CN103329237A - 提供跳闸单元外部的区域选择性联锁接口的附件模块以及包括该附件模块的系统和电路断续器 - Google Patents

Abstract

电路断续器（2）包含具有附件室（12）的电路断路器框架、提供区域选择性互锁功能的跳闸单元（4）以及附件模块（18）。该附件模块（18）包含：外壳（20），由电路断路器框架的附件室（18）接收；以及通过外壳（20）安放的电路。电路（22）与跳闸单元（4）的区域选择性联锁功能协作以提供跳闸单元（4）外部的区域选择性联锁接口。

Description

提供跳闸单元外部的区域选择性联锁接口的附件模块以及包括该附件模块的系统和电路断续器

技术领域

本公开的概念一般属于包括跳闸单元的电切换装置，诸如电路断续器。本公开的概念还涉及包括用于电路断续器跳闸单元的系统。本公开的概念还涉及用于电路断续器的附件模块。

背景技术

电切换装置例如包括：电路切换设备；诸如电路断路器之类的电路断续器；网络保护器；接触器；电动机起动器；电动机控制器；以及其他负载控制器。诸如电路断续器且尤其是模制外壳种类的电路断路器之类的电切换装置在本领域中是已知的。例如，参见美国专利No.5,341,191。

例如但不限于电路断路器的电路断续器用于保护电路免受由于诸如过载条件、短路或诸如电弧故障或接地故障的其他故障条件之类的过流条件导致的损害。模制外壳电路断路器典型地在每个相位包括一对可分离触点。可分离触点可以借助于布置在外壳外部的手柄手动操作或响应于检测的故障条件自动操作。典型地，这种电路断路器包括被设计为快速断开和闭合可分离触点的操作机构以及感测很多故障条件以自动跳闸断路器的跳闸机构，诸如跳闸单元。当感测到故障条件时，跳闸单元使得操作机构跳闸为跳闸状态，该状态将可分离触点移动到其断开位置。

工业电路断路器通常使用容放跳闸单元的电路断路器框架。例如，参见美国专利No.5,910,760和6,144,271。跳闸单元可以是模块化的且可以被替换以变更电路断路器的电学属性。

已知采用利用微处理器的跳闸单元来检测各种类型的过流跳闸条件且提供各种保护功能，例如长延迟跳闸、短延迟跳闸、瞬时跳闸和/或接地故障跳闸。长延迟跳闸功能保护通过免受过载和/或过流的受保护电系统服务的负载。短延迟跳闸功能可以用于协调电路断路器层级中下游电路断路器的跳闸。瞬时跳闸功能保护电路断路器连接到的电导体免于由于诸如短路的过流条件损害。如所暗示的，接地故障跳闸功能保护电学系统免受接地故障。

一些已知的模制外壳电路断路器（MCCB）包括短延时设定。实际的短延迟跳闸时间故意地被延迟且具有源于由微处理器执行的短延迟算法计算时间的大约37毫秒（mS）的最小跳闸时间。这些MCCB的瞬时特征通过固定模拟超驰（override）电路提供。单个齐纳二极管预定具有单个固定阈值。固定模拟超驰电路断路器检测峰值电流值且在小于1个线循环内启动跳闸。因为齐纳二极管是固定且不可调节的部件，瞬时跳闸阈值被设定为单个固定值。例如，参见美国专利申请公开No.2009/0195337。

区域选择性联锁（ZSI）（例如也已知为“区域联锁”）控制电路断路器以提供具有相对极短延时的选择性，而不管区域的数目（例如但不限于，线侧区域；负载侧区域；多个上游区域；多个下游区域；多个分级级别）和配电系统的故障位置。在每个电路断路器提供ZSI输入和ZSI输出。联锁可以应用于在相位之间的故障或接地故障或二者。

作为一个示例，区域联锁使用通信机构将线和负载电路断路器跳闸单元连接在一起。当故障出现时，跳闸单元通信以确定哪个负载侧电路断路器最接近故障。最靠近故障的电路断路器中的跳闸单元超驰任意客户定义的延迟且瞬时断开，由此清除故障且允许线侧电路断路器保持闭合。

