CN104685593A - 采用线性换能器监视触点腐蚀的电路断续器 - Google Patents

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Abstract

一种电路断续器(2)，包括：第一触点(14)和第二触点(16)，所述第二触点能相对于所述第一触点移动；驱动组件(18)，其被构造为相对于所述第一触点移动所述第二触点；以及腐蚀监视装置(32)，其包括耦接到所述驱动组件的一部分的线性换能器(34)。所述线性换能器被构造为生成输出信号，所述输出信号表示所述驱动组件的所述部分的线性位移量，其中所述腐蚀监视装置被构造为基于所述输出信号监视所述第一触点与所述第二触点中的至少一个的腐蚀度。

Description

采用线性换能器监视触点腐蚀的电路断续器
技术领域
本公开一般涉及电路断续器，并且更具体地涉及采用线性换能器(例如，但不限于，线性可变差动变压器(LVDT))来监视触点腐蚀的电路断续器。
背景技术
电路断续器为电力系统提供免受电力故障状况(例如，电流过载、短路和异常电平电压状况)的保护。尽管可采用广泛的驱动机构，电路断续器通常包括由弹簧提供动力的操作机构，该操作机构响应于异常情况而断开电触点以中断通过电力系统导体的电流。
电路断续器(例如用于工作在大约1000伏以上的系统的电力断路器)通常利用真空断续器(VI)来作为开关装置。真空断续器包括在绝缘壳体内放置的可分离主触点。一般地，其中一个触点相对于壳体和外部电导体二者固定，该外部电导体与电路断续器所关联的电力电路互相连接。其它触点是可动的。在真空断续器的情况下，可动触点组件通常包括圆形截面的导杆(stem)，该导杆在一端使触点密封在真空室内，在另一端耦接真空室外部的驱动机构。操作杆组件包括推杆和驱动机构，该推杆固定在导杆的与可动触点相对的端部，并且驱动机构提供动力来移动可动触点，使其与固定触点接合或分开。
VI通常用于例如可靠地中断中压交流(AC)电流，以及数千安培或更多的高压AC电流。通常，对于多相电路的每一相设置一个VI，并且对于多个相的VI可通过公共操作机构同时致动，或通过单独的操作机构(以及单独的辅助开关)单独致动。
在VI寿命期间，由于在每个中断期间在触点之间出现电弧，每个触点的表面将缓慢地腐蚀。通常，每个触点在其寿命期间将由于腐蚀而损失1-1.5毫米的材料。该材料损失被接触弹簧占据，导致接触弹簧压缩损失2-3毫米。该压缩损失转换成对VI内触点的压缩力的损失。足够的接触力对于VI性能非常重要。具体地，接触力不足增加了在短路情况下过热或爆炸的风险。因此，重要的是监视在VI寿命期间的触点腐蚀量，以便监视接触力减小到的程度。然而，在限制视觉接近触点的现有设计或不存在视觉接近触点的现有设计(例如，隐藏触点的设计)中，该监视是困难的或甚至不可能的。
因此需要一种用于监视VI寿命期间的触点腐蚀量的机制，即使在限制或不存在视觉接近触点的设计中，该机制也将可操作。
发明内容
本公开概念的实施例可满足这些和其它需求，本公开概念的实施例涉及电路断续器及关联的方法，该电路断续器具有用于监视其寿命期间触点腐蚀量的机构。
在一个实施例中，提供一种电路断续器，其包括：第一触点和第二触点，所述第二触点能相对于所述第一触点移动；驱动组件，其被构造为相对于所述第一触点移动所述第二触点；以及腐蚀监视装置，其包括线性换能器，所述线性换能器耦接到所述驱动组件的一部分。所述线性换能器被构造为生成输出信号，所述输出信号表示所述驱动组件的所述部分的线性位移量，其中所述腐蚀监视装置被构造为基于所述输出信号监视所述第一触点与所述第二触点中的至少一个的腐蚀度。
在其它实施例中，提出一种监视电路断续器的第一触点与第二触点中的至少一个的腐蚀度的方法，所述电路断续器具有被构造为相对于所述第一触点来移动所述第二触点的驱动组件。所述方法包括：响应于所述电路断续器从其中所述第一触点接合所述第二触点的闭合状态移动到其中所述第一触点不接合所述第二触点的断开状态，测量所述驱动组件的一部分的线性位移量；以及基于测量的线性位移量，确定所述腐蚀度已经至少达到预定水平。
附图说明
当与附图结合阅读时，可从如下优选实施例的描述中获得对本公开概念的完全理解，其中：
图1和图2是根据本发明的一个示例性实施例的电路断续器的示意图；
图3是组成根据一个示例性实施例的图1和图2的电路断续器的一部分的LVDT的示意图；以及
图4是图1-图3的LVDT在中断期间的典型输出的绘图。
具体实施方式
在本文中使用的诸如左、右、前、后、顶、底及其派生词之类的方向短语指的是在附图中所示元件的取向，并非限制权利要求，除非在其中明确叙述。
如在本文中采用的，两个或更多个部分“耦接”在一起的陈述将意为所述部分直接或通过一个或多个中间部分接合在一起。
如在本文中采用的，术语“数个”将意为一或大于一的整数(即，多个)。
图1和图2是根据本发明的一个示例性实施例的电路断续器2的示意图。图1中示出在闭合状态的电路断续器2，并且图2中示出在断开状态的电路断续器。电路断续器2包括具有第一端6与第二端(相对端)8的主壳体4。如在图1和图2中所见，在第一端6处设置真空断续器10。真空断续器10包括容纳固定触点14与可动触点16的真空室12。
