CN101755319A - 电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法 - Google Patents

电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101755319A
CN101755319A CN200880100023A CN200880100023A CN101755319A CN 101755319 A CN101755319 A CN 101755319A CN 200880100023 A CN200880100023 A CN 200880100023A CN 200880100023 A CN200880100023 A CN 200880100023A CN 101755319 A CN101755319 A CN 101755319A
Authority
CN
China
Prior art keywords
breech lock
predetermined value
response
separable contact
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200880100023A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101755319B (zh
Inventor
P·W·米尔斯
K·D·根涅
R·G·本肖夫
J·M·麦考密克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Corp
Original Assignee
Eaton Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Corp filed Critical Eaton Corp
Publication of CN101755319A publication Critical patent/CN101755319A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101755319B publication Critical patent/CN101755319B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
    • H01H2071/124—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit with a hybrid structure, the solid state trip device being combined with a thermal or a electromagnetic trip
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/58—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by push-button, pull-knob, or slide

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

一种断路器(1)包括：外壳(112)、可分离的接触(170，172)、以及包括闩锁(20)的操作机构(19)。所述操作机构响应于所述闩锁的启动而打开所述接触。跳闸机构(27)与所述闩锁协作以跳闸打开所述接触。所述跳闸机构包括：热过载机构(184，190)，其响应于由流过所述接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；螺线管(98)，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及处理器(55)，其反复地确定(202)流过所述接触的电流的值，判断(204，208)所述值是否超过预定值(K1)多次，并响应性地激励(208，210)所述螺线管，以使所述螺线管对所述闩锁的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以缩短跳闸打开所述接触的时间。

Description

电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法
技术领域
本发明总体涉及电开关设备，更具体地，涉及断路器，例如，航空器或宇航断路器。本发明还涉及中断电源电路的过电流的方法。
背景技术
断路器用于保护电路免于受到由过电流条件(例如过载条件或相对高电平的短路或故障条件)引起的损害。在用于家用的轻便商业应用的通常称为小型断路器的小的断路器中，典型地由热-磁跳闸装置提供这样的保护。该跳闸装置包括双金属器件，该双金属器件响应于持续性过电流条件而发热和弯曲。该双金属器件又解开弹簧传动的操作机构，该弹簧传动的操作机构打开断路器的可分离接触，从而中断受保护的电力系统中的电流流动。
已知提供与双金属器件联合操作的悬臂式环境补偿双金属器件。当被加热时，该双金属器件使绝缘滑梭(shuttle)移动，该滑梭牵引环境补偿双金属器件，该环境补偿双金属器件又附接到跳闸闩锁构件。环境温度条件的升高或降低使得双金属器件的自由端和环境补偿双金属器件的自由端沿着相同方向移动，从而在两个双金属器件端部之间保持合适的间隙，以消除环境温度的改变的影响。在过电流条件下，双金属器件和绝缘滑梭牵引环境双金属器件，该环境双金属器件使得跳闸闩锁构件移动以跳闸打开操作机构。
例如，将超小型断路器用于航空器或宇航电气系统，其中这些超小型断路器不仅提供过电流保护，而且用作用于开启和关断设备的开关。这样的断路器必须很小以适应短路器面板的高密度布局，该短路器面板使得用户可使用用于众多电路的断路器。例如，航空器电气系统通常包括几百个断路器，每一个断路器都通过推拉手柄用于电路保护功能以及电路断开功能。
通常，超小型断路器已提供对抗持续性过电流的保护，该保护是通过由响应于由过电流引起的I2R发热的双金属器件触发的闩锁而实现的。提供额外的保护日益引起关注，并且，最重要的是电弧故障保护。
在偶发的电弧故障条件期间，由于故障电流的均方根(RMS)值太小而不能启动自动跳闸电路，断路器的过载能力将不起作用。向断路器添加电弧故障探测能力会增加喷溅电弧保护所需的元件之一--理想情况下，电弧故障探测电路的输出直接使断路器跳闸并由此打开断路器。例如，参见美国专利6,710,688；6,542,056；6,522,509；6,522,228；5,691,869；以及5,224,006。
