，即使用户能够修改和调整与限制和无限制操作模式相关联的限制和无限制跳闸曲线。

Description

具有分开的限制和无限制区域选择性互锁设置能力的断路器
技术领域
此处公开的主题涉及用于在配电系统中的断路器之间提供区域选择性互锁。特别地，此处公开的主题涉及用于在瞬间跳闸状态期间在下游断路器和上游断路器之间的区域选择性互锁的系统。
背景技术
空气断路器通常用于配电系统。典型的空气断路器(“ACB”)包括用于将电源连接到称为负载的电能消耗装置上的部件的组件。断路器连接到的电路此处称为受保护电路。这些部件称为主触头组件。在该组件中，主触头典型地或者是断开的或者是闭合的，断开时中断了从源到负载的电能输送的路径，闭合时提供了从源到负载的电能输送的路径。ACB将进一步包括称为跳闸单元的装置和传感器，该跳闸单元能够感测流过受保护电路的电流并且将所感测的电流的幅度与预定阈值进行比较。该跳闸单元的阈值和电流幅度跳闸特性以通常称为“跳闸曲线”的图表形式显示，该跳闸曲线向用户指示在任何给定的过载状态下该跳闸单元将需要多长时间来跳闸。当检测到受保护电路上的过电流故障状态超出跳闸曲线参数时，跳闸单元激活机械联动装置以使得主触头组件断开。
ACB下游可以安装其它ACB或者一个或多个较小负载额量的断路器，有时称为模制盒式断路器(“MCCB”)，以进一步保护和隔离配电系统的各部分。可提供多种负载额量的MCCB，并且MCCB经常以层或者级的形式布置，每层中布置多个MCCB。MCCB类似于空气断路器，包括借助机械联动装置组件断开和闭合的主触头组件。与每个MCCB相关联的跳闸单元感测流过受保护电路的部分的电流。类似于ACB，MCCB利用跳闸曲线确定给定的状态何时超出期望的参数。
因为ACB和MCCB两者均对故障状态有反应，那么可能出现这样的情况：电气故障导致ACB和MCCB两者都断开它们各自的触头组件。通常，希望使最靠近故障的断路器中断该故障电流，通常称为跳闸，以便受保护电路的最小部分、即最靠近该故障的部分被中断。以电路的源断路器和离开该电路的任何断路器为界的电路的部分称为该源断路器的保护区域。如果区域出故障，那么该区域被称为故障区域。中断靠近该故障的故障电流防止了对连接到其它受保护电路的其它操作的干扰，或者至少使干扰的数量最小。为了避免使上游ACB或者上游MCCB跳闸，相互协调受保护电路上的断路器的系统。通过选择性的相互协调，每个断路器的跳闸曲线被调整以允许下游断路器拥有首先跳闸的机会，而不会危害该故障区域上方的断路器系统的功能。
断路器系统还可以包括区域选择性互锁(“ZSI”)配置。在ZSI系统中，当检测到故障时，下游断路器与上游断路器通信。上游断路器然后改变它的跳闸响应以允许下游断路器清除该故障。由此，上游断路器具有两个操作模式。这些模式通常被称为“限制”和“无限制”操作。在无限制模式中，断路器操作在最快的默认跳闸曲线下并且不能由操作员修改。由于断路器之间的通信存在同步问题，最快的跳闸曲线用来确保充分保护。当故障的通信由上游断路器接收时，上游断路器切换到限制操作模式。在限制模式中，上游断路器将跳闸曲线更换为由操作员设置的曲线，这具有延迟上游断路器的跳闸响应的效果。跳闸曲线的切换允许上游断路器执行它的功能同时还允许下游断路器清除该故障。区域选择性互锁系统由此允许操作员在不危害断路器系统的功能的情况下将故障的影响减到最小。
虽然现有的使用级联时间延迟相互协调的断路器适合它们意图的目的，仍存在改进的需要，特别是当断路器操作在ZSI限制模式中时操作员定义跳闸曲线的能力和相互协调断路器存在改进的需要。
发明内容
提供一种操作断路器系统的方法。该方法包括定义第一断路器的第一用户定义的跳闸曲线。第一跳闸曲线包括无限制短时阈值、具有斜率的无限制I2t区、时间延迟区和无限制瞬时阈值。定义第一断路器的第二用户定义的跳闸曲线，其中第二跳闸曲线包括具有斜率的限制I2t区和时间延迟。所述用户定义的第二跳闸曲线的限制I2t区被修改。然后在所述第一断路器处接收互锁信号。最后，响应于接收互锁信号，第一断路器的跳闸响应从所述第一跳闸曲线变为第二跳闸曲线。
还提供具有电流传感器的断路器。跳闸单元可操作地耦合到该电流传感器。该跳闸单元进一步响应于可执行的计算机指令以操作在无限制模式中并且响应于互锁信号操作在限制模式中。用户界面可操作地耦合到该跳闸单元。其中响应于来自用户界面的第一信号，跳闸单元进一步响应于可执行的计算机指令以建立供无限制模式使用的第一用户定义的跳闸曲线和供限制模式使用的第二用户定义的跳闸曲线。
进一步提供具有第一和第二断路器的断路器系统。第一断路器包括第一跳闸单元。第一跳闸单元响应于可执行的计算机指令以操作在无限制模式中或者限制模式中。无限制模式包括第一跳闸曲线并且限制模式包括第二跳闸曲线。第一断路器还包括电耦合到第一跳闸单元的第一电流传感器。此外，第一用户界面可操作地耦合到第一跳闸单元，其中响应于来自第一用户界面的第一信号，第一跳闸单元响应于可执行的计算机指令以修改第一跳闸曲线的参数。
