CN107004544B - 提供自动降低电弧模式的电路中断设备和其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电路中断装置(例如模制外壳断路器)，包括：至少一组触点；触点致动器机构，所述触点致动器机构被配置成打开至少一组触点；以及跳闸控制电路，所述跳闸控制电路被配置成响应于满足第一跳闸标准的条件使触点致动器机构打开至少一组触点，响应于至少一组触点的打开应用第二跳闸标准(例如较低的电流水平跳闸阈值)。跳闸控制电路可以被配置成在至少一组触点成功闭合之后应用第二跳闸标准。跳闸控制电路还可以被配置成在至少一组触点成功闭合之后的预定间隔逝去之后返回第一跳闸标准的应用。

Description

提供自动降低电弧模式的电路中断设备和其操作方法
技术领域
本发明的主题涉及电路中断装置及其操作方法，并且更具体地涉及提供降低电弧跳闸模式的电路中断器和其操作方法。
背景技术
断路器通常用来保护电路(诸如配电线)不受由于短路或过载引起的过热的影响。断路器一般包括被配置成由致动器机构打开和闭合的至少一组触点。致动器机构一般被配置成响应于人工或其它机械输入(例如由机械化致动器的运动)打开和闭合触点，并且还被配置成响应于来自跳闸单元的输入快速打开。
断路器跳闸单元可以以许多方式操作。例如，用于热磁断路器的跳闸单元一般响应于断路器中的电流和断路器中的导线的温度使断路器触点跳闸。这种跳闸单元可以使用电流互感器感测所称的“瞬时”电流水平跳闸的电流，并且可以使用机械和/或电磁装置提供热跳闸。
一些断路器提供可调节的瞬时电流设置，其中，可以使用选择器开关或类似装置人工调节断路器跳闸的电流水平。这种可调节性可能是期望的，以防止由于例如由大的电动机或其它设备产生的瞬间涌入电流造成的不希望的跳闸。提供可调节瞬时跳闸的模制外壳断路器(MCCB)的示例在Carlino等人的美国专利申请公开号2009/0195337中描述。
在一些应用中可能希望将断路器设置成维修模式，在这种模式中，断路器的闭合形成故障，会导致最小的电弧能量。例如，在一些采矿环境中，通常做法是重新闭合跳闸的断路器，以确定电路上的故障是否已经清除。以高的瞬时跳闸设置闭合形成故障可能导致显著的电弧闪光。在维修模式中操作断路器可以降低这种风险，其中，瞬时跳闸设置被置于相对较低的跳闸电流水平。Carlino等人的美国专利号8,508,891描述了具有能够由外部来源命令的电弧降低维修模式的断路器。
发明内容
本发明主题的一些实施例提供一种电路中断装置(例如模制外壳断路器)，包括：至少一组触点；触点致动器机构，所述触点致动器机构被配置成打开所述至少一组触点；以及跳闸控制电路，所述跳闸控制电路被配置成响应于满足第一跳闸标准的条件使所述触点致动器机构打开所述至少一组触点，响应于所述至少一组触点的打开应用第二跳闸标准。所述跳闸控制电路可以被配置成在所述至少一组触点成功闭合之后应用所述第二跳闸标准。所述跳闸控制电路还可以被配置成在所述至少一组触点成功关闭之后的预定间隔逝去之后，返回所述第一跳闸标准的应用。所述第一跳闸标准可以对应于第一电流水平，所述第二跳闸标准可以对应于比所述第一电流水平小的第二电流水平。
根据一些实施例，所述第一跳闸标准可以是用户可选择的。例如，所述第一和第二跳闸标准可以是用户可选择的跳闸标准的集合的成员。用户可选择的标准的集合的成员可以对应于各自的电流水平，所述第二跳闸标准可以对应于与用户可选择的跳闸标准的集合关联的最小电流水平。所述跳闸控制电路可以被配置成在所述至少一组触点闭合之后的预定间隔覆盖用户选择的跳闸标准。
在一些实施例中，所述跳闸控制电路可以包括选择器开关，所述选择器开关被配置成将第一端子选择性连接至与多个用户能够选择的跳闸标准对应的多个第二端子。所述跳闸控制电路可以被配置成响应于所述至少一组触点的打开绕过所述选择器开关以应用所述第二跳闸标准。
