CN105529220A - 带有电流感测单元的模制外壳断路器 - Google Patents

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D.K.蒂瓦里
A.O.里德
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Abstract

断路器(10)包括断路器壳体(12)，其限定内部部分(20)并且其包括模制基座(22)和可分离的盖(16)。模制基座(22)包括内表面(26)和外表面(28)。模制基座(22)的外表面(28)操作地布置在断路器壳体(12)的内部部分(20)外，并且基座(22)的外表面(28)限定至少一个电流感测单元容纳空腔(62)，其构造为在其中容纳电流感测单元(54)。模制基座(22)和可分离盖(16)协作地布置为围绕断路器壳体(12)的内部部分(20)。

Description

带有电流感测单元的模制外壳断路器
技术领域
在本文中公开的主题涉及具有电流感测单元的模制外壳断路器。
背景技术
模制外壳断路器(MCCB)广泛地用来保护电线和设备，并且通过它们的矩形塑料外壳被识别。MCCB监测穿过电导体的电流，并且如果满足特定的预定标准(例如过电流条件)那么“跳闸”来打开电路并因而中断穿过电路的电流。电子跳闸单元(“ETU”)是可连同MCCB一起使用来控制电流(和/或电压)比时间的跳闸响应的装置。ETU是可编程装置，其测量并且计时流动穿过断路器的电流并在适当时启动跳闸信号。
电流感测变压器感测电路电流并向ETU提供电流信号以用于处理。变流器和罗氏线圈监测在MCCB中的电流。变流器用于驱动ETU而不使用外部辅助功率。变流器向ETU提供与流动穿过其的初始电流成比例的电流输出。罗氏线圈用于在断路器的导体中的电流的饱和自由测量。罗氏线圈提供了从电流导出的与时间成比例的电压输出，而不是如传统变流器那样的电流输出。电流传感器不论是热磁、只有热、只有磁、只有变流器、只有罗氏线圈、或变流器/罗氏组合，均在组装期间安装在MCCB的断路器壳体内。
发明内容
根据本发明的一方面，断路器包括断路器壳体，其限定内部部分并且其包括模制基座和可分离的盖。模制基座包括内表面和外表面。模制基座的外表面操作地布置在断路器壳体的内部部分外，并且基座的外表面限定至少一个电流感测单元容纳空腔，其构造为在其中容纳电流感测单元。模制基座和可分离盖协作地布置为围绕断路器壳体的内部部分。
根据本发明的另一方面，模制外壳断路器包括：断路器壳体，其限定内部部分；一组固定接触件；一组可移动接触件；以及操作机构；以及电流感测单元。断路器壳体包括模制基座和可分离盖。模制基座包括内表面和外表面。模制基座的外表面操作地布置在断路器壳体的内部部分外，并且基座的外表面限定至少一个电流感测单元容纳空腔，其构造为在其中容纳电流感测单元。模制基座和可分离盖协作地布置为围绕断路器壳体的内部部分。操作机构布置为相对固定接触件操作一组可移动接触件，并且操作机构、固定接触件、以及可移动接触件布置在断路器壳体的内部部分内。电流感测单元布置在电流感测单元容纳空腔内，并且从壳体的外部可接近而不移除可分离盖。
根据本发明的又一方面，组装模制外壳断路器的方法包括：将与断路器的对应的电极相对应的负载带插入穿过由断路器壳体的模制基座限定的相对应的孔口；和在断路器壳体的内部部分中布置操作机构、一组可移动接触件、以及一组固定接触件。可分离盖固定至模制基座来围绕断路器壳体的内部部分。将至少一个电流感测单元安装在由模制基座的外表面限定的至少一个电流感测单元容纳空腔中，模制基座的外表面操作地布置在断路器壳体的内部部分外，使得至少一个电流感测单元的电流感测元件围绕用于断路器的各个相对应的电极的负载带。
这些和其它优点以及特征将从结合附图进行的下列说明变得更加显而易见。
附图说明
被认作是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中被特别地指出并且清楚地主张权利。本发明的前述和其它的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述而显而易见的，其中：
图1是断路器的外部的示例性实施例的透视图；
图2是断路器的内部的示例性实施例的透视图；
图3是断路器的示例性实施例的透视图；
图4是断路器的部分的分解透视图；
图5是带有接线片和接线片盖的示例性实施例的断路器的部分的透视图；以及
图6是接线片、接线片盖、以及断路器的透视分解图；