美国专利6,864,765、6,813,131、6,710,688、6,650,515和6,542,056公开了包括三种不同跳闸模式的断路器，所有这三种跳闸模式都采用跳闸闩锁以启动操作机构且使可分离的接触跳闸打开。这三种跳闸模式包括：(1)由双金属器件检测过电流条件(热跳闸)，该双金属器件通过滑梭和环境补偿双金属器件来启动跳闸闩锁；(2)由电子电路检测电弧故障(和/或接地故障)条件，其中电子电路激励跳闸电动机以启动跳闸闩锁；以及(3)相对高电流条件(瞬间跳闸)也引起跳闸闩锁。
美国专利7,170,376公开了一种小型线圈组件，其包括由电弧故障检测电路和柱塞(plunger)控制的线圈。细长的环境温度补偿双金属器件被内部连接到环境温度滑块，从而部分地通过环境温度补偿双金属器件控制该滑块的横向移动。柱塞被耦合到环境温度滑块，以与滑块一起实现电弧故障跳闸功能。
如果断路器操作机构不能相对快速地打开可分离的接触，则会损坏断路器的内部部件。例如，已知如果过电流或故障条件持续太长时间，则可分离的接触会熔接为闭合的。此外，当可分离的接触使电源电路断开时，过长的跳闸时间会产生碳。该碳会在故障之后引起电介质击穿，且会在打算打开断路器时允许载流路径。并且，安装的断路器会被腐蚀、粘住或以其他方式被损坏。这可引起断路器的保护对应的电源电路免受热过载的能力的主要改变。
一种已知的断路器包括熔断丝(fusible link)，其用于防止可分离的接触的熔合以及从而防止不能断开电源电路。如果可分离的接触溶解或者如果发生电介质击穿，则该熔断丝打开。
在诸如断路器的电开关设备中存在改进的空间。
在中断电源电路的过电流的方法中也存在改进的空间。
发明内容
通过本发明的实施例可满足这些以及其他需求，本发明的实施例采用热过载机构来响应于由流过可分离的接触的电流引起的热故障而启动操作机构闩锁。电磁器件与热过载机构协作来响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁。处理器反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件。所述电磁器件对所述闩锁的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以缩短跳闸打开所述可分离的接触的时间。
根据本发明的一个方面，一种电开关设备包括：外壳；可分离的接触；操作机构，其包括闩锁，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以及跳闸机构，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸机构包括：热过载机构，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；电磁器件，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及处理器，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件。
所述电开关设备可具有额定电流，并且所述预定值可以为所述额定电流的约十二倍。
作为本发明的另一方面，一种断路器包括：外壳；可分离的接触；操作机构，其包括闩锁，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以及跳闸机构，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸机构包括：热过载机构，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；电磁器件，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及处理器，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件，以使对所述闩锁的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以缩短跳闸打开所述可分离的接触的时间。
所述处理器还被构造为周期性地测量电压且确定流过所述可分离的接触的电流的峰值。
作为本发明的又一方面，一种中断流过电源电路的电流的方法包括：读出流过所述电源电路的所述电流；反复地确定流过所述电源电路的所述电流的值；判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励电磁器件；响应于被激励的所述电磁器件而启动闩锁；同时，响应于与流过所述电源电路的电流操作地相关联的热故障而启动所述闩锁；以及响应于被启动的所述闩锁而打开可分离的接触。
所述方法还采用第一预定值作为所述预定值；响应于超过所述第一预定值的值而将第二预定值加到累加器；以及当所述累加器超过第三预定值时激励所述电磁器件。
所述方法还周期性地从所述累加器减去第四预定值。
在第一预定时间之后，当所述值超过所述第一预定值时，所述方法将所述第二预定值加到所述累加器；并且在第二预定时间之后，从所述累加器减去所述第四预定值。
所述方法还从所述累加器减去所述第四预定值，而不管所述值是否超过所述第一预定值。
附图说明
当结合附图阅读之后，可通过对优选实施例的以下描述获得对本发明的完全理解，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的断路器的框图；
图2是图1的断路器的操作机构的截面视图；
图3是图2的操作机构的包括热过载机构的一部分的垂直正视图；以及
图4是通过图1的微控制器执行的固件的流程图。
具体实施方式
如在此所采用的，术语“数”应表示一或者大于一的整数(即，多个)。
如在此所采用的，两个或多个部分被“连接”或“耦合”在一起的表述应表示这些部分被直接接合在一起或者通过一个或多个居间部分而接合在一起。此外，如在此所采用的，两个或多个部分被“附接”的表述应表示这些部分被直接接合在一起。
如在此所采用的，术语“热故障”应表示热过载电流条件或其它过电流条件。
与航空器或宇航电弧故障断路器相关联地对本发明进行描述，但本发明可适用于电开关设备的宽广范围，例如，适于检测宽广范围的故障(例如电源电路中的电弧故障和/或接地故障)的断路器。