在一些实施例中，所述电路中断装置还可以包括辅助开关，所述辅助开关具有输入端子以及第一和第二输出端子，并具有第一状态和第二状态，在第一状态中，所述输入端子连接至所述第一输出端子，在第二状态中，所述输入端子连接至所述第二输出端子。所述辅助开关可以被配置成指示所述至少一组触点的状态，使得所述辅助开关在所述至少一组触点打开时处于所述第一状态，在所述至少一组触点闭合时处于所述第二状态。所述跳闸控制电路可以包括第一继电器，所述第一继电器具有触点，所述触点被配置成耦连和去耦连所述选择器开关的第一端子和对应于所述第二跳闸水平的选择器开关的第二端子之一，并且所述第一继电器包括线圈，所述线圈具有耦连至所述辅助开关的第一输出端子的第一端子。所述跳闸控制电路还可以包括第二继电器，所述第二继电器具有触点，所述触点被配置成耦连和去耦连所述第一继电器的线圈的第一端子和所述辅助开关的第二输出端子。定时器电路具有耦连至所述辅助开关的第二输出端子的电源端子，并且可以被配置成驱动所述第二继电器的线圈。所述辅助开关的输入端子可以被配置成从所述电路中断装置的外部的来源接收启动信号。在一些实施例中，所述辅助开关从所述第一状态到所述第二状态的过渡可以使电力提供至所述定时器电路，由所述定时器电路对所述第二继电器的线圈通电以闭合所述第二继电器的触点并由此对所述第一继电器的线圈通电，并在所述预定间隔之后由所述定时器电路对所述第二继电器的线圈断电，以打开所述第二继电器的触点，并对所述第一继电器的线圈断电。
在另外的实施例中，一种设备，诸如电路中断装置的跳闸单元或相似部件包括：选择器电路，所述选择器电路被配置成接受第一跳闸标准的用户选择；以及跳闸控制电路，所述跳闸控制电路耦连至所述选择器电路，并被配置成基于选择的第一跳闸标准生成跳闸信号以打开一组电路中断装置的触点，并响应于所述电路中断装置的触点的打开应用第二跳闸标准。
在另外的实施例中，操作电路中断装置的方法包括：响应于满足第一跳闸标准的条件，打开所述电路中断装置的至少一组触点；以及响应于所述至少一组触点的打开，应用第二跳闸标准以打开所述至少一组触点。响应于所述至少一组触点的打开，应用第二跳闸标准以打开所述至少一组触点可以包括在所述至少一组触点成功闭合之后应用所述第二跳闸标准。所述方法还可以包括在所述至少一组触点成功闭合之后的预定间隔逝去之后，返回所述第一跳闸标准的应用。
附图说明
图1和2图解说明根据一些实施例的模制外壳断路器(MCCB)。
图3是图解说明根据一些实施例具有自动跳闸标准选择能力的带跳闸控制电路的电路中断装置的示意框图。
图4是图解说明根据另外的实施例包括响应于辅助开关操作的自动跳闸标准选择器电路的电路中断装置的示意框图。
图5是图解说明根据一些实施例包括定时器控制的自动跳闸标准选择器电路的电路中断装置的示意框图。
图6是图解说明根据另外的实施例的跳闸标准选择器电路的示意框图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的主题的特定的示例性实施例。不过，本发明的主题可以以许多不同的形式体现，不应当解读为局限于本文中陈述的实施例；而是，提供这些实施例使得本公开是彻底完整的，并向本领域技术人员全面传递本发明主题的范围。在附图中，相同的附图标记指相同的元件。要理解，当将一个元件描述为“连接至”或“耦连至”另一元件时，可以是直接连接至或耦连至其它元件，或者可以存在中间元件。如本文中使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的所列项目的任何和所有组合。
本文中使用的术语只出于描述特定实施例的目的，不旨在限制本发明的主题。如本文中使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非另有明确指示。还要理解术语“包括(include)”、“包括(comprise)”、“包括(including)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时，指所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括科技术语)具有与本发明的主题所属的领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还要理解诸如在常用词典中定义的那些的术语应当解读为具有与其在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，除非本文中明确定义，否则不以理想化的或过分正式的含义解释这些术语。
图1和2图解说明根据本发明的主题的一些实施例的三相模制外壳断路器(MCCB)100。断路器100包括外壳110，其容纳用于中断连接至端子120的导线中的电流的触点组。同样，触点致动器机构在断路器外壳110内，触点致动器机构被配置成打开和闭合触点组。断路器100包括操作杠杆130，其有利于手动操作外壳110内的触点致动器机构，使得用户可以通过移动杠杆130打开和闭合触点组。