详细的描述借助于参照附图的实例连同优点和特征说明了本发明的实施例。
附图标记
10断路器
12壳体
14模制外壳
16可分离顶部盖
18操作构件
20内部部分
22模制基座
24壁
26内表面
28外表面
30分离突起/壁
32凹槽
34把柄狭槽
36把柄操作件
38ETU
40额定插头
42变流器
43固定接触件
44接触系统
45可移动接触件
46操作机构
48放电室
50线路带
52负载带
54电流感测单元
56接触臂
58线路侧部分
60负载侧部分
62电流感测单元容纳空腔
64孔口
66空腔端部表面
68空腔壁
70开口
72电流感测单元壳体
74电流感测元件
76罗氏线圈
78(壳体72的)内表面
80负载接线片
84导电连接元件
86端部表面
88保护板
90电连接器
92凹槽
94负载接线片盖。
具体实施方式
图1示出了模制外壳断路器10的外部的示例性实施例。断路器10包括断路器壳体12，并且断路器壳体12是模制外壳14并且包括可分离的盖16和模制基座22。进一步参照图2，模制基座22支撑在断路器壳体12的内部部分20内的断路器10的大体标明为18的操作构件。在示出的实施例中，模制基座22还包括多个壁24，但是壁可备选地或此外从可分离的盖16延伸。而且，中间盖可可选地采用为介于可分离的盖16和基座22之间。基座22包括内表面26和外表面28。断路器10的构件18布置在模制基座22的内表面26上方。内表面26可包括任意数量的分离的突起/壁30和凹槽32，以用于容纳用于特定断路器10的各个极的各种构件18。断路器操作构件18的一部分可使用在基座22的内表面26上的自动化组件组装在基座22内，该自动化组件提供了断路器组装时间的降低。基座22由不导电塑料材料形成，该材料选择为提供良好的抗热特性，以便一旦在过载电流条件下不被断路器构件18扭曲。这样的塑料材料可包括，但不限于，热塑性材料、热固塑料、以及具有模制成基座22的需要的形状以用于容纳断路器操作构件18的能力的它们的混合物。基座22可此外设有多个脊和槽，以用于便于在模制基座22上方的断路器构件18的自动化组装。
在断路器操作构件18被组装在模制基座22的内表面26上方之后，如在图1中所显示，将盖16自动化地、手动地、或自动化和手动的组合地固定地紧固至基座22。盖16包括用于经过断路器10的把柄操作件36的把柄狭槽34。盖16还由模制塑料材料形成。断路器10的内部部分20由盖16和基座22围绕。
在图1中还显示了电子跳闸单元(“ETU”)38和联接至ETU38的额定插头40。在必要时断路器10的ETU38跳闸来打开电路，并因而中断电流。ETU38包括微处理器平台，其构造为确保可靠的保护。利用ETU38可能进行不同的保护，例如，过载、短路、以及剩余(接地故障)保护，并且可编程来适应不同的需求。额定插头40设置额定电流，该额定电流为在各个独立的阶段期间在电路中允许的最大连续电流，并且向ETU38供应特定的额定电流。如将在下面进一步所描述，断路器10的变流器42电联接至ETU38并且向ETU38提供电流。示出的断路器10显示了三个电极断路器10，但是可在断路器10中采用任意数量的电极。变流器42在受保护电路的各个电极内使用，来在连续的基础上对电流取样。
现转向至在图2中显示的断路器10的内部透视图，绘出了断路器10的操作构件18中的一些。应当理解的是，虽然在本文中描述了操作构件18的特定布置，但是还可调节不同的布置来支持不同的规划和终端使用。而且，可合并附加构件18来完成断路器10。断路器10大体包括接触系统44、操作机构46、附轴(未显示)、放电室48、线路带50、以及负载带52。如将在下面进一步描述，断路器10还包括电流感测单元54。有时称为断路器10的电流路径或电流承载系统的接触系统44，包括一组固定和一组可移动接触件43、45。固定的接触件43电连接至线路带50，并且可移动接触件45由可移动接触臂56支撑，该可移动接触臂56电连接至负载带52。在示例性实施例中，电连接可经由柔性铜丝编织物(未显示)。在断路器10的正常的“通电”或闭合情况下，固定和可移除接触件43、45由于在可移动接触件45上施加的机械压力而物理地连接至彼此，其中，接触臂56移动来在可移动接触件45和固定接触件43之间进行接触。在断路器10的“断开”或打开情况下，如在图2中所示出，可移除接触件45例如经由打开的弹簧与固定接触件43分离。接触系统44基于当前条件产生或断开电路，承载额定电流而不过热，提供适当的将接触压力和减压来保持接触件43、45在正常情况下关闭，提供充分的力来在异常情况期间以期望的速率打开接触系统44，并且在接触件在打开情况时提供介质绝缘。