如果在若干区域中使用ZSI，则例如短路电流（即故障上游）影响的每个电路断路器询问受影响的电路断路器的直接下游的（多个）电路断路器以确定在相邻下游区域中是否存在短路电流或是否影响相邻下游区域。在每个电路断路器处调节延迟设置以确保故障的直接上游的下游电路断路器具有时间来中断故障电流。ZSI的优点随着附加区域增加，因为在系统的上游电源端，基于时间的选择性可能导致不可接受的长延迟。

ZSI通信机构在两个或更多个可兼容跳闸单元之间采用一对导体。ZSI使得编程的跳闸单元设定可以响应于不同故障条件和位置自动地变更，由此局部化中断的影响且在电路断路器之间提供正协调。

现有电子跳闸单元不允许使用区域联锁的电路断路器的选择性协调。因此，存在提供这种功能的需求。

在诸如电路断续器之类的电切换装置中存在改善空间。

在包括电路断续器跳闸单元的系统中存在改善的进一步空间。

发明内容

这些和其他需求通过所公开概念的实施例满足，这些实施例提供构造为与跳闸单元的区域选择性联锁功能协作的附件模块电路以提供跳闸单元外部的区域选择性联锁接口。

根据所公开概念的一个方面，一种系统包含：跳闸单元，被构造为提供区域选择性联锁功能；以及附件模块，包含：外壳，被构造为被电路断续器的附件室接收；以及通过外壳安放的电路，该电路构造为与跳闸单元的区域选择性联锁功能协作以提供跳闸单元外部的区域选择性联锁接口。

作为所公开概念的另一方面，附件模块包含：外壳，被构造为由电路断续器的附件室接收；以及通过外壳安放的电路，该电路被构造为与跳闸单元的区域选择性联锁功能协作以提供跳闸单元外部的区域选择性联锁接口。

作为所公开概念的另一示例，电路断续器包含：电路断路器框架，包含附件室；跳闸单元，提供区域选择性互锁功能；以及附件模块，包含：外壳，被构造为由电路断路器框架的附件室接收；以及通过外壳安放的电路，该电路与跳闸单元的区域选择性联锁功能协作以提供跳闸单元外部的区域选择性联锁接口。

附图说明

当结合附图阅读时，从优选实施例的下述描述可以获得公开概念的完整理解。

图1是根据所公开概念的实施例的跳闸单元、外部附件模块和电路断路器框架的框图。

图2是图1的附件模块的示意性形式的框图。

图3是图1的附件模块的等距视图。

图4是包括图1的跳闸单元和附件模块的电路断续器的等距视图。

具体实施方式

当在此采用时，术语“数目”将表示1或大于1的整数（即复数个）。

当在此采用时，两个或更多部件“连接”或“耦合”在一起的陈述将表示部件直接接合在一起或通过一个或更多中间部件接合。而且，当在此采用时，两个或更多部件“附连”的陈述将表示部件直接接合在一起。

当在此采用时，术语“处理器”将表示可以存储、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；微计算机；ASIC处理器；中央处理单元；大型计算机；微型计算机；服务器；联网处理器；或任意合适的处理设备或装置。

根据三极电路断路器描述所公开的概念，不过所公开的概念可应用于具有任意数目极性的宽泛范围的电路断续器。

图1示出电切换装置或电路断续器，诸如用于电学电路的示例电路断路器2。电路断路器2包括诸如示例跳闸单元4的跳闸机构。示例电路断路器2还包括电路断路器框架6，该电路断路器框架具有可分离触点8、构造为断开和闭合可分离触点8的操作机构10以及附件室12。跳闸单元4与操作机构10协作以跳闸断开可分离触点8。跳闸单元4包括提供区域选择性联锁（ZSI）功能14的处理器12。处理器12包括ZSI输入和输出电路16。