电路断续器2还包括在主壳体4内设置的驱动组件18。驱动组件18被构造为驱动可动触点16以致使能真空断续器10的选择性断开(图2)和闭合(图1)。驱动组件18包括推杆20、驱动杆22、弹簧24以及磁致动器28，该弹簧24被保持在设置在驱动杆22的第一端处的壳体26内，并且该磁致动器28被设置在壳体4的第二端8处并与在驱动杆22的第二端处设置的杆件30耦接。推杆20具有耦接到可动触点16的第一端和耦接到弹簧24的第二端。
另外，电路断续器2还包括耦接到驱动组件18的腐蚀监视装置32。腐蚀监视装置32被构造为以在本文中详细描述的方式测量/监视电路断续器2的寿命期间固定触点14与可动触点16已经腐蚀的程度。
腐蚀监视装置32包括耦接到杆件30的线性换能器，以用于测量杆件30的线性位置。在示例性、图示的实施例中，线性换能器采取LVDT 34的形式。然而，将理解的是，还可采用其它类型的线性换能器，例如但不限于，线性编码器以及数字弹簧探针以及线性和弦丝电位计。腐蚀监视装置32还包括从LVDT 34接收信号的控制单元36。控制单元36包括处理部和存储器部，该处理部可以是例如微处理器、微控制器或一些其它合适的处理装置，该存储器部可在处理部内部或操作地耦接到处理部，并提供用于数据和软件的存储介质，处理部执行所述数据和软件以用于控制如在本文中描述的腐蚀监视装置32的操作。
在图3中以示意形式示出根据示例实施例的耦接到杆件30的LVDT34。如在本领域已知的，LVDT 34是用于测量线性位移的电换能器。如在图3中所见，LVDT 34包括在壳体38中首尾相连放置的三个螺线管型线圈。所述线圈包括中心初级线圈40、第一外部次级线圈42和第二外部次级线圈44。线圈40、42和44围绕圆柱形铁磁芯46缠绕，该铁磁芯46又与其移动或位移正被测量的物体(即杆件30)耦接。如在图3中所见，铁磁芯46与杆件30均设置在壳体38内并呈如下方式：它们能够沿着壳体38的纵向轴线滑动。
在操作中，驱动交流电通过初级线圈40，导致在每个次级线圈42、44中感应电压，该电压和每个次级线圈42、44与初级线圈40之间的互感成比例。频率通常在1到10kHz范围中。随着铁磁芯46移动，这些互感变化，导致在次级线圈42、44中感应的电压变化。线圈反向串联连接，以致输出电压是次级线圈42、44的两个次级电压之差(因此“差动”)。当铁磁芯46在其中心位置，即在两个次级线圈42、44之间等距的位置时，在这两个次级线圈42、44中感应相等但相反的电压，所以输出电压理论上为0。实际上，当铁磁芯46在中心时，初级线圈40耦接到每个次级线圈42、44的方式上的微小变化意味着实际输出较小电压。当铁磁芯46以一个方向位移时，在次级线圈42、44中的一个上的电压增加，同时在次级线圈42、44中的另一个上的电压减小，从而导致LVDT 34的输出电压从0增加到最大值。该电压与初级线圈40的电压同相。当铁磁芯46以另一个方向移动时，输出电压也从0增加到最大值，但其相位与初级线圈40的相位相反。LVDT 34的输出电压幅度与铁磁芯46的移动距离(直到其行进极限)成比例，这是装置被描述成对位移具有“线性”响应的原因。电压相位指示位移方向。
由于滑动铁磁芯46不接触壳体38的内部，铁磁芯46可无摩擦地移动，使得LVDT 34成为高度可靠的装置。无任何滑动或转动触点允许LVDT 34对环境完全密封。
在电路断续器2的操作期间，LVDT 34的输出电压(与杆件30的行进距离成比例)被提供给控制单元36。结果，在断开电路断续器2的每个中断期间，控制单元36可基于LVDT 34的输出电压确定杆件30的行进距离与该行进的时间(可如图4所示绘出该距离与时间)。将理解的是，该数据还可转换成杆件30的(以及驱动组件18的)速度(距离对时间曲线的斜率)和加速度(在距离对时间曲线之下)。
然后可使用该速度和加速度数据监视固定触点14和可动触点16的当前腐蚀程度。具体地，如上所指出的，随着固定触点14和可动触点16的腐蚀量的增加，当电路断续器2闭合时的弹簧24的压缩量将减小。随着弹簧24的压缩减小，当电路断续器2闭合时存储在弹簧24中的能量将减少，这又将导致在中断期间(即断开期间)杆件30的速度和加速度随着腐蚀的增加而减少。因此，控制单元36可被编程为监视在电路断续器2寿命期间的杆件30的速度和/或加速度，并且确定固定触点14和可动触点16的腐蚀已经达到或超过预定水平，其中当速度和/或加速度低于某预定水平时，电路断续器2的性能可能受损。将理解的是，具体预定水平将取决于各种因素，例如弹簧24和/或固定触点14和可动触点16的构造和特性。另外，在一个实施例中，控制单元可被编程为响应于确定腐蚀度已经至少达到如上所讨论的预定水平，生成某种输出(例如显示器上的视觉输出或经由扬声器的声音输出)来指示已经发生了这种情况，从而可采取校正措施。
虽然已经详细描述了本公开概念的特定实施例，本领域技术人员将理解的是，根据本公开的全面教导，可产生对这些细节的各种修改和替代。因此，公开的具体布置仅旨在是示例性的，而非限制本公开的范围，所附权利要求及其任何和全部等效物将给出本公开概念的整个幅度。