操作机构46用作用于断路器10的能量贮存装置。操作机构46包括一种布置来贮存如果将开关信号发送至断路器10那么被释放的势能。势能可例如通过使主操作机构弹簧变形在断路器10中贮存。备选地，势能通过压缩空气、通过液压等贮存。一旦该贮存能量以动能的形式释放，那么可移动接触件45移动，因为可移动接触件45经由接触臂56通过连接件机械地附接至也称为驱动轴的附轴，并然后附接至操作机构46。附轴用作在操作机构46和接触系统44之间的连接构件，并且有助于将动作从操作机构46传递至接触系统44。
也称为消稳装置或熄弧沟的放电室48包括高介电壳体材料，其带有组装为大体彼此平行的弧板。在可移动接触件45打开并从固定接触件43移动开时，产生电弧。电弧在放电室48的弧板之间前后引导和绕回，直至其在放电室48中熄灭或猝熄。
如在图2中可看到，包括接触系统44、操作机构46、附轴(横杆)以及放电室48的上面描述的操作构件18被组装在模制基座22的内表面26上。在线路侧部分58中的基座22的深度大于在负载侧部分60处的基座22的深度。这是因为通常绕负载带52提供的断路器10的电流感测单元54未布置在基座22内，并因而不需要在用于电流感测单元54的壳体12的内部部分20中分配内部空间。现参照图3和4，基座22的外表面28显示为在基座22的负载侧部分60处具有模制凹口或电流感测单元容纳空腔62。电流感测单元容纳空腔62包括孔口64，负载带52从壳体12的内部20穿过该孔口64延伸至基座22的外部，并且电流感测单元容纳空腔62和负载带52从基座22的外表面28可接近。线路带50还可从基座22的外表面28，但是在线路侧部分58处可接近。模制电流感测单元容纳空腔62包括：空腔端部表面66，其由基座22的外表面28的一部分形成；和空腔壁68，其从空腔端表面66延伸。
在图3和4中，示例性电流感测单元54显示为布置在模制电流感测单元容纳空腔62中。电流感测单元54包括用于允许负载带52延伸穿过其的开口70。电流感测单元容纳空腔62尺寸确定为在其中适当地但紧贴地容纳电流感测单元54。即，电流感测单元54包括外周界，其大致配合电流感测单元容纳空腔62的内周界，使得电流感测单元54在安装时相对负载带52保持至少相对固定。电流感测单元54还包括电流感测单元壳体72，其可用来保护在电流感测单元54内的电流感测元件74的表面中的至少一些，例如，其内表面(面向负载带52的那些)来保护它们不受到延伸穿过电流感测单元54中的开口70的负载带52。电流感测单元壳体72由绝缘材料形成，例如但不限于热塑性、热聚合物等。在安装时，电流感测单元54将放置在电流感测单元容纳空腔62中，使得由绝缘材料形成的壳体72将提供负载带52与电流感测单元74的绝缘。电流感测单元壳体72可构造为将电流感测单元54一起保持为整体单元，使得电流感测单元54包括电流感测单元壳体72，并且电流感测单元74可作为整体单元插入电流感测单元容纳空腔62内，并可从电流感测单元容纳空腔62移除。
在电流感测单元54中的示例性电流感测元件74包括罗氏线圈76和变流器组件42，但是电流感测单元54的变型可仅仅包括前者或后者，以及备选或额外的传感器。变流器42用于驱动ETU38而不适用外部辅助功率，而罗氏线圈用于在断路器10的导体中的电流的饱和自由测量。需要电流感测元件74以用于感测电流，并然后允许ETU38提供保护。在导体中的交变电流发展出磁场，并且该场和场固有的罗氏线圈76的交互作用使在罗氏线圈76内的感应电压增加，该电压与被测量的电流的变化率成比例。包括变流器42和罗氏线圈76的电流感测元件74应当不接触负载带52，并且因而电流感测单元壳体72至少包括内表面78，其用来使电流感测元件74与负载带52绝缘。
虽然用于各个电流感测单元54的电流感测单元壳体72示出为在其中分离地覆盖电流感测元件74，但是在另一示例性实施例中，任意数量的电流感测单元54可经由它们的相对应的电流感测单元壳体72附接在一起。在这样的实施例中，电流感测单元54中的两个或更多个将在相同时间下可安装在它们的相对应的空腔62内。
