CN110880441A - 具有滑动测试功能的断路器 - Google Patents

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Abstract

故障检测测试装置包括测试开关，测试开关包括具有第一端和第二端的可旋转的杠杆臂，其第一端可旋转地连接以绕轴线旋转并且基第二端绕轴线在激活位置和非激活位置之间作圆弧旋转。滑动构件具有可由操作者操作的第一端和与杠杆臂的第二端配合的第二端，滑动构件相对于杠杆臂的轴线可滑动，使得该滑动构件的第二端在与圆弧(杠杆臂的第二端作圆弧旋转的圆弧)基本上相切的平面中滑动。滑动构件的第二端和杠杆臂的第二端配合，使得滑动构件基本上平面的滑动运动被转换成杠杆臂绕轴线的旋转运动。本发明允许低轮廓构造并且还允许测试致动器滑动构件(或连接其上的凸起)定位于断路器装置的外部上的多个位置中，以允许装置设计的极大灵活性。

Description

具有滑动测试功能的断路器
技术领域
本发明大体涉及包括接地故障断流器(GFCI)功能的断路器装置，并且更具体地，涉及一种装置，该装置允许低轮廓构造和/或测试致动器按钮等位于断路器装置的外部的多个位置上以允许装置的设计灵活性。
背景技术
GFCI为能够基于所选标准的检测在跳闸(打开)和可操作(闭合)状态之间切换的装置。具体地，GFCI装置设计为当装置检测到电流沿非预期的接地路径行进(例如，流经人员或水等)时中断电力的供应。GFCI装置可包括在能够中断电力供应的多种类型的组件中，诸如断路器、电源插座等。
GFCI插座在美国已经广泛使用并且被认为拯救了许多生命。尽管在过去三十多年间GFCI装置的广泛使用导致已经安装了大量GFCI装置，这些装置容易退化甚至失效。GFCI的失效能够导致：尽管GFCI装置与传统装置区别的保护性特性不再有效，但是装置还能够提供类似于任何常规插座的电力。当GFCI装置仍被视作有效并且提供生命安全保护(然而事实上并非如此)时，这会导致危险情况。
典型的GFCI装置在装置的面上设置有测试特征。例如，在典型的GFCI插座上，设置有“测试”按钮和“复位”按钮。当用户按下测试按钮时，这模仿了故障从而插座应当切换至跳闸或打开状态以阻断到“负载”端和到任何插入插座的装置的电力供应。
越来越多的建筑规范已经要求GFCI功能(以及电弧故障保护)实施在断路器级别而非电源插座级别。这确保整体电路受到保护免遭接地故障，而不是仅有包括GFCI插座的电路部分和GFCI下游的电路部分受到保护。因此，GFCI断路器为人所知并且越来越通用。
类似于GFCI插座，GFCI断路器设置有模拟故障的测试特征从而断路器应当切换至跳闸或打开状态以阻断到电路的电力供应。在GFCI断路器的情况中，使用手柄或类似结构而不是设置的复位按钮来重置断路器。或若需要的话，可提供远程复位性能。
然而，在GFCI断路器中存在这样的问题：断路器的尺寸和/或形状、或测试致动器按钮等的位置可能受到约束。在GFCI插座的情况下，测试按钮通常位于插座的两个插孔之间的面上、以及带有GFCI电子元件的印刷电路板(PCB)附近。然而，在GFCI断路器的情况中，PCB的定位和/或定向使得无法定位传统的按压测试按钮。
因此，对于GFCI断路器设计在工业中存有未满足的需要：即允许低轮廓构造和/或测试致动器按钮等定位在断路器装置的外部的多个位置中，以允许装置设计的灵活性。
发明内容
根据本发明的第一方面，断流装置包括外壳；布置在外壳上的接线端，接线端适于连接至电源电路以提供电力；布置在外壳上的负载端，负载端适于连接至负载电路；以及布置在外壳内并且电连接在接线端和负载端之间的断流器，断流器具有打开和闭合状态，其中断流器在闭合状态将接线端电连接至负载端，并且断流器在打开状态断开接线端与负载端的电连接。