第二断路器被电耦合以从第一断路器接收电能。第二断路器包括耦合来与第一跳闸单元通信的第二跳闸单元。第二跳闸单元响应于可执行的计算机指令以操作在限制模式或者无限制模式中，其中该无限制模式包括第三跳闸曲线并且该限制模式包括第四跳闸曲线。第二电流传感器电耦合到第二跳闸单元。此外，第二用户界面可操作地耦合到所述第二跳闸单元，其中响应来自第二用户界面的第二信号，第二跳闸单响应于可执行的计算机指令以修改第三跳闸曲线的参数。
附图说明
现在参考附图，这些附图是示例性的而非限制性的，并且在图中相同的元件由相同的标记表示：
图1是具有根据示例性实施例的断路器的系统的受保护电路的示意图例；
图2是根据示例性实施例的断路器跳闸单元的示意图例；
图3是根据示例性实施例的下游断路器和上游断路器的操作的流程图图例；
图4是处于无限制模式的示例性断路器跳闸曲线的图例；
图5是处于限制模式的具有上游断路器的示例性断路器跳闸曲线的图例；
图6是用户可定义的跳闸曲线参数的示意图例；
图7是用户可定义的跳闸曲线设置的流程图图例；
图8是图1的断路器的示例性实施例的跳闸曲线的局部示意图例；
图9是替换实施例的断路器系统的示意图例；
图10是处于无限制操作模式中的图9的断路器系统的跳闸曲线的图例；和，
图11是处于限制操作模式中的图9的断路器系统的跳闸曲线的图例。
具体实施方式
图1示出连接到设备28内的服务于负载22的受保护电路的断路器的系统20。诸如实用电网的电源24例如连接到断路器26。断路器26典型地位于设备28的进线口。在大的设备中，例如在该示例性实施例中，断路器26是空气断路器(“ACB”)，具有从电源24连接到三个电相并且将电能分配给该设备内的不同支路的功能和负载额量。电负载22可以是任何类型的负载，包括但不限于照明系统、进程电动机(processmotor)、数据中心、供暖与通风系统等等。
在ACB 26下游，该受保护电路分成多个支路30、32、34。这些支路可以包括诸如变压器36、38的额外的配电和控制设备以使提供的电能的电特性适配为具有各个负载所需要的特性。例如该变压器38可以将电压逐渐减少到120V以供照明电路使用。该支路30、32、34中的每一个可以进一步细分为更加精细的低层支路40。该支路可以包括更多的电气控制装置，包括但不限于例如保险丝和接触器。应该理解，支路的数目和支路的层可以是许多的，并且应当理解，图1的图例意于示例性的而非限制性的。
每层支路例如通常起始于诸如断路器42或断路器44的断路器。每个断路器44被电连接以接收来自ACB 26的电能。在示例性实施例中，这些较低层的断路器42、44是模制盒式断路器(“MCCB”)。每个MCCB可以是单相或多相的，这取决于连接MCCB的下游负载22的要求。
ACB 26包括用户界面46，该用户界面46可以包括显示器和诸如键盘的输入装置。该显示器可以是LED(发光二极管)显示器、LCD(液晶二极管)显示器、CRT(阴极射线管)显示器，等等。用户界面46例如允许操作员观察ACB 26的操作条件和状态，诸如从电源24接收的电压和电流，或者触头的位置。用户界面26进一步允许操作员改变ACB26的各种操作参数。如将在下面详细讨论的那样，用户界面26允许操作员调整用户定义限制操作模式和无限制操作模式的跳闸曲线、定义拾取阈值、识别区域选择性操作是期望的和什么类型的保护应该被互锁，并且延迟同步以提供与较低层的电路中的断路器42、44的相互协调和区域选择性互锁。
ACB 26进一步包括具有处理器50和电流传感器系统52的跳闸单元48。该跳闸单元可操作地耦合以接收来自用户界面46的指令并且激活ACB的操作机构(未示出)。可替换地，处理器50还可以通过用户界面、或者通过例如但不限于电子数据卡、语音激活装置、手动可操作的选择和控制装置、辐射波长和电子或者电气转换装置(transfer)的其它装置接收指令。
如将在下面讨论的那样，跳闸单元48监视流过断路器的电能状态。处理器50将由电流传感器52测得的电流的电特性与预定参数相比较。在该示例性实施例中，该预定参数是时间和电流水平的函数，如由图4和图5中所示的一个或多个跳闸曲线定义的那样。如果电特性在预定参数之外，处理器激活操作机构，从而使得触头断开并且中断电能进入受保护电路。
与ACB 26类似，下游较低层MCCB 42、44的每一个包括具有处理器和电流传感器的跳闸单元54。跳闸单元54被布置为监视流过各个MCCB 42、44并且进入较低层的支路40中的电流。每个MCCB 42、44将进一步包括允许操作员监视MCCB 42、44的状态并且调整诸如跳闸曲线的用户可定义的设置的用户界面(未示出)。MCCB 42、44的用户界面可以包括如同ACB 26的情况一样的显示器和键盘。可替换地，MCCB 42、44的用户界面可以是允许操作员在不同的出厂设置参数之间进行选择的选择器开关。
将参考图2描述跳闸单元48、54。应当理解跳闸单元48、54可以在构造上显著地不同，然而，为了示例性的目的，跳闸单元48、54将按照它们公共的功能部件来描述。处理器50例如是能够接收数据和指令、执行该指令以处理该数据并且诸如通过用户界面46呈现该结果的适当的电子装置。处理器50可以是微处理器、微计算机、小型计算机，光学计算机、插件式计算机、复杂指令集计算机、ASIC(专用集成电路)、精简指令集计算机(RISC)、模拟计算机、数字计算机、分子计算机、量子计算机、细胞结构计算机、超导计算机、超级计算机、分立元件计算机，单板计算机、有缓存器的计算机、计算机网络、台式计算机、膝上型计算机，或者上述任意的混合。