参照图5至6，为了允许与外电路的接触被断路器10保护，负载接线片80可与断路器10一起安装，并且可现场可安装或工厂组装。断路器10显示为带有附接的示例性负载接线片80和负载接线片盖94。负载接线片80经由导电连接元件84电连接至负载带52，如所示出，其可具有带形状。由于导电连接元件84的板状或带状结构，和负载带52的端部表面86，因而导电连接元件84将放置为以与负载带52的端部表面86面对面的关系大体平齐。如在图3中所显示，电流感测单元54的至少一部分在承座在电流感测单元容纳空腔62内时，可与负载带52的端部表面86大体平齐，但是可稍微凹入直接邻接电流感测单元容纳空腔62的基座22的外表面28。负载接线片80经由导电连接元件84与负载带52连接，并且在这样做期间，电流感测单元54布置在模制基座22和导电连接元件84之间。凹槽92可在外壳14的负载侧部分60处提供在侧壁24中，以用于在其中对准导电连接元件84。保护板88覆盖导电连接元件84，并且重叠且向电流感测单元54和负载接线片80提供额外的保护。保护板88可为不导电的，并且导电连接元件84操作地布置在保护板88和负载带52的端部表面86之间。接线片盖94承座于在外壳14的负载侧部分60处邻接壁24的保护板88上。接线片盖94连同断路器10的壳体12围绕负载接线片80。
电流感测单元54可包括电连接器90，其在图6中示意地绘出为，用于电流感测元件74，例如但不限于，电线、引出端、销、或电接触件，来将电流感测元件74连接且电联接至ETU38。例如，在一个示例性实施例中，电流感测单元54可包括插头以作为电连接器90，使得电流感测单元54向电流感测单元容纳空腔62内的安装将插头与在电流感测单元容纳空腔62中的插头容纳孔口对准，该插头容纳孔口可用来将电流感测单元54电连接至ETU38。备选地，模制基座22可具有由其延伸出的插销，其插入在电流感测单元54中的插销容纳孔口，来将电流感测单元54电连接至ETU38。在电连接的又一备选实施例中，电流感测元件74/电流感测单元54和模制基座22可具有协作的电接触件，其与在电池和电池驱动装置之间的电接触件相似。可与具有弹簧状特性的柔性接触区域进行连接，来确保电信号被可靠地传递。
组装模制外壳断路器10的方法包括将用于断路器10的各个电极的负载带52插入穿过在模制基座22中的相对应的孔口64，并且将操作构件18布置在模制基座22的内表面26上。可分离盖16被固定至模制基座22来形成断路器壳体12。将至少一个电流感测单元54安装在模制入模制基座22的外表面28的至少一个电流感测单元容纳空腔62中，使得至少一个电流感测单元54的电流感测元件74围绕用于断路器10的各个电极的负载带52的周界。
通过将电流感测单元54安装在断路器10外，可在组装的后阶段确定应当使用什么类型的感测元件74，或感测元件74的何种组合。如果电流感测单元安装在断路器内，那么必须在组装的更早的阶段确定采用什么传感器。为了有效地感测行进穿过各个电极的导电路径的电流，感测元件74需要围绕电流路径。断路器10的设计允许组装整个断路器10，其中，断路器10的负载带52延伸穿过用于客户端接点的壳体12。电流感测单元54然后绕断路器10外的负载带52组装。感测单元54具有其自身的薄壳体72，以便不暴露在其内的构件、电流感测元件74，因而提供绝缘和保护。模制外壳断路器10的模制基座22以如下这样的方式设计：以便将电流感测单元54与断路器10的内部构件18分离。
应当理解的是，尽管电流感测单元相对小，但是其占用较大百分比的现有模制外壳断路器的内部。通过在断路器10中将感测单元54移动至壳体12的外部，将在内部部分20内允许更多的空间以用于布置操作构件18，并且影响断路器10的整体尺寸。通过将电流感测单元54推向断路器10的极限边缘，并且消除与在断路器10内的其它构件18的干涉的可能性，断路器能够更小。现有模制外壳断路器壳体的尺寸约束将变流器的芯的几何形状限制为仅足以向ETU回路提供操作功率，由于更小的芯的低感应系数不在更高的额定电流下变得饱和。
而且，在组装期间，在现有模制外壳断路器的电流感测元件内部地安装时，它们需要绕负载带行进。当负载带包括直接焊接至其的铜柔性编织物时，该编织物还焊接在铜接触臂的相反端部上，该编织物转而是更大的组件的一部分，该组件包括横杆、另外两个电极、以及操作机构，以便在该构造中安装电流感测元件，电流感测元件将需要为在焊接之前组装在组件内的第一构件中的一个。然后，整个组件需要整体安装在断路器的壳体中，这是困难的工序并且需要在断路器被平稳地组装之前确定和选择电流感测元件的额定值。因而，在本文中描述的断路器10允许电流感测元件74从该组件一起移除，并且允许在组装的最终阶段的电流传感器选择。