附件室12包括附件模块18，该附件模块具有由附件室12接收的外壳20（图3和4）以及通过外壳20安放的电路22（图2）。电路22与ZSI功能14协作且与跳闸单元4的ZSI输入和输出电路16协作以提供跳闸单元4外部的区域选择性联锁接口，诸如示例连接器24。跳闸单元4和附件模块18形成系统26。

所公开的示例电子跳闸单元4允许经由具有多个导体的外部客户线缆28（图2和4）的选择性协调。电子跳闸单元4的处理器12被构造为允许ZSI功能14通过跳闸单元测试器30（在图1中以虚线示出）启动，由此如将解释的允许该功能在需要时开启。

跳闸单元4还包括处理器12的例行程序32、诸如示例EEPROM34的非易失性存储器以及到测试器30的接口36。接口36和例行程序32被构造为修改EEPROM34的位置以启动或禁用ZSI功能14。例行程序32被构造为访问EEPROM34以确定ZSI功能14是否被启动或禁用。

参考图2，示出附件模块18及其各种接口。示例的5引脚连接器38和线缆40耦合到跳闸单元4的相应连接器42。附件模块电路22包括具有多个导体的示例连接器38，其构造为从跳闸单元连接器42连接多个相应导体。该连接器38连接到具有到用于客户线缆28、46的多个连接器22、24的布线的电路22（例如但不限于，印刷电路板（PCB））。如图4最好地示出，附件模块18安放在相应电路断路器2的附件室12（例如但非限制地，右口袋）中。客户线缆28、46以与用于常规附件（未示出）的连接相同或类似的方式退出电路断路器2。

在跳闸单元4和附件模块18之间的接口包括连接器38上的以下信号：[J1-5]=Z-IN48，[J1-4]=Z-OUT50，[J1-3]=COM52（公共），以及[J1-2和J1-1]=高负载警告54。

连接器42上的现场布线和信号定义包括：[J2-1]=COM56，[J2-2]=Z-OUT58以及[J2-3]=Z-IN60。

连接器44上的现场布线和信号定义包括：[J3-1]=常开触点62，[J3-2]=常关触点64以及[J3-3]=外部触点湿润电压66。

以这种方式，电路22在电路断路器2的附件室12处接收外部客户线缆28、46（图4）的多个导体。

电路22可以包括继电器68以提供高负载警告功能。来自跳闸单元4通过高负载警告信号54操作继电器68的条件是：电路断路器负载（未示出，但是通过可分离触点8（图1）供电）是否处于或高于额定框架电流约95％约38秒。高负载警告信号54通过跳闸单元处理器12的相应例行程序70（图1）激活。该例行程序70可以通过跳闸单元测试器30设定的设置启动。跳闸单元接口36（图1）被构造为修改EEPROM34的位置以启动或禁用高负载警告信号54。例行程序70被构造为访问EEPROM34以确定高负载警告信号54是否被启动或禁用。继电器68被构造为响应于高负载警告信号54且输出作为常开（NO）触点72的示例闭合状态的外部信号62或作为常关（NC）接口74的示例断开状态的外部信号64。外部触点湿润电压66被提供到继电器74的公共点76以激励NO触点72的闭合状态或激励NC触点74的闭合状态。

图3示出图1的附件模块18，包括其外壳20和连接器38、24、44以及到跳闸单元4的线缆40（以虚线示出）。

图4示出电路断路器2，其包括跳闸单元4和图1的附件模块18以及本地线缆40和外部线缆28、46，该附件模块18包括附件室12中的其外壳20。

针对跳闸单元4的短延迟和接地故障延迟跳闸功能提供区域选择性联锁（ZSI）以用于改善的系统保护。ZSI系统的非限制性示例包括用作上游电路断路器的第一电路断路器（未示出，但是参见电路断路器2）和用作下游电路断路器的第二电路断路器（未示出）。下游电路断路器的Z-OUT导体（未示出，但是参见导体58）连接到上游电路断路器的Z-IN导体60。而且两个COM（公共）导体56连接。可以以类似方式添加更多的电路断路器（未示出）以形成保护区域。

