CN113544810A

CN113544810A - 电路断路器和基于温度确定触点磨损的方法

Info

Publication number: CN113544810A
Application number: CN202080019270.0A
Authority: CN
Inventors: J·J·本克
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-10-22
Also published as: MX2021010634A; CA3131802A1; WO2020187451A1; EP3942586A1; US11004620B2; US20200303138A1

Abstract

本发明公开了一种电路断路器，该电路断路器包括温度检测系统，该温度检测系统被配置为在该电路断路器的操作期间检测线路导体、负载导体、活动触点和固定触点中的至少一者的实测温度。该实测温度表示一组可分离触点的磨损程度。在一个实施方案中，该温度检测系统包括为红外传感器的温度传感器。在另一个实施方案中，该温度检测系统包括温度传感器，该温度传感器与该电路断路器内的导电结构物理接触，并且因此另外采用电压滤波器，该电压滤波器从来自该温度传感器的信号中过滤线路电压。在另一个实施方案中，该温度检测系统采用与导电结构物理接触的温度传感器，但使用无线收发器来无线地传送该实测温度。

Description

电路断路器和基于温度确定触点磨损的方法

背景技术

技术领域

本发明所公开并要求保护的概念整体涉及电路断路器，并且更具体地涉及具有温度传感器的电路断路器以及相关方法，该温度传感器检测表示一组活动触点的操作温度的温度，并且从该温度可确定该组触点的磨损程度。

相关领域

已知电路断路器用于多种应用中的任一种，其中期望保护电路的至少一部分免受各种预定条件的影响，诸如但不限于：过电流条件、欠电压条件、接地故障条件和其他条件。应当理解，此类电路断路器通常包括用于每个电极的一组可分离触点，该组可分离触点能够在需要断开电路的情况下(诸如在上述预定条件或其他条件中的一者的情况下)从闭合位置移动到断开位置。此类电路断路器通常附加包括跳闸单元，当触发时，该跳闸单元将此类每组可分离触点从闭合位置移动到断开位置。虽然此类电路断路器通常对于其预期目的是有效的，但它们并非没有限制。

每当电路断路器从闭合位置移动到断开位置时，电弧会暂时形成在固定触点和移动远离固定触点的活动触点之间。尽快地辨别此类电弧是期望的，因为电弧导致形成该组可分离触点的相对表面的金属汽化。触点材料的这种汽化可表征为触点的磨损，并且此类磨损通常是不期望的。随着触点的相对表面磨损，在触点的接合的相对表面之间形成的电连接的质量降低，这是不期望的。因此，改进是期望的。

发明内容

本发明公开了一种改进的电路断路器，该电路断路器包括温度检测系统，该温度检测系统被配置为在该电路断路器的操作期间检测线路导体、负载导体、活动触点和固定触点中的至少一者的实测温度。实测温度表示该组可分离触点的操作温度，并且操作温度表示该组可分离触点的磨损程度。在一个实施方案中，温度检测系统包括温度传感器，该温度传感器为红外传感器并且在不与电路断路器的导电结构物理接触的情况下检测实测温度。在另一个实施方案中，温度检测系统包括温度传感器，该温度传感器与电路断路器内的导电结构物理接触，并且因此附加地采用电压滤波器，该电压滤波器从温度传感器输出的信号中过滤线路电压，以便可以将信号的温度分量与线路电压区分开。在又一个实施方案中，温度检测系统采用与电路断路器的导电结构物理接触的温度传感器，但使用无线收发器向另一个无线收发器无线传送表示实测温度的信号。

因此，本发明所公开并要求保护的概念的一个方面是提供一种改进的电路断路器，该电路断路器包括温度检测系统，该温度检测系统检测电路断路器的导电结构的实测温度，其中实测温度表示电路断路器的一组可分离触点的操作温度，操作温度表示该组可分离触点的磨损程度。