参考图1，电弧故障断路器1被连接在电力系统11中，该电力系统11具有线路导线(L)13和中性导线(N)15。断路器1包括可分离的接触17，该接触17被电连接在线路导线13上。通过操作机构19打开和闭合可分离的接触17。除了通过手柄(未示出)手动操作之外，也可通过跳闸组件21来启动操作机构19以打开可分离的接触17。该跳闸组件21包括常规的双金属器件23，该双金属器件23由于持久性过电流而被加热且弯曲，从而启动操作机构19而打开可分离的接触17。虽然不是必要的，但可通过由非常高的过电流产生的大的磁力而吸引跳闸组件21中的电枢25，从而也启动操作机构19，提供瞬时跳闸功能。
断路器1还具有电弧故障检测器(AFD)27。通过监测通过引线31加在双金属器件23两端的相对于局部接地基准47的电压，AFD 27读出电力系统11中的电流。该电压代表流过可分离的接触17的电流。如果AFD27在电力系统11中检测到电弧故障，则产生跳闸信号35，该跳闸信号开启开关(例如可控硅整流器)37以激励跳闸线圈39。当被激励时，跳闸线圈39启动操作机构19以打开可分离的接触17。与跳闸线圈39串联的电阻器41限制线圈电流，并且电容器43保护SCR 37的门极免受电压尖峰和由噪声引起的假跳闸。可替代地，不需要采用电阻器41。
AFD 27与操作机构19协作以响应于电弧故障条件而跳闸打开可分离的接触17。AFD 27包括有源整流器和增益级45，其整流且适当放大通过引线13和局部接地基准47加在双金属器件23两端的电压。有源整流器和增益级45在输出51上输出代表双金属器件23中的电流的整流信号49。通过峰值检测电路53和微控制器(μC)55而输入整流信号49。
有源整流器和增益级45和峰值检测电路53形成适于基于在电力系统11中流动的电流而确定整流的交流脉冲的峰值振幅59。通过峰值检测电路53来存储该峰值振幅59。
μC 55包括模数转换器(ADC)61、微处理器(μP)63和比较器65。μP 63包括一个或多个电弧故障算法67和跳闸程序100(图4)。ADC 61通过μP 63将整流的交流脉冲的模拟峰值振幅59转换为用于输入的对应数字值。μP 63、电弧故障算法67和ADC 61形成第二电路69，该第二电路69适于判断电流脉冲的峰值振幅是否大于预定振幅。而算法67响应性地采用该峰值振幅来确定电力系统11中是否存在电弧故障条件。
μP 63包括适于使峰值检测电路59复位的输出71。第二电路69还包括比较器65，该比较器65用于基于从合适的基准73(例如，稍微大于零的合适的正值)上方或下方(或从上方到下方)平移的整流信号49而确定在电力系统11中流动的电流的交流脉冲的状态的改变(或者负(即，负向)零相交)。响应于该负零相交，如由比较器所判断的，μP 63使得ADC 61将峰值振幅59转换为对应的数字值。
AFD 27所采用的示例性的电弧故障检测方法为“事件驱动”，因为其在直到由比较器65所检测的电流脉冲发生为止为非活化的(例如，停滞的)。当这样的电流脉冲发生时，算法67记录由峰值检测电路53和ADC61确定的电流脉冲的峰值振幅59以及由计时器(未示出)联合μP63测量的从最后的电流脉冲发生起所经过的时间。然后，电弧故障检测方法使用该算法67来处理电流振幅和时间信息，以判断是否存在危险电弧故障条件。虽然示出了示例性的AFD方法和电路，但本发明适用于宽范围的AFD方法和电路。参见，例如，美国专利6,710,688；6,542,056；6,522,509；6,522,228；5,691,869；以及5,224,006。
μC 55的μP 63的数字输出79包括跳闸信号35。μC 55的模拟输入81接受用于ADC 61的峰值振幅59。因此，μP63测量双金属器件23的电压，确定流过可分离的接触17的电流的值，并产生跳闸信号35。
如下面将要结合图2讨论的，诸如螺线管的电磁器件(例如，微型线圈组件98)包括由μP63控制的跳闸线圈39和柱塞102。操作机构19包括闩锁20(图2)且被构造为响应于闩锁20的启动而打开可分离的接触17。μP 63和微型线圈组件98与操作机构闩锁20协作而跳闸打开可分离的接触17。特别地，柱塞102(当μP输出79激励跳闸线圈39时该柱塞102移动)被耦合到环境温度补偿双金属器件190(图2)和环境温度滑块182(图2)，以利用其实现跳闸功能。因此，这跳闸打开可分离的接触17(图1)(图3的170、172)。双金属器件23(图1)提供热过载机构(包括图2的双金属器件184和环境温度补偿双金属器件190)，该热过载机构被构造为响应于由流过可分离的接触17的电流引起的热故障而启动闩锁20。
如下面将要结合图2和4讨论的，微型线圈组件98与环境温度补偿双金属器件190协作以响应于被μP输出79激励的跳闸线圈39而启动闩锁20。特别地，μP程序100(图4)被构造为反复地确定流过可分离的接触17的电流的值，判断该值是否超过预定值多次，并且响应性地激励跳闸线圈39。这与通过双金属器件184(图2)对闩锁20的启动同时地启动该闩锁20，以缩短跳闸打开可分离的接触17的时间。
参考图2，断路器1包括外壳112，在外壳112上具有一对端子114和116，这对端子从外壳112的外部延伸，以分别电连接到电源和负载。带螺纹的导电套管118从外壳112的外部延伸，以导引柱塞组件121的手动操作机构。与螺母(未示出)连接的套管118为面板(未示出)上的断路器1提供安装和导电连接机构。
手动操作机构120优选设置有跳闸指示器122。手动操作机构120和跳闸指示器122能够相对于套管118轴向滑动。手动操作机构120设置有中心部分124，该中心部分124具有延伸其长度的约一半的中心槽126。
U形夹或热闩锁部件136设置有闩锁表面138和从动部分(dependingportion)140。通过销142枢轴地支撑U形夹136，该销142可在插槽(未示出)中相对于手动操作机构120移动。销142的端部被夹持在中心壳体112中的沟槽(未示出)内，所述沟槽导引其轴向移动。
通过销142枢轴地支撑机械闩锁部件146(在图2中仅仅示出了一个闩锁部件146)，并且该机械闩锁部件146被容纳在手动操作机构120中的插槽126中。闩锁部件146设置有闩锁表面148(在图2中仅仅示出了一个闩锁表面148)，该闩锁表面148适于使协同操作的闩锁表面150接合在套管118上。枢轴闩锁部件146被构造为接合闩锁表面150，直到启动闩锁20为止。