处理器50能够将由电流传感器52提供的模拟电压或者电流电平转换为指示流过导体56的电流电平的数字信号。可替换地，电流传感器52可以被配置为向处理器50提供数字信号，或者模拟数字(A/D)转换器58可以耦合在电流传感器52和处理器50之间以将由电流传感器52提供的模拟信号转换为由处理器50进行处理的数字信号。处理器50使用数字信号作为各种进程的输入以控制断路器。数字信号表示一个或多个系统20的数据，包括但不限于互锁信号、主触头位置，闭合弹簧位置等等。
应当理解虽然在图2中示出的并且在此处讨论的仅仅是一个电流传感器52和导体56，但是对于每个电相或者断路器的“极点”，断路器26、42、44将典型地具有一个这样的电流传感器52。断路器的每个极点承载单一电相的电流。例如在诸如ACB 26的“多极点”断路器中，断路器将具有若干极点，典型地为三个或四个，每个极点承载通过断路器的不同相的电流。该极点中的每一个分别连接到对应每个极点的主触头和它各自的操作机构。
如下面将更加详细地讨论的那样，处理器50可操作地通过数据传输介质60与系统20的一个或多个部件耦合。数据传输介质60包括，但不限于，双铰线、同轴电缆和光纤电缆。数据传输介质60还包括，但不限于，例如使用诸如IEEE802.11协议的无线、射频和红外信号传输系统。数据传输介质60还可以包括一个或多个数据中继61，其集合数据传输介质60的各段以使到上游断路器跳闸单元的连接的数目最少。在图1所示的实施例中，传输介质60将ACB 26耦合到较低层的断路器42、44。处理器50被配置为经由数据传输介质60提供操作信号并且接收数据。
通常，处理器50接收来自电流传感器52的数据，并且为了将来自电流传感器52的数据与预定操作参数相比较而被给予某些指令。处理器50向断路器操作机构的致动装置提供操作信号。处理器50还可以接收来自该断路器内的其它传感器的例如指示该操作机构位置的数据。处理器50将该操作参数与预定变量(例如电流和时间)相比较，并且如果超过该预定变量则生成可以被用于指示对操作员的警报或者可以被用于激活操作机构以使主触头断开的信号。另外，该信号可以启动其它适合系统20操作的控制方法，例如通过在限制操作模式和无限制操作模式之间切换来相互协调下游断路器42、44和上游断路器之间的响应。例如，如果MCCB 42中的电流传感器52检测到电流状态在预定阈值之上，这可以指示短路电气故障状态。如下面将更加详细地描述的那样，例如为了防止诸如ACB 26的上游断路器由于检测到同样的故障状态而跳闸，MCCB 42的处理器50可以将互锁信号传送给上游ACB 26，从而使得ACB 26执行切换到限制操作模式的指令并且防止到中断电能到整个设备28。从电流传感器52接收的数据可以显示在经由显示器导管62和键盘导管64耦合到处理器50的用户界面46。
除了耦合到系统20内的一个或多个部件之外，处理器50还可以耦合到外部计算机网络，例如局域网(LAN)和因特网。LAN互连一个或多个远程计算机，该远程计算机被配置为使用诸如TCP/IP(传输控制协议/因特网(^)协议)、RS-232、ModBus等等的熟知的计算机通信协议与处理器50通信。
现在参考图2，示出了处理器50的示意图。处理器50包括中央处理单元或者控制器66，该中央处理单元或者控制器66耦合到随机存取存储器(RAM)装置68、非易失性存储器(NVM)装置70、只读存储器(ROM)装置72、一个或多个输入/输出(I/O)控制器74、与数据传输介质60接口的数据通信装置76。
I/O控制器74耦合到监视断路器操作的传感器78和用户界面46以在这些装置和数据总线80之间提供数字数据。I/O控制器74还耦合到模拟到数字(A/D)转换器82，该模拟到数字(A/D)转换器82从传感器78接收模拟数据信号。
数据通信装置76为按照由数据传输介质60支持的数据通信协议在处理器50和数据传输介质60之间通信做准备。ROM装置70存储控制器66的应用程序代码，例如主功能性固件，包括初始化参数和启动代码。应用程序代码还包括如图4所示的程序指令，该程序指令使得控制器66执行任何断路器操作控制方法，包括响应于接收互锁信号，激活断路器操作机构、生成警报以及延时跳闸。
NVM装置70是任何形式的非易失性存储器，例如EPROM(可擦可编程只读存储器)芯片、磁盘驱动器等等。存储在NVM装置70中的是该应用程序代码的各种操作参数。能够本地地使用键盘或者可替换地由远程计算机将各种操作参数输入进NVM装置70中。将认识到应用程序代码能够存储在NVM装置70中而不是ROM装置72中。
