CN105051997B - 配电系统及方法以及用于所述配电系统及方法的断路器 - Google Patents

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Abstract

一种可编程断路器，包括输入单元、传感器和脱扣机构。输入单元允许用户输入和/或调节预定负载参数。传感器感测负载的实际值。微控制器接收和处理所述值，并且当所感测的值超过预定负载参数时操作断路器/使断路器脱扣。传感器优选地包括霍尔效应传感器。断路器优选地能够远程地被编程、监测和/或脱扣。断路器优选地包括RCD。在配电系统中，设置有至少一个这样的断流器，其能够由可以远离断流器的控制器来控制。

Description

配电系统及方法以及用于所述配电系统及方法的断路器
技术领域
本发明涉及断路器，并且具体地涉及小型断路器(MCB)。特别地，本发明涉及具有“标准化”的物理尺寸并且能够被编程以提供多种额定电流/额定电压/额定功率的断路器。优选地，本发明的断路器远程地被控制、监测和/或编程。
本发明还涉及配电系统及方法，所述配电系统包括至少一个这样的可编程断路器以用于对至少一个负载的功率和关联参数进行保护、调节、控制和/或监测。
特别地，本发明涉及可编程断路器，并且涉及包括至少一个霍尔效应传感器的配电系统及方法。
背景技术
断路器用于保护电路不受由过载或短路引起的损害。断路器用于感测故障并且立即停止电流的流动。在故障状况排除之后，断路器通常可以复位，从而此后恢复正常操作。
断路器达到多种额定电流/额定电压/额定功率并且趋于根据这些额定值来分组。最大的一组装置为空气断路器(ACB)。这些ACB通常额定在1600安培至6300安培的范围内并且通常用于至配电组件的大的馈电电路。另一组为通常额定在16安培至1600安培范围内的模制外壳断路器(MCCB)。这些MCCB通常用于对大的装备、子配电端口等进行馈电。最后一组用于最终的配电并且通常用于保护家庭、工厂和办公室中的照明电路、功率点。这些装置被称为小型断路器(MCB)。
本发明主要涉及MCB。
断路器规格基本上取决于包括断路器额定电流在内的多个因子而变化。制造商通常制造断路器的多种内部部件。断路器的导体尺寸和线圈绕组通常取决于额定电流和脱扣特性而变化。
在设备或商用建筑物中，断路器通常安置在集中配电板处。在配电板中常常还安置有各种计量器，以使得能够监测建筑物中所利用的电力的量和品质。有时候，另外在配电板处或与配电板相关联地提供有控制电路以控制对建筑物中的一个或更多个电路的操作。
霍尔效应传感器是响应于磁场而改变其输出电压的换能器。霍尔效应传感器用于接近开关应用、定位应用、速度检测应用和电流感测应用。
按照传感器的最简单的形式，传感器操作地作为直接返回电压的模拟换能器。在磁场已知的情况下，可以确定传感器距霍尔板的距离。可以使用多组传感器来推断磁体的相对位置。
发明内容
本发明寻求提供可编程断路器。
本发明还寻求提供可以具有标准化物理尺寸而且可以提供多种额定电流/额定电压/额定功率和脱扣特性的断路器。
本发明寻求提供结合至少一个霍尔效应传感器的断路器。
本发明还寻求提供可以远程地被编程、监测和操作的断路器。
本发明还寻求提供结合至少一个这样的可编程断路器的配电系统及方法。
本发明还寻求提供包括控制器的配电系统及方法，所述控制器用于感测负载的参数并且当负载的参数超过预定值时操作断路器。
本发明还寻求提供其中预定参数可以被预先设置并且然后由用户调节的配电系统及方法。
本发明还寻求提供其中可以监测各种参数的配电系统。
本发明还寻求提供可以具有远程地被监测的电气参数的断路器，所述电气参数例如但不限于功率、电流、电压、需求量、频率以及状态、预脱扣警报和剩余电流。
按照一种广义的形式，本发明提供一种可编程断路器，包括：
输入单元，用于用户输入和/或调节预定负载参数；
传感器，用于感测负载的实际值；以及
微控制器，用于接收和处理所述值并且当所述感测的值超过所述预定负载参数时操作所述断路器。
优选地，所述传感器包括至少一个霍尔效应传感器。
还优选地，所述断路器能够被编程为在优选但不限于4安培至100安培的额定电流范围内操作。
还优选地，所述断路器适于远程地被编程。
还优选地，所述断路器适于远程地被监测。
还优选地，所述断路器适于远程地被脱扣。
优选地，所述断路器包括内置剩余电流装置(RCD)，所述内置剩余电流装置可以被调节成接通或关断，或者在优选但不限于10毫安、30毫安、100毫安的电流范围内操作。
还优选地，所述断路器包括优选但不限于多个6毫米挂锁的内置锁机构。
优选地，所述断路器包括例如但不限于LCD显示器的显示单元，所述显示单元用于显示所述预定负载参数、所述实际值和/或其他标记。