对于保护区域外侧的故障，最靠近故障的电路断路器上的跳闸单元向接收联锁信号（Z-IN）的上游电路断路器的跳闸单元发送联锁信号（Z-OUT）。联锁信号限制上游电路断路器的直接跳闸，直到到达其被编程的协调时间。正确应用的ZSI可以减小损害和/或避免由于电路或接地故障条件导致的非故障电路的跳闸。

下面的表1至3示出用于在相应标题中示出的条件的两个示例电路断路器的设定和结果（即，二者均跳闸；下游电路断路器（Dn）跳闸；上游电路断路器（Up）跳闸）。

表1

表2

表3

从表1至3可以看出，三个示例SDT时间设定是INST（瞬时）、120mS和300mS。自联锁用于单个电路断路器以使得跳闸时间通过SDT时间开关80（图4）控制。如果ZSI功能14（图1）启动，则单个电路断路器2如表（即是自联锁（表2）还是非自联锁（表3））所示那样动作。

跳闸单元处理器12（图1）被构造为提供多个不同短时间延迟设定且包括被构造成修改作为ZSI功能14的函数设定的例行程序78。例行程序78还被构造为当区域内信号（Z-IN）60耦合到区域外信号（Z-OUT）58时检测自联锁条件。ZSI功能14启动的单个电路断路器（诸如2）在编程的时间设定处将不跳闸，除非它是自联锁的（即，如结合耦合到Z-OUT58的Z-IN60所描述的）。

ZSI功能14和高负载警告继电器68（图2）是不同的功能。当两个功能均被客户选择时，它们使用相同的示例附件模块18。跳闸单元测试器30用于通过将适当设定编程到EEPROM34的适当位置来启动ZSI功能和/或高负载警告继电器68。

尽管公开了可分离触点8，也可以采用适当的固态可分离触点。例如，公开的电路断路器2包括适当的电路断续器机构，诸如通过操作机构10断开和闭合的可分离触点8，不过公开的概念可应用于宽泛范围的电路断流机构（例如但不限于，像FET或IGBT设备这样的固态开关；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/或操作机构（例如但不限于，电的、机电或机械机构）。

尽管已经详细描述了所公开概念的特定实施例，本领域技术人员应当理解，鉴于本公开的整体教导，可以改进对于这些细节的各种修改和替代。因此，公开的特定布置仅是说明性的而不是对所公开概念的范围的限制，所公开概念的范围由所附权利要求及其任意或所有等价的完整范围给出。

Claims (20)

1.一种系统（26），包括：

跳闸单元（4），被构造为提供区域选择性联锁功能（14）；以及

附件模块（18），包括：

外壳（20），被构造为由电路断续器（2）的附件室（12）接收；以及

电路（22），通过所述外壳安放，所述电路被构造为与所述跳闸单元的区域选择性联锁功能协作以提供所述跳闸单元外部的区域选择性联锁接口（24）。

2.根据权利要求1所述的系统（26），其中所述电路被构造为在电路断续器的附件室处接收多个外部导体（28；46）。

3.根据权利要求1所述的系统（26），其中所述跳闸单元包括包含例行程序（32）的处理器（12）、非易失性存储器（34）以及到测试器（30）的接口（36）；其中所述跳闸单元的接口被构造为修改非易失性存储器以启动或禁用区域选择性联锁功能；且其中例行程序被构造为访问非易失性存储器以确定区域选择性联锁功能是否被启动或禁用。

4.根据权利要求1所述的系统（26），其中所述跳闸单元包括第一连接器（42），其包含多个导体（40）；并且其中所述附件模块还包括第二连接器（38），其包括被构造为以接口连接所述第一连接器的多个导体的多个导体（40）。

5.根据权利要求4所述的系统（26），其中所述第一和第二连接器的多个导体包含公共导体（52）、区域输入导体（48）和区域输出导体（50）。

6.根据权利要求4所述的系统（26），其中所述第一和第二连接器的多个导体定义从所述跳闸单元到所述附件模块的高负载警告信号（54）；并且其中所述附件模块还包括继电器（68）和包括多个导体（46）的第三连接器（44），所述继电器被构造为响应于高负载警告信号且在所述第三连接器的多个导体上输出外部信号（62；64）。