故障检测器构造成检测负载电路中的电信号中的故障，从而当检测到故障时，断流器被驱动到打开状态。
测试装置电连接至故障检测器和断流器，当激活时测试装置生成适于模拟故障的测试信号，从而导致断流器被置于打开状态。测试装置包括测试开关，测试开关包括可旋转的杠杆臂，杠杆臂具有第一端和第二端，第一端可旋转地连接以绕相对于外壳固定的轴线旋转，并且第二端绕轴线在激活位置和非激活位置之间作圆弧旋转，当杠杆臂的第二端被致动到激活位置时测试装置生成测试信号。滑动构件具有第一端和第二端，第一端穿过外壳可由操作者操作，并且第二端与杠杆臂的第二端配合，滑动构件相对于外壳和杠杆臂的轴线可滑动，从而滑动构件的第二端在与所述圆弧(杠杆臂的第二端作圆弧旋转的圆弧)基本上相切的平面中滑动。滑动构件的第二端和杠杆臂的第二端配合，从而滑动构件基本上平面的滑动运动被转换为杠杆臂绕轴线的旋转运动。
在一些实施例中，滑动构件可从标准操作位置(在该位置，杠杆臂处于非激活位置)移动到测试位置(使得杠杆臂旋转到激活位置)。在一些这样的实施例中，可旋转的杠杆臂的第二端朝向非激活位置偏置，从而滑动构件也朝向标准操作位置偏置。
在一些实施例中，外壳具有形成在其中的开口，并且滑动构件的第一端具有凸起，凸起延伸穿过外壳中的开口。
在一些实施例中，装置包括断路器，并且装置还包括相对彼此在闭合位置和打开位置之间移动的一对触点以及跳闸线圈，在闭合位置接线端和负载端彼此电连接，并且在打开位置接线端和负载端闭合电隔离，跳闸线圈连接至这对触点中的至少一个触点，跳闸线圈相应于跳闸电流导致这对触点从闭合位置移动到打开位置，从而使得断路器跳闸。
在一些这样的实施例中，装置还包括从装置的外壳的顶面延伸的手柄，手柄适于使得断路器从已经跳闸的状态重置为未跳闸的状态。在这样的实施例中，滑动构件的第一端可穿过装置的外壳顶面操作。在这样的实施例中，这对触点作用为断流器，从而一旦驱动测试装置断路器跳闸。
在一些实施例中，负载电路中的电信号中的故障包括接地故障。
根据本发明的另一方面，故障检测测试装置适于与断流装置一起使用，当被激活时测试装置生成适于模拟故障的测试信号，从而使得断流装置阻断到负载的电力。测试装置包括测试开关，测试开关包括可旋转的杠杆臂，杠杆臂具有第一端和第二端，第一端可旋转地连接以绕轴线旋转，并且第二端绕轴线在激活位置和非激活位置之作圆弧旋转，当杠杆臂的第二端被致动到激活位置时测试装置生成测试信号。滑动构件具有第一端和第二端，第一端可由操作者操作，并且第二端与杠杆臂的第二端配合，滑动构件相对于杠杆臂的轴线可滑动，从而滑动构件的第二端在与圆弧(杠杆臂的第二端沿作圆弧旋转的圆弧)基本上相切的平面中滑动。滑动构件的第二端和杠杆臂的第二端配合，从而滑动构件基本上平面的滑动运动被转换至杠杆臂绕轴线的旋转运动。
在一些实施例中，滑动构件可从标准操作位置(在该位置杠杆臂处于非激活位置)移动到测试位置(导致杠杆臂旋转到激活位置)。在一些这样的实施例中，可旋转的杠杆臂的第二端朝向非激活位置偏置，从而滑动构件也朝向标准操作位置偏置。在一些实施例中，故障包括接地故障。
根据本发明的另一方面，断路器包括外壳；一对触点，这对触点布置在外壳内并且相对彼此可在闭合位置和打开位置之间移动，在闭合位置接线端和负载端彼此电连接，并且在打开位置接线端和负载端彼此电隔离；以及跳闸线圈，跳闸线圈连接至这对触点中的至少一个触点，跳闸线圈响应于跳闸电流导致这对触点从闭合位置移动到打卡位置，从而使得断路器跳闸。故障检测器构造成检测负载端上的电信号中的故障，其中当检测到故障时导致这对触点从闭合位置移动到打开位置，从而使得断路器跳闸。手柄从装置的外壳的顶面延伸，手柄适于使得断路器从跳闸的状态重置为未跳闸的状态。
