CN103681132B - 远程操作的断路器 - Google Patents

Abstract

一种断路器，其具有用于开路和闭合回路的动接触臂，该断路器分别由用于保护电路的断路器机构和无需驱动断路器机构来运行的开关杠杆机构来控制。开关杠杆的激活可以通过螺线管或其他适合的装置，并且各种互锁机械状态存在于提供了附加安全性特征的元件之间。

Description

远程操作的断路器

技术领域

本发明一般涉及远程操作的断路器，并且涉及通过利用接触臂来远程操作的断路器，该接触臂通过利用与断路器手柄机构分离的螺线管机构来操作。

背景技术

断路器是一种可用来防止电路受到由过载或短路所引起的损害的装置。例如，当被断路器所保护的电路发生功率骤增时，断路器将会脱扣。这将引起断路器从“开启”位置弹向“关闭”位置，并将切断由该断路器主导的电源。断路器通过该方式脱扣，可避免启动过载电路时引起的火花，并且还可以避免毁坏耗电装置或与被保护的电路连接的其他装置。

标准的断路器具有线路和负荷。通常，线路接收进入的电，最常见的是来自电力公司的电。这通常被称作断路器的输入。负荷，通常是指输出，从断路器连出，并连接至正由断路器供电的电气部件。断路器可以保护直接连接着断路器的独立部件，例如空调设备，或者，断路器可以保护多个部件，例如连接着终止于插座的电力电路的家用电器。

断路器可用作保险丝的替代品。保险丝只能运作一次，并随后必须进行替换，与保险丝不同，断路器可（手动或自动地）进行复位，以继续正常运行。当对区域的供电停止时，操作者可检查配电盘来得知断路器已经脱扣到“关闭”位置。然后断路器可弹至“开启”位置，电力又可恢复。

一般来说，断路器具有两个位于壳体内的触点。典型地，第一触点是固定的，并且可以与线路或负荷的任何一个连接。典型地，第二触点是相对于第一触点可移动的，这样使得当断路器处于“关闭”或脱扣位置时，在第一和第二触点之间存在有间隙，并且线路是与负荷断开的。

断路器通常设计为是不经常运转的。在典型应用中，在电力尖峰引起的跳闸或其他电气干扰时，将会运转断路器。在一般电路的正常运行期间，电力尖峰并不是有规律的发生。

然而在一些应用中，需要更频繁地运转断路器。例如，为了利于省电，对从一个位置向建筑的整个楼层配电的控制是有利的。这可以通过手动使整个楼层的电路的断路器脱扣来实现。还期望手动地利用远程控制、定时器、感应器或者类似物，来远程地使断路器脱扣。

在其他应用中，需要以维护为目的，远程地操作断路器。例如，操作者可以手动使断路器脱扣来断开被保护的电路，以便对其进行检查和保养。然而在一些电路中，运转断路器会引起危险的电弧，从而对操作者产生安全的隐患。但在其他电路中，断路器可设在受限的或危险的环境中。在这些情况下，远程地操作断路器也是有利地。

已知的远程控制断路器的途径包括将能够有意地使断路器机构脱扣并使它复位的机构并入断路器中。这种机构的例子是用于驱动脱扣机构的螺线管或发动机，和用于通过重置脱扣机构来使断路器复位的螺线管和发动机。

然而，按照这种方式将断路器作为电源开关或远程控制使用，使断路器的操作循环次数远远大于它在一般的电路保护应用中的其他使用。这会导致断路器的无法承受的过早的失效。一般的断路器机构设计成在失效前可经受仅20,000～30,000个循环。

为了增加断路器在失效前能够持续的循环次数，断路器的所有部件，包括脱扣机构和所有弹簧、联动装置、擒纵装置、扳机、缓冲器、热双金属元件、或其他属于机构一部分的部件，均必须比以往所要求的以更坚固的方式设置。这会相当程度地增加制造断路器的费用。

因此，期望得到的是一种克服这些限制的能够远程或手动激活的断路器。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种断路器，其能够远程地打开或关闭。