本发明所公开并要求保护的概念的另一方面是提供一种确定此类电路断路器的一组可分离触点的磨损程度的改进的方法：通过检测表示该组可分离触点的操作温度的实测温度，以及采用实测温度来确定该组可分离触点的磨损程度。

因此，本发明所公开并要求保护的概念的一个方面是提供一种改进的电路断路器，该电路断路器的一般性质可以被描述为包括：壳体；位于壳体上的第一导体；位于壳体上的第二导体；一组可分离触点，该组可分离触点通常可以被描述为包括与第一导体电连接的活动触点和与第二导体电连接的固定触点；跳闸单元，该跳闸单元与活动触点连接并且被构造成将该组可分离触点在闭合状态和断开状态之间移动；以及温度检测系统，该温度检测系统通常可被描述为包括温度传感器，该温度传感器被构造成检测第一导体、第二导体、活动触点和固定触点中的至少一者的温度。

本发明所公开并要求保护的概念的另一方面是提供一种确定电路断路器的一组可分离触点的磨损程度的改进的方法，该组可分离触点能够在闭合状态和断开状态之间移动并且包括活动触点和固定触点。该方法通常可以被描述为包括检测表示活动触点和固定触点中的至少一者的操作温度的实测温度，并且采用实测温度来确定该组可分离触点的磨损程度。

本发明所公开并要求保护的概念的另一个方面是提供一种改进的电路断路器，该电路断路器的一般性质可以被描述为包括：壳体；位于壳体上的第一导体；位于壳体上的第二导体；一组可分离触点，该组可分离触点通常可以被描述为包括与第一导体电连接的活动触点和与第二导体电连接的固定触点；跳闸单元，该跳闸单元与活动触点连接并且被构造成将该组可分离触点在闭合状态和断开状态之间移动；以及温度检测系统，该温度检测系统通常可以被描述为包括温度传感器和处理器装置，温度传感器被构造成检测第一导体、第二导体、活动触点和固定触点中的至少一者的温度，处理器装置通常可以被描述为包括处理器和存储器，存储器中存储有多个例程，当在处理器上执行多个例程时，多个例程使电路断路器执行操作，这些操作通常可以被描述为包括作出温度已超过预定值的确定，以及响应于作出确定，生成输出。

附图说明

当结合附图阅读时，可以从以下描述中获得对本发明所公开和受权利要求书保护的概念的进一步理解，其中：

图1是根据本发明所公开并要求保护的概念的第一实施方案的改进的电路断路器的透视图，该改进的电路断路器具有同样根据本发明所公开并要求保护的概念的温度检测系统；

图2是沿着图1的线2-2截取的局部截面图；

图3是图1的电路断路器的温度检测系统的处理器装置的示意图；

图4是描绘根据本发明所公开并要求保护的概念的改进方法的某些方面的流程图；

图5是根据本发明所公开并要求保护的概念的第二实施方案的电路断路器的示意图；并且

图6是根据本发明所公开并要求保护的概念的第三实施方案的电路断路器的示意图。

类似的数字是指整个说明书中的类似部件。

具体实施方式

根据本发明所公开并要求保护的概念的第一实施方案的改进的电路断路器4在图1中大体示出，并且其部分截面在图2中示出。电路断路器4包括三个电极，即，三个电力相位中的每个电力相位对应一个电极。然而，应当注意，本文仅详细描述了三个电极中的一个电极，因为其他两个电极以类似的方式设置，以类似的方式起作用，并且机械地连接在一起以同时在闭合位置和断开位置之间操作。

电路断路器4包括壳体8，在图1中该壳体示出为其覆盖部分被移除以便更好地示出内部部分。如图2中最佳地示出，电路断路器4还包括第一导体12、第二导体16和一组可分离触点20，该组可分离触点电插置在第一导体12和第二导体16之间，所有这些部件均位于壳体8上。第一导体12和第二导体16以及该组可分离触点20一起形成一组导电结构，该组导电结构在该组电触点20的闭合位置中形成导电路径，该导电路径能够与线路导体和负载导体连接以便向电路的受保护部分提供电力。

