CN101763994B - 使用通信和控制信号的现场可配置额定插头 - Google Patents

Abstract

提供一种断路器设备(10)，它包括：跳闸机构(30)，耦合到电路，并且配置成当起动跳闸机构(30)时中断电路的操作；电子跳闸单元(20)，与跳闸机构(30)进行信号通信，并且配置成当满足预先选择条件时起动跳闸机构(30)；以及额定插头(40)，耦合到电子跳闸单元(20)，并且配置成响应在额定插头接收到所传送控制信号而工作在第一模式，否则工作在第二模式，第一和第二模式分别与对应传送给电子跳闸单元(20)的预先选择条件中的第一和第二条件关联，电子跳闸单元(20)根据它们来确定是否起动跳闸机构(30)。

Description

使用通信和控制信号的现场可配置额定插头

技术领域

本发明的方面针对断路器设备，更具体来说，针对其中安装了现场可配置额定插头(rating plug)的断路器设备。

背景技术

断路器设备可在各种商业、住宅和工业应用中用于中断它们所附连的电路中的电流和/或电压。一般来说，断路器设备的电流/电压中断能力所提供的保护水平由电子跳闸单元(ETU)规定，电子跳闸单元安装在断路器设备中并且是可控制断路器设备各个操作方面、如电流与时间跳闸响应等的装置。

规定断路器的保护水平及其跳闸响应特性的ETU和断路器的操作参数在ETU的额定插头上设置，ETU的额定插头可以是出厂设置。也就是说，在物理上切割额定插头的电路板用于特定断路器设备配置。一旦设置这种配置，则通常不能便捷地在现场更改。如果ETU和断路器设备的操作参数需要修改，则出厂设置额定插头一般需要更换。

但是，一些额定插头可通过起动额定插头上装载的各种开关进行现场修改。这些现场可修改额定插头具有可由负责机械操纵开关的操作人员设置或重置的多个设定。而遗憾的是，在这些情况下，操作人员必须亲自到断路器处并且手动更改设定。另外，这类操作人员修改还可引起间歇开关位置的可能性，这可能引起有害跳闸或者非预计保护设定生效。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种断路器设备，它包括：跳闸机构，耦合到电路，并且配置成当起动跳闸机构时中断电路的操作；电子跳闸单元，与跳闸机构进行信号通信，并且配置成当满足预先选择条件时起动跳闸机构；以及额定插头，耦合到电子跳闸单元，并且配置成响应在额定插头接收到所传送控制信号而工作在第一模式，否则工作在第二模式，第一和第二模式分别与对应传送给电子跳闸单元的预先选择条件中的第一和第二条件关联，电子跳闸单元根据它们来确定是否起动跳闸机构。

根据本发明的另一个方面，提供一种断路器设备，它包括：跳闸机构，耦合到电路，并且配置成当起动跳闸机构时中断电路的操作；电子跳闸单元，与跳闸机构进行信号通信，并且配置成当满足预先选择条件时起动跳闸机构；以及额定插头，耦合到电子跳闸单元，并且配置成响应在额定插头接收到多个对应控制信号中所传送的一个控制信号而工作在多个第一模式中之一，否则工作在第二模式，多个第一模式和第二模式分别与对应传送给电子跳闸单元的预先选择条件中的多个对应第一条件和预先选择条件中的对应第二条件关联，电子跳闸单元根据它们来确定是否起动跳闸机构。

根据本发明的又一个方面，提供一种操作断路器设备的方法，断路器设备包括由电子跳闸单元起动的跳闸机构和具有规定跳闸机构操作参数的操作模式的额定插头，该方法包括：评估断路器设备的操作环境的断路要求；确定额定插头的操作模式中的哪一个操作模式提供适合断路要求的断路特性；以及将控制信号施加到额定插头，由此将额定插头设置成工作在提供适当断路特性的其中一个操作模式，其中适当断路特性被传送给电子跳闸单元以便用于在电子跳闸单元确定是否起动跳闸机构。

附图说明

在本说明书的结束部分具体指出作为本发明的主题并且在权利要求书中明确要求其权益。通过以下结合附图的具体实施方式，本发明的上述及其它方面、特征和优点会非常清楚，附图包括：

图1是根据本发明的一个实施例、其中安装了示范额定插头的断路器设备的透视图；

图2是图1的断路器设备的示意图；以及

图3是图1的额定插头的示范电路图的图示。

具体实施方式

参照图1和图2，提供断路器设备10，它包括：电子跳闸单元(ETU)20，用于控制断路器设备10的电流与时间跳闸响应；以及机电跳闸机构30，配置成用于中断断路器设备10和跳闸机构30所耦合的电路的操作。在具备该能力情况下，ETU 20配置成当满足预先选择条件时起动跳闸机构30。预先选择条件表示电路的任何操作条件，例如指明电弧放电状况(arcing condition)的电压或电流尖脉冲，它们由ETU 20来监测，并且可作为跳闸判定的基础，由此防止可能产生于例如电弧放电状况所引起的起火的损坏。