本发明的另一个目的是提供一种断路器，其能够利用与断路器机构分离的机构来打开与关闭。

这些和其他目的可通过以下方式实现，即提供一种断路器，其包括：第一触点；第二触点，其能够在相对第一触点闭合的位置与相对第一触点开路的位置之间移动，并且其设置成仅在闭合位置时接触第一触点；具有脱扣状态和未脱扣状态的断路器机构，其设置成当断路器机构改变状态时，改变触点的位置；以及具有开状态和关状态的致动器，其设置成当致动器改变状态时，在不必改变断路器机构的状态下改变触点的位置。

在一些实施方式中，如果断路器机构处于脱扣状态，那么触点处于开路位置。

在一些实施方式中，如果断路器机构处于脱扣状态，那么触点不能移动至闭合位置。

在一些实施方式中，如果致动器处于关状态，那么触点处于开位置。

在一些实施方式中，如果致动器处于关状态，断路器机构不能将触点移动至闭合位置。

在一些实施方式中，致动器设置成能够响应于信号而改变杠杆的状态。

在一些实施方式中，断路器机构设置成能够响应于过载状态使触点从闭合位置移动至开路位置。

在一些实施方式中，断路器机构设置成能够响应于手动操作而使触点从闭合位置移动至开路位置。

在一些实施方式中，致动器利用杠杆使触点在闭合位置与开路位置之间移动。

在一些实施方式中，致动器是螺线管。

在一些实施方式中，触点通过利用弹簧而被偏置。

在一些实施方式中，触点通过利用永磁体而被偏置。

在一些实施方式中，螺线管包括用于使触点偏置的永磁体。

在一些实施方式中，永磁体用于当螺线管断电时使触点偏置。

在一些实施方式中，螺线管包括用于当螺线管断电时使触点移动至开路位置的永磁体。

在一些实施方式中，断路器机构包括擒纵装置（escapement）。

在一些实施方式中，断路器机构包括缓冲器（dashpot）。

在一些实施方式中，断路器机构与致动器是分离的。

本发明的其他目的是通过以下方式实现，即提供一种断路器，其包括：触点，其能够在开路位置与闭合位置之间相对移动；断路器机构，其用于当断路器被驱动时改变触点的位置；和开关机构，其用于在无需驱动断路器机构的情况下使触点开路或闭合。

本发明的另一目的是通过以下方式实现，即提供一种断路器，其包括：第一触点；具有闭合位置和开路位置的可移动件；设在可移动件上的第二触点，其用于仅在可移动件处于闭合位置时接触第一触点；具有脱扣状态和未脱扣状态的断路器机构，其与可移动件连接，并用于当断路器机构改变状态时移动可移动件；具有开状态和关状态的螺线管，其与可移动件连接，并用于当螺线管改变状态时，在不改变断路器机构的状态下，移动可移动件；以及永磁体，其将螺线管偏置到关状态。

本发明的其他目的和它的具体特征和优势将通过以下附图和附随的具体描述更清楚地显现。

附图说明

图1是根据本发明所述的断路器的实施例的侧视图，其示出了闭合位置。

图2是图1所示的示例性断路器的另一侧视图，其示出了远程开路位置。

图3是图1和图2所示的示例性断路器的另一侧视图，其示出了脱扣的位置。

图4是反映出根据本发明所述的图1至图3示出的示例性断路器的元件位置的各种组合的表格。

图5是状态转换图，其反映出根据本发明所述的对于图1至图3示出的示例性断路器的可能的各种状态转换。

具体实施方式

图1示出了根据本发明所述断路器100的一个实施例。

该断路器100包括连接至线路端子110的静触点105。线路端子接收来自诸如发电机（未示出）的电源的电。在一些应用中，电是由电力公司供应的。

动触点115设置在动接触臂120上，动接触臂120能通过在第一枢轴135和第二枢轴170上枢转来实现在闭合位置125与开路位置200和300（图2与图3）之间的移动。

动接触臂120通过联动装置145连接至一脱扣机构（trippingmechanism）140。如图所示，脱扣机构140此时处于未脱扣状态。联动装置可包括弹簧机构（未示出），该弹簧机构被施以偏压以便当脱扣机构140脱扣时使动接触臂从闭合位置移动至开路位置。