按照另一种广义的形式，本发明提供了一种配电系统，包括：
电源；
控制器，用于用户输入和/或调节预定负载参数；
至少一个负载；
与每个所述负载相关联的断路器，用于将所述电源选择性地连接至每个负载，每个断路器包括：
输入装置，用于接收来自所述控制器的所述预定负载参数；
传感器，用于感测负载的实际值；以及
微控制器，用于接收和处理所述值并且当所述感测的值超过所述预定负载参数时操作所述断路器。
优选地，所述断路器中至少之一包括霍尔效应传感器。
还优选地，所述断路器中至少之一能够编程为在优选但不限于4安培至100安培的电流值范围内操作。
还优选地，所述控制器定位成远离所述断路器。
还优选地，所述断路器包括防止所述断路器当处于“接通”位置时而被添加或移除的互锁。
还优选地，所述配电系统包括例如但不限于无线通信信道的通信信道，所述通信信道用于经由所述控制器对所述断路器进行远程编程、远程监测和/或远程脱扣。
优选地，所述断路器包括剩余电流装置(RCD)。
还优选地，所述断流器包括锁定机构。
还优选地，所述断流器包括用于显示所述预定负载参数的显示单元。
附图说明
根据以下结合附图对本发明的优选而非限制性的实施方式的详细描述，将会更充分地理解本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明构造的断路器；
图2示出了图1的断路器，其中，断路器的壳体被部分地移除以露出各个内部部件；
图3示出了本发明的配电系统的主要组成部分的框图；
图4示出了展示本发明的配电系统的简化操作的流程图；
图5示出了用于监测本发明的断路器的部件/连接；
图6在图6(a)和图6(b)中示出了本发明的断路器中的霍尔效应传感器的布局；
图7示出了断路器正面的显示；
图8在图8(a)和图8(b)中示出了如何可以将锁定机构解锁；
图9示出了如何由锁定机构操作中性点的绝缘，即，先旋转、抬高转盘、使断路器脱扣，然后打开中性点；
图10示出了显示本发明的优选且可替代的简化配电操作的流程图；
图11示出了本发明的断路器的主要组成块以及主要组成块的一些电路实现细节；
图12示出了主CPU的细节；
图13示出了电压和电流传感器的优选实现细节；
图14示出了第二电流传感器和第三电流传感器的优选实现细节；
图15示出了RCD放大器的优选布置的电路实现细节；
图16示出了引导复位电路的优选实现细节；
图17示出了脱扣电路的优选实现细节；以及
图18示出了本发明的装置中使用的电源的优选实现细节。
具体实施方式
断路器的概述
本发明提供了结合有多个特征的断路器，所述多个特征使得断路器能够在物理上被构造成具有标准化尺寸和形状，而同时适于电子地操作以提供多种额定电流/额定电压/额定功率和脱扣特性。
本发明的断路器与现有技术的断路器相比而言的独特之处在于：本发明的断路器使用霍尔效应传感器，霍尔效应传感器使得能够在输出当前不可用的情况下实现断路器的电子需求。
本发明的断路器能够被编程以使得本发明的断路器可以在额定电流/额定电压/额定功率的范围内以及脱扣特性下操作。本发明的断路器可以针对其期望额定值被本地编程、远程编程或者被预先编程。
本发明的断路器还能够远程地被监测，以远离安装断路器的位置来确定功耗以及其他参数。
本发明的断路器将多个附加装置的特征与另外的特征进行组合，以在不增大本发明的尺寸或增加这些部件的情况下提供输出。
断路器的物理特性
本发明的断路器能够被编程为适合大范围的额定电流/额定电压/额定功率，而且具有“标准化”尺寸物理壳体。
图1示出了物理壳体，图2示出壳体被部分地移除以显示置于其中的各个机械部件和电气部件。
通过构造断路器的标准化制造产品，由于克服了必须显著地改变内部机构和部件的需要，所以在供应和组装断路器期间明显地节省了成本。这可以按照以下来实现：设置在本发明的断路器壳体中的电子部件被“标准化”，能够被编程为设置包括额定电流的不同的参数。
断路器的电子配置
图3示出了本发明的配电系统的优选而非限制性的实施方式的主要电子组成部分的框图，同时图4示出了描述其操作的流程图。
如图3所示，本发明的本实施方式的断路器通过将三个霍尔效应传感器用于检测和监测电流流动来操作。
使用霍尔效应电流传感器使得断路器的电子配置能够占用较小的物理空间。
本发明的包括其中的霍尔效应传感器的断路器按照以下来操作：
电流感测布置由三个电子霍尔效应电流传感器构成以提供单个装置中的大范围值的准确性和分辨率。
每个传感器附接有两个放大器电路来向微控制器提供输出。
导体设置有形式为铁磁材料的场集中器：所述铁磁材料围绕导体的三个侧面并用于在磁场传播至传感器2之前将磁场引导至所述传感器。
传感器2以预定角度设置有单个通道。