处理器50包括体现在图5所示的应用程序代码中的操作控制方法。这些方法体现在编写出来而由控制器66典型地以软件形式执行的计算机指令中。该软件能够以任何语言编码，包括但不限于，汇编语言、VHDL(Verilog硬件描述语言)、VHSIC HDL(超高速集成电路硬件描述语言)、Fortran(公式翻译)、C、C++、Visual C++、Java、ALGOL(算法语言)、BASIC(初学者通用符号指令代码)、Visual BASIC、ActiveX、PHP、Perl、HTML(超级文本标志语言)以及上述的至少一个的任何组合或者派生。另外，操作员能够使用现有的诸如电子数据表或数据库的软件应用程序并且使各种单元与算法中枚举的变量相互关联。此外，该软件能够独立于其它软件或者诸如以组合软件的形式依赖于其它软件。
跳闸单元48、54中的NVM 70包括关于用于断路器26、42、44操作的参数的数据。该数据包括例如图3所示的无限制跳闸曲线84、86和图4所示的限制跳闸曲线87、89。如下面将更加详细地讨论的那样，限制和无限制操作模式的跳闸曲线均是用户可定义的。这些跳闸曲线84、86、87、89把期望的和不期望的电流电平之间的边界定义为时间的函数。此处为了示例性的目的，跳闸曲线84、87表示下游断路器的跳闸曲线，而跳闸曲线86、89表示上游断路器的跳闸曲线。在配电系统中可能出现多种不同类型的故障状态。如在本领域中所熟知的那样，跳闸曲线84、86由考虑了例如但不限于传感器容差和机械反应时间等因素的“带”或者范围图示表示。如果升高的电流水平存在了太长的时期，常常被称为过载区88或者可替换地被称为长时区的一个区使得断路器26、42、44跳闸。如果例如诸如电动机或者压缩器的多个装置同时启动，这导致电路中的电流短暂的升高，可能会出现过载。过载区中的跳闸曲线的曲率是用来允许断路器保持它的功能性而没有由于瞬时状态所导致的不期望的或者“令人讨厌”的跳闸。在通常称为短时拾取(pickup)区96、98的某电流电平，断路器的反应时间减小，这是由于较高的故障水平可能会损坏配电系统内的线路的原因。进一步沿着跳闸曲线的区通常称为瞬时拾取区90。由于故障幅度的原因，断路器将跳闸而没有任何明显的延迟。例如当发生诸如短路状态的高水平故障时，该瞬时区是用来使断路器跳闸。该跳闸曲线的最后的区称为“越级”区(未示出)。该越级区用途是防止损害该断路器。应当理解虽然在图3中示出了单独一对跳闸曲线，但是断路器26、42、44中的每一个也可以具有不同的跳闸曲线，这取决于断路器的尺寸和它所附属于的电路的各方面。此外，并不是所有的断路器将包括上述讨论到的所有区。例如，不是所有断路器都使用越级区。跳闸单元48、54还可以检测其它故障状态，例如接地故障，在接地故障中不希望的量的电流从导体流向中性线或者地。
在该示例性实施例中，断路器26、42、44允许操作员为它们的特定应用定义跳闸曲线84、86、87、89。该操作可以改变或者定义跳闸曲线84、86、87、89或者其部分以提供这样的优势，即允许操作员更精确地定义ACB 26、MCCB 42和MCCB 44之间的相互协调。如图4所示，操作员可以修改限制操作模式中的跳闸曲线87、89以使断路器系统提供预期性能，即允许下游断路器清除故障。操作员可以定义短时拾取阈值95和瞬时拾取阈值89。时间延迟或者I2t区91的斜率也可以被修改以进一步控制该断路器的反应时间。通常，当提供越级区时，该参数不是用户可定义的并且保持不变。如下面将更详细地讨论的那样，当在电气系统中出现故障时，用户定义的跳闸曲线84、86、87、89还允许操作员使用区域选择性互锁系统以允许期望的跳闸响应。
将参考图5描述用于在断路器之间相互协调和区域选择性互锁系统的示例性实施例的方法。应当理解虽然该描述是参考ACB 26和MCCB42对操作进行的讨论，但是这仅仅是示例性的目的。在不背离该请求专利的发明想要的范围的情况下，同样的操作还可以被应用在MCCB 42和MCCB 44之间、或者ACB 26和MCCB 44之间。
下游MCCB 42的跳闸单元54的操作进程100开始于框102并且进行到框104，在框104中监视流过MCCB 42的电流。进程100然后进行到判定框106，其中确定是否已经越过第一故障状态阈值。被用来做比较的阈值是用户可选择的。该阈值可以是短时区96的均方根(“RMS”)值。该阈值还可以基于瞬间跳闸区90中的样本值。该阈值还可以基于接地故障或者长时故障状态。该用户进一步具有例如选择任何上述阈值，例如RMS短时值或者瞬时样本值的选项。如果两个阈值参数中的任一个得到满足，判定框106提供肯定的响应。
如果没有检测到瞬时区90中的阈值条件，在框106中产生否定响应。由此进程100返回框104并且继续监视电流。应当理解进程100还将包括用于监视在本领域中熟知的过载区88类型的故障的步骤。
如果在框106中接收到肯定的响应，进程100移到框108，其中由线110表示的选择性互锁信号立即被传送到上游ACB 26，该上游ACB26将采取如下所讨论的进一步的动作。在传送该信号以后，进程100进行到框104以继续监视电流。
与第一阈值判定框106平行，进程100还在框111中将测量的电流值与第二条件比较。判定框111确定是否已经越过瞬时区阈值90，或者超过用于短时区阈值96的“累加器”是否已经溢出。因为在短时区96中的输入电流可以改变，短时跳闸算法使用累加器以确定在循环期间内越过阈值的次数。一旦该累加器已经加满，或者如果已经越过瞬时阈值，判定框111返回肯定的响应并且进行到框112。在框112中，跳闸单元54激活MCCB 42的操作机构，从而使得主触头分开并且中断MCCB 42下游电流。进程100在框114处停止并且等候操作员采取改正措施以清除检测到的故障状态。如果判定框111返回的是否定的，进程100返回框104并且监视电流。