故障检测器150连接至可移动端子，并用于当诸如过载电流的故障状态发生时，启动脱扣机构140。在一些应用中，故障检测器是设置成内联于电路中的螺线管。如果通过螺线管的电流超过某水平，螺线管会产生足以启动脱扣机构的电磁场。螺线管还可以选择性地与用于当电流超过某水平时启动脱扣机构的活塞或其他电枢结合工作。

应理解的是，也可采用能够在发生特定情况时使脱扣机构脱扣的其它故障检测方法。

动触点115通过故障检测器150和连接装置116与负荷端子199连接。如图1所示，当动触点115处于闭合位置时，静触点105和动触点115彼此接触，电可以从线路端子110通过触点105和115流向负荷端子199。

还可设置手柄160，其用于对脱扣机构140进行复位，或用于手动使脱扣机构140脱扣。

动接触臂120包括导槽165，其允许动接触臂120滑动和/或绕枢转点170枢转。动接触臂120还包括杠杆175。该杠杆可以与动接触臂120一体形成，或者可以是接附在动接触臂120上的单独元件。

致动螺线管180具有与杠杆175连接的活塞185。杠杆175、动接触臂120和导槽165设置成：当脱扣机构140处于图中所示的未脱扣状态并且致动螺线管180被启动时，活塞185沿箭头190的方向移动，从而通过使动接触臂120绕枢转点135枢转以及使导槽165沿第二枢转点170滑动，以使动接触臂120从闭合位置125移动至第二开路位置（200，图2）。

通过并入诸如致动螺线管180的致动器来以这种方式使触点105和115开路和闭合具有如下优势，即：这样可以使断路器的手动操作循环的次数增加，而不必引起与增强脱扣机构和其相关部件的坚固性有关的附加费用，因为当触点通过致动螺线管被开路时，脱扣机构和其相关部件并没有被驱动。按照这种方式，在典型应用下的操作寿命可增加至将近200,000个循环。

致动螺线管180可通过利用远程信号来启动。致动螺线管180可以是包括永磁体192的双稳态或自锁式螺线管（latchingsolenoid）。在该情况下，活塞185将保持在其位置，除非致动螺线管180得到正确极性的通电。

极性开关194可通过利用连接器196而与致动螺线管180连接。极性开关194可为致动螺线管180提供任一极性的脉冲信号，从而使活塞185伸长或收缩。当不存在信号时，活塞185被螺线管180保持在位。

永磁体192也可设置成这样，即，当致动螺线管180断电时，活塞185沿箭头190的方向回缩，从而通过将动触点115从闭合位置125移动至第二开路位置（200，图2）而使电路开路。

可选地，可以设置一偏压弹簧198以使杠杆175偏置，这样活塞185就仅需提供一个方向上的力。

图2示出了断路器100的实施例，其中断路器100处于图1中的脱扣机构140未脱扣的状态，但其动接触臂120处于第二开路位置200。

图3示出了断路器100的实施例，其中断路器100处于脱扣机构140已脱扣的状态。这里，动接触臂120已借助脱扣机构140通过联动装置145被移开，从而使动触点115保持在开路位置300。在脱扣机构140处于已脱扣状态下，无论活塞185的位置如何，动触点115都不能返回至与静触点105闭合的状态。这意味着无法在故障后利用远程系统通过致动螺线管180来重新接通断路器。

当脱扣机构140处于图1和图2所示的未脱扣状态下，触点115和105可通过驱动螺线管180而自由地开路或闭合。然而，当脱扣机构140处于脱扣状态下时，触点115和105不能通过驱动螺线管180而被带回至闭合状态。这样设置的优势在于，它通过允许让直接在断路器100面前的操作者将任何可能会导致危险状况的远程或自动地重新闭合断路器的尝试无效，从而增强了安全性。

类似地，当致动螺线管180处于其伸长位置时，如果失去对极性开关194的供电而阻止了对致动螺线管180的驱动，那么仍然有可能通过利用脱扣机构140或手柄160而使触点115和105开路，以及通过利用手柄160使触点115和105闭合。然而，当致动螺线管180处于其缩回位置时，如果失去对极性开关194的供电而阻止了对致动螺线管180的驱动，则不可能通过手柄160使触点重新闭合。这样设置的优势在于，它可以避免任何可能会导致危险状况的通过操作手柄160来重新闭合断路器的尝试，从而增强了安全性。在一些应用中，也可包括进其它附加的机构（未示出），用于使致动螺线管180的活塞185能够在无需对极性开关194供电的情况下移动至其伸长位置。