在机械闩锁部件146中具有凸轮孔151(仅仅示出了一个孔151)，该凸轮孔151限定凸轮表面152(仅仅示出了一个凸轮表面152)，所述凸轮表面152相对于手动操作机构120的往复运动轴成锐角地设置，从而实现对断路器1的手动打开。两个下凸轮表面154(仅仅示出了一个凸轮表面154)相对于手动操作机构120的往复运动轴基本成直角地设置，以提供对断路器1的强制联锁。中心部分124承载凸轮销156，该凸轮销156延伸跨过插槽126，且穿过机械闩锁部件146的凸轮孔151，以与其操作接合。
弹簧162被设置为相对于套管118向上地弹性偏置手动操作机构120、U形夹136和闩锁部件146。
在接触柱塞组件165的可移动接触托架或柱塞164中具有用于容纳U形夹136的中心开口166。接触托架164承载着接触桥168(示于图3中)，该接触桥168具有位于其上的一对可移动的接触170(在图3中仅仅示出一个接触170)。可移动的接触170可与固定接触172(图3)接合，以完成从端子114经过断路器1的电流响应双金属器件184到端子116的电路，如将要描述的。螺旋形线圈柱塞回位弹簧174(图2)的一端与外壳112的弹簧承座部分175端接，另一端与可移动接触托架164端接，以使接触托架164通常相对于外壳112向上偏置。
在接触托架164中具有用于容纳热或过载滑块180和环境温度滑块182的横向延伸的插槽178。过载滑块180在细长的电流响应双金属器件184的作用下在接触托架164的内部可移动，该电流响应双金属器件184通过在其每一端处的端部支撑185而被保持在外壳112内。
U形夹导引组件(例如，由陶瓷制成)186将过载滑块180耦合到双金属器件184且使其与金属片184绝缘。过载滑块180具有插槽188，该插槽容纳U形夹136且与U形夹136紧密协作，以响应于滑块180的横向移动(例如，关于图2向右移动)实现对闩锁20的启动和对U形夹136的释放。这又释放闩锁部件146，以打开接触170、172。
环境温度滑块182位于过载滑块180之下且在细长的环境温度补偿双金属器件190的作用下在接触托架164的内部可移动，该环境温度补偿双金属器件190是环境补偿组件192的一部分，该环境补偿组件192包括可调节螺旋导向装置193、校准螺杆194和补偿弹簧195。
环境温度补偿双金属器件190被联锁到环境温度滑块182，从而通过该双金属器件190而部分地控制该滑块182的横向移动。环境温度滑块182具有插槽196，当断路器1处于接触闭合位置(如图所示)时，该插槽196容纳U形夹136的弯钩端从动部分140。在接触闭合位置中，U形夹136的闩锁表面138利用由弹簧174提供的向上弹性偏置所确定的压力而接合位于插槽196的周缘附近的环境温度滑块182的上表面。
作为本发明的一个重要方面，响应于过载滑块180而释放U形夹136，并且将环境温度滑块182构造为当μP输出79(图1)激励跳闸线圈39时，响应于柱塞102而同时地释放U形夹136，以缩短跳闸打开可分离的接触17(图1)的时间。
图3示出流经图2的断路器1的电流路径。当可分离的接触17(接触170、172)闭合时，通过接触组件216来建立电流路径，包括线路端子114和第一固定接触172A，第一可移动的接触170到接触桥168到第二可移动的接触170(未示出)，第二可移动的接触170到第二固定接触172B，通过第一柔性导体218而从第二固定接触172B到双金属器件184的第一支路(未示出)，经过双金属器件184到其第二支路(未示出)到第二柔性导体220，并且到负载端子116。
实例1
图4示出程序100，其由图1的μP 63执行。响应于μC 55的周期性计时中断，中断服务程序始于200。这允许μP 63周期性地(例如，非限制性地，每隔约1.25毫秒)确定流经可分离的接触17的电流的峰值。接下来，在202，从ADC 61读出该峰值电流，其中该ADC 61转换由峰值检测电路53所存储的整流的交流脉冲的峰值强度59。接下来，在204，判断在202处测量的峰值电流是否超过预定值(K1)(例如，非限制性地，约为断路器1(图1)的额定电流的十二倍)。如果峰值电流超过预定值(K1)，则在206，响应性地将预定值(K2)(例如，非限制性地，五)加到累加器。由于程序100周期性运行，因此当峰值电流超过预定值(K1)时，该步骤周期性地将预定值(K2)加到累加器。接下来，在208，判断累加器是否超过预定值(K3)(例如，非限制性地，20)。如果累加器超过预定值(K3)，则在210，通过使跳闸信号35(图1)输出经过μP输出79，使断路器1跳闸。这响应于被激励的微型线圈组件98而启动闩锁20(图2)。同时，该闩锁20还响应于与流过电源电路11的电流操作地相关的热故障而被双金属器件184(图2)启动。而可分离的接触17又响应于被启动的闩锁20而被打开。
如果测试在204或208处为否，则从累加器减去预定值(K4)(例如，非限制性地，一)。由于程序100周期性运行，因此该步骤周期性地从累加器减去预定值(K4)。在212之后，在214，中断服务程序返回到μP 63的背景程序(未示出)。可替代地，如果测试在204处为否，则可跳过步骤212，并且在214使中断服务程序返回。
实例2
断路器1检测流经双金属器件23的负载电流，该双金属器件23与线路导体13串联，由此与负载导体14串联。当μP 63判断所读出的电流超过额定电流的约十二倍(12X)合适的发生次数时，其将跳闸信号35输出到跳闸线圈39，这使得可分离的接触17打开。因此，程序100允许μP63通过双金属器件23两端的电压检测快速电流尖峰，并且响应性地启动跳闸线圈39。
实例3
例如，μC 55(例如，非限制性地，由Microchip Technology Inc.ofChandler，Arizona出售的外设中断控制器(PIC)16F684Microcontroller)每隔约1.25mS(例如，非限制性地，与400Hz的120VAC线路循环的每次零相交(正或负)同步)地从双金属器件23对峰值电流采样。如果采样的峰值电流大于断路器额定电流的十二倍，则μP 63填充累加器(存储桶)。例如，累加器的跳闸阈值被设定为例如大于20个单位。对于采样的峰值电流大于断路器额定电流的十二倍，μP 63每个隔半循环(例如，每隔1.25mS)增加五个单位。并且，每隔一个循环(例如，2.5mS)，μP 63减去一个单位。由此，在五个示例性半循环(例如，6.25mS)之后，μP 63已减去两个单位(因为仅仅经过了2.5个全循环)，且已增加25个单位(每半循环五个单位乘以五个半循环)，得到23个单位(＝25个单位-2个单位)的净增长，这超过了跳闸阈值。