断路器100还包括跳闸单元140，跳闸单元140被配置成响应于某些条件(诸如短路或过载条件)使触点致动器机构自动跳闸，以打开触点组。跳闸单元140还被配置成响应于断路器的触点的状态自动提供自动降低电弧模式。例如，在一些实施例中，可以通过打开断路器触点触发此自动降低电弧模式，并且所述模式可以在触点闭合之后维持某个时间间隔，因此降低与闭合触点形成电路故障关联的风险。如还显示的，跳闸控制电路可以使用跳闸单元140的表面142上安装的选择器开关144是可调节的以提供不同的瞬时跳闸标准(例如电流水平)。自动降低电弧模式可以覆盖用户选择的跳闸标准，降低电弧模式中使用的跳闸标准可以是可选择的跳闸标准之一。
图3示意性图解说明根据本发明的主题的一些实施例的电路中断装置300。图示的电路中断装置300是三相装置，其包括与导线320成直线耦连的触点组310。触点致动器机构330被配置成响应于机械输入打开和闭合触点组310。此机械输入可以包括例如由装置(诸如图1中所示的杠杆130)提供的人工输入和/或来自电动机或其它机械致动器的机械输入。
跳闸控制电路340被配置成响应于至少一个跳闸标准使触点致动器机构打开触点组310，所述跳闸标准诸如通过导线320的电流的幅值，导线320的温度等等。根据本发明的主题的一些实施例，可以响应于触点组310的状态，选择由跳闸控制电路340使用的至少一个标准。例如，如下文详细地讨论的，跳闸控制电路340可以应用第一跳闸标准以用于打开触点组310，然后可以应用第二标准，第二标准能够在触点组310马上成功闭合及其之后的某个时间段最小化或降低电弧闪光。以此方式，当触点组310重新闭合时，电路中断装置300可以提供自动降低电弧模式，以帮助降低如果触点组310闭合形成故障个人受伤和设备损坏的可能性。
电路中断装置300例如可以采用图1和2中图示的MCCB 100的形式，不过要认识到还可以在各种其它类型的电路中断装置的任何一个中实现图3中所示的电路。还要认识到可以在具有不同相数的电路中断装置(例如单相装置)中以及在直流(DC)电路中断装置中实现一些实施例。
图4图解说明根据另外的实施例的电路中断装置400。沿用参照图3在上文讨论的路线，电路中断装置400包括触点组410、耦连至触点组410的导线420和触点致动器机构430。电路中断装置400还包括辅助开关440，辅助开关440被配置成指示触点组410的状态，例如辅助开关440可以机械耦连至触点组410，使得辅助开关440响应于触点组410的打开和闭合在第一和第二状态之间过渡。
电路中断装置400还包括电流传感器450，电流传感器450被配置成感测耦连至触点组410的导线420中的电流。电流传感器450可以包括例如电流互感器(CT)、霍尔传感器或其它电流感测装置。由电流传感器450生成的电流感测信号提供至跳闸控制电路460，跳闸控制电路460被配置成响应于电流感测信号控制触点致动器机构430。具体地，跳闸控制电路460被配置成使触点致动器机构430在电流感测信号满足跳闸标准时打开触点组410。跳闸控制电路460被配置成响应于辅助开关440选择由跳闸控制电路460应用的跳闸标准，辅助开关440的状态指示触点组410的状态。
根据一些实施例，跳闸控制电路可以被配置成接受跳闸标准的用户选择，诸如瞬时跳闸的电流水平，可以使用沿用上文描述的路线的自动跳闸标准选择操作以瞬间覆盖用户选择的跳闸标准。参照图5，电路中断装置500包括跳闸控制电路460’，跳闸控制电路460’并入跳闸标准选择器电路462。跳闸标准选择器电路462被配置成响应于经由装置(诸如装置500中包括的选择器开关和/或外部开关或其它信号源)提供的用户输入选择至少一个跳闸标准。跳闸控制电路460’被配置成响应于选择的至少一个跳闸标准使触点组410打开。跳闸标准选择器电路462还被配置成响应于与触点组410关联的辅助开关440的状态，暂时应用除了用户选择的标准之外的跳闸标准，因此允许基于触点组410的状态，用户选择的标准被暂时覆盖。可以由操作耦连至选择器电路462的定时器电路464确定覆盖用户选择的标准的时间长度。根据另外的实施例，此覆盖能力可以由提供至跳闸标准选择器电路462的覆盖启用信号实现。可以由例如电路中断装置500外部的信号源提供此启用信号。