图4是示出了根据本发明的示例性实施例的断路器可能的位置的各种组合的表格。

当断路器机构140和杠杆175都处于开启位置（状态A）下，动接触臂处于闭合位置，电流能够流过断路器100。

从状态A起，如果断路器的机构140被触发，例如通过手动使断路器的机构140脱扣或因电流过载情况导致的机构140脱扣，动接触臂120会移动至第一开路位置300，并且电流不再流过断路器100。

从状态A起，如果杠杆175例如通过远程驱动致动螺线管而被触发，则动接触臂120会移动至第二开路位置，并且电流不再流过断路器100。

当断路器机构140和杠杆175都处于关闭位置（状态B）下，接触臂处于第一开路位置300，并且电流不能流过断路器100。

从状态B起，如果断路器的机构140例如通过重置断路器机构而被触发，动接触臂120会移动至第二开路位置，并且电流仍不能流过断路器100。这样设置的优势在于，它可以使远程操作者能够在例如已知会有安全危险时，阻止电流的流过，即使本地操作者想要重置断路器。

从状态B起，如果杠杆175例如通过远程驱动致动螺线管而被触发，动接触臂120会移动至第一开启位置300，并且电流仍不能流过断路器100。这样设置的优势在于，它可以使本地操作者能够在例如已知有安全危险时，阻止电流的流过，即使远程操作者想尝试打开断路器。

当断路器机构140处于开启位置并且杠杆175处于关闭位置（状态C）下，动接触臂处于第二开路位置，并且电流不能流过断路器。

从状态C起，如果断路器的机构140被触发，例如通过手动使断路器的机构140脱扣或因电流过载情况导致的机构140脱扣，动接触臂120会移动至第一打开位置300，并且电流仍不能流过断路器100。

从状态C起，如果杠杆175例如通过远程驱动致动螺线管而被触发，动接触臂会移动至闭合位置，并且电流能够流过断路器100。

当断路器的机构140处于关位置并且杠杆175处于开位置（状态D）下，动接触臂120处于第一开路位置300，并且电流不能流过断路器100。

从状态D起，如果断路器的机构140例如通过重置断路器机构而被触发，动接触臂120会移动至闭合位置，并且电流能流过断路器100。

从状态D起，如果杠杆175例如通过远程驱动致动螺线管而被触发，动接触臂会移动至第一开路位置300，并且电流仍不能流过断路器100。

图5是根据本发明示例性实施例的如图4中的表格所反映出的可能的不同状态转换的状态转换图。其中，允许电流流过断路器的唯一状态是状态A。从状态转换图中可清楚地看出，在不先经过状态D或状态C的条件下，不可能从状态B直接转换到状态A。因此，状态B可被认为是断路器100的安全状态。

状态A到状态D的转换是由断路器机构140（图中由M代表）控制的，例如由能重置机构的本地操作者控制。远程操作者能启动仅经由状态D的从状态B到状态A的转换，该状态D由本地操作者控制。

类似地，从状态A向状态C的转换是由杠杆（图中由L代表）的操作者控制的，例如利用螺线管180驱动杠杆175的远程操作者。本地操作者能启动仅经由状态C的从状态B到状态A的转换，该状态C由远程操作者控制。

按照这种方式，断路器100可配置成，在对受保护的电路通电前，通过获取断路器100的操作者之间的逻辑协议而提供附加的安全层。

尽管本发明已借助具体的部件设置、特征及类似物进行描述，但这些并不能用于排除所有可能的设置或特征，尤其是对本领域技术人员而言可确定的变化与修改。

Claims (19)

1.一种断路器，包括：

第一触点；

设置在动接触臂上的第二触点，其能够通过所述动接触臂在枢轴上的枢转在相对所述第一触点闭合的闭合位置与相对所述第一触点开路的开路位置之间移动，并且其设置成仅在所述闭合位置时接触所述第一触点；