而且，断路器10提供了电流感测单元54的改善的精度。因为电流感测单元54将在最大量的导体(负载带52)行进穿过其开口70，并且带有相对负载带52的电流感测单元54的十分受限的移动的情况下处于固定位置，由于作为空腔62的内周界的电流感测单元54的基本相同的外周界，因而将改善精度和灵敏性。而且，改善了传感器测试，因为具有外部定位的电流感测单元54的断路器10允许在制造厂中、或甚至在维护现场中电流感测元件74易于在断路器10上测试和校准，因为不需要可分离的盖16的移除，也不需要壳体12的任何其它种类的拆卸，因而十分简便。
术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是术语第一、第二等用来相对一个元件辨别另一个。此外，术语“一”、“一个”等的使用不表示量的限制，而是表示至少一个提及项的存在。虽然已经仅结合有限数量的实施例而详细说明了本发明，但是应该容易理解，本发明不限于这样的公开的实施例。而是，本发明可被修改以并入至今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同布置。此外，虽然已经说明了本发明的各种实施例，但是应该理解本发明的方面可能仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明不被看作由前述说明所限制，而是仅被所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种断路器(10)，包括：
断路器壳体(12)，其限定内部部分(20)，所述断路器壳体(12)包括：
可分离盖(16)；以及
模制基座(22)，所述模制基座(22)具有内表面(26)和外表面(28)，所述模制基座(22)的所述外表面(28)操作地布置在所述断路器壳体(12)的所述内部部分(20)外，所述模制基座(22)的所述外表面(28)限定至少一个电流感测单元容纳空腔(62)，其构造为在其中容纳电流感测单元(54)；
其中，所述模制基座(22)和所述可分离盖(16)协作地布置为围绕所述断路器壳体(12)的所述内部部分(20)。
2.根据权利要求1所述的断路器(10)，还包括至少一个电流感测单元(54)，其布置在所述至少一个电流感测单元容纳空腔(62)内，其中，所述至少一个电流感测单元(54)从所述壳体(12)的外部可接近，而不进行所述可分离盖(16)的移除。
3.根据权利要求2所述的断路器(10)，其中，所述至少一个电流感测单元(54)包括电流感测单元壳体(72)和至少一个电流感测元件(74)，所述电流感测单元壳体(72)配置为覆盖所述至少一个电流感测元件(74)的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的断路器(10)，其中，所述电流感测壳体(72)和所述至少一个电流感测元件(74)可安装在所述至少一个电流感测单元容纳空腔(62)中，并可作为整体单元从其移除。
5.根据权利要求2所述的断路器(10)，还包括负载带(52)，其与所述断路器(10)的相应的电极相对应，其中，所述负载带(52)从所述内部部分(20)延伸穿过所述模制基座(22)，并进入所述至少一个电流感测单元容纳空腔(62)，并且其中，所述至少一个电流感测单元(54)中的每一个的电流感测元件(74)绕所述负载带(52)布置。
6.根据权利要求5所述的断路器(10)，还包括：导电连接元件(84)，其电联接至所述负载带(52)；所述至少一个电流感测单元(54)的至少一部分，其操作地布置在所述模制基座(22)的所述外表面(28)和所述导电连接元件(84)之间。
7.根据权利要求6所述的断路器(10)，还包括用于所述断路器(10)的各个相对应的电极的接线片(80)，各个接线片(80)电联接至各个相对应的导电连接元件(84)。
8.根据权利要求2所述的断路器(10)，还包括：一组固定接触件(43)；一组可移动接触件(45)；以及操作机构(46)，其配置为相对所述组固定接触件(43)操作所述组可移动接触件(45)，所述操作机构(46)、固定接触件(43)、以及可移动接触件(45)布置在所述壳体(12)的所述内部部分(20)内。
9.根据权利要求1所述的断路器(10)，其中，所述模制基座(22)由不导电塑料形成。
10.根据权利要求1所述的断路器(10)，其中，所述模制基座(22)形成作为单件单元。
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