图6图解说明提供如参照图3-5在上文讨论的功能的跳闸控制电路600。跳闸控制电路600包括驱动器电路610，其用来对跳闸线圈通电，跳闸线圈驱动电路中断装置的触点致动器。驱动器电路620可以采用例如在前述的Carlino等人的美国专利申请公开号2009/0195337中描述的形式，其全部内容通过引用被并入本文中。跳闸驱动器电路610耦连至用户输入电路620，用户输入电路620包括选择器开关622，选择器开关622被配置成响应于对于开关622的用户输入，选择性将齐纳二极管电路624与跳闸驱动器电路610的齐纳二极管612并联耦连。不同的齐纳二极管电路624提供不同的电流水平跳闸阈值，正如在前述的Carlino等人的美国专利申请公开号2009/0195337中解释的。根据电路中断装置的额定电流的代表性跳闸水平在图6中示出，但要认识到可以提供其它跳闸水平设置。
如还示出的，跳闸控制电路600包括第一继电器630和辅助开关650，第一继电器630被配置成响应于第二继电器640绕过选择器开关622，辅助开关650指示电路中断装置的触点组的状态。具体地，电压源诸如电源电路680可以耦连至辅助开关650的输入。当电路中断装置的触点组打开时，此电压提供至第一继电器630的线圈，因此绕过选择器开关622，使最低电流水平的齐纳二极管电路耦连至驱动器电路610的齐纳二极管612，并将电路中断装置设置成可选择的瞬时跳闸水平的最低值。
当电路中断装置的触点闭合时，辅助开关650改变状态，使调节器电路670接收电力，并对定时器电路660通电。定时器电路660作为响应对第二继电器640的线圈通电，从而使第一继电器630的线圈通电，选择器开关622被绕过。在预定的时间间隔逝去之后，定时器电路660使第二继电器640断电，第二继电器640又使第一继电器630断电。这使跳闸控制电路600回复到由选择器开关622建立的跳闸设置。以此方式，当电路中断装置的触点重新闭合时，暂时提供最低的瞬时跳闸水平设置，使得如果故障存在，则装置可以用更小的电弧能量更快速地跳闸。如果不存在硬故障，则在由定时器电路660确定的延迟之后装置最终返回由选择器开关622建立的跳闸水平。
如图6中还显示的，用户可以启用和禁止此自动电弧降低模式。例如，开关690可以包括于电路中断装置中，或者在外部位置以控制电力向辅助开关650的提供。如果开关690打开，则电力向辅助开关650的提供被阻断，从而使第一继电器断电，跳闸控制电路600使用由选择器开关622建立的跳闸水平。如果开关690闭合，则电力提供至辅助开关650，从而启用如上文描述的自动电弧降低模式。
要认识到出于示意目的提供图6所示的电路，可以使用各种其它电路提供基本上相同的功能。例如，代替图6中所示的继电器使用固态开关器件的电路可以被使用，以及在其它布置中可以使用利用开关器件的电路。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的主题的示例性实施例。尽管使用特定的术语，但它们只是在通用和描述意义上使用的，不是出于限制目的，本发明的主题的范围由下面的权利要求限定。

Claims (18)

1.一种电路中断装置，包括：
至少一组触点；
触点致动器机构，所述触点致动器机构被配置成响应于检测到满足所应用的跳闸标准的与至少一组触点相关联的跳闸条件的发生打开所述至少一组触点；以及
跳闸控制电路，所述跳闸控制电路被配置成响应于满足第一跳闸标准的跳闸条件使所述触点致动器机构打开所述至少一组触点，并且此后，当响应于检测到满足所述第一跳闸标准的跳闸条件的发生时，通过所述触点致动器机构打开所述至少一组触点；
在所述至少一组触点的下一次闭合时，暂时向所述触点致动器机构应用第二跳闸标准，所述第二跳闸标准低于所述第一跳闸标准；然后
在应用所述第二跳闸标准同时没有打开所述至少一组触点，在预定时间段期满之后，恢复将所述第一跳闸标准应用于所述触点致动器机构。
2.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述跳闸控制电路包括设定预定时间段的持续时间的定时器。
3.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述第一和第二跳闸标准对应于各自的导线温度。
4.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述第一和第二跳闸标准对应于各自的电流水平。
5.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述第一跳闸标准对应于在第一电流水平的第一跳闸条件，并且其中，所述第二跳闸标准对应于在比所述第一电流水平小的第二电流水平的第二跳闸条件。