传感器3设置有单个通道，所述单个通道与所述传感器以偏转角度被设置以提供所计算的传感器的减敏以及第五电流范围和第六电流范围。
所有三个电流传感器设置有铁磁屏蔽以防止来自相邻装备和周围装备的干扰和不准确的读数。
电流流经断路器的移动(脱扣)触点并且在霍尔效应传感器的范围上。传感器监测电流并且提供输出电压。所述输出电压于在断路器的微控制器中登记之前被发送至放大器电路。
微控制器制造时按照特定代码被编程，所述特定代码使得能够通过值设置来提供装置的脱扣功能和监测功能。
特定软件用于使用先前提及的参数来设置每个装置。
断路器是对电路中的电压和电流进行监测以提供过载保护的智能模块。
断路器可以使用一个模块针对大范围的电流和脱扣特性来配置。
根据需要使用微控制器以及脱扣特性、RCD来设置满负载电流。
监测电路读取实际RMS电压和电流并且以规律间隔提供功率读数。
统计电压读数、统计电流读数和统计功率读数经由CAN总线接口被发送至通信控制器。
可以由共用通信控制器监测和控制系统内的所有的断路器模块，共用通信控制器可与中央计算机连接以显示各个电路参数。
通信控制器能够针对两个或更多个电路的预定组提供功率和电流值，以使得在不需要分割底盘供电的情况下监测针对例如但不限于光、电力、机械服务、占用者等的组的功率消耗和其他相关参数。
断路器部件
微控制器
微控制器包括CPU、FLASH存储器、EEPROM、RAM、定时器、CAN总线控制器以及输入、输出。
CPU执行来自FLASH存储器的代码并且使用RAM存储从外部电路收集的用于电压和电流监测的数据。
EEPROM用于保存关于电压和电流监测的校准常数。
定时器控制代码的操作以在正确时间执行所需要的功能。
CAN总线控制器用于与其他断路器进行通信(针对三相操作)并且将电压读数、电流读数和功率读数发送至通信控制器以监测系统。
输入接口、输出接口用于读取和控制外部电路并且根据电压和电流监测对模拟电路进行读取。
电压监测器
由电压监测电路来监测开关市电电压以确定当前的市电电压。
该电路将市电电压转换成由微控制器内的模数转换器读取的电平。
电流监测器
在六个范围内进行电流监测。
断路器包括三个电流监测装置，这三个电流监测装置具有通过断路器至主有源电流路径的不同的耦接。
这三个传感器中的每个传感器各自连接至具有不同增益的两个放大器。
来自六个放大器的输出连接至微控制器中的模数转换器。
CAN总线接口
微控制器中的CAN总线控制器连接至外部电路，外部电路连接至底板上的共用CAN总线。
CAN总线将所有的单独的断路器彼此连接并且与共用通信控制器连接。
看门狗定时器
存在两个不同的看门狗定时器以用于确保断路器的正确操作。
第一个看门狗定时器被包括在微控制器内并且在所有的操作已经正确完成时复位。
第二个看门狗定时器是对微控制器的正确操作进行监测的外部电路。如果该外部电路检测到微控制器未正确地操作，则该电路将会使断路器开关脱扣。
底板接口(底盘)
底板将所有的断路器连接在一起并且与通信控制器连接。
底板包括CAN总线的共用信号和至CAN总线电路的电力以及特殊信号，所述特殊信号使得通信处理器能够将特殊消息发送至断路器微控制器以用于远程装载操作固件。
底板还提供对断路器微控制器的键控以单独地识别每个模块。
电源
市电离线电源(可选)
断路器包括与无开关市电电源连接以向微控制器和其他电路供电的开关模式电源。
外部电源(可选)
断路器可以可替选地从双冗余外部共用电源汲取电力以向微控制器和其他电路供电。
辅助电源
断路器包括向第二看门狗定时器电路和脱扣电路供电的第二电源。
如果主电源故障，则辅助电源将会运行第二看门狗电路以使得断路器能够脱扣至“关断”位置。
低电压调节器
调节来自主电源或外部电源的大容量DC供电以向微控制器和其他电路供电。
脱扣电路
由微控制器和看门狗定时器驱动脱扣电路来操作脱扣线圈以关断CB。
辅助电路接口
辅助电路接口提供与受CB控制的外部模块的连接。
所述外部模块是调光器、继电器或触点闭合装置。
存在至微控制器的两个另外的模数转换器输入以用于测量外部传感器。
接口设置有与微控制器SPI总线的连接以用于连接至外部智能模块。显示LED
断路器设置有三个LED指示器，这三个指示器受固件的控制并且指示CB的当前操作。
市电频率中断
微控制器与以下电路连接：所述电路提供市电频率的中断以同步内部操作。
启动电路
启动电路被设置成使得能够远程升级与通信控制器连接的所有CB中的固件。
电路描述
微控制器
在附图12(b)中示出了微控制器。
该电路具有外部16Mhz晶体G1以及晶体振荡器的电容器C77、电容器C78和R111。
微控制器复位电路R65、R69，V8和C54在首次上电时提供延迟启动。
微控制器的内核操作在低电压下，其中，C69和C70提供内部调节器的滤波。