作为一个示例，预先选择条件可以是检测到电路中超过250安培或120伏特的任何电流，因为这种电流/电压可指示电弧放电状况。在这种情况下，如果这种电流或电压将由ETU 20检测到，则ETU 20会确定满足跳闸条件，并且随后起动跳闸机构30，以便根据该确定来中断电路。因此，随着电路被中断，会熄灭电弧放电状况，并且会避免可能产生于电弧的任何损坏。

额定插头40耦合到电子跳闸单元20，并且在断路器设备10具有双额定的情况下配置成工作在第一或第二模式。每种模式向ETU 20指明不同的相应一个或多个预先选择条件，ETU 20根据它们来确定满足跳闸条件。例如，额定插头40可工作在第一模式，并且可配置成在电路中检测到250A电流时由此向ETU 20指明满足跳闸条件。同时，同一个额定插头40可工作在第二模式，并且可配置成在电路中检测到100A电流时由此向ETU 20指明满足跳闸条件。因此可看到，在这个示例中，包括额定插头40的双额定断路器设备10具有特征在于额定插头40工作在第一模式的高保护设定以及特征在于额定插头工作在第二模式的低保护设定。

额定插头40可工作在其它附加模式。在这种情况下，额定插头40配置成向ETU 20指明对于各附加模式满足跳闸条件时的附加电流水平。此外，每种模式还可指明ETU 20确定满足跳闸条件所依据的一个以上预先选择条件。例如，在第一模式中，如上所述，额定插头40可配置成向ETU 20指明在电路中所检测电流超过250A和/或在电路中所检测电压超过120V时满足跳闸条件。

如上所述，额定插头40可包括连接器60，并且可根据连接器60接收到从编程单元50所传送的控制信号而工作在第一模式。也就是说，如果编程单元50当前向连接器60传送控制信号，则额定插头40将配置成同时工作在第一模式，而如果编程单元50当前没有向连接器60传送控制信号，则额定插头40将配置成同时工作在第二模式。

在本发明的实施例中，如果编程单元50和连接器60当前相互连接，则编程单元50当前向连接器60传送控制信号。相反，在这些实施例中，如果没有当前连接是有效的，则编程单元50当前没有向连接器60传送控制信号。在本发明的备选实施例中，编程单元50包括装载的逻辑，它支配在编程单元50与连接器60之间的当前连接有效时当前向连接器60传送或者不传送控制信号。在这种情况下，编程单元50可包括可编程逻辑控制器(PLC)或来自建筑物自动系统控制器的干式触点(继电器)输出装置。

根据本发明的其它备选实施例，额定插头40可分别根据接收到分别由连接器60从编程单元50传送的第一或第二不同的控制信号而工作在第一或第二模式。也就是说，如果编程单元50向连接器60传送第一控制信号，则额定插头40将配置成工作在第一模式。相反，如果编程单元50向连接器60传送第二控制信号，则额定插头40将配置成工作在第二模式。

参照图3，大家看到，额定插头40包括配置成接收控制信号的连接器60和开关模块70。开关模块70耦合到连接器60，并且包括当上述控制信号被连接器60接收时建立额定插头40的第一操作模式的第一信号通路75以及当上述控制信号没有被连接器60接收时建立额定插头40的第二操作模式的第二信号通路73。这样，开关模块70配置成根据连接器60的控制信号接收状态来将额定插头40设置成工作在第一或第二模式。

在本发明的一个实施例中，开关模块70包括：第一接地连接71，它耦合到连接器60；以及第一二极管72，它与第一接地连接71并联设置并且防止电流和电压传播到连接器60。开关80设置在第一二极管与第二接地连接74之间。配置成耗散开关模块70中的电势的电阻器76、配置成存储开关模块70中的电势的电容器77以及配置成防止除特定电压之外的所有电流流到开关80的例如齐纳二极管或另外某种适当类型的二极管等的第二二极管与开关80并联设置。

开关80可以是电子开关，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极晶体管、可控硅整流器(SCR)或者另外某种适当类型的晶体管。开关80可通过施加所接收控制信号所提供的预先选择电压来断开和/或闭合。作为一个示例，在所接收控制信号是12V直流信号时，第二二极管78可准许5V的电流信号进入开关80。在这时，开关80自动闭合，以便形成建立额定插头40第一操作模式的第一信号通路75。在这个条件下，第一模式的预先选择条件随后传送给ETU 20。由于开关80可配置成仅在准入由12V直流信号产生的5V电流时才闭合，因此断定，开关80否则断开，由此形成建立额定插头40第二操作模式的第二信号通路73。因此可看到，当开关80断开时可设置额定插头40的第一模式，而当开关80闭合时可设置额定插头40的第二模式。

