CN103299502A - 提供用以远程指示电弧减少维护模式已经远程启动的远程电信号的跳闸单元，以及包含该单元的电切换装置 - Google Patents

Abstract

一种电切换装置，包括可分离触点；被构造成断开和闭合可分离触点的操作机构；以及与操作机构协作以跳闸断开可分离触点的跳闸机构。该跳闸机构包括被构造成接收远程信号来远程启动电弧减少维护模式的输入端，被构造成响应于接收到的远程信号启动电弧减少维护模式的第一电路，以及被构造成远离跳闸机构提供电信号以便远程指示电弧减少维护模式被远程启动的第二电路。

Description

提供用以远程指示电弧减少维护模式已经远程启动的远程电信号的跳闸单元,以及包含该单元的电切换装置

技术领域

本公开的概念一般涉及电切换装置，并且更特别涉及包括跳闸机构的电切换装置，例如断路器。本公开的概念也涉及用于电路断续器的跳闸机构，例如跳闸单元。

背景技术

电切换装置例如包括电路切换设备；电路断续器，例如断路器；网络保护器；接触器；电机起动器；电机控制器和其它负载控制器。电切换装置例如电路断流器，特别是模制外壳种类的断路器，在本技术领域是众所周知的。例如参见美国专利5,341,191。

断路器用于保护电气电路免受由于过流条件，例如超载条件或相对高的电平短路或故障条件下的损害。模制外壳断路器一般每相包括一对可分离的触点。该可分离触点可通过设置在外壳外侧的手柄进行手动操作，或响应于过流条件自动操作。通常，这种断路器包括设计用来快速断开和闭合可分离触点的操作机构，和在自动操作模式下感测过电流条件的跳闸单元。当感测过流条件时，跳闸单元将操作机构移动到跳闸状态，这将可分离触点移动到其断开位置。

工业断路器经常使用断路器框架，用于放置跳闸单元。例如参见美国专利5,910,760和6,144,271。该跳闸单元可以是模块化的，并且可以被替换以用于改变断路器的电气性能。

熟知的是采用利用微处理器以检测各种类型的过电流跳闸条件，并提供各种保护功能，例如诸如长延时跳闸，短延时跳闸，瞬时跳闸和/或接地故障跳闸的跳闸单元。长延时跳闸功能保护由保护电气系统服务的负载避免过载和/或过电流。短延时跳闸功能可用于在断路器的层次结构中协调下游断路器的跳闸。瞬时跳闸功能保护断路器所连接到的电导体避免造成损坏的过电流条件，例如短路。如所暗示的，所述接地故障跳闸功能保护电气系统避免接地故障。

一些已知的模制外壳断路器（MCCB）包括短延迟时间设定。实际的短延时跳闸时间是故意延迟的，并具有由微处理器执行的短延时算法的计算时间所产生的约37毫秒的最小跳闸时间。这些MCCB的瞬时特征由固定模拟超弛控制（override）电路提供。单个齐纳二极管由单一固定的阈值来预定。固定模拟超弛控制电路检测峰值电流值，并在小于一个线路周期内启动跳闸。由于齐纳二极管是固定不可调的部件，因此将瞬时跳闸阈值设定为单一固定值。

美国专利7,203,040公开了一种包括用于降低电弧闪光能量和电弧闪光曝光的严重程度的电弧减少维护开关的断路器和跳闸单元。具体跳闸功能通过降低导致故障发生的电弧能量的维护跳闸功能来进行手动超驰。手动启动和禁用的维护跳闸功能降低了指定跳闸功能的拾取电流和/或减少或消除了指定跳闸功能的时间延迟。例如，瞬时跳闸从10倍的额定电流降低到2倍，短延时拾取从8倍额定电流降低到1.5倍，0.5秒的短时间延迟被减少到0.050秒（基本上没有时间延迟），该（设备保护）接地故障拾取电流从0.5倍的额定电流减少至0.25倍，并且接地故障时间延迟从0.5秒减少到0.050秒（基本上没有时间延迟）。作为另一个例子，瞬时跳闸从10倍额定电流降低到4倍，短延时拾取从8倍额定电流降低至3倍，0.5秒的短时间延迟被减少到0.050秒（基本上没有时间延迟），该（设备保护）接地故障拾取电流从0.5倍的额定电流降低至0.25倍，接地故障时间延迟从0.5秒减少到0.050秒（基本上没有时间延迟）。发光二极管（LED）采用在维护位置上的维护开关激励以提醒人员跳闸功能的变化。可提供用于发信号指示维护跳闸功能的实施的其他部件，例如文本消息，其中跳闸单元具有可视化显示。