这是用于打开可分离的接触17的冗余机制，并且通常能够提供相对更快的跳闸时间，以防止内部部件损坏。并且，如果可分离的接触17被接合在一起，或者，如果操作机构19由于毛刺或外来残渣而被挂住，则微型线圈组件98将“捶打”接触17而用螺线管力打开。
实例4
μP 63可以采用与示例性跳闸程序100(图1和4)联合的任何数目的已知或合适的电弧故障跳闸算法。
实例5
在额定电压下最大可能的短路电流的过电流的情况下，通过用微型线圈组件98(例如，非限制性地，跳闸螺线管)的柱塞102来扳动(例如，非限制性地，关于图2向左)环境温度补偿双金属器件190，μP 63快速打开操作机构19，同时，双金属器件23(图2的双金属器件184)由于受热而向相反方向偏转。由于两种移动的联合作用，这缩短了跳闸时间(例如，缩短通过电-机械辅助而脱离弹簧加载的闩锁20的时间)。
实例6
所公开的断路器1提供防故障装置和冗余机构，用以起动跳闸和中断电流流动。如果双金属器件23(热过载机构184、190)或操作机构19受损且无法(例如，非限制性地，机械跳闸机构由于毛刺和/或外来残渣而被挂住)使操作机构19热跳闸，则防故障装置/冗余机构可靠地启动跳闸。这提供了额外的安全性而没有额外的熔丝成本。这通过确保快速、可重复的跳闸时间而保护断路器1的双金属器件23。这减轻了对断路器1、飞机布线系统和外围设备的损坏。
实例7
虽然公开了可分离的接触17、170、172，但可以采用合适的固态可分离的接触。例如，所公开的断路器1包括合适的断路器机构，例如通过操作机构19打开或闭合的可分离的接触17，但本发明适用于宽广范围的断路机构(例如，非限制性地，固态或FET开关；接触器接触)和/或基于固态的控制/保护装置(例如，非限制性地，驱动器；软起动器)。
虽然详细描述了本发明的特定实施例，但本领域技术人员将理解，根据本公开的总体教导，可以发展对这些细节的各种修改和替代物。因此，所公开的具体设置仅仅是示例性的，而不限制本发明的由所附权利要求的整个范围及其任何和全部等同替代所给出的范围。

Claims (21)

1.一种电开关设备(1)，包括：
外壳(112)；
可分离的接触(170，172)；
操作机构(19)，其包括闩锁(20)，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以及
跳闸机构(27)，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸机构包括：
热过载机构(184，190)，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；
电磁器件(98)，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及
处理器(55)，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件。
2.根据权利要求1的电开关设备(1)，其中所述外壳包括闩锁表面(150)；并且其中所述闩锁包括枢轴闩锁构件(146)、U形夹构件(136)以及U形夹导引机构(186)，所述枢轴闩锁构件(146)被构造为接合所述闩锁表面直到启动所述闩锁为止，所述U形夹构件(136)被从所述枢轴闩锁构件枢轴地设置，所述U形夹导引机构(186)被构造为释放所述U形夹构件和启动所述闩锁。
3.根据权利要求2的电开关设备(1)，其中所述热过载机构包括与所述可分离的接触串联电连接的双金属器件(184)；并且其中所述U形夹导引机构(186)包括过载滑块(180)，所述过载滑块(180)被耦合到所述双金属器件且可通过所述双金属器件移动，所述过载滑块被构造为释放所述U形夹构件。
4.根据权利要求3的电开关设备(1)，其中所述热过载机构还包括环境补偿双金属器件(190)以及环境温度滑块(182)，所述环境温度滑块(182)被耦合到所述环境温度补偿双金属器件且可通过所述环境温度补偿双金属器件移动，所述环境温度滑块被构造为释放所述U形夹构件。
5.根据权利要求4的电开关设备(1)，其中所述处理器包括输出(79)；其中所述电磁器件包括被构造为通过所述处理器的输出而被激励的线圈(39)以及被构造为当所述线圈被激励时移动的柱塞(102)；并且其中所述柱塞被耦合到所述环境温度滑块，以在所述处理器的输出激励所述线圈时跳闸打开所述可分离的接触。
6.根据权利要求5的电开关设备(1)，其中，当响应于所述过载滑块而释放所述U形夹构件时，所述环境温度滑块被构造为在所述处理器的输出激励所述线圈时响应于所述柱塞而同时释放所述U形夹构件时，以缩短跳闸打开所述可分离的接触的时间。
7.根据权利要求6的电开关设备(1)，其中所述热过载机构包括与所述可分离的接触串联电连接的双金属器件(184)；其中所述双金属器件包括跨过其两端的电压，所述电压代表流过所述可分离的接触的所述电流；并且其中所述处理器包括模数转换器(61)，所述模数转换器被构造为测量所述电压且确定流过所述可分离的接触的所述电流的值。
8.根据权利要求1的电开关设备(1)，其中所述电开关设备具有额定电流；并且其中所述预定值为所述额定电流的约十二倍。
9.根据权利要求1的电开关设备(1)，其中所述电磁器件是螺线管(98)。
10.一种断路器(1)，包括：
外壳(112)；
可分离的接触(170，172)；
操作机构(19)，其包括闩锁(20)，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以及
跳闸机构(27)，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸机构包括：
热过载机构(184，190)，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；
电磁器件(98)，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及
处理器(55)，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的所述电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件，以使所述电磁器件对所述闩锁的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以缩短跳闸打开所述可分离的接触的时间。