测试装置电连接至故障检测器和这对触点，当激活时测试装置生成适于模拟故障的测试信号，从而导致这对触点移动到打开位置。测试装置包括测试开关，测试开关具有可旋转的杠杆臂，杠杆臂具有第一端和第二端，第一端可旋转地连接以绕相对于外壳固定的轴线旋转，并且第二端可绕轴线在激活位置和非激活位置之间作圆弧旋转，当杠杆臂的第二端被驱动至激活位置时测试装置生成测试信号。滑动构件具有第一端和第二端，第一端穿过外壳的顶面可由操作者操作，并且第二端与杠杆臂的第二端配合，滑动构件相对于外壳和杠杆臂的轴线可滑动，从而滑动构件的第二端在与所述圆弧(杠杆臂的第二端作圆弧旋转的圆弧)基本上相切的平面中滑动。滑动构件的第二端和杠杆臂的第二端配合，从而滑动构件基本上平面的滑动运动被转换至杠杆臂绕轴线的旋转运动。
在一些实施例中，滑动构件可从标准操作位置(在该位置杠杆臂处于非激活位置)移动到测试位置(导致杠杆臂旋转到激活位置)。在一些这样的实施例中，可旋转的杠杆臂的第二端朝向非激活位置偏置，从而滑动构件也朝向标准操作位置偏置。在这样的实施例中，外壳的顶面具有形成在其中的开口，并且滑动构件的第一端在其上具有凸起，该凸起延伸穿过外壳中的开口。在一些实施例中，负载端上电信号中的故障包括接地故障。
通过使用在此描述的构造，其中滑动构件基本上平面的滑动运动被转换成杠杆臂绕轴线的旋转运动(而不是使用直接安装在承载GFCI电子设备的印刷电路板(PCB)上的按压测试按钮)，本发明允许低轮廓构造并且还允许测试致动器滑动构件(或连接其上的凸起)定位于断路器装置的外部上的多个位置中，以允许装置设计的极大灵活性。例如，滑动构件由操作者致动的区域在空间上可与杠杆臂开关的部分(可能安装在PCB上)隔开相当大的距离。另外，PCB可相对于装置的外壳以多种方式定向，这在经常受到刚性尺寸约束的断路器的情况中可能特别考量的。
从如下附图和详细描述的考量中，本发明的其他目的和具体特征以及优点将更为清楚。
附图说明
图1为根据本发明的一个示范性实施例的包括接地故障断流器(GFCI)功能和滑动测试致动器的断路器的部分分解等轴侧视图；
图2为图1中具有处于断路器的外壳部分内的位置中的滑动测试测试致动器的断路器的部分分解等轴侧视图；
图3为图1中的断路器的滑动测试测试致动器和周围组件的部分等轴侧视图；
图4为图1中的组装后的断路器的外部的等轴侧视图，外壳的部分剖开以示出滑动测试致动器和周围组件的构造。
具体实施方式
详细参考附图并且首先参考图1，示出了根据本发明的一些方面的包括GFCI功能的断路器(100)的一个示范性实施例。
断路器(100)设置有容纳装置的工作元件的外壳(102)。外壳(102)为“蛤壳(clam-shell，由两个半壳体组成)”式设计，在图1至图3中示出了外壳(102)的其中一个半壳体并且在图4中示出了外壳(102)的全部(两个)半壳体。断路器(100)还设置有一组触点，这组触点包括固定触点(104)和活动触点(106)(最佳地在图3中可见)。活动触点(106)位于活动触点臂(108)上。
活动触点臂(108)连接至连杆组件(110)，连杆组件(110)连接至包括延长部分(112)的手柄(114)。活动触点(106)构造成被手柄(114)的手动驱动相对于固定触点(104)在打开和闭合位置之间移动。附图示出了处于打开位置的这两个触点(104，106)，此时这两个触点之间无电流流通，然而本领域中的技术人员很容易理解这两个触点(104，106)如何移动至闭合位置。