已知的电弧闪光减少模式允许用户远程启动跳闸单元内的继电器，以便将跳闸单元的瞬时设定放在它的最低维护模式位置（例如，2.5倍帧速率）。这种相对非常低的设定将允许断路器中断，并清除含有尽可能少的电弧闪光能量的故障。这种电弧闪光能量的减少为在距离断路器较近工作的人员提供相对较大的保护。当远程启动时，当继电器远程启动时跳闸单元面板上的蓝色发光二极管（LED）发光。该点亮的LED证实了跳闸单元已经进入最低瞬时电弧闪光降低模式，并且因此可以安全地靠近断路器。然而，LED可能会从视线中被覆盖和/或阻挡，例如如果断路器被安装在面板上或其他具有可阻碍LED或相应显示的金属门的电气外壳上。维护人员不希望打开金属门来检查点亮的LED，因为如果LED熄灭，电弧闪光可能会导致可能引发严重伤害或死亡的不安全情况。因此，需要解决这个问题的方案。

存在用于改善电切换装置，诸如电路断续器的空间。

也存在用于改善跳闸机构，诸如用于电路断流器的跳闸单元的空间。

发明内容

本公开概念的实施例可以满足这些及其它需求，所述实施例提供另一种电弧减少维护模式已被远程启动的故障安全指示。

根据所公开概念的一个方面，电切换装置包括：可分离触点；被构造为断开和闭合所述可分离触点的操作机构，以及与操作机构协作以跳闸断开可分离触点的跳闸机构，所述跳闸机构包括：构造成接收远程信号从而远程启动电弧减少维护模式的输入端，构造成响应于接收到的远程信号来启动电弧减少维护模式的第一电路，和构造成远离跳闸机构提供电信号以用来远程表明电弧减少维护模式已经远程启动的第二电路。

第一电路可以包括包含第一线圈的第一继电器，第二电路可以包括包含第二线圈的第二继电器，并且第一和第二线圈可串联电连接并构造成通过接收到的远程信号来激励。

第一继电器可被构造成在第二继电器被激励之前被激励，从而在第二电路远离跳闸机构提供电信号之前启动电弧减少维护模式。

第一继电器的第一线圈可以具有第一电阻和第一拾取电压；第二继电器的第二线圈可以具有第二电阻和第二拾取电压；并且第一电阻，第一拾取电压，第二电阻和第二拾取电压可以被构造为以使第一继电器在第二继电器之前被激励。

第一电路可以包括齐纳二极管，发光二极管和电阻器的串联组合，所述串联组合被构造为在第二继电器激励同时或之后点亮发光二极管从而在视觉上指示电弧减少维护模式被启动。

作为所公开概念的另一个方面，跳闸单元用于电气电路的电路断续器。跳闸单元包括：构造成接收远程信号来远程启动电弧减少维护模式的输入端；构造成响应于接收到的远程信号启动电弧减少维护模式的第一电路，和构造成远离跳闸机构提供电信号以用来远程指示电弧减少维护模式已经远程启动的第二电路。