如在图2中可见，该组可分离触点包括与第二导体16电连接的固定触点24。该组可分离触点20还包括与第一导体12电连接的活动触点28。该组可分离触点20在图2中被描绘成处于断开位置，应当理解，该组可分离触点20能够在前述断开位置和闭合位置之间移动，其中固定触点24和活动触点28彼此物理地接合，从而将它们自身电连接在一起。

电路断路器4还包括跳闸单元32，该跳闸单元位于壳体8上并且可操作以触发该组可分离触点20在闭合位置和断开位置之间移动。以已知的方式，跳闸单元32被配置为响应于各种预定条件中的任一种而将该组可分离触点20从闭合位置移动到断开位置，预定条件诸如但不限于过电流条件、欠电压条件、接地故障条件等。

电路断路器4还有利地包括位于壳体8上的温度检测系统36(图1)。温度检测系统36包括传感器装置40(图2)和数据装置42(图3)。如图2中最佳地示出，传感器装置40包括由引导器48承载的温度传感器44，该引导器可接纳在形成于壳体8中的接受器52中。在所描绘的示例性实施方案中，温度传感器44是红外温度传感器，其无需与被检测温度的物体进行物理接触即可检测温度。引导器48由弹性材料形成，并且包括多个弹性突起56，这些弹性突起能够与接受器52的表面接合，以将引导器48和传感器44保持在接受器52内的特定位置。如本文所用，表述“多个”和其变型形式应广义地指任何非零数量，包括“一”的量。传感器装置40还包括弓形形状的板60和一对螺钉64，该对螺钉能够通过板60中的孔接纳以便将板60安装到壳体8。板60的弓形形状使得能够将压缩负载施加在引导器48上，以利用压缩力将引导器48和温度传感器44保持在接受器52内。传感器装置40还包括从温度传感器44延伸的线束68和与温度传感器44相对且与线束68电连接的连接器72。在所描绘的示例性实施方案中，连接器72与数据装置42连接。

可以说数据装置42包括处理器装置76，该处理器装置包括处理器80和存储器84。处理器80可以是多种处理器中的任一种，诸如但不限于微处理器等。存储器84可以是多种电子存储设备中的任一种，诸如但不限于RAM、ROM、EPROM、闪存等，并用作计算机内部存储区域形式的机器可读存储介质。存储器84中存储有多个例程88，当在处理器80上执行时，这些例程使得电路断路器4执行各种操作，例如本文中阐述的那些操作。存储器84中还存储有多个数据表92，这些数据表包含能够由例程88中的一个例程检索的数据值。数据装置42还包括向处理器80提供输入信号的输入装置82。数据装置42还包括从处理器80接收输出信号的输出装置86。

温度传感器44有利地被配置为检测第二导体16的温度。由于第二导体16与固定触点24电连接，在电路断路器4工作期间，即当向电力负载提供电力时，在固定触点24和活动触点28之间产生的电阻热从该组可分离触点20热传导到第一导体12和第二导体16两者中并穿过它们。由于第一导体12和第二导体16内的热量可能将经由对流等流失到周围大气环境和其他地方，温度传感器44将有利地被放置成相对靠近该组固定触点20之间的物理连接点，以便最准确地反映该组固定触点20的实际操作温度。然而，可以理解的是，不管温度传感器44被配置为检测其温度的前述导电结构中的任何一个导电结构的具体位置如何，数据表92被构造成使得该组可分离触点20的操作温度对应于实测温度。并且，可基于已由温度传感器44测量的检测到的实测温度从数据表92中检索该组可分离触点20的对应操作温度。即，温度传感器44检测温度传感器44被配置为要检测的第一导体12、第二导体16、固定触点24或活动触点28的任何部分的实测温度，并且将表示实测温度的信号提供给输入装置82，该输入装置向处理器80提供输入，该处理器从数据表92检索该组可分离触点20的对应操作温度。