例如ACB 26的上游断路器的跳闸单元48独立并且平行于MCCB42的跳闸单元54操作。正在操作的跳闸单元48的进程116开始于开始框118并且进行到询问框120，在询问框120中确定是否已经从下游断路器MCCB 42收到选择性互锁信号110。在该示例性实施例中，选择性互锁信号110是对上游ACB 26的跳闸单元48中的控制器66的中断。这允许对选择性互锁信号110做出反应的进程116内的步骤迅速地取得ACB 26的操作内的优先级。
如果判定框120的结果是否定的，进程116进行到判定框122，在判定框122中控制器66使用无限制跳闸曲线86以确定是否已经检测到过载或者瞬时区中的故障。如果判定框120的结果是否定的，进程116返回框118并且继续监视电流。如果判定框120的结果是肯定的，ACB26在框124中激活它的操作机构，从而导致主触头的断开和ACB 26下游电流的中断。进程116然后在框126处停止并且等候操作员采取修正动作。
如果接收了选择性互锁信号110，判定框120返回肯定响应。进程116将ACB 26的操作切换到限制操作模式。在该限制操作模式中，进程116将上游断路器的跳闸曲线切换到限制操作模式所期望的那些跳闸曲线，例如从曲线86到跳闸曲线89。进程116然后继续进行到框122并且使用用户定义的限制模式跳闸曲线89以确定是否正在发生故障。
应当理解虽然转变到用户定义的跳闸曲线89也具有延迟ACB 26的响应并且允许下游断路器有机会清除该故障的效果，这是可以实现的，这是因为用户定义的短时区95、I2t时间延迟区91和瞬时区89不与下游断路器的跳闸曲线87重叠。在框130中从用户定义的无限制跳闸曲线86变到用户定义的限制跳闸曲线89之后，进程116返回询问框122。在这里确定是否已经检测到故障。该配置提供了这样的优势，即如果下游断路器，MCCB 42，不能充分地清除该电气故障，上游断路器，ACB26，能够提供电流中断功能。如上所述，如果检测到电气故障，ACB操作机构在框124中被激活，电流被中断并且进程116在框126处停止。如果没检测到电气故障，进程116返回框118以监视电流。
应当理解该进程100、116可以发生在任何下游断路器和上游断路器之间。此外，诸如MCCB 42的断路器可以安置在下游断路器44和ACB 26之间。在该实施例中，MCCB 44将发出选择性互锁信号110并且MCCB 42和ACB 26均将遵循进程116并且相应地修改它们的操作。
正如以上的讨论，在该示例性实施例中，操作员可以定义无限制跳闸曲线84、86和限制跳闸曲线87、89的参数以便在发生电气故障的情况下获得期望的断路器系统响应。参考图6和图7，其示出的跳闸曲线的部分是完全可定义的。进程150，开始于框152，操作员在用户界面46上选择适当的设置选择。设置选择的激活允许操作员定义跳闸曲线的不同部分。首先，操作员在判定框154中被允许选择他们想修改的曲线。如果操作员想修改限制曲线89，进程150进行到框156，在框156中，操作员被允许调整短时拾取阈值95。短时拾取阈值95的调整是在由箭头158表示的方向上。
在调整了该短时阈值之后，进程150进行到框158，在框158中操作员被允许调整I2t时间延迟的斜率91。该参数可以在两个方向上调整，如箭头162所示的位置或者斜率164的角度。在做出期望的选择之后，进程150继续到框166，在框166中操作员被允许改变时间延迟区93。该参数可以沿着如箭头168所示的跳闸曲线的时间轴调整。应当理解在一些应用中，操作员可能不具有或者不期望时间延迟区93，例如如图4中所示。
接下来，进程150允许操作员在框170中调整瞬时阈值。调整的方向如箭头172所示。一旦所有调整已经由操作员做出，进程在框174处退出。
如果操作员在框154中选择修改无限制跳闸曲线86，进程150进行到框176，在框176中操作员被允许修改无限制短时拾取阈值。进程150然后以如以上讨论的关于限制跳闸曲线参数相类似的方式继续进行。由此操作员能够在框178中修改无限制I2t时间延迟、在框180中修改无限制时间延迟并且在框182中修改无限制瞬时拾取阈值。一旦这些参数已经被修改，进程150在框174处退出。
现在转到图8，能够看出当在断路器系统中布置多于两个断路器时，既调整限制跳闸曲线又调整无限制跳闸曲线的能力提供了进一步的优势。图8示出用于具有以串联形式布置在电路中的四个断路器的断路器系统的跳闸曲线的部分。每个断路器的无限制跳闸曲线由实线200、202、204、206表示。限制曲线可以被调整以允许由虚线208、210、212表示的限制曲线在相邻下游断路器的相应的无限制跳闸曲线下面。既调整无限制跳闸曲线又调整限制跳闸曲线的灵活性由此允许操作员在发生较高水平故障的情况下选择哪个断路器将在系统中跳闸。