7.根据权利要求6所述的系统（26），其中所述第三连接器的多个导体被构造为接收外部电压（66）以激励常开触点（72）的闭合状态或激励常关触点（74）的闭合状态。

8.根据权利要求6所述的系统（26），其中所述跳闸单元包括处理器（12），该处理器被构造为响应于位于或高于预定电流为预定时间的电路断续器向所述附件模块输出高负载警告信号。

9.根据权利要求8所述的系统（26），其中所述处理器（12）包含被构造为提供高负载警告信号的例行程序（70）；其中所述跳闸单元还包括非易失性存储器（34）和到测试器（30）的接口（36）；其中所述跳闸单元的接口被构造为修改非易失性存储器以启动或禁用高负载警告信号；且其中例行程序被构造为访问非易失性存储器以确定高负载警告信号是否被启用或禁用。

10.一种附件模块（18），包括：

外壳（20），被构造为由电路断续器（2）的附件室（12）接收；以及

电路（22），通过所述外壳安放，所述电路被构造为与跳闸单元（4）的区域选择性联锁功能（14）协作以提供所述跳闸单元外部的区域选择性联锁接口（24）。

11.根据权利要求10所述的附件模块（18），其中所述电路包括被构造为在电路断续器的附件室处接收多个外部导体的连接器（24；44）。

12.根据权利要求10所述的附件模块（18），其中所述电路包括连接器（38），该连接器包含被构造为从所述跳闸单元以接口连接多个导体（40）的多个导体（40）。

13.根据权利要求12所述的附件模块（18），其中所述连接器的多个导体包含公共导体（52）、区域输入导体（48）和区域输出导体（50）。

14.根据权利要求12所述的附件模块（18），其中所述连接器是第一连接器（38）；且其中所述电路还包括继电器（68）和包含多个导体（46）的第二连接器（44），所述继电器被构造为响应于高负载警告信号（54）且在所述第二连接器的多个导体上输出外部信号（62；64）。

15.一种电路断续器（2），包括：

电路断路器框架(6)，包括附件室（12）；

跳闸单元（4），提供区域选择性互锁功能（14）；以及

附件模块（18），包括：

外壳（20），由所述电路断续器框架的附件室接收；以及

电路（22），通过所述外壳安放，所述电路与所述跳闸单元的区域选择性联锁功能协作以提供所述跳闸单元外部的区域选择性联锁接口（24）。

16.根据权利要求15所述的电路断续器（2），其中所述附件模块还包括连接器（24），其包含用于区域外信号（58）、区域内信号（60）和公共点（56）的三个导体。

17.根据权利要求15所述的电路断续器（2），其中所述跳闸单元包括处理器（12），该处理器被构造为响应于由所述电路断续器控制的负载向所述附件模块输出高负载警告信号（54），所述负载具有位于或高于预定电流为预定时间的电流；且其中所述附件模块还包括继电器（68），该继电器被构造为响应于高负载警告信号且从常开触点（72）和常关触点（74）中的一个输出外部信号（62；64）。

18.根据权利要求15所述的电路断续器（2），其中所述跳闸单元包括被构造为提供多个不同的短时间延迟设定的处理器（12）和被构造为修改作为所述区域选择性联锁功能的函数的所述设定的例行程序（78）。

19.根据权利要求18所述的电路断续器（2），其中所述附件模块还包括外部连接器（24），该外部连接器包含用于区域外信号（58）的第一导体和用于区域内信号（60）的第二导体；且其中所述例行程序还被构造为当所述区域内信号耦合到所述区域外信号时检测自联锁条件。

20.根据权利要求15所述的电路断续器（2），其中所述跳闸单元包括处理器（12），该处理器被构造为响应于由所述电路断续器控制的负载向所述附件模块输出高负载警告信号（54），所述负载具有位于或高于预定电流为预定时间的电流；且其中所述附件模块还包括继电器（68），该继电器被构造为响应于高负载警告信号且从常开触点（72）和常关触点（74）中的一个输出外部信号（62；64）。

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