根据本发明的实施例，开关模块60可包括多个开关80，它们共同断开和/或闭合，并且由此使开关模块60能够形成待传送给ETU 20的n位信息，其中n等于开关模块60中的开关80的数量，以及n位信息描述ETU 20进行跳闸判定所依据的各种预先选择条件。在这种情况下，如果开关模块60包含4个开关80，则额定插头40可向ETU 20发送4位信息。根据本发明的又一些实施例，开关模块60可以有多个，其中多个开关模块60的每个分别包括它自己的多个开关80。

此外，在开关模块60包括例如4个开关80的情况下，开关模块60可配置成响应连接器60所接收的控制信号中的各种电压水平，以便产生相等数量的位信息组合。在这种情况下，如果以100％长期拣选(LTPU)容量接收控制信号，则开关模块60可向ETU 20输出预先选择的4位代码，而如果以50％LTPU接收控制信号，则开关模块60可向ETU 20输出不同的预先选择的4位代码。在这里，100％4位代码表示某个跳闸条件集合，而50％4位代码表示不同的跳闸条件集合。

额定插头40可包括存储单元45、如非易失性存储器。这种存储单元40在接收到控制信号时存储待访问的描述这些第一预先选择条件和这些第二预先选择条件的数据。也就是说，当开关80如上所述闭合时，可访问存储单元45以便获得与例如额定插头40的第二模式有关的详细情况，它然后可传送给ETU 20。非易失性存储器的使用确保甚至在电力故障和/或电力循环运行时也将保持额定插头40的设定。

根据各个实施例，额定插头40和编程单元50可有选择地经由有线或无线连接相互耦合。在它们相互有线连接的情况下，额定插头40可包括编程单元50的导线55与其连接的插孔46。在额定插头40和编程单元50相互无线连接的情况下，它们分别可包括配置成通过射频(RF)、红外线(IR)频率、蓝牙网络、广域网(WAN)和/或任何其它适当系统进行通信的相应一组发射器和接收器。

根据本发明的另一个方面，提供断路器设备10，它包括：跳闸机构30，耦合到外部电路，并且配置成当起动跳闸机构30时以机电方式中断电路的操作；电子跳闸单元20，与跳闸机构30进行信号通信，并且配置成当满足预先选择条件时起动跳闸机构30；额定插头40，耦合到电子跳闸单元20；以及编程单元50。额定插头40配置成响应在额定插头40接收到多个对应控制信号其中之一而工作在多个第一模式其中之一，否则工作在第二模式。在这里，多个第一模式和该第二模式分别与其中多个对应第一预先选择条件和对应第二预先选择条件关联。编程单元50配置成向额定插头40传送对应控制信号的每个，使得当编程单元与额定插头40进行信号通信时，额定插头40工作在多个第一模式其中之一。

根据本发明的又一个方面，提供一种操作断路器设备10的方法，断路器设备10包括由电子跳闸单元(ETU)20起动的跳闸机构30和具有规定跳闸机构30的操作参数的操作模式的额定插头40。该方法包括：评估断路器设备10的操作环境的断路要求；确定额定插头40的操作模式的哪一种操作模式提供适合断路要求的断路特性；以及将控制信号施加到额定插头40，由此将额定插头40设置成工作在提供适当断路特性的其中一个操作模式，其中适当断路特性将传送给电子跳闸单元以便用于在电子跳闸单元确定是否起动跳闸机构。在这里，该施加可包括经由有线和/或无线连接向额定插头40传送控制信号。

如上所述，额定插头40为现场操作人员提供使用有线和/或数字编程器/远程变更系统根据需要配置或重新配置额定插头40的灵活性。额定插头40还有可能使制造商远程更改其配置。另外，甚至在额定插头40由操作人员重新配置的情况下，额定插头40也产生极少或者不产生开关处于间歇位置的风险，因而消除了使非预计设定处于有效的风险。

虽然已经参照示范实施例描述了本公开，但本领域的技术人员会理解，可进行各种变更，并且等效方案可代替其中的元件，而没有背离本公开的范围。另外，可对本公开的理论进行多种修改以适合具体情况或材料，而没有背离其实质范围。因此，我们认为本公开并不局限于作为考虑用于执行本公开的最佳模式而公开的特定示范实施例，本公开将包括落入所附权利要求书的范围之内的所有实施例。部件列表10断路器设备        60连接器20电子跳闸单元(ETU) 70开关模块30跳闸机构          71第一接地连接40额定插头          72第一二极管45存储单元          73第二信号通路46插座              74第二接地连接50编程单元          75第一信号通路55布线              76电阻器77电容器            80开关78第二二极管