图1中还示出了“接线”端(116)，接线端(116)适于连接至电源，诸如配电板或负载中心中的汇电杆。固定触点(104)安装在板上，该板电连接至接线端(116)。
安装在活动触点臂(108)上的活动触点(106)电连接至过流电流测量装置，该装置同样地电连接至“负载”端(118)。接线端和负载端(116，118)可采取多种形式，这取决于断路器(100)适于安装在何种配电板中，诸如安装在包括插入式连接件(stab connections)、螺纹连接件等的配电板中。
在操作中，电力通过接线端(116)输入到断路器(100)内，当两个触点(104，106)闭合时，电力流经电流测量装置。若电流超出阈值水平，电流测量装置将运行以通过打开电路-即通过跳闸机构(120)将两个触点(104，106)相对彼此打开-来使得断路器(100)“跳闸”，从而终止通过这两个触点(104，106)流动的电流。在电流并未超出由电流测量装置设置的阈值水平的情况中，允许电力流经负载端(118)，负载端将电力提供到连接的电路和/或设备。
如图1和图2中所示的，在插入到外壳内之前，出于制造的简便，活动触点臂(108)、活动触点(106)、连杆(110)、手柄(114)和跳闸机构(120)可形成为模块化断路器机构单元。
图1还示出了灭弧装置，灭弧装置可采用例如弧板(122)的形式，提供该弧板(122)以有助于将随着两个触点打开或闭合在两个触点(104，106)之间形成电弧从这两个触点(104，106)抽离并且迅速地将所述电弧熄灭。在一个构造中，弧板(122)位于对应于活动触点(106)的移动路径的径向路径中。
另外，通风口(124)可位于弧板(122)附近的外壳(102)中，以允许由电弧产生的任何气体排出外壳(102)。如可见的，通风口(124)可包括多个开口(126)，这些开口基于弧板(122)的位置定位。
如图2和图3中最佳可见的，断路器(100)还包括印刷电路板(PCB)(128)。在PCB(128)上可并入需要实现断路器(100)的GFCI功能(具体地，若感应到泄露阈值水平则使得断路器(100)终止接线端(116)和负载端(118)之间电流的流动)所需的逻辑。
泄露定义为电流不平衡量，该不平衡量测量为从负载侧输出的和返回的电流的净值。这将包括例如测量流出到插入GFCI保护负载电路内的一个或多个装置的电流量，以及测量返回中性连接件的电流量。若存在泄漏致使返回的电流量小于流出的电流量，这两个电流量的差值即为泄漏电流。当测量流出的电流量大于返回电流量时，正常运行的电路将具有零电流差动(即泄漏)。然而，若感应到泄漏阈值水平(通常在4mA到6mA之间)，将判定存在接地故障状况，并且GFCI电路将致使电流停止流动。
更具体地，若判定接地故障状况存在，故障检测电路将致动跳闸机构(120)以使得两个触点(104，106)打开，从而使得断路器(100)跳闸。另外，在一些实施例中，还将电流测量装置(即，过流检测功能)并入到PCB(128)上的电路中，而不是将电流测量装置呈现为单独且明显的过流检测装置。
如GFCI领域中已知的，断路器(100)设置有测试特征，该测试特征模拟接地故障情况从而断路器(100)的GFCI功能导致断路器(100)终止接线端(116)和负载端(118)之间电流的流动。然而，断路器(100)包括用于使得操作者致动测试特征的独特结构(该测试特征结构由两个主要部件限定)，而不是应用传统的按压-测试按钮。
如图4中最佳可见的，测试特征应用测试开关(400)，测试开关(400)包括可旋转的杠杆臂(402)，杠杆臂(402)具有第一端(404)和第二端(406)，第一端(404)可旋转地连接以绕相对于外壳(102)固定的轴线(A)旋转，并且第二端(406)可绕轴线(A)在激活位置(未示出)和未激活位置(图4中示出)之间作圆弧旋转。当杠杆臂的第二端从非激活位置(图4中示出)致动到激活位置(未示出，然而这将涉及杠杆臂(402)绕轴线(A)以逆时针方向旋转)时，测试装置产生测试信号。