附图说明

当连同附图阅读时，从优选实施例的以下描述中可以得到所公开概念的充分理解，在附图中：

图1是根据所公开概念的实施例的包括跳闸机构和继电器模块的电切换装置的示意性形式的方框图。

图2是图1的跳闸机构一部分的示意性形式的方框图。

图3是图1的继电器模块的示意性形式的方框图。

图4是包括图1的跳闸机构和继电器模块的断路器以及到远程设备以启动或禁用并为电弧减少维护模式提供远程电信号的接口的等距视图。

具体实施方式

如本文所采用的，术语“数量”是指一或大于一的整数（即多个）。

如本文所采用的，术语“处理器”是指可以存储，检索和处理数据的可编程模拟和/或数字设备；计算机，工作站，个人计算机，微处理器，微控制器；微型计算机；ASIC处理器；中央处理单元；主机计算机；迷你计算机；服务器；网络处理器或任何合适的处理设备或装置。

如本文所采用的，远离跳闸机构或跳闸单元的术语“电信号”是指常闭触点，常开触点，闭合的可分离触点；断开的可分离触点；被激励的模拟或数字电信号或非激励的模拟或数字电信号。

如本文所采用的，两个或更多部件“连接”或“耦合”在一起的语句系指所述部件直接或通过一个或多个中间部件接合在一起。另外，如本文所采用的，两个或多个部件“附接”的语句是指所述部件直接接合在一起。

所公开概念结合三极断路器进行描述，虽然所公开的概念适用于很宽范围的具有任意极数的电切换装置。

图1示出了电切换装置或电路断续器，例如用于电气电路的示例断路器2。断路器2包括跳闸机构，例如具有中继模块6的示例跳闸单元4。示例断路器2还包括具有可分离触点10的断路器框架8和构造成断开和闭合可分离触点10的操作机构12。跳闸单元4与操作机构12配合以跳闸断开可分离触点10。跳闸单元4包括构造成接收远程启动信号14来远程启动电弧减少维护模式16的输入端12，构造成响应于接收到的远程信号14启动电弧减少维护模式16的第一电路18（图2中最佳示出），和构造成远离跳闸单元4提供电信号22以用来远程指示电弧减少维护模式16已经远程启动的第二电路20（图3中最佳示出）。

参照图2和图3，示出了包括两个电路18，20的图1的跳闸单元4的一部分。所公开的概念允许涉及与第二电路20（图3）的第二继电器（K2）26协作的第一电路18（图2）的第一继电器（K1）24的电弧减少维护模式16的冗余指示。正如图1中所示，第二继电器（K2）26位于（例如在其内部，靠近）跳闸单元4。如将要描述的，示例继电器24，26提供具有与由串联电连接的各个继电器24，26的线圈28，30提供的故障安全特征的远程继电器指示。当跳闸单元电弧闪光减少设定已远程放到最低位置时，第二继电器26的示例常开（Normally open，NO）触点32改变状态（例如，从断开到闭合），并且因此电弧减少维护模式16被远程启动。示例NO触点32从在图4中示出的断路器2退出的两个导体34对用户可用。优选地，这些导体34被设置为与电弧减少维护模式16远程启动继电器24，26的两个导体36在同一侧。

如将要解释的，在第一继电器24被激励以闭合其示例NO触点38并将跳闸单元4放置在其最低电弧闪光减少模式设定之前，来自第二继电器26的该远程触点指示不能改变状态。因此，由示例NO触点32的远程触点指示用作用户的故障安全指示机构。在跳闸单元4处LED指示（例如但不限于，从示例蓝色LED40）可用，并且具有故障安全触点特征的第二继电器26被提供以远程指示电弧减少维护模式16已经远程启动。

输入端12（图1和2）被构造为接收两个导体36（图4）以接收合适的直流电压作为远程启动信号14（图2）。第一电路18包括具有第一线圈28的第一继电器24，第二电路20包括具有第二线圈30的第二继电器26。通过连接到连接器J6-1/J6-2（图3）的连接器J5-1/J5-2（图2）和连接到连接器J6-3/J6-4（图3）的连接器J5-3/J5-4（图2），第一和第二线圈28，30串联电连接。