图9示出了断路器系统220的另一示例性实施例。断路器222、224、226被编程为分别具有如图10所示的无限制跳闸曲线228、230、232和如图11所示的限制跳闸曲线234、236、238。断路器系统220布置在电源240和负载242之间。
在无限制模式中，跳闸曲线228、230、232分别由断路器222、224、226使用，并且如果故障出现在相应的保护区域244、246中的一个内时，负责诸如区域244的区域的断路器和断路器222例如将根据无限制跳闸曲线228清除该故障。
如果例如诸如断路器226的下游断路器检测到故障，互锁信号被传送到上游断路器222、224。上游断路器如使用上述方法和系统切换到限制跳闸曲线234、236。在一些应用中，操作员例如可能希望使诸如断路器222的更上游的断路器在一定条件下在诸如断路器224的中间断路器之前跳闸。因为限制和无限制跳闸曲线均可以是用户定义的，并且无限制跳闸曲线不被强迫进入最快的默认曲线，上游断路器的跳闸曲线可以与中间断路器的跳闸曲线重叠，同时保持互锁。
例如，如果故障可能出现在具有线250所表示的幅度的负载处。在这种情况中，下游断路器226清除该故障，这是因为该故障的水平在断路器222、224的短时和瞬时阈值之下。然而，如果该故障的水平增加到线252所指示的水平，该故障的水平在下游断路器226的负载额量之上，从而由此中间断路器224清除该故障。
可能存在这样的情况，即当操作员希望使最上游的断路器222清除该故障。当断路器222的限制时间延迟区256被降低到断路器224的相应时间延迟区258以下时，由此，断路器222将通过在中间断路器222之前中断电流而清除该故障。相应地，通过允许用户定义相应的跳闸曲线，如果在大范围状态下发生故障，操作员可以获得优势并且获得所期望的跳闸响应的结果。
此处公开的实施例的功能能够以软件、固件、硬件或者其组合的形式实施。作为一个例子，公开的实施例的一个或多个方面能够包括在例如具有计算机可用介质的制品(例如，一个或多个计算机程序产品)内。介质已经在其中包含例如用于提供并且促进本发明的功能的计算机可读程序代码装置。制品能够作为计算机系统的一部分或者分开销售。另外，能够提供至少一个机器可读的程序存储装置，其可触知地实现至少一个由该机器可执行的指令程序以执行所公开的实施例的功能。
另外，此处描述的图仅仅是例子。在不背离本发明精神的情况下，此处所描述的图或者步骤(或操作)可以存在许多变化。例如，步骤可以以不同的次序执行，或者步骤可以被增加、删除或者修改。所有这些变化被认为是该请求专利的发明的一部分。所撰写的描述使用例子来公开本发明，包括最佳方式，并且使任何本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或者系统并且执行所包括任何方法。本发明可以取得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括由本领域技术人员想到的其它例子。如果这样的其它例子具有与该权利要求的文字语言相同的构造单元，或者如果这样的其它例子包括与该权利要求的文字语言无实质差异的等价的构造单元，那么这样的例子意欲包含在该权利要求的范围内。
  20   断路器系统
  22   负载
  24   电源
  26   断路器(“ACB”)
  28   设备
  30   支路
  32   支路
  34   支路
  36   变压器
  38   变压器
  40   较低层的支路
  42   较低层的断路器
  44   较低层的断路器
  46   ACB用户界面
  48   ACB跳闸单元
  50   ACB跳闸处理器
  52   跳闸单元电流传感器
  54   MCCB跳闸单元
  56   导体
  58   A/D转换器
  60   数据传输介质
  61   数据中继
  62   到用户界面显示器的导管
  64   到用户界面小键盘的导管
  66   控制器
  68   RAM
  70   非易失性存储器
  72   ROM
  74   I/O控制器
  76   数据通信装置
  78   传感器
  80   数据总线
  82   A/D转换器
  84   跳闸曲线(无限制)
  86   跳闸曲线(无限制)
  87
  88   过载区
  89   跳闸曲线(限制)
  90   瞬时区
  91   时间延迟I2t区
  92   过载区
  93   时间延迟区
  94   瞬时区
  95   短时阈值
  96   短时拾取
  97
  98   短时拾取
  99
  100   MCCB 42操作进程
  102   开始框
  104   监视电流
  106   故障状态询问框
  108   信号传送框
  110   选择性互锁信号线
  111   第二阈值判定框
  112   激活断路器的跳闸
  114   停止框
  116   ACB 26操作进程
  118   开始框
  120   接收信号询问框
  122   故障检测询问框
  124   跳闸断路器框