Claims (15)

1.一种电路断续器(2)，包括：
第一触点(14)和第二触点(16)，所述第二触点能相对于所述第一触点移动；
驱动组件(18)，其被构造为相对于所述第一触点移动所述第二触点；以及
腐蚀监视装置(32)，其包括线性换能器(34)，所述线性换能器(34)耦接到所述驱动组件的一部分(30)，所述线性换能器被构造为生成输出信号，所述输出信号表示所述驱动组件的所述部分的线性位移量，其中所述腐蚀监视装置被构造为基于所述输出信号监视所述第一触点与所述第二触点中的至少一个的腐蚀度。
2.如权利要求1所述的电路断续器，其中所述驱动组件的所述部分包括杆件(30)，并且其中所述驱动组件还包括耦接到所述杆件与所述第二触点的弹簧(24)。
3.如权利要求2所述的电路断续器，其中在所述弹簧与所述第二触点之间设置推杆(20)，并且其中所述弹簧被设置在耦接到所述杆件的壳体(26)内。
4.如权利要求2所述的电路断续器，其中所述第一触点与所述第二触点被设置为真空室(12)内的真空断续器(10)的一部分。
5.如权利要求4所述的电路断续器，其中至少所述真空断续器和所述驱动组件被设置在主壳体(4)内，并且其中相对于所述主壳体固定所述第一触点。
6.如权利要求2所述的电路断续器，其中所述腐蚀监视装置包括耦接到所述线性换能器的控制单元(36)，所述控制单元被构造为接收所述输出信号并且基于所述输出信号监视所述第一触点与所述第二触点中的至少一个的腐蚀度。
7.如权利要求6所述的电路断续器，其中所述控制单元被构造为响应于所述电路断续器从其中所述第一触点接合所述第二触点的闭合状态移动到其中所述第一触点不接合所述第二触点的断开状态，基于所述输出信号来确定所述驱动组件的所述部分的速度或加速度，并且基于所述速度或所述加速度监视所述第一触点与所述第二触点中的至少一个的腐蚀度。
8.如权利要求1所述的电路断续器，其中所述线性换能器是线性可变差动变压器(LVDT)(34)。
9.一种监视电路断续器(2)的第一触点(14)与第二触点(16)中的至少一个的腐蚀度的方法，所述电路断续器(2)具有被构造为相对于所述第一触点来移动所述第二触点的驱动组件(18)，所述方法包括：
响应于所述电路断续器从其中所述第一触点接合所述第二触点的闭合状态移动到其中所述第一触点不接合所述第二触点的断开状态，测量所述驱动组件的一部分(30)的线性位移量；以及
基于测量的线性位移量，确定所述腐蚀度已经至少达到预定水平。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述确定步骤包括基于所述测量的线性位移量确定所述驱动组件的所述部分的速度或加速度，以及基于所述速度或所述加速度确定所述腐蚀度已经达到预定水平。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述驱动组件的所述部分包括杆件(30)，并且其中所述驱动组件还包括耦接到所述杆件与所述第二触点的弹簧(24)。
12.如权利要求11所述的方法，其中在所述弹簧与所述第二触点之间设置推杆(20)，并且其中所述弹簧被设置在耦接到所述杆件的壳体(26)内。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述第一触点与所述第二触点被设置为真空室(12)内的真空断续器(10)的一部分。
14.如权利要求13所述的方法，其中至少所述真空断续器与所述驱动组件被设置在主壳体(4)内，并且其中相对于所述主壳体固定所述第一触点。
15.如权利要求9所述的方法，其中采用线性换能器(34)测量所述驱动组件的一部分(30)的线性位移量，所述线性换能器(34)耦接所述驱动组件的所述部分并且被构造为生成输出信号，所述输出信号表示所述驱动组件的所述部分的所述线性位移量。
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