CN101677048B - 断流器跳闸装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断流器跳闸装置和方法，更具体地，一种可操作地连接于断流器的操作机构的断流器跳闸装置包括传感器和可操作地连接于传感器并响应于该传感器的开关。该开关被定位为使得响应于对诸如电气故障的预定电气情形的探测而改变所述开关的运行状态。控制器可操作地连接于该开关并被配置为响应于所述开关的运行状态而启动所述操作机构。

Description

断流器跳闸装置和方法

技术领域

本文中公开的本发明的实施例涉及断流器或者断路器。更具体地，本发明的实施例涉及在用于断流器或者断路器的跳闸装置中降低例如故障探测器的传感器所需的力。

背景技术

断流器或者断路器使用各种跳闸装置来探测故障并断开与它们连接的电路。跳闸装置包括传感器并启动断路器的操作机构，该操作机构在探测到故障时使得可移动触头与固定触头的接合断开。一些断路器还被配置为远程地使其他断路器跳闸。

断路器中使用的一种类型的跳闸装置是电磁跳闸装置，其通常用来在突发事件期间断开断路器。电磁跳闸装置的一个示例是螺线管，该螺线管串联地连接到断路器的导线上，并且被布置为在导线中的电流超过预定水平时启动操作机构。

断路器中使用的另一种类型的跳闸装置是热跳闸装置，其通常用来在过载事件期间断开断路器。热跳闸装置的一个示例是热元件，典型地为双金属元件(双金属)，该热元件串联地连接到断路器的导线上，并且被布置为在导线中的电流超过预定水平达预定时间量时启动操作机构。这种类型的双金属跳闸装置在现有技术中被称为直接加热的双金属。其他的双金属跳闸装置可以通过加热元件热连接到导线上，加热元件自身串联地连接到导线上。这种类型的双金属/热跳闸装置在现有技术中被称为间接加热的双金属。

许多断路器在所谓的热磁跳闸单元中同时采用电磁跳闸装置和热跳闸装置。在热磁跳闸单元中，可能需要电磁元件或者热元件或者这二者以提供或者克服相对高的跳闸力。使一些断路器的机构跳闸所需的力的量可以为差不多4牛顿，并且较大的断路器可具有高得多的跳闸力。此外，一些装置具有跳闸杆，跳闸杆是被布置成移动、直接附接于该机构的跳闸装置。这将机构和跳闸装置进行联接。

一些设计使用诸如在许多可互换的跳闸单元设计中使用的次级锁闭系统，其能够减少跳闸设备使机构跳闸所需的力。在可互换的跳闸单元构造中，跳闸装置接触作为次级锁闭系统的一部分的跳闸杆，该次级锁闭系统包含以弹簧方式存储的能量。电磁跳闸装置或者热跳闸装置或者这二者随后可释放该次级锁闭系统，该次级锁闭系统然后释放机构。该构造减少了跳闸装置和该机构之间的联接，但是没有消除联接并且明显增加了设计的复杂程度。该次级锁闭系统还增加了成本。此外，虽然减小了释放该锁闭系统所需的力，但是所需的力仍然有些大。例如，在需要大约4牛顿的力来使得机构跳闸的断路器中，该次级锁闭系统可能仍然需要大约2.5牛顿的相对较大的力。

因此，需要一种跳闸装置，其能够使得跳闸装置与操作机构脱开联接并且减少来自故障探测器的使得机构跳闸所需的力的量。

许多断路器还使用辅助跳闸系统。辅助跳闸系统能够以若干种方式使用，但是典型地被用于使得断路器比断路器的初级跳闸装置更快地跳闸。例如，典型的初级电磁跳闸装置可具有诸如一个周期的故意延迟，以给下游的断路器机会来跳闸并消除对上流断路器的故障危险。该故意延迟在较高的电流突发事件中可能是不利的，并且因而可采用辅助跳闸装置来使得断路器在这种情形下更快地跳闸。

例如，现有技术的辅助跳闸系统包括压力驱动的辅助跳闸系统和磁跳闸系统。若干设计限制使得辅助跳闸系统特别难以设计。大多数辅助跳闸系统必须在断路器中获得残余能量来产生机械能量以使得断路器跳闸。例如，在压力驱动的辅助跳闸系统中，断路器排出的气体压力被用作能量源，而在磁跳闸辅助系统中，使用由电流产生的磁力。在两种示例性的类型中，辅助跳闸系统必须获得足够的能量来使得机构跳闸并将残余能量转换为相对高数量的机械力，这可能难以完成，尤其是对于压力驱动的辅助跳闸系统。