如附图12(a)所示，使用电容器C68、电容器C71、电容器C72和电容器C80将至微控制器的每个电源引脚旁路。
电压监测器
在附图13(a)中示出了典型电压监测器电路。该电路可以随电源的变化而改变。
由R1、R2和R3使来自开关有源的高电压下降为较低的电压。该较低的电压连接至具有反馈电阻器R4和滤波电容器C10的缓存放大器U1B。
所述放大器被电阻器R5和电阻器R6偏置至半轨，由C12提供对偏置供电的滤波。
所述放大器通过C27被AC耦接至模数转换器。ADC通过R37和R38被偏置至半轨。在信号连接至微控制器之前由R70和C55提供另外的滤波。
电流监测器
在附图13(a)和13(b)中示出了电流监测器电路。
电流传感器SEN1通过断路器磁耦接至有源导体。
来自传感器的输出连接至两个放大器即U2A和U2B。
由R20/R48和R22/R41设置两个放大器的增益，由C24、C28、C29和C35提供滤波。
放大器被来自传感器的共用输出偏置至半轨。
然后，来自放大器的输出通过C44和C45被AC耦接至ADC。ADC被R51、R57、R52和R63偏置成一半。由R71/C56和R72/C57提供滤波。
第二电流传感器和第三电流传感器具有与有源导体的不同耦接以提供较高的电流范围。
CAN总线接口
在附图12(a)中示出了CAN总线接口电路。
CAN总线接口U16将至微控制器和来自微控制器的单个结束TTL信号转换成对于共用CAN总线的不同信号。
由R126、R127、V21和V28保护接口IC不受底板上的尖峰信号影响。
看门狗定时器
第一看门狗定时器包括在附图12(b)中的微控制器U14中。
第二看门狗定时器为附图17中的U15。
该电路使用由R115、R116和C75形成的RC振荡电路来操作。
该定时器通过看门狗复位信号连接至附图12(b)中的微控制器U14。微控制器必须按规定间隔来拨动(toggle)该控制线，以防止该电路使断路器开关脱扣。
看门狗定时器电路连接至脱扣电路的第一半。
底板接口
在附图11(b)中示出了底板连接器。
该连接器提供与连接器的第一半上的槽键控的连接以及与连接器的第二半上的共用总线的连接。应当理解，这可以随着不同的插头布置而改变。
连接器还提供从每个CB至通信处理器上的共用CAN总线接口的幻象电力。
电源
市电离线电源(可选)
在附图18中示出了市电离线电源。
市电电压通过保险丝F1施加至电路。由V6和C50对市电进行整流和滤波。由C50、L1和C63提供EMC滤波。
由U13提供开关模式电源控制。
由L2对开关输出进行滤波以对C86进行充电。
外部电源(可选)
如果设置远程电源，则断路器可以根据与底板连接的双冗余电源来操作。在这种情况下，市电离线电源将不再适合。
电源与底板连接器连接并且通过R138和V29施加至内部调节器。辅助电源
在附图18中示出了辅助电源。
该电源将无开关市电转换至低电压供电以操作第二看门狗定时器和脱扣电路。
由C34、V9、V10和C64对市电供电进行整流以向脱扣线圈供电并且然后由U17进一步调节成较低的电压以向看门狗定时器电路供电。
低电压调节器
在附图18中示出了低电压调节器U12。
该电路将来自主电源(内部或外部)的电压调节成较低的电压以操作所有的CB电路。
脱扣电路
在附图17中示出了脱扣电路。
脱扣电路具有并联的两个电路，其中，两个电路中的任何一个电路可以使CB脱扣。
两个电路在操作方面相同，其中，由微控制器操作第一半并且由看门狗定时器操作第二半。
主脱扣开关为V16或V18，当将高逻辑电平施加给FET的栅极时，脱扣线圈被激活。
为了使能脱扣开关，必须通过对锁定FET开关V15和锁定FET开关V19施加低逻辑电平来移除锁定信号。
当首次对CB施加电力时，电阻器R107和电阻器R121确保锁定起作用，直到微控制器和看门狗定时器可操作为止。
辅助电路接口
在附图11(b)中示出了辅助电路连接器
该连接器提供与CB外部的另外的模块的连接。
连接器经由SPI总线提供与共用CAN总线的连接，与微控制器的连接。用于调节光的脉冲宽度调制信号、来自外部传感器的远程脱扣输入以及两个模拟输入被输入至微控制器ADC。
显示LED
在附图12(a)中示出了LED显示。
LED受微控制器控制并且受固件的控制。
市电频率中断
在附图13(a)中示出了市电频率中断。
电路由R8、R9和R10连接至无开关市电。由V1、V2、V4、V5和R15限制电压波动。
该信号施加至电压比较器U1A。由R7、R14和R16设置比较器开关电压，其中，由V3增加滞后。
比较器的输出通过R95和R96连接至微控制器中断输入。
启动电路
在附图16中示出了启动电路。
启动电路用于在操作的启动加载模式下重启微控制器。
通信控制器激活至连接至所有并联的断路器的底板的启动控制线。