第一和第二线圈28，30被构造为由从导体36接收到的远程信号14来激励。第二电路20（图3）包括两个导体34以输出示例NO触点32和共同端42作为远离跳闸单元4的电信号22（图1）。第一电路18（图2）还包括构造为在视觉上指示已经远程启动电弧减少维护模式16的可视指示器，例如示例LED40。第一电路18还包括齐纳二极管44，LED40和电阻器46的串联组合。该串联组合被构造为在第二继电器26被激励的同时或之后点亮LED40，以在视觉上指示电弧减少维护模式16已经启动。第一电路18还包括可手动操作的选择器48，其被构造为选择多个预定电流条件50中的一个，每个预定电流条件50（例如，4X，6X，7X，8X或9X的最大额定电流）都大于电弧减少维护模式16的电流条件52（例如，2.5X的最大额定电流）。第一电路18的第一继电器24被构造为超弛控制可手动操作的选择器48。

参照图2和3，远离跳闸单元4的电信号22由示例NO触点32提供，并且在跳闸单元4已经进入其最低瞬时设定（例如，2.5倍（2.5X）断路器框架评级（最大额定电流））后发生。示例第一继电器（K1）24例如具有12V的继电器线圈28，并且示例第二继电器（K2）26例如具有9V的继电器线圈30。如将解释的，首次闭合K1，因为适当地构造K1拾取电压，K1线圈电阻，K2拾取电压和K2线圈电阻。例如但不限于，K2的线圈电阻为大约579Ω，而K1的线圈电阻为大约1028Ω。另外，各个继电器K1，K2的拾取电压是不同的。K2具有大约6.7V的拾取电压，而K1具有大约7.2V的拾取电压。例如，采用来自导体36的11.6V的输入电压，K1的电压为大约7.4V并且K2的电压为大约4.2V。因此，首先拾取K1而不拾取K2。在这个例子中，当输入电压增加至18.6V时，K1的电压大约为11.9V而K2的电压大约为6.7V。因此，这是两个继电器Kl和K2被拾取之处的示例阈值点。这允许在第二电路20远离跳闸单元4提供电信号22之前启动电弧减少维护模式16。

在位于主印刷电路板的跳闸机构（未示出）的主超驰二极管59（图2）两端通过并联齐纳二极管56和串联电阻器58，第一继电器24将跳闸单元4设定成其最低设定值（2.5倍）。主超驰二极管和主跳闸机构印刷电路板的例子公开在美国专利申请公开号2009/0195337中，其通过参考引入本文。例如但不限于，齐纳二极管56的齐纳值为大约1.8V，而其他五个示例齐纳二极管66，68，70，72，74的齐纳值是较大的（例如但不限于，3.9V至9.1V）。

例如如果24V直流电（VDC）由导体36施加到连接器J2-1和J2-2，则采用由K2的闭合NO触点32提供的远离跳闸单元4的电信号22，两个继电器24（K1）和26（K2）闭合，并且最低设定（2.5X）可在从将闭合的K1NO触点38内部实现，以选择齐纳二极管56和串联电阻器58。由点亮的LED40提供本地指示。NO触点32和共同端42从连接器J4-1和J4-2退出断路器2。连接到其上的导体34来自NO触点32和继电器K2的共同端42。此次闭合用于通知驻扎在离断路器2很远的维护人，接近断路器2来服务或更改设定是安全的。例如，连接器J2-1是＋24VDC并且连接器J2-2接地以提供远程启动信号14。LED40经由从在通过二极管43，齐纳二极管44，LED40和电阻器46的连接器J2-1处的+24VDC到在连接器J2-2处接地的路径被激励。LED40将不点亮直到向具有正确极性的连接器J2-1/J2-2施加例如大约18.6VDC到大约19.0VDC。

如果示例24VDC电压斜坡上升，然后在大约11.6V处继电器Kl闭合并且K2（安全指示）从NO触点32保持断开。在近似18.6V处，两个继电器Kl和K2被激励并且同时LED40被点亮。因此，维护人员在K1被闭合之前不会从K2（安全指示）获得点亮的LED安全指示或NO触点32的闭合，导致跳闸单元4进入最低维护模式设定（2.5X）。

图4示出了包含跳闸单元4（和图1的继电器模块6）的断路器2，和用于启动，禁用并指示电弧减少维护模式16的到远程设备的接口。断路器2包括从跳闸单元4的导体34和到跳闸单元4的导体36。