因而需求一种需要更少的能量来运行并且更容易调节的辅助跳闸系统。

发明内容

一种可操作地连接于断流器的操作机构的断流器跳闸装置，包括诸如故障探测器的传感器和可操作地连接于该传感器并响应于该传感器的开关。传感器被配置为响应于对例如电气故障的预定情形的探测而改变开关的运行状态。控制器可操作地连接于该开关并被配置为响应于该开关运行状态的改变来启动该操作机构。

此外，包括第一电触头和设置为与该第一电触头可分离地联系的第二电触头的断流器具有操作机构，该操作机构被设置和配置为选择性地断开和闭合该第一电触头和该第二电触头。第一跳闸装置可操作地连接于操作机构以响应于遇到的至少一个第一情形而启动该操作机构，并且第二跳闸装置可操作地连接于操作机构以响应于遇到的至少一个第二情形而启动该操作机构。该第二跳闸装置包括被配置为发送跳闸命令的控制器，具有至少两种运行状态的开关，该开关与该控制器电连接，以及传感器，该传感器被设置并被配置为响应于探测预设电气情形而改变开关的运行状态，预设电气情形为至少一个第二情形。可操作地连接于控制器的致动器和操作机构被设置并被配置为响应于来自控制器的跳闸命令而启动操作机构。控制器被配置为响应于开关运行状态的改变而将跳闸命令发送给致动器。

一种断流器跳闸方法包括：提供传感器、提供开关以及提供控制器。该方法还包括将该开关连接于控制器，配置传感器使得在探测到预设情形时该传感器改变开关的运行状态。在实施例中，该方法通过用控制器来监视开关的运行状态，并且在开关的运行状态改变时用控制器来启动断流器的操作机构而继续。

附图说明

图1示出了根据现有技术的典型的断路器。

图2示出了根据本发明的一个实施例的跳闸装置。

图3示出了具有根据本发明一个实施例的跳闸装置的断路器。

图4示出了断路器，其中根据本发明一个实施例的跳闸装置被用作辅助跳闸单元。

图5示出了断路器，其中根据一个实施例的跳闸装置被用作欠压释放跳闸装置。部件列表100断路器101壳110操作机构120可移动触头130固定触头140导线150负载导体160初级跳闸装置161电磁跳闸装置162螺线管163柱塞165热跳闸装置166热元件200跳闸装置210故障探测器220开关230控制器240致动器250电源300第一跳闸装置300′第二跳闸装置310电磁故障探测器311线圈312柱塞320第一开关330、330′控制器340、340′致动器350、350′电源360热故障探测器361热元件370第二开关410故障探测器420微开关430控制器440致动器450电源500跳闸装置510故障探测器511线圈512柱塞520开关530控制器540致动器

具体实施方式

参考附图，作为到其自身的单元、典型的热磁断路器的一部分以及辅助跳闸装置而公开了根据本发明的实施例的跳闸装置的示例。出于解释的目的，附图中示出了许多具体的细节并且在下面的具体实施方式中对这些具体的细节进行了阐述，以便提供对本发明的实施例的透彻的理解。但是显而易见的是：本发明的实施例可在没有这些具体细节的情况下实施。在其他的例子中，示意性地示出了众所周知的结构和装置以便简化附图。

如图1中所示，断路器100一般包括支撑操作机构110的壳101，操作机构110选择性地将可移动触头120移动到与固定触头130形成接合和将可移动触头120移动到与固定触头130断开接合。固定触头130典型地连接于导线140，并且可移动触头典型地连接于负载导体150。断路器100优选地包括至少一个初级跳闸装置160，例如电磁跳闸装置161和/或热跳闸装置165，当碰到预设的情形时初级跳闸装置160启动操作机构110。在示例性的电磁跳闸装置161的情形下，螺线管162连接于断路器100的导线140并且被布置为使得螺线管162的柱塞163响应于例如当导线140中的电流超过预设水平时的突发事件而启动操作机构110。在示例性的热跳闸装置165的情况下，例如双金属元件(双金属)等的热元件166连接于导线140并被布置为使得热元件166响应于过载事件而启动操作机构。当使用双金属元件时，双金属元件随着时间推移响应于电流负载而加热并变形，直到当已经超过预设电流达预定时间量时，其启动操作机构110。