启动信号由R67和C62延迟并且施加给逆变器U11，这提供了至作为“启动”的微控制器的输入。
然后，该信号被U6、U7、U8、U9、U10和U5延迟和门控生成微控制器的复位信号。
当微控制器在复位之后开始工作时，固件将进入“启动”模式。
对断路器进行编程
可以使用一定范围的预定参数对本发明的断路器进行编程。断路器的可以被选择的参数包括额定电流、额定电压、剩余电流(优选但不限于10毫安、30毫安、100毫安)、脱扣曲线特性、状态、预脱扣警报、脱扣警报、远程脱扣、单相或三相、电路名称、电路分组(用于组功率监测)、针对警报的电子邮箱详情、负载的开关(常开或常闭)、经由外部输入的负载调节、触点的实时时钟开关、触点开关的时间延迟功能。这些功能由(通信)控制器进行。实际断路器自身仅在被编程时自主地执行脱扣功能。
可以经由工作上连接至通信控制器然后经由USB、网络线缆、蓝牙或其他连接器连接至断路器的PC、膝上型计算机、或其他平板装置对本发明的断路器进行编程。
对断路器进行监测
本发明的断路器可以在本地或远程地被监测。可能出于合同原因需要监测电力消耗以针对其中各个电路馈电不同客户的电力消费者进行计费，所以监测断路器操作是有用的。
当前需求量的总体累积可以将备用系统例如UPS推入至旁路中并且从系统中移除备用，当已经超过针对特定电路的容许时通知预脱扣警报。
对电路的通知的状态监测仍然保持有效例如医院、安全、食物存储、数据点、电梯和消防服务。
图5示出可以如何监测断路器。
断路器的其他特征
RCD保护
传统的芯平衡CT原理在本文中仍然有用。有源通道和中性通道二者均通过芯平衡CT。RCD传感器CT产生输出绕组中的与流经被监测的电路中的平衡电流的输出成比例的电流。微控制器是能够被调节成提供一个装置中的优选但不限于10毫安、30毫安或100毫安的灵敏度的软件。当被设置时，微控制器独立于主通信控制器来操作。
来自RCD传感器CT的电流连接至电流放大器U1A，C10提供针对被监测的电路中的尖峰信号的输入滤波。
二极管V2和二极管V4提供监测电路的过载保护。
电流馈送放大器U1A具有通过R1的反馈路径以产生与RCD感测CT次级绕组中的电流相等的电流。该电流与RCD感测CT中的电流相位相差180°，使RCD感测CT次级绕组两端保持零电压。
电容器C5提供另外的滤波并且形成针对信号的低通滤波器的一部分。
来自放大器U1A的输出经由耦接电容器C4连接至ADC。
电路通过R3和R5被偏置至半轨。缓存放大器U1B将低阻抗半轨偏压提供给放大器U1A。
在正常操作(未使能RCD设置的情况)下，中性点可以与或不与断路器中性点连接。存在其中要特别避免开关中性点的一些情况并且这不具有不利影响。
可以在存在中性点或不存在中性点的情况下使用三相RCD选项。外部模块直接附接至包括RCD感测CT的3个断路器，以提供与三相电路中的平衡电流的输出成比例的信号。该信号通过作为每个单个相选项的电流放大器馈送并且被作为电压馈送至微控制器，随后致动断路器的所有三个极的脱扣。
负载线缆必须经过该模块以获得对断路器端子的访问；防止用户旁路RCD感测CT。
该装置还可以在优选但不限于10毫安、30毫安或者最高至100毫安的灵敏度方面进行软件调节。
这些RCD中的每个RCD能够被编程为针对输入和输出自动按规律测试。然后，该系统可以经由电子邮件或其他功能提供监测的输出。至今为止的所有装备，使用集成RCD经由断路器上的推动按钮手动测试最终的分布负载。存在按规律测试的需求并且由于该手动操作，该动作经常不能进行。
配电底盘
电力底盘包括向各个断路器供电的母线、主通信控制器和通信总线或CAN总线。
额定值通常可以是400安培并且被构造成经受1秒50kA的故障级别并且会进行类型测试并且对此进行证明。这些具体值如由本领域技术人员所理解的那样变化。
主通信控制器安装有RJ45TCP/IP端口以利用嵌入式软件在网络上对参数进行通用显示。
将以小部分来模制底盘，以允许通常为但不限于最高至96个极，其中，母线被插入至连续长度中。母线为大小是3毫米厚40毫米宽的半径拐角。
母线将被叠放为叠层，其中，在每个相和中性点之间具有绝缘模具。标记将延伸至任何一端以使得专门的连接条直接安装在主开关或上流断路器上。底盘系统的露出(未使用)端由模制盖包围。
CAN总线针对附加装备将具有针对架空引线的另外的连接点。
用于通信控制器的电力优选地由内部电源提供。
底盘连接
每个断路器将经由图表中所指示的加压连接而连接至底盘。“有源”连接在安装前可以在相之间调节，中性点位置被固定。当安装时，将经由断路器上的彩色指示器指示该选择。该系统根据负载允许不同相上存在不同的数量的断路器以允许更多的平衡负载。每个断路器优选地还设置有互锁以防止在“接通”位置时安装或移除装置。