如图2中所示，电路60有利地对于在大约4倍（4X）和大约12倍（例如，9X，12X或18X）之间的最大额定电流的五个示例电流中所选择的一个超弛各种跳闸曲线。示例的7位选择器开关48包括对应于开路电路的一个输入端62，接收六种不同齐纳二极管56，66，68，70，72，74的阴极的六个输入端64。电路60包括两个输出端76，78，其分别电连接到可移动的臂80和不同的齐纳二极管56，66，68，70，72，74的阳极（经由例如58的电阻）。反过来，最低所选的齐纳电压电平（经由选择器开关48手动地或经由NO触点38远程地）确定瞬时跳闸电平。通过选择器开关48将齐纳二极管56，66，68，70，72，74中所需的一个切换为入和出，或者经由NO触点38的闭合状态将齐纳二极管56切换为入。

所公开的概念提供了一种断路器或跳闸机构电弧减少维护模式已远程启动并且跳闸机构已被设定到其最低的维护模式设置的替代的故障安全指示。

虽然公开了可分离的触点10，但也可以使用合适的固态可分离的触点。例如，所公开的断路器2包括合适的电路断续器机构，例如由操作机构12断开和闭合的可分离触点10，虽然所公开的概念适用于广泛的电路中断机构（例如但不限于，类似FET或IGBT器的固态开关，接触器触点）和/或基于固态的控制/保护设备（例如但不限于，驱动器，软起动器，DC/DC转换器）和/或运行机构（例如但不限于，电气，机电或机械机构）。

虽然已详细描述了所公开概念的具体实施例，本领域技术人员可以理解，在本公开的全部教导下可以对这些细节做出各种修改和替代。因此，公开的特定装置对于所公开概念的范围只是说明性的而不是限定性的，所公开的概念的范围由所附权利要求及其任何和所有等同的全部范围给出。

Claims (21)

1.一种电切换装置（2），包括：

可分离触点（10）;

操作机构（12），被构造为断开和闭合所述可分离触点；以及

跳闸机构（4），与所述操作机构协作以跳闸断开所述可分离触点，所述跳闸机构包括：

输入端（12），被构造成接收远程信号（14）以远程启动电弧减少维护模式（16），

第一电路（18），被构造成响应于所接收到的远程信号启动所述电弧减少维护模式，以及

第二电路（20），被构造成远离所述跳闸机构提供电信号（22），以便远程指示所述电弧减少维护模式已经被远程启动。

2.如权利要求1所述的电切换装置（2），其中所述输入端被进一步构造为接收两个导体（36）以接收直流电压作为远程信号；并且其中所述第二电路包括两个导体（34）以输出触点（32）和共同端（42）作为远离所述跳闸机构的电信号。

3.如权利要求1所述的电切换装置（2），其中所述第一电路包括视觉指示器（40），该视觉指示器被构造为在视觉上指示所述电弧减少维护模式被启动。

4.如权利要求1所述的电切换装置（2），其中所述第一电路包括可手动操作的选择器（48），该选择器被构造成选择多个预定电流条件（50）中的一个，每个所述预定电流条件大于所述电弧减少维护模式的电流条件（52）；并且其中所述第一电路进一步被构造为超弛（24）所述可手动操作的选择器。

5.如权利要求1所述的电切换装置（2），其中所述第一电路包括包含第一线圈（28）的第一继电器（24）；其中所述第二电路包括包含第二线圈（30）的第二继电器（26）；并且其中所述第一和第二线圈串联电连接，并被构造成通过所接收到的远程信号被激励。

6.如权利要求5所述的电切换装置（2），其中所述第二继电器还包括触点（32），该触点在所述电弧减少维护模式被远程启动时改变状态。

7.如权利要求5所述的电切换装置（2），其中所述第二继电器位于所述跳闸机构内部。

8.如权利要求5所述的电切换装置（2），其中所述第一继电器被构造为在所述第二继电器被激励之前被激励，从而在所述第二电路远离所述跳闸机构提供电信号之前启动所述电弧减少维护模式。