尽管本文中公开的本发明的实施例将可移动触头和固定触头以及螺线管作为示例性的电磁跳闸装置，并将双金属作为热跳闸装置，但是应当理解的是：本发明的范围不限于此。例如，本发明的实施例还可采用二者均可移动的一对触头，或者可采用多对触头，诸如双断路系统。其他的实施例可以采用非螺线管的电磁跳闸装置，诸如磁/衔铁装置；并且可以采用其他热元件，诸如用于热跳闸装置的形状记忆装置。所有此类备选实施例均被考虑并且被认为处于本文中所公开的本发明的范围内。

如图2中所见，根据一个实施例的跳闸装置200可包括监视诸如导线140的部件的传感器210，和例如微开关的开关220。开关220具有包括“开”状态和“关”状态的至少两个运行状态。故障探测器210被布置为或者被配置为当在受监视的部件上、通过受监视的部件或者在受监视的部件中探测到例如故障的预定电气情形时改变开关220的运行状态。故障探测器210可以是电磁跳闸装置、热跳闸装置、电弧闪光跳闸装置或者其他合适的传感器、故障探测器或者能够产生改变开关220的运行状态所需的力的跳闸装置。预设的电气情形可包括但不限于例如诸如在电流突发事件期间电流超过预设值或者水平的情形，诸如在过载事件中电流超过预设值或者水平达预设时间量的情形，以及发生电弧闪光的情形。

开关220与控制器230电连接，且控制器230还与致动器240电连接。控制器230监视开关220的运行状态和/或响应于开关220的运行状态的改变并且在合适时启动致动器240。在一个实施例中，包括电源250以向控制器230、致动器240和/或开关220提供电力。电源250可以是电流互感器(CT)、电池或者其他合适的电源。

一个实施例的控制器230是与开关220和致动器240电连接的印刷电路板(PCB)或者插件式计算机，并且控制器230被配置为响应于开关运行状态的改变而向致动器240发出或者发送跳闸信号。在备选的实施例中，控制器可包括与开关220和致动器240电连接的微处理器，并且控制器配备响应于开关的运行状态的改变而启动致动器240的逻辑。

尽管在示例性的实施例中已经将控制器230描述为插件式计算机，但是其可以是能够接收数据和计算机可执行指令、执行指令来处理数据并呈现结果的任何合适的电子装置。控制器230还可以是但不限于微处理器、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、单板计算机或者这些计算机的任意组合。指令可通过电子数据卡、话音起动、手动选择和控制、电磁辐射以及电子或者电气传输输送至控制器230。

本发明的一个实施例可包括用于计算机实施的过程和实现此类过程的装置，例如控制器230。另外，一个实施例可包括计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机代码，例如在有形介质上的目标代码、源代码或者可执行代码等，有形介质为诸如磁介质(软盘、硬盘驱动器、磁带等)、光学介质(光盘、DVD、磁光盘等)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪盘(flashROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)或者计算机程序代码可存储在上面并且计算器程序代码可通过其被加载到计算机中并被计算机执行的任何其他计算机可读存储介质。当计算机执行计算机程序代码时，计算机变成用于实施本发明的装置，在通用目的的微处理器上通过配置具有计算机代码段的微处理器产生特定的逻辑电路。可执行指令的技术效果在于当故障探测器探测到故障时启动致动器。

计算机程序代码用可由控制器执行的计算机指令编写，例如呈任何程序语言编码的软件形式。合适的程序语言的示例包括但不限于汇编语言、VHDL(VerilogHardwareDescriptionLanguage，verilog硬件描述语言)、甚高速IC硬件描述语言(VHSICHDL)、FORTRAN(FormulaTranslation，公式翻译语言)、C、C++、C#、Java、ALGOL(AlgorithmicLanguage，Algol算法语言)、BASIC(BeginnerAll-PurposeSymbolicInstructionCode，初学者通用符号指令代码)、APL(AProgrammingLanguage，APL语言)、ActiveX、HTML(HyperTextMarkuplanguage，超文本标记语言)、XML(eXtensibleMarkupLanguage，可扩展标记语言)以及其中一种或多种这些语言的任意组合或者衍生。