在连接至底盘时，印刷电路板扩展将连接至底盘上的接收器中并且建立针对断路器的地址。所有这些连接在不需要工具的情况下进行。
辅助设备
接触器、调节器、定时器等可以用于连接至CAN总线。这些装置连接至断路器并且受主通信控制器控制。这将使得能够经由对软件设定参数的调节来进行电路的远程控制、白天/夜晚切换和照明控制。
时间开关可以根据远程PC来设置然后以由底盘上的主通信控制器控制的软件，或者可以是能够根据针对本地操作的仪表板设置的可替选单元。
外部接口(要连接至外部干燥触点)允许根据外部点例如开关、PE单元、接近传感器发送信号以致动开关触点或定时器等的预定动作。
端接
每个断路器针对有源点和中性点携带最高至25平方毫米的线缆。断路器不能现场连接。例如通过按压/释放/滑动按钮等机构来操作脱扣机构，以释放至螺钉端子的引道。断路器不能切换回接通，直到脱扣机构被释放/解锁并且端子引道被覆盖为止。该相同的引道条还用作端子盖的锁。端子盖滑动至其中接头和引道条延伸至防止其向上滑动的盖的位置。
LED本地脱扣指示
每个断路器安装有针对状态指示的集成LED。
绿色指示微控制器的正常状态以及断路器接通。
红色指示脱扣的断路器。断路器处于关断位置。
红色闪烁指示出故障的微控制器。脱扣的断路器。该断路器内部地被防止切换回接通。
黄色指示断路器上的RCD脱扣以及断路器关断。
没有LED指示正常的断路器简单的关断。
当处于接通位置时拨动开关会指示“接通”，并且当脱扣或关断时开关指示“关断”。
挂锁
每个断路器具有内置挂锁设施以进行挂锁。为了安装挂锁，必须按压脱扣机构。这确保断路器关断并且其不能被切换回接通。当按压脱扣锁以防止触点闭合以及防止拨动开关的闭锁时，自由脱扣机构会移除迫使拨动开关“接通”的能力。
该系统会自测试并且在主控制系统故障的情况下提供指示。在单独的断路器控制故障的情况下，系统在未能至安全状况的情况下会切换至关断位置。
断路器的特征和优点
本发明因此提供了可以监测、控制和/或调节系统的功率或其他参数的配电系统及方法。这可以根据需要本地实现或远程实现。用户可以根据期望来选择和调节参数以遵从任何期望的操作条件。该系统可以根据期望结合断路器来使负载电路脱扣，并且可以复位。
整体控制电路可以集成在单个传统的断路器壳体中，传统的断路器壳体可以形成为具有标准化物理尺寸、具有变化的可编程操作参数。
本发明的断路器具有如现在将要描述的多个属性。
本发明提供了可以用于电路保护的单个装置，所述单个装置可以在存在或不存在RCD的选择和功能的情况下通过例如但不限于从所述6安培至80安培的范围内的电流的大量参数来进行调节。RCD可以被设置成但不限于比如说10毫安、30毫安、100毫安。本领域技术人员应当理解，这些特定值可以变化。
具有可调节装置使得生产单一商品并且减少库存需求。这使得能够在指定实际/最终额定值之前提供较大量的商品。具有该灵活性对终端用户而言明显有益，原因在于其使得能够在不替换设备的情况下进行升级。这可以由服务技术员或程序员在不关闭剩余的组件的情况下进行所需要的调节来实现。
类似地，使能RCD部件的内置容量使得能够制造单一商品。编程是针对设所需值的软件设置。由于RCD的本地调节按照标准有些不被允许，所以本发明的装置使得能够对该特征进行有限访问，所以其不受用户影响。
现有设备需要改变产品以及组件的总体绝缘以使其安全实现。该装置使用编程来访问微控制器上的设置，然后，针对固定操作在所需要的值处锁定。
本发明的装置的另一显著进步是在不使用另外的设备的情况下针对每个单独的断路器或一组断路器监测电压、电流、功率、需求量(以及许多其他参数)的能力。
许多高电平设备需要关于最终配电电平处的功耗的信息。以前，这需要另外的设备和耗时装置。
本发明在不使用另外的设备的情况下针对每个单独的断路器或一组断路器提供上述参数以及断路器的状态和/或脱扣发生的通信。
远程通信提供关于以下项的信息：系统负载的评估、特定设备在特定时刻的峰值消耗和/或各个电路是否超过预定值。这些值可以设置在保护值或脱扣值之下并且可以用作每电路的电力容许量的平均值。这可以称为预脱扣警报。例如，安装有20安培电路的72极开关板(每个相具有24个极)在每个相完全加载的情况下具有每相480安培的容量。这些电路通常可以仅负载10安培。本发明提供了在发生过载或脱扣之前识别何时达到该值的能力。然后，本发明在发生故障之前而不是发生故障时提供关键信息，所以可以防止发生故障。
本发明的断路器还具有内置锁定机构，所述内置锁定机构还作用于触点以提供对端子的安全访问。在不需要任何另外的部件或设备的情况下提供该布置。
内置锁定机构减少了对实现该水平的安全性的另外的设备的需要。较大的断路器(大多数具有旋转手柄)设置有该设施，原因在于充足的空间使得更容易设置。在针对最终配电的小型断路器中使用该内置布置会相当困难。