测试特征还应用滑动构件(408)，滑动构件(408)具有穿过外壳(402)可被操作者使用的第一端(410)和与杠杆臂(402)的第二端(406)配合的第二端(412)。滑动构件(408)为长形的并且可由大体上平坦的材料片、诸如聚合物的片形成。如附图所示，滑动构件(408)可包括一个或多个弯曲和/或切口，例如，以适应外壳(402)的形状和/或避免与断路器(100)的其他组件接触。
滑动构件(408)相对于外壳(408)和杠杆臂(402)的轴线(A)可滑动，从而滑动构件(408)的第二端(412)在与圆弧(杠杆臂(402)的第二端(406)作圆弧旋转的圆弧)基本上相切的平面中滑动。在附图中示出的实施例中，滑动构件(408)在与外壳(102)的大部分顶面所处的平面大体上平行的平面中滑动。
滑动构件(408)的第二端(412)与杠杆臂(402)的第二端(406)配合从而滑动构件(408)大体上平面的滑动运动转换为杠杆臂(402)绕轴线(A)的旋转运动。
滑动构件(408)可从标准操作位置(图4中示出)移动到测试位置(即，相对于图4中示出的方向朝右)，在标准操作位置杠杆臂(402)处于非激活位置，在测试位置，使得杠杆臂(402)旋转到激活位置(即，相对于图4中示出的方向逆时针旋转)。优选地，可旋转的杠杆臂(402)的第二端(406)例如通过弹簧作用朝向非激活位置偏置(即，相对于图4中示出的方向顺时针偏置)，使得滑动构件(408)也朝向标准操作位置偏置(即，相对于图4中示出的方向朝左)。
还优选的是，外壳(102)具有形成在其中的开口，并且滑动构件(408)的第一端(412)在其上具有凸起(414)，凸起(414)延伸穿过外壳(102)中的该开口。该开口优选地位于外壳(102)的顶面上，并且最优选地位于手柄(114)附近，从而滑动构件(408)的凸起(414)和手柄(114)的长形部分(112)相对彼此靠近地布置，以确保操作者易于使用这两者。这允许操作者通过致动滑动构件(408)的凸起(414)来容易地测试断路器(100)的GFCI特征，从而导致断路器(100)跳闸，并且随后通过操作手柄(114)的长形部分(112)来重置断路器(100)。
本发明因此提供了一种包括GFCI功能的断路器装置，该装置允许低轮廓构造和/或测试致动器按钮等定位在断路器装置的外部上的多个位置中，以允许装置设计的灵活性。

Claims (13)

1.一种断流装置，包括：
外壳；
布置在所述外壳上的接线端，所述接线端适于连接至电源电路以提供电力；
布置在所述外壳上的负载端，所述负载端适于连接至负载电路；
布置在所述外壳内并且电连接在所述接线端和所述负载端之间的断流器，所述断流器具有打开状态和闭合状态，其中所述断流器在所述闭合状态将所述接线端电连接至所述负载端，以及在所述打开状态断开所述接线端与所述负载端的电连接；
故障检测器，所述故障检测器构造成检测所述负载电路中的电信号中的故障，其中当检测到故障时，所述断流器被致动到打开状态；以及
电连接至所述故障检测器和所述断流器的测试装置，所述测试装置在被激活时生成适于模拟故障的测试信号，由此使得所述断流器被置于打开状态，所述测试装置包括：
测试开关，所述测试开关包括可旋转杠杆臂，所述杠杆臂的第一端可旋转地连接以绕相对于所述外壳固定的轴线转动，所述杠杆臂的第二端绕所述轴线在激活位置和非激活位置之间作圆弧旋转，当所述杠杆臂的第二端被致动到所述激活位置时所述测试装置生成测试信号；