如图3中所见，实施例的跳闸装置300、300′可以用作初级跳闸装置。作为图1的现有技术中所见的电磁初级跳闸装置161的替代，一个实施例的第一跳闸装置300包括连接于断路器的导线的电磁传感器310，并且电磁传感器310被定位为使得其便于改变第一开关320的运行状态。电磁故障探测器310包括具有连接于导线的线圈311的螺线管和柱塞312，使得当预定电流值或者水平在导线中被超过时，柱塞132移动以改变开关320的运行状态。控制器330通过启动致动器340来对第一开关320的运行状态的改变做出响应，致动器340使得断路器100的操作机构110跳闸。尽管已经通过示例的方式描述了线圈311和柱塞312(螺线管)型的电磁传感器，但是应当清楚：在实施例的范围内可以采用其他的电磁传感器。为了供给开关320、控制器330和/或致动器340所需的电力，提供例如CT的电源350。

如图3的示例性实施例中所见，使用根据一个实施例的第二跳闸装置300′替代初级热跳闸装置。该第二跳闸装置300′包括连接于导线140或者断路器100的负载导体150的热传感器360。热传感器360包括诸如双金属的、连接于导线的热元件361，使得热元件响应于流经导线140或者负载导体150的电流而加热。当电流超过预定电流值或者水平达预定时间量时，热传感器的热元件361变形并改变第二开关370的运行状态，而不是直接作用在断路器100的操作机构上。控制器330′通过启动致动器340′来对第二开关370的运行状态的改变做出响应，致动器340′使得断路器100的操作机构跳闸。为了供给开关370、控制器330′和/或致动器340′所需的电力，提供例如CT的电源350′。尽管在图3中所示的实施例中示出了完整的第二跳闸装置，但是备选的实施例可分享第一装置300的控制器330、致动器340和/或电源350。还应当清楚的是：两个初级跳闸装置均不需要被替换而是只是这些初级跳闸装置中的一个可用实施例替换。

如图4中所见，可采用实施例作为辅助跳闸单元。出于阐述目的，结合本发明的实施例，示出了采用热磁跳闸单元的断路器100，并且该断路器100包括电磁初级跳闸装置161和热初级跳闸装置165。作为辅助跳闸装置，传感器410例如连接于断路器100的负载导体150。传感器410可以是所示的电磁传感器、不同类型的电磁传感器、热传感器、电弧闪光传感器或者所需的其他类型传感器。如所示的，传感器410监视负载导体150中的电流并响应于负载导体中超过预定电流值或者水平的电流(诸如例如明显比使一个或者多个初级跳闸装置跳闸的电流更高的电流)而改变开关420的运行状态。当开关420的运行状态改变时，连接于开关420的控制器430启动致动器440，并且致动器440使得断路器100的操作机构110跳闸。电源450为控制器430和/或致动器440提供电力，并且电源450可采用电流互感器形式、电池形式、AC电源形式或者其他合适的电源形式。此外，尽管图4中所示的辅助跳闸装置具有布置于在其中发生传感的相同断路器中的致动器440，但是应当清楚：相反地辅助跳闸装置可控制远程断路器中的远程致动器440，而且根据断路器安装于其中的特定电力系统的需要，这种远程断路器可以是并列的、上游的或者下游的。

在图2-4中，在配置中示出的开关处于“关”状态，并且开关通过故障探测器至少瞬时地改变到“开”状态。这些开关可相反地布置成使得它们由传感器保持在“开”状态，并且当检测到故障时至少瞬时地改变到“关”状态。例如，在诸如图5中示意性示出的实施例的欠压释放装置中，跳闸装置500用故障探测器510监视线电压，在该情况下，UVR螺线管包括线圈511和柱塞512。柱塞512将开关520保持在“开”位置直到线电压低于预定值，例如低于螺线管的阈值。一旦线电压下降到低于预定水平，则控制器530通过启动致动器540来响应，从而使得断路器100的操作机构110跳闸。

通过使用跳闸装置中的开关并且尤其是使用微开关来启动致动器而跳闸，实施例明显地减小了诸如故障探测器的传感器使断路器跳闸而必须产生的力的量。传感器仅需要产生足够的力来改变开关的状态，这导致致动器使断路器跳闸。致动器提供原先传感器所需的力以使得断路器跳闸。因而，实施例中的传感器可比现有技术装置中的那些传感器小很多，这可以导致成本降低和尺寸缩小，但是还可生产更容易校准的跳闸装置。