本发明的机构在操作上与传统的锁定装置不同，传统的锁定装置仅物理上防止拨动开关移动。该装置使得拨动开关能够处于自由脱扣位置，这意味着其防止内部机构在没有锁定拨动开关的情况下操作。这些传统的机构可能会被破坏并且然后拨动开关被操作。使拨动开关自由移动(其不会移动触点)的优点在于，不存在强制性。在不移动任何内部部件的情况下，拨动开关简单地弹回关断位置。
本发明还提供了不需要保持电力的显示设置。通常可以使用不需要电力来保持显示的显示屏幕(LCD或LED)。
现有技术的断流器装置通常提供需要恒定电力来显示值的电子显示器或者当彼此协作读数时提供设置的手动操作拨盘或者二者的组合。
本发明的布置是在存在电力或不存在电力的情况下提供一相电路或三相电路上的可视额定值和设置的双稳态显示。由于其为图形显示器，所以可以被选择成显示多种信息。
出于实际断路器控制而在本发明的装置中使用多个霍尔效应电流传感器是新颖的。
霍尔效应传感器已经用于识别断路器中的限制范围但不适于对所使用的电流的过流、脱扣和实际监测所需要的全部范围。
图6示出了本发明的装置中所使用的霍尔效应电流传感器的典型布局，包括用于实现大范围感测的周围部件和位置。如下为其操作：由于断路器需要读取正常操作电流(标称值的10％至100％)、过载电流(标称操作电流的110％至1000％)和短路电流(标称电流的十倍之上)的值，所以问题在于，传感器达到饱和点并且不能随着场的增大读取更多的值。该装置中实现的处理使用三个步骤来实现来自传感器的所需要的范围。场集中器用于集中传感器上的磁场。该集中器的形式为导体的三个侧面上的铁叠层。防止场在其中放置铁叠层的侧面上离开，并且如此，场必须在沿一个方向提供整个场的第四侧面上离开。这用于低电流范围，所以可以实现准确性。经过电流传感器的标准通道用于中间范围的值。这在没有场集中器的情况下被提供。偏移电流传感器被设置为高范围传感器。这相对于导体的线偏离了80°以使传感器降低灵敏度。三个传感器安装在PCB上，其中，导体经过顶部，并且在三个传感器之间具有聚酯薄膜条或者其他薄绝缘材料。这确保了绝缘以及导体距传感器的固定距离的位置。在导体和所有三个传感器周围设置有磁屏蔽以防止发射磁场的相邻装置例如与其相邻的断路器的不利影响。这三个霍尔效应传感器各自连接至放大器电路以提供总共六个范围，这六个范围组合以允许非常大的范围的读数或准确的读数。微控制器中的软件评估这些数字并且确定电路中出现的电流以及后续动作。
用于针对断路器中包括的功耗、电流、需求量、脱扣状态来监测包括单独的断路器(一相或三相)的系统的能力代表新的构思。图5示出了与远程监测服务连接的系统。
通过霍尔效应传感器组将电流值提供给微控制器。由断路器内的点检测电压以建立电压参考以及断路器的状态。断路器连接至底板PCB而非设置有CAN总线来传送信息。
CAN总线与通信控制器连接，通信控制器经由RS485协议、因特网、USB或蓝牙(其中，后两者多用于编程)输出作为特定寄存器中的值的信号。
输出不限于一般状态而且还可以提供断路器被脱扣的原因例如过载、短路、装置线圈故障、装置控制器故障。
双稳态LCD用于提供脱扣设置的值以及装置是否使能了RCD的恒定指示。需要该特性的指示以遵循相关标准并且必须给出是否提供电力。图7示出了断路器正面的双稳态LCD的实现，提供了是否存在电力的额定值指示。双稳态LCD在出现改变显示并且该显示器仅需要电力来改变另一读出时使用电力。该显示器与内部微控制器连接并且在断路器的额定值或者RCD功能改变时被调节。
本发明的断路器还设置有锁设施。该部件操作确保安全操作以及与断路器的连接的处理序列。图8示出了具有滑动移开的锁机构。
转动锁定拨盘首先操作断路器上的脱扣机构，断开有源导体。序列的第二阶段将中性点从负载端子断开。序列的第三阶段和第四阶段是同时的，并且移开滑块，所述滑块提供对螺钉的访问并且使得能够移除端子盖以访问线缆。当该序列完成(锁定的1/4转)时，拨盘升高至断路器以上以露出挂锁的锁孔。该机构的锁定防止断路器被接通并且防止中性点被连接。仅当移除锁并且使操作器返回至正常状态时，才可以接通断路器。
当提供至负载端子的访问时对中性导体进行内部绝缘。中性导体在不占用另外的极空间的情况下在断路器内延伸。当现有设备内置有中性导体时，其占用与相中的一个相等同的另外的空间。由于装置的操作，所述序列确保在断路器接通时出现中性点而且在断路器关断时能够绝缘。中性点的基本操作为最后关断首先接通。图9示出了断路器中的中性点布置。中性点在断路器的底部延伸从而避免需要另外的极空间。图9还示出了中性点的绝缘以及在中性点绝缘之前关断装置的机构。