11.根据权利要求10的断路器(1)，其中所述断路器具有额定电流，；并且其中所述预定值(K1)为所述额定电流的约十二倍。
12.根据权利要求10的断路器(1)，其中所述热过载机构包括与所述可分离的接触串联电连接的双金属器件(184)，所述双金属器件包括跨过其两端的电压，所述电压代表流过所述可分离的接触的所述电流；并且其中所述处理器被进一步构造(202)，以测量所述电压且确定流过所述可分离的接触的所述电流的值。
13.根据权利要求12的断路器(1)，其中所述处理器被进一步构造(202)，以周期性测量所述电压且确定流过所述可分离的接触的所述电流的峰值。
14.根据权利要求13的断路器(1)，其中所述处理器被进一步构造(202)，以周期性地每隔约1.25毫秒确定流过所述可分离的接触的所述电流的峰值。
15.一种中断流过电源电路(11)的电流的方法，所述方法包括：
检测(23，45，53，61)流过所述电源电路的所述电流；
反复地确定(202)流过所述电源电路的所述电流的值；
判断(204)所述值是否超过预定值(K1)多次，并响应性地激励电磁器件(98)；
响应于被激励的所述电磁器件而启动(102，190，182)闩锁(20)；
同时，响应于与流过所述电源电路的所述电流操作地相关联的热故障而启动(184)所述闩锁；以及
响应于被启动的所述闩锁而打开可分离的接触(17)。
16.根据权利要求15的方法，还包括：
采用第一预定值(K1)作为所述预定值；
响应于超过所述第一预定值的所述值而将第二预定值(K2)加到(206)累加器；以及
当所述累加器超过第三预定值(K3)时激励(208，210)所述电磁器件。
17.根据权利要求16的方法，还包括：
采用二十作为所述第三预定值(K3)。
18.根据权利要求16的方法，还包括：
周期性地从所述累加器减去(212)第四预定值(K4)。
19.根据权利要求18的方法，还包括：
采用五作为所述第二预定值(K2)；以及
采用一作为所述第四预定值(K4)。
20.根据权利要求18的方法，还包括：
在第一预定时间之后，当所述值超过所述第一预定值(K1)时，将所述第二预定值加到(206)所述累加器；以及
在第二预定时间之后，从所述累加器减去(212)所述第四预定值(K4)。
21.根据权利要求20的方法，还包括：
从所述累加器减去(212)所述第四预定值(K4)，而不管所述值是否超过所述第一预定值(K1)。
CN2008801000232A 2007-07-24 2008-07-23 电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法 Expired - Fee Related CN101755319B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/782,142 US7518475B2 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Electrical switching apparatus, circuit interrupter and method of interrupting overcurrents of a power circuit
US11/782,142 2007-07-24
PCT/IB2008/001914 WO2009013601A1 (en) 2007-07-24 2008-07-23 Electrical switching apparatus, circuit interrupter and method of interrupting overcurrents of a power circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101755319A true CN101755319A (zh) 2010-06-23
CN101755319B CN101755319B (zh) 2013-02-13

Family

ID=39944462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008801000232A Expired - Fee Related CN101755319B (zh) 2007-07-24 2008-07-23 电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7518475B2 (zh)
EP (1) EP2181457B1 (zh)
CN (1) CN101755319B (zh)
AT (1) ATE511202T1 (zh)
BR (1) BRPI0812616A2 (zh)
WO (1) WO2009013601A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104459368A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 施耐德电器工业公司 用于确定电压中断的原因的方法,辅助单元及电力系统
CN108512202A (zh) * 2018-05-25 2018-09-07 江苏凯隆电器有限公司 一种适应智能电网用户端的断路器及其保护方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8436739B2 (en) * 2008-09-08 2013-05-07 Eaton Corporation Electrical switching apparatus including a trip coil open circuit test circuit and system including the same
US8189311B2 (en) * 2009-11-30 2012-05-29 General Electric Company Circuit breaker control
US20230129683A1 (en) * 2021-10-23 2023-04-27 Benjamin G. Stroyer Circuit breaker trip device

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4208689A (en) 1978-03-15 1980-06-17 Square D Company Circuit breaker having an electronic fault sensing and trip initiating unit