9.如权利要求5所述的电切换装置（2），其中所述第一继电器的第一线圈具有第一电阻和第一拾取电压；其中所述第二继电器的第二线圈具有第二电阻和第二拾取电压；并且其中所述第一电阻，所述第一拾取电压，所述第二电阻和所述第二拾取电压被构造使得所述第一继电器在所述第二继电器之前被激励。

10.如权利要求5所述的电切换装置（2），其中所述第一电路包括齐纳二极管（44），发光二极管（40）和电阻器（46）的串联组合，所述串联组合被构造成在所述第二继电器被激励同时或之后点亮发光二极管，从而在视觉上指示所述电弧减少维护模式被启动。

11.一种跳闸单元（4），用于电路断续器（2），所述跳闸单元包括：

输入端（12），被构造成接收远程信号（14）以远程启动电弧减少维护模式（16）；

第一电路（18），被构造成响应于所接收到的远程信号启动所述电弧减少维护模式；以及

第二电路（20），被构造成远离所述跳闸机构提供电信号（22），以用来远程指示所述电弧减少维护模式被远程启动。

12.如权利要求11所述的跳闸单元（4），其中所述输入端被进一步构造成接收两个导体（36）以接收直流电压作为远程信号；并且其中所述第二电路还包括两个导体（34）以输出触点（32）和共同端（42）作为远离所述跳闸机构的电信号。

13.如权利要求11所述的跳闸单元（4），其中所述第一电路包括视觉指示器（40），该指示器被构造成在视觉上指示所述电弧减少维修模式被启动。

14.如权利要求11所述的跳闸单元（4），其中所述第一电路包括可手动操作的选择器（48），该选择器被构造成选择多个预定电流条件（50）中的一个，每个所述预定电流条件大于所述电弧减少维护模式的电流条件（52）；其中所述第一电路被构造成超弛（24）所述可手动操作的选择器；并且其中所述第一电路被进一步构造成响应于所接收到的远程信号选择所述电弧减少维护模式的当前条件。

15.如权利要求14所述的跳闸单元（4），其中所述电弧减少维护模式的所述当前条件由齐纳二极管（56）和电阻器（58）的串联组合限定；其中所述可手动操作的选择器被进一步构造成电连接齐纳二极管和与另一个齐纳二极管（59）并联的电阻器的串联组合；并且其中所述第一电路包括由接收到的远程信号激励的继电器（24），所述继电器包括触点（38），该触点被构造成当所述输入端接收远程信号时，电连接齐纳二极管和与所述另一个齐纳二极管并联的电阻器的串联组合。

16.如权利要求11所述的跳闸单元（4），其中所述第一电路包括包含第一线圈（28）的第一继电器（24）；其中所述第二电路包括包含第二线圈（30）的第二继电器（26）；并且其中所述第一和第二线圈串联电连接并被构造成由接收到的远程信号来激励。

17.如权利要求16所述的跳闸单元（4），其中所述第二继电器还包括触点（32），当所述电弧减少维护模式被远程启动时该触点改变状态。

18.如权利要求16所述的跳闸单元（4），其中所述第二继电器位于所述跳闸机构内部。

19.如权利要求16所述的跳闸单元（4），其中所述第一继电器被构造为在所述第二继电器被激励之前被激励，以便在所述第二电路远离远程启动所述电弧减少维护模式的所述跳闸机构提供电信号之前启动所述电弧减少维护模式。

20.如权利要求16所述的跳闸单元（4），其中所述第一继电器的第一线圈具有第一电阻和第一拾取电压；其中所述第二继电器的第二线圈具有第二电阻和第二拾取电压；并且其中所述第一电阻，所述第一拾取电压，所述第二电阻和所述第二拾取电压被构造使得所述第一继电器在所述第二继电器之前被激励。

21.如权利要求16所述的跳闸单元（4），其中所述第一电路包括齐纳二极管（44），发光二极管（40）和电阻器（46）的串联组合，所述串联组合被构造为在所述第二继电器被激励的同时或之后点亮发光二极管，以用来在视觉上指示所述电弧减少维护模式被启动。

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