通过联动装置与所述动接触臂连接的具有脱扣状态和未脱扣状态的断路器机构，其设置成当所述断路器机构改变状态时，改变所述第二触点的位置；

手柄，其用于对断路器机构进行复位或用于手动使断路器机构脱扣；和

具有接触所述动接触臂的致动臂的致动器，所述致动臂设置成当所述致动器改变状态时，在不必改变断路器机构的状态下，在开状态和关状态之间改变所述动接触臂的位置；其中，当断路器机构处于未脱扣状态并且致动器被启动时，通过使所述动接触臂绕枢轴枢转使所述动接触臂在闭合位置和开路位置之间移动，第二触点通过致动器被开路时，断路器机构并没有被驱动。

2.根据权利要求1所述的断路器，其中，如果所述断路器机构处于所述脱扣状态，所述第二触点处于开路位置。

3.根据权利要求2所述的断路器，其中，如果所述断路器机构处于所述脱扣状态，所述第二触点不能移动至所述闭合位置。

4.根据权利要求1所述的断路器，其中，如果所述致动器处于所述关状态，所述第二触点处于所述开路位置。

5.根据权利要求1所述的断路器，其中，如果所述致动器处于所述关状态，所述断路器机构不能将所述第二触点移动至所述闭合位置。

6.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述致动器设置成能够响应于信号而改变所述动接触臂的状态。

7.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述断路器机构设置成能够响应于过载状态而使所述第二触点从所述闭合位置移动至所述开路位置。

8.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述断路器机构设置成能够响应于手动操作而使所述第二触点从所述闭合位置移动至所述开路位置。

9.一种断路器，包括：

第一触点和设置在动接触臂上的第二触点，所述第二触点能够通过所述动接触臂在枢轴上的枢转在开路位置与闭合位置之间相对移动；

通过联动装置与所述动接触臂连接的断路器机构，其用于当所述断路器被驱动时改变所述第二触点的位置；

手柄，其用于对断路器机构进行复位，或用于手动使断路器机构脱扣；和

具有接触所述动接触臂的致动臂的开关机构，所述致动臂设置成在无需驱动所述断路器机构的情况下，在开状态和关状态之间改变所述动接触臂的位置，其中当断路器机构处于未脱扣状态并且所述开关机构被启动时，通过使所述动接触臂绕枢轴枢转使所述动接触臂在闭合位置和开路位置之间移动，所述第二触点通过所述开关机构被开路时，断路器机构并没有被驱动。

10.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述开关机构是螺线管。

11.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述第二触点通过利用弹簧而被偏置。

12.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述第二触点通过利用永磁体而被偏置。

13.根据权利要求10所述的断路器，其中，所述螺线管包括用于使所述第二触点偏置的永磁体。

14.根据权利要求13所述的断路器，其中，所述永磁体用于当螺线管断电时使所述第二触点偏置。

15.根据权利要求13所述的断路器，其中，所述螺线管包括用于当所述螺线管断电时使所述第二触点移动至所述开路位置的永磁体。

16.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述断路器机构包括擒纵机构。

17.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述断路器机构包括缓冲器。

18.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述断路器机构与所述开关机构是分离的。

19.一种断路器，包括：

第一触点；

具有闭合位置和开路位置的可移动件，所述可移动件能通过在枢轴上的枢转来实现在闭合位置与开路位置之间的移动；

设在所述可移动件上的第二触点，其用于仅在所述可移动件处于所述闭合位置时接触所述第一触点；

与所述可移动件连接的具有脱扣状态和未脱扣状态的断路器机构，其与所述可移动件连接，并用于当所述断路器机构改变状态时移动所述可移动件；

手柄，其用于对断路器机构进行复位，或用于手动使断路器机构脱扣；

具有接触所述可移动件的致动臂的螺线管，所述致动臂设置成当所述螺线管改变状态时，在不改变所述断路器机构的状态下，在开状态和关状态之间移动所述可移动件；其中，当断路器机构处于未脱扣状态并且所述螺线管被启动时，通过使所述可移动件绕枢轴枢转使所述可移动件在闭合位置和开路位置之间移动，第二触点通过螺线管被开路时，断路器机构并没有被驱动；

以及

永磁体，其将所述螺线管偏置到所述关状态。