  126   停止框
  128   延迟响应框
  130   切换跳闸曲线框
  150   进程(跳闸曲线定义)
  152   激活设置选择框
  154   曲线选择判定框
  156   ST阈值调整框
  158   ST阈值调整方向
  160   I2t阈值调整框
  162   I2t线性调整方向
  164   I2t角度调整方向
  166   时间延迟调整框
  168   时间延迟调整方向
  170   瞬时拾取阈值调整框
  172   瞬时拾取阈值调整方向
  174   退出
  176   无限制ST拾取调整框
  178   无限制I2t斜率调整框
  180   无限制时间延迟调整框
  182   无限制瞬时拾取框
  200   断路器1的无限制跳闸曲线
  202   断路器2的无限制跳闸曲线
  204   断路器3的无限制跳闸曲线
  206   断路器4的无限制跳闸曲线
  208   断路器1的限制跳闸曲线
  210   断路器2的限制跳闸曲线
  212   断路器3的限制跳闸曲线
  220  断路器系统
  222  断路器1
  224  断路器2
  226  断路器3
  228  断路器1的无限制跳闸曲线
  230  断路器2的无限制跳闸曲线
  232  断路器3的无限制跳闸曲线
  234  断路器1的限制跳闸曲线
  236  断路器2的限制跳闸曲线
  238  断路器3的限制跳闸曲线
  240  电源
  242  负载
  244  断路器1的保护区域
  246  断路器2的保护区域
  250  故障1
  252  故障2
  254  故障3
  256  断路器1低的时间延迟区
  258  断路器2的时间延迟区

Claims (19)

1.一种操作断路器系统(20)的方法，该方法包括：
定义第一断路器的第一用户定义的跳闸曲线(84、86)，所述第一跳闸曲线(84、86)具有无限制短时阈值(176)、具有斜率的无限制I2t(178)区、时间延迟区(180)和无限制瞬时阈值(182)；
定义所述第一断路器(26)的第二用户定义的跳闸曲线(87、89)，所述第二跳闸曲线包括具有斜率的限制I2t区(91)和限制瞬时阈值，以及时间延迟，
所述第二用户定义的跳闸曲线与所述第一用户定义的跳闸曲线是不连续且不重叠的，其中所述第二用户定义的跳闸曲线具有处于比所述第一用户定义的跳闸曲线无限制瞬时阈值或所述无限制I2t区更高的操作水平的所述I2t区或所述限制瞬时阈值中的至少一个；
建立第二断路器的第三用户定义的跳闸曲线，其中所述第二断路器被耦合以从所述第一断路器接收电能，所述第三跳闸曲线包含具有斜率的I2t区、时间延迟区和瞬时阈值，其中所述第三用户定义的跳闸曲线与所述第二用户定义的跳闸曲线不重叠；
修改所述第二用户定义的跳闸曲线限制瞬时阈值以及所述第二用户定义的第二跳闸曲线限制I2t区的所述斜率，其中所述第二跳闸曲线限制I2t区的所述经修改的斜率和所述限制瞬时阈值处于比所述第三跳闸曲线I2t区和所述第三跳闸曲线瞬时阈值更高的操作水平；
在所述第一断路器(26)处从所述第二断路器接收(120)互锁信号(110)；以及，
响应于接收所述互锁信号，将所述第一断路器(26)的跳闸响应(128)从所述第一跳闸曲线(84、86)变为所述第二跳闸曲线(87、89)。
2.权利要求1的方法，进一步包括：
用所述第二断路器(42)监视(104)电流；
用所述第二断路器(42)检测(106)是否已经违反了故障阈值；以及
如果已经违反了故障阈值，将所述互锁信号(110)从所述第二断路器(42)传送(108)到所述第一断路器(26)。
3.权利要求2的方法，进一步包括修改所述用户定义的第一跳闸曲线(84、86)无限制短时阈值(176)、所述无限制I2t区(178)、所述时间延迟区(180)和所述无限制瞬时阈值(182)。
4.权利要求3的方法，进一步包括修改所述用户定义的第三跳闸曲线(84、86)的无限制短时阈值(176)、所述无限制I2t区(178)、所述时间延迟区(180)和所述无限制瞬时阈值(182)。
5.权利要求2的方法，其中所述故障阈值选自包含下述内容的组：长时阈值、短时阈值、瞬时阈值和接地故障阈值。
6.权利要求5的方法，还包括：
修改所述用户定义的第二跳闸曲线限制时间延迟区，其中所述第二跳闸曲线限制时间延迟区具有比所述第三跳闸曲线时间延迟区更低的时间值。
7.权利要求5的方法，还包括：
修改所述用户定义的第三跳闸曲线无限制时间延迟区，其中所述第三跳闸曲线时间延迟区具有比所述第二跳闸曲线限制时间延迟区更低的时间值。
8.一种断路器(26)，其被配置以被布置为与下游断路器串联，所述下游断路器具有有着I2t区和瞬时阈值的跳闸曲线，所述断路器包括：
电流传感器(52)；
可操作地耦合到所述电流传感器(52)的跳闸单元(48)，所述跳闸单元(48)响应于可执行的计算机指令以操作在无限制模式中以及进一步响应于可执行的计算机指令以响应互锁信号操作在限制模式中；
可操作地耦合到所述跳闸单元(48)的用户界面(46)；