US4631625A (en) 1984-09-27 1986-12-23 Siemens Energy & Automation, Inc. Microprocessor controlled circuit breaker trip unit
US5224006A (en) 1991-09-26 1993-06-29 Westinghouse Electric Corp. Electronic circuit breaker with protection against sputtering arc faults and ground faults
US5428495A (en) 1992-09-30 1995-06-27 Eaton Corporation Electrical switching apparatus with digital trip unit and automatic frequency selection
US5691869A (en) 1995-06-06 1997-11-25 Eaton Corporation Low cost apparatus for detecting arcing faults and circuit breaker incorporating same
EP0903836A3 (de) * 1997-09-22 2000-05-17 G. Kienzler AG Thermoschutzschalter
US6061217A (en) 1997-12-16 2000-05-09 Eaton Corporation Electrical switching apparatus employing twice-energized trip actuator
US6625550B1 (en) 1998-02-19 2003-09-23 Square D Company Arc fault detection for aircraft
US6175780B1 (en) 1998-04-06 2001-01-16 Eaton Corporation Accessory network for an electronic trip unit
US6356426B1 (en) 1999-07-19 2002-03-12 General Electric Company Residential circuit breaker with selectable current setting, load control and power line carrier signaling
DE19960755A1 (de) * 1999-12-16 2001-07-05 Ellenberger & Poensgen Simulationsschalter
US6307453B1 (en) 2000-02-15 2001-10-23 Eaton Corporation Circuit breaker with instantaneous trip provided by main conductor routed through magnetic circuit of electronic trip motor
US6225883B1 (en) 2000-02-15 2001-05-01 Eaton Corporation Circuit breaker with latch and toggle mechanism operating in perpendicular planes
US6522509B1 (en) 2000-07-21 2003-02-18 Eaton Corporation Arc fault detection in ac electric power systems
US6542056B2 (en) 2001-04-30 2003-04-01 Eaton Corporation Circuit breaker having a movable and illuminable arc fault indicator
US6522228B2 (en) 2001-04-30 2003-02-18 Eaton Corporation Circuit breaker including an arc fault trip actuator having an indicator latch and a trip latch
US6710688B2 (en) 2001-04-30 2004-03-23 Eaton Corporation Circuit breaker
US6577138B2 (en) 2001-08-24 2003-06-10 Eaton Corporation Apparatus for detecting arcing and overcurrents in dc electrical systems subject to cyclic disturbances
US6813131B2 (en) 2001-08-27 2004-11-02 Eaton Corporation Circuit breaker, trip assembly, bimetal compensation circuit and method including compensation for bimetal temperature coefficient
US6650515B2 (en) 2001-08-27 2003-11-18 Eaton Corporation Circuit breaker including power supply monitor circuit to disable a trip mechanism
US6744254B2 (en) 2002-03-08 2004-06-01 Eaton Corporation Breaker failure annunciator system
CN1485964A (zh) * 2002-09-25 2004-03-31 江苏扬州三力电器集团西菱电器有限公 智能监测断路器
US6867670B2 (en) * 2002-11-05 2005-03-15 Eaton Corporation Circuit breaker with auxiliary switches and mechanisms for operating same