滑动构件，所述滑动构件具有第一端和第二端，所述滑动构件的第一端穿过所述外壳可由操作者操作，以及所述滑动构件的第二端与所述杠杆臂的第二端配合，所述滑动构件相对于所述外壳和所述杠杆臂的轴线是可滑动的，使得所述滑动构件的第二端在平面中滑动，所述平面与所述杠杆臂的第二端作圆弧旋转的所述圆弧基本相切；以及
其中所述滑动构件的第二端和所述杠杆臂的第二端配合使得所述滑动构件的基本上平面的滑动运动被转换成所述杠杆臂绕所述轴线的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的断流装置，其中所述滑动构件可从标准操作位置移动到测试位置，在所述标准操作位置，所述杠杆臂处于非激活位置，在所述测试位置，使得所述杠杆臂旋转到所述激活位置。
3.根据权利要求2所述的断流装置，其中可旋转的所述杠杆臂的第二端朝向所述非激活位置偏置，使得所述滑动构件也朝向所述标准操作位置偏置。
4.根据权利要求1所述的断流装置，其中所述外壳具有形成在其上的开口，并且其中所述滑动构件的第一端上具有凸起，所述凸起延伸穿过所述外壳中的开口。
5.根据权利要求1所述的断流装置，其中所述装置包括断路器，并且其中所述装置还包括：
相对彼此在闭合位置和打开位置之间移动的一对触点，其中在所述闭合位置所述接线端和所述负载端彼此电连接，在所述打开位置所述接线端和所述负载端彼此电隔离；以及
跳闸线圈，所述跳闸线圈连接至所述一对触点中的至少一个触点，所述跳闸线圈响应于跳闸电流使得所述一对触点从所述闭合位置移动至所述打开位置，从而使得所述断路器跳闸。
6.根据权利要求5所述的断流装置，还包括从所述装置的外壳的顶面延伸的手柄，所述手柄适于使得断路器从已跳闸的状态重置为未跳闸的状态。
7.根据权利要求6所述的断流装置，其中穿过所述装置的外壳的顶面可操作所述滑动构件的第一端。
8.根据权利要求5所述的断流装置，其中所述一对触点用作所述断流器，使得一旦所述测试装置激活则将所述断路器跳闸。
9.根据权利要求1所述的断流装置，其中所述负载电路中的电信号中的故障包括接地故障。
10.一种适于与断流装置一起使用的故障检测测试装置，所述测试装置在被激活时生成适于模拟故障的测试信号，从而使得所述断流装置阻断到负载的电力，所述测试装置包括：
测试开关，所述测试开关包括具有第一端和第二端的可旋转的杠杆臂，所述杠杆臂的第一端可旋转地连接以绕轴线旋转，以及所述杠杆臂的第二端绕所述轴线在激活位置和非激活位置之间作圆弧旋转，当所述杠杆臂的第二端被致动到激活位置时所述测试装置生成测试信号；
滑动构件，所述滑动构件具有第一端和第二端，所述滑动构件的第一端可由操作者操作并且所述滑动构件的第二端与所述杠杆臂的第二端配合，所述滑动构件相对于所述杠杆臂的轴线是可滑动的，使得所述滑动构件的第二端在平面中滑动，所述平面与所述杠杆臂的第二端作圆弧旋转的所述圆弧基本相切；以及
其中所述滑动构件的第二端和所述杠杆臂的第二端配合使得所述滑动构件的基本上平面的滑动运动被转换成所述杠杆臂绕所述轴线的旋转运动。
11.根据权利要求10所述的故障检测测试装置，其中所述滑动构件可从标准操作位置移动到测试位置，在所述标准操作位置，所述杠杆臂处于非激活位置，在所述测试位置，使得所述杠杆臂旋转到所述激活位置。
12.根据权利要求11所述的故障检测测试装置，其中可旋转的所述杠杆臂的第二端朝向所述非激活位置偏置，使得所述滑动构件也朝向所述标准操作位置偏置。
13.根据权利要求10所述的故障检测测试装置，其中故障包括接地故障。
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