其中响应于来自所述用户界面(46)的第一信号(110)，所述跳闸单元(48)进一步响应于可执行的计算机指令以建立供所述无限制模式使用的第一用户定义的跳闸曲线(84、86)和供所述限制模式使用的第二用户定义的跳闸曲线(87、89)，其中所述第一用户定义的跳闸曲线和所述第二用户定义的跳闸曲线是不连续且不重叠的，并且其中限制模式具有用户定义的I2t区和用户定义的瞬时阈值，其处于比所述下游断路器跳闸曲线更高的水平且与所述下游断路器跳闸曲线不重叠。
9.权利要求8的断路器(26)，其中所述跳闸单元(48)进一步响应于来自所述用户界面(46)的第二信号(110)以修改所述第一用户定义的跳闸曲线的参数。
10.权利要求9的断路器(26)，其中所述第一用户定义的跳闸曲线(84、86)参数选自包含下述内容的组：长时阈值、接地故障阈值、短时阈值、时间延迟区和瞬时阈值。
11.权利要求8的断路器(26)，其中所述跳闸单元(48)进一步响应于来自所述用户界面(46)的第三信号以修改所述第二用户定义的跳闸曲线(87、89)的参数。
12.权利要求11的断路器(26)，其中所述第二用户定义的跳闸曲线(87、89)参数选自包含下述内容的组：长时阈值、接地故障阈值、短时阈值、时间延迟区和瞬时阈值。
13.一种断路器系统，包含：
第一断路器，其包含：
第一跳闸单元，所述第一跳闸单元响应于可执行的计算机指令以在无限制模式或限制模式下工作，其中所述无限制模式包括第一跳闸曲线，而所述限制模式包括第二跳闸曲线，所述第一跳闸曲线和所述第二跳闸曲线是不连续且不重叠的，所述第二跳闸曲线具有I2t区和瞬时阈值，其中所述第二跳闸曲线处于比所述第一跳闸曲线更高的操作水平；
第一电流传感器，其电耦合到所述第一跳闸单元；
第一用户界面，其可操作地耦合到所述第一跳闸单元，其中所述第一跳闸单元响应于可执行的计算机指令以响应于来自所述第一用户界面的第一信号修改所述第二跳闸曲线I2t区和瞬时阈值的参数；
第二断路器被电耦合以从所述第一断路器接收电能，所述第二断路器包括：
第二跳闸单元，所述第二跳闸单元被耦合以与所述第一跳闸单元通信，其中所述第二跳闸单元响应于可执行的计算机指令以在限制模式或无限制模式下工作，其中所述无限制模式包括第三跳闸曲线，所述第三跳闸曲线具有I2t区和瞬时阈值，其处于更低的操作水平并且与所述第二跳闸曲线I2t区和瞬时阈值不重叠；
第二电流传感器，其电耦合到所述第二跳闸单元；
第二用户界面，其可操作地耦合到所述第二跳闸单元，其中所述第二跳闸单元响应于可执行的计算机指令以响应于来自所述第二用户界面的第二信号修改所述第三跳闸曲线的参数；
其中所述第二跳闸单元进一步响应于可执行的计算机指令以响应于来自所述第二电流传感器、指示故障状态阈值已经被超过的信号将互锁信号传送给所述第一跳闸单元，其中所述故障状态阈值由所述第三跳闸曲线来加以定义；以及
其中所述第一跳闸单元还响应于可执行的计算机指令以响应于接收所述互锁信号而从所述无限制模式切换到所述限制模式。
14.权利要求13的断路器系统，其中所述第一跳闸单元进一步响应于可执行的计算机指令以响应于来自所述第一用户界面的第三信号修改所述第二跳闸曲线的参数。
15.权利要求14的断路器系统，其中所述限制模式包括第四跳闸曲线，且所述第二跳闸单元进一步响应于可执行的计算机指令以响应于来自所述第二用户界面的第四信号修改所述第四跳闸曲线的参数。
16.权利要求13的断路器系统，其中所述第一跳闸曲线参数选自包含如下内容的组：长时阈值、接地故障阈值、短时阈值、和瞬时阈值。
17.权利要求13的断路器系统，其中所述第三跳闸曲线参数选自包含如下内容的组：长时阈值、接地故障阈值、短时阈值、和瞬时阈值。
18.权利要求15的断路器系统，其中：
所述第二跳闸曲线参数选自包含如下内容的组：长时阈值、接地故障阈值、短时阈值、和瞬时阈值；以及
所述第四跳闸曲线参数选自包含如下内容的组：长时阈值、接地故障阈值、短时阈值、和瞬时阈值。
19.一种操作断路器系统的方法，包括：
定义第一断路器的第一用户定义的跳闸曲线；
定义所述第一断路器的第二用户定义的跳闸曲线，所述第二用户定义的跳闸曲线与第一用户定义的跳闸曲线不连续且不重叠，其中所述第二用户定义的跳闸曲线具有处于比所述第一用户定义的跳闸曲线更高的操作水平的限制I2t区或限制瞬时阈值中的至少一个；
建立第二断路器的第三用户定义的跳闸曲线，其中所述第二断路器被耦合以从所述第一断路器接收电能，所述第三跳闸曲线包含具有斜率的I2t区、时间延迟区以及瞬时阈值，其中所述第三跳闸曲线与所述第二用户定义的跳闸曲线不连续且不重叠；
修改所述第二用户定义的跳闸曲线限制瞬时阈值以及所述第二用户定义的第二跳闸曲线限制I2t区，其中所述经修改的第二用户定义的第二跳闸曲线限制I2t区和所述限制瞬时阈值处于比所述第三跳闸曲线I2t区和所述第三跳闸曲线瞬时阈值更高的操作水平；
在所述第一断路器处从所述第二断路器接收互锁信号；以及
响应于接收所述互锁信号而将所述第一断路器的跳闸响应从所述第一跳闸曲线改变为所述第二跳闸曲线。
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