US6864446B1 (en) * 2004-03-31 2005-03-08 Eaton Corporation Internal rolling seal design for circuit breakers
US7170376B2 (en) 2004-12-09 2007-01-30 Eaton Corporation Electrical switching apparatus including a housing and a trip circuit forming a composite structure
US7570062B2 (en) 2004-12-10 2009-08-04 Eaton Corporation Method of actuating a test function of an electrical switching apparatus and electrical switching apparatus employing the same
US7064636B1 (en) 2004-12-20 2006-06-20 Eaton Corporation Shape memory alloy trip mechanism for arc/ground fault circuit interruption
US7569785B2 (en) 2005-05-16 2009-08-04 Eaton Corporation Electrical switching apparatus indicating status through panel aperture

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104459368A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 施耐德电器工业公司 用于确定电压中断的原因的方法,辅助单元及电力系统
CN110456267A (zh) * 2013-09-12 2019-11-15 施耐德电器工业公司 用于确定电压中断的原因的方法，辅助单元及电力系统
CN108512202A (zh) * 2018-05-25 2018-09-07 江苏凯隆电器有限公司 一种适应智能电网用户端的断路器及其保护方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20090027146A1 (en) 2009-01-29
ATE511202T1 (de) 2011-06-15
CN101755319B (zh) 2013-02-13
US7518475B2 (en) 2009-04-14
BRPI0812616A2 (pt) 2015-03-31
EP2181457A1 (en) 2010-05-05
WO2009013601A1 (en) 2009-01-29
EP2181457B1 (en) 2011-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU743501B2 (en) Circuit interrupter with test actuator for ground fault and arc fault test mechanisms
KR890002044B1 (ko) 개량된 차단기 지시기
KR100974782B1 (ko) 누전 차단기
CN101317243B (zh) 包含中性开路互锁的断路器
US8472155B2 (en) Leakage detection protective circuit
CN101755319B (zh) 电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法
CA2817084C (en) Circuit breaker with plug on neutral connection lock-out mechanism
CN101924345B (zh) 提供与电路中断器协调的断开的电气开关设备及其操作方法
RU2289175C2 (ru) Модуль управления и защиты прерывателя
US20100259347A1 (en) Detecting and sensing actuation in a circuit interrupting device
US9118172B2 (en) Protective device with automated self test
JP4264817B2 (ja) 漏電遮断器
KR100970316B1 (ko) 개폐기의 상태 감시 장치
EP2455961A1 (en) Electric switching device
FI87117C (fi) Anordning och foerfarande foer maetning av elstroem i stoerda foerhaollanden
KR100944468B1 (ko) 전동기 기동전류 제한용 리액터와 리액터 단락용 스위치부의 고장을 검출하는 고장검출장치와 이를 이용한 검출방법
JP5091800B2 (ja) 回路遮断器および分電盤
CN112447455B (zh) 辅助电子保护模块及相关的断路器装置
CN101677048A (zh) 断流器跳闸装置和方法
CN115280171A (zh) 保护开关装置和方法
KR100473342B1 (ko) 재폐로 차단기용 계전기의 시험장치
KR200451583Y1 (ko) 전자식 모터 보호 차단기
KR101264565B1 (ko) 서지 억제 소자를 기반으로 한 일체형 과열 방지 및 순시 차단기능을 갖는 서지 보호 장치
WO2007125410A2 (en) Arc fault circuit interrupter with plug-on neutral contact clip spring
CN117374883A (zh) 漏电保护装置、电连接设备和用电器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130213

Termination date: 20190723