6.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述第一跳闸标准是用户能够选择的。
7.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述第一和第二跳闸标准是用户能够选择的跳闸标准的集合的成员。
8.根据权利要求7所述的电路中断装置，其中，所述用户能够选择的跳闸标准的集合的成员对应于各自的电流水平，并且其中，所述第二跳闸标准对应于与所述用户能够选择的跳闸标准的集合关联的最小电流水平。
9.根据权利要求1所述的电路中断装置，其中，所述跳闸控制电路被配置成在所述至少一组触点闭合之后的预定间隔覆盖用户选择的跳闸标准。
10.根据权利要求9所述的电路中断装置，其中，所述跳闸控制电路包括选择器开关，所述选择器开关被配置成将第一端子选择性连接至与多个用户能够选择的跳闸标准对应的多个第二端子，并且其中，所述跳闸控制电路被配置成响应于所述至少一组触点的打开绕过所述选择器开关以应用所述第二跳闸标准。
11.根据权利要求10所述的电路中断装置，还包括辅助开关，所述辅助开关具有输入端子以及第一和第二输出端子，并具有第一状态和第二状态，在所述第一状态中，所述输入端子连接至所述第一输出端子，在所述第二状态中，所述输入端子连接至所述第二输出端子，所述辅助开关还被配置成指示所述至少一组触点的状态，使得所述辅助开关在所述至少一组触点打开时处于所述第一状态，在所述至少一组触点闭合时处于所述第二状态，并且其中，所述跳闸控制电路包括：
第一继电器，所述第一继电器具有触点，所述触点被配置成耦连或去耦连所述选择器开关的第一端子和对应于所述第二跳闸标准的选择器开关的第二端子之一，并且所述第一继电器包括线圈，所述线圈具有耦连至所述辅助开关的第一输出端子的第一端子和耦连至信号地的第二端子；
第二继电器，所述第二继电器具有触点，所述触点被配置成耦连或去耦连所述第一继电器的线圈的第一端子和所述辅助开关的第二输出端子；以及
定时器电路，所述定时器电路具有耦连至所述辅助开关的第二输出端子的电源端子，并被配置成驱动所述第二继电器的线圈。
12.根据权利要求11所述的电路中断装置，其中，所述辅助开关的输入端子被配置成从所述电路中断装置的外部的来源接收启动信号。
13.根据权利要求11所述的电路中断装置，其中，所述辅助开关从所述第一状态到所述第二状态的过渡使电力提供至所述定时器电路，由所述定时器电路对所述第二继电器的线圈通电以闭合所述第二继电器的触点并由此对所述第一继电器的线圈通电，并在所述预定间隔之后由所述定时器电路对所述第二继电器的线圈断电，以打开所述第二继电器的触点，并对所述第一继电器的线圈断电。
14.根据权利要求1所述的电路中断装置，包括：
选择器电路，所述选择器电路被配置成接受第一跳闸标准的用户选择；以及
跳闸控制电路，所述跳闸控制电路耦连至所述选择器电路，并被配置成基于选择的第一跳闸标准生成跳闸信号以打开一组电路中断装置的触点，并响应于所述电路中断装置的触点的打开应用第二跳闸标准。
15.根据权利要求14所述的电路中断装置，其中，所述第一和第二跳闸标准对应于各自的第一和第二电流水平，并且其中，所述第二电流水平小于所述第一电流水平。
16.根据权利要求14所述的电路中断装置，其中，所述选择器电路包括选择器开关，所述选择器开关被配置成将第一端子选择性连接至与多个用户能够选择的跳闸标准对应的多个第二端子，并且其中，所述跳闸控制电路被配置成响应于所述电路中断装置的触点的打开绕过所述选择器开关以应用所述第二跳闸标准。
17.一种操作电路中断装置的方法，所述方法包括：
响应于满足第一跳闸标准的条件，打开所述电路中断装置的至少一组触点；以及
响应于所述至少一组触点的打开，应用第二跳闸标准以打开所述至少一组触点，所述第二跳闸标准低于所述第一跳闸标准，其中响应于所述至少一组触点的打开，应用第二跳闸标准以打开所述至少一组触点包括在所述至少一组触点成功闭合之后应用所述第二跳闸标准。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述至少一组触点成功闭合之后的预定间隔逝去之后，返回所述第一跳闸标准的应用。
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