Claims (14)

1.一种断路器设备，包括：

跳闸机构，耦合到电路，并且配置成当起动所述跳闸机构时中断所述电路的操作；

电子跳闸单元，设置成与所述跳闸机构进行信号通信，并且配置成当满足预先选择条件时起动所述跳闸机构；以及

额定插头，耦合到所述电子跳闸单元，并且配置成响应在所述额定插头接收到一个或多个所传送的控制信号而工作在第一模式，否则工作在第二模式，所述第一和第二模式分别与所述预先选择条件中对应传送给所述电子跳闸单元的第一和第二条件关联，所述电子跳闸单元根据对应传送给所述电子跳闸单元的第一和第二条件来确定是否起动所述跳闸机构；以及

编程单元，配置成向所述额定插头传送所述一个或多个控制信号中的每个，使得当所述编程单元设置成与所述额定插头进行信号通信时，所述额定插头工作在所述第一模式。

2.如权利要求1所述的断路器设备，其中，所述额定插头包括接收所述一个或多个控制信号的连接器，所述编程单元通过所述连接器与所述额定插头进行通信。

3.如权利要求1所述的断路器设备，其中，所述额定插头包括开关模块，所述开关模块包括建立所述额定插头的工作的所述第一模式的第一信号通路和建立所述额定插头的工作的所述第二模式的第二信号通路。

4.如权利要求3所述的断路器设备，其中，所述开关模块包括开关，所述开关在施加由所接收控制信号所提供的预先选择电压时闭合以形成所述第一信号通路，否则断开以形成所述第二信号通路。

5.如权利要求1所述的断路器设备，其中，所述额定插头包括存储单元，所述存储单元配置成存储描述所述预先选择条件中的所述第一和第二条件的数据，其当所述额定插头工作在所述第一或第二模式时被访问。

6.如权利要求1所述的断路器设备，其中所述额定插头和所述编程单元配置成经由有线连接进行通信。

7.如权利要求1所述的断路器设备，其中所述额定插头包括插孔，所述编程单元配置成与所述插孔连接。

8.如权利要求1所述的断路器设备，其中所述额定插头和所述编程单元分别配置成经由无线连接进行通信。

9.如权利要求1所述的断路器设备，其中所述编程单元包括可编程逻辑控制器，其配置成起动所述一个或多个控制信号的传送。

10.如权利要求1所述的断路器设备，其中所述编程单元包括干式触点，其配置成起动所述一个或多个控制信号的传送。

11.一种断路器设备，包括：

跳闸机构，耦合到电路，并且配置成当起动所述跳闸机构时中断所述电路的操作；

电子跳闸单元，与所述跳闸机构进行信号通信，并且配置成当满足预先选择条件时起动所述跳闸机构；以及

额定插头，耦合到所述电子跳闸单元，并且配置成响应在所述额定插头接收到多个对应控制信号中的所传送的控制信号而工作在多个第一模式其中之一，否则工作在第二模式，所述多个第一模式和所述第二模式分别与对应传送给所述电子跳闸单元的所述预先选择条件中的多个对应第一条件和所述预先选择条件中的对应第二条件关联，所述电子跳闸单元通过对应传送给所述电子跳闸单元的所述预先选择条件中的多个对应第一条件和所述预先选择条件中的对应第二条件确定是否起动所述跳闸机构；以及

编程单元，配置成向所述额定插头传送所述对应控制信号中的每个，使得当所述编程单元与所述额定插头进行信号通信时，所述额定插头工作在所述多个第一模式的所述其中之一。

12.一种操作断路器设备的方法，所述断路器设备包括由电子跳闸单元起动的跳闸机构和具有规定所述跳闸机构的操作参数的操作模式的额定插头，所述方法包括：

评估所述断路器设备的操作环境的断路要求；

确定所述额定插头的所述操作模式中的哪一种提供适合所述断路要求的断路特性；以及

通过将编程单元设置成与所述额定插头进行信号通信来将一个或多个控制信号从所述编程单元施加到所述额定插头，由此将所述额定插头设置成工作在所述操作模式中提供适当断路特性的一种操作模式，所述适当断路特性被传送给所述电子跳闸单元以便用于在所述电子跳闸单元确定是否起动所述跳闸机构。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述施加包括经由有线连接向所述额定插头传送所述一个或多个控制信号。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述施加包括向所述额定插头无线传送所述一个或多个控制信号。

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