锁定特征将拨盘用作滑块、控制杆和推杆的主要操作器和系统，以提供脱扣机构、中性点断开和端子访问的相关致动。拨盘操作推杆，推杆立即升举与有源导体的弹簧触点的释放相联系的脱扣杆。随着推杆向上移动，由锁定拨盘的旋转拉出，其开始打开中性点触点。另外的操作移开滑块，使得滑块中的孔与螺钉端子的端子入口对齐。在滑块移开的处理中，其从遮蔽端子的端子盖被清除，使其可以被移动。该集成特征提供了互锁的安全访问，所以可以实现禁止对带电端子的访问。
对本领域技术人员明显的是，对系统可以做出许多变型和修改。应当认为所有这样的变型和修改落入如先前在本文中广义地描述的本发明的范围中。

Claims (17)

1.一种适于安装在配电板中的类型的断路器，包括：
壳体，所述壳体具有适于与负载串联连接的成对端子并且具有可复位拨动开关；
传感器，包括用于感测所述负载中的电流的多个霍尔效应传感器，其中，所述多个霍尔效应传感器具有通过所述断路器至有源导体的不同的耦接；
铁磁屏蔽，其围绕所述多个霍尔效应传感器；以及
微控制器，所述微控制器连接至用于用户输入和/或调节所述负载的预定最大负载电流的可编程输入单元，所述微控制器适于将所述传感器所感测的所述感测的负载电流与所述预定最大负载电流相比较，并且当所述感测的负载电流超过所述预定最大负载电流时操作所述断路器；
其中，所述多个霍尔效应传感器包括：
第一霍尔效应传感器，其设置有围绕所述有源导体的形式为铁磁材料的场集中器，以将磁场引导至所述第一霍尔效应传感器；
第二霍尔效应传感器，其未设置有场集中器；
第三霍尔效应传感器，其未设置有场集中器，并且相对于所述有源导体以偏转角度布置所述第三霍尔效应传感器。
2.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述断路器能够被编程为在4安培至100安培之间的额定电流范围内操作。
3.根据权利要求1或2所述的断路器，其中，所述输入单元适于远程地被编程。
4.根据权利要求1或2所述的断路器，其中，所述断路器适于远程地被监测。
5.根据权利要求1或2所述的断路器，其中，所述断路器适于远程地被操作/脱扣。
6.根据权利要求1或2所述的断路器，其中，所述断路器具有内置剩余电流装置RCD，所述内置剩余电流装置RCD能够被调节成接通或关断。
7.根据权利要求6所述的断路器，其中，所述内置剩余电流装置RCD被设置成以10毫安、30毫安或100毫安的电流进行操作。
8.根据权利要求1或2所述的断路器，其中，所述断路器具有锁机构。
9.根据权利要求8所述的断路器，其中，所述锁机构为挂锁。
10.根据权利要求1或2所述的断路器，还包括：
显示单元，用于显示预定负载参数、实际值和/或其他标记。
11.一种配电系统，包括：
电源；
通信控制器，用于用户输入和/或调节预定负载参数；
至少一个负载；
与每个所述负载相关联的断路器，用于将所述电源选择性连接至每个负载，每个断路器具有适于安装在配电板中的类型并且包括：
壳体，所述壳体具有适于与负载串联连接的成对端子并且具有可复位拨动开关；
传感器，所述传感器包括用于感测所述负载中的电流的多个霍尔效应传感器，其中，所述多个霍尔效应传感器具有通过所述断路器至有源导体的不同的耦接；
铁磁屏蔽，其围绕所述多个霍尔效应传感器；以及
微控制器，所述微控制器连接至用于用户输入和/或调节所述负载的预定最大负载电流的可编程输入单元，所述微控制器适于将所述传感器所感测的所述感测的负载电流与所述预定最大负载电流相比较，并且当所述感测的负载电流超过所述预定最大负载电流时操作所述断路器；
其中，所述多个霍尔效应传感器包括：
第一霍尔效应传感器，其设置有围绕所述有源导体的形式为铁磁材料的场集中器，以将磁场引导至所述第一霍尔效应传感器；
第二霍尔效应传感器，其未设置有场集中器；
第三霍尔效应传感器，其未设置有场集中器，并且相对于所述有源导体以偏转角度布置所述第三霍尔效应传感器。
12.根据权利要求11所述的配电系统，其中，所述断路器中至少之一能够被编程为在4安培至100安培之间的电流值范围内操作。
13.根据权利要求11或12所述的配电系统，其中，所述通信控制器定位成远离所述断路器。
14.根据权利要求11或12所述的配电系统，还包括：
通信信道，用于经由所述通信控制器对所述断路器进行远程编程、远程监测和/或远程脱扣。
15.根据权利要求11或12所述的配电系统，其中，所述断路器包括剩余电流装置RCD。
16.根据权利要求11或12所述的配电系统，其中，所述断路器包括锁定机构。
17.根据权利要求11或12所述的配电系统，其中，所述断路器包括用于显示所述预定负载参数的显示单元。
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