尽管已经参考了一个或者多个示例性的实施例描述了本公开内容，但是本领域的技术人员将理解的是：对于本发明的元件可以进行各种变化并且可以进行各种等同替换而不脱离本发明的保护范围。此外，可以进行许多的更改以使特定的情形或者材料适于本公开的教导而不脱离其范围。因此，其意图在于本发明公开不限于被认为是用来实现本发明的最佳模式而公开的具体实施例，而是在于本发明将包括落入所附权利要求范围内的全部实施例。

Claims (13)

1.一种可操作地连接于断流器的操作机构上的断流器跳闸装置，该跳闸装置包括：

故障探测器；

微开关，其可操作地连接于所述故障探测器并响应于所述故障探测器，并且该微开关被定位成使得所述故障探测器响应于对电气故障的探测而改变所述微开关的运行状态；

控制器，其可操作地连接于所述微开关，并且所述控制器被配置以响应于所述微开关的运行状态的改变而启动所述操作机构。

2.如权利要求1所述的跳闸装置，其特征在于，所述故障探测器是电磁传感器，该电磁传感器被布置成响应于电流突发事件而改变微开关的运行状态。

3.如权利要求2所述的跳闸装置，其特征在于，所述电磁传感器是螺线管，所述螺线管连接于导线并响应于所述导线的电流，以使得所述螺线管便于响应于超过电流的预定值而改变所述微开关的运行状态。

4.如权利要求3所述的跳闸装置，其特征在于，所述螺线管便于响应于电流突发事件而将所述微开关的运行状态改变到“开”。

5.如权利要求1所述的跳闸装置，其特征在于，所述故障探测器是热传感器，该热传感器被布置为响应于过载事件而改变微开关的运行状态。

6.如权利要求5所述的跳闸装置，其特征在于，所述热传感器是连接于导线的双金属，使得所述双金属便于响应于经过所述双金属的电流量的预定值被超过达预定时间量而改变所述微开关的运行状态。

7.如权利要求1所述的跳闸装置，其特征在于，所述故障探测器是电弧闪光探测器，所述电弧闪光探测器被布置为响应于电弧闪光事件而改变微开关的运行状态。

8.一种断流器，包括：

第一电触头；

第二电触头，其被设置为与所述第一电触头可分离地联系；

操作机构，其被设置和配置为选择性地断开和闭合所述第一电触头和所述第二电触头；

第一跳闸装置，其可操作地连接于所述操作机构，以便响应于遇到的至少一个第一情形而启动所述操作机构；以及

第二跳闸装置，其可操作地连接于所述操作机构，以响应于遇到的至少一个第二情形而启动所述操作机构，所述第二跳闸装置包括：

控制器，其被配置为产生跳闸命令；

微开关，其具有包括“开”状态和“关”状态的至少两种运行状态，所述微开关与所述控制器成电气联系；

故障探测器，其被设置并配置为响应于探测到的故障而改变所述微开关的运行状态，所述故障为至少一个第二情形；

致动器，其可操作地连接于所述控制器和所述操作机构，所述致动器被设置并配置为响应于来自所述控制器的跳闸命令而启动所操作机构；

电源，其被设置并配置为向所述微开关、所述致动器以及所述控制器提供电力；以及

所述控制器被设置并配置为便于响应于被改变的微开关的运行状态而将跳闸命令发送给所述致动器(440)。

9.如权利要求8所述的断流器，其特征在于，所述故障探测器是电磁传感器，该电磁传感器被布置成响应于电流突发事件而改变微开关的运行状态。

10.如权利要求8所述的断流器，其特征在于，所述故障探测器是热传感器，该热传感器被布置为响应于过载事件而改变微开关的运行状态。

11.如权利要求8所述的断流器，其特征在于，所述故障探测器是电弧闪光探测器，所述电弧闪光探测器被布置为响应于电弧闪光事件而改变微开关的运行状态。

12.一种断流器跳闸方法，包括：

提供故障探测器；

提供微开关；

提供控制器

将微开关连接于控制器；

放置所述提供故障探测器使得当探测到故障时，该故障探测器改变所述微开关的运行状态；

用所述控制器监视所述微开关的运行状态；以及

当所述微开关的运行状态改变时，用所述控制器启动断流器的操作机构。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，提供所述故障探测器包括提供电磁传感器、热传感器和电弧闪光传感器中的至少一种，该电磁传感器或热传感器被布置成响应于过载事件而改变所述微开关的运行状态，而该电弧闪光探测器被布置成响应于电弧闪光事件而改变所述微开关的运行状态。