根据已从数据表92中检索到的操作温度以及可选的例程88确定的该操作温度已存在在该组可分离触点处的持续时间，例程88触发将由输出装置86生成的输出。例如，例程88可确定操作温度超过某个预定温度，该预定温度对应于该组可分离触点20的预设定的磨损程度，并且响应于此，例程88可触发生成由输出装置86输出的输出，诸如通过向跳闸单元32提供指示应评估该组可分离触点20的磨损的输入。例如，输出可以是在电路断路器4的显示单元上输出此类消息的指令，或者可以附加地或另选地将相同消息传送到企业数据系统，使得可以在更多机构级别上查看通知。作为进一步的示例，输出可以是用于在电路断路器4自身上点亮灯或触发声音警报的指令，技术人员可以将其解释为指示需要评估该组可分离触点24的磨损。此外，可能的是，操作温度超过预定操作温度的第一指示将仅触发例程中的进一步操作，以确定操作温度是否保持在超过预定操作温度的水平达预定时间段。如果确定过高的操作温度已存在了预定时间段，则这可导致输出的触发，该输出指示需要进一步评估该组可分离触点20的可能的过度磨损。另一方面，如果在将来的某个时间点确定操作温度降至预定操作温度以下，则这可导致评估磨损的例程88的方面的重置。在这种情况下，如果在将来的某个时刻确定该组可分离触点20的操作温度超过预定温度，则这可再次触发例程88等待附加时间段以确定过高的操作温度是否已保持预定时间段，并且如果是的话，将触发输出。

另选地，输出可简单地呈磨损程度的形式，该磨损程度已被确定为对应于检测到的实测温度或对应的操作温度或两者。例如，该组可分离触点的某个预定操作温度可被定义为应当更换该组可分离触点20或至少评估该组可分离触点的磨损的点。并且，此类磨损的定义可附加包括该组可分离触点20保持在超过预定操作温度的操作温度下的持续时间。例如，该预定操作温度以及处于该温度或高于该温度的可选持续时间可以被定义为该组可分离触点20的100％磨损水平。因此，例程88可包括附加指令，该附加指令将该组可分离触点20的检测到的实测温度和对应的检索到的操作温度转换成该组可分离触点20的磨损百分比，即，例如60％磨损。磨损百分比可作为输出提供给跳闸单元32或机构数据系统。此外，并且根据已经从数据表92中检索到的操作温度，数据装置42可以向跳闸单元32输出指令，以触发该组可分离触点20从闭合位置到断开位置的移动，从而跳闸电路断路器4，诸如在其中该组可分离触点20的磨损非常大以至于需要跳闸电路断路器4的极端情况下。可以设想许多变型。

图4以示例性方式描绘了流程图，该流程图展示了根据本发明所公开并要求保护的概念的改进的方法的某些方面。处理可如在96处开始，其中检测实测温度，该实测温度表示该组可分离触点20的活动触点28和固定触点24中的至少一者的操作温度。然后，如在98处，处理可继续，其中实测温度用于从数据表92检索该组可分离触点20的对应操作温度，然后该对应操作温度用于确定该组可分离触点的磨损程度。就这一点而言，应当理解，数据表92不仅可包括其中实测温度对应于该组可分离触点20的操作温度的表，而且实测温度可附加地或另选地对应于该组可分离触点的磨损程度。此外，在不脱离本发明所公开和要求保护的概念的精神的情况下，可以采用数据曲线等来代替表格式数据表。

在所描绘的示例性实施方案中，数据装置42被描绘为与跳闸单元32分开并且与其电连接或者与企业数据系统电连接的系统。然而，应当理解，跳闸单元32可以具有驻留在其上的数据装置42的各种内容，使得数据装置42不需要作为电路板等形式的单独结构提供。在这种情况下，电路断路器4的各个电极的传感器装置40的连接器72将与跳闸单元32直接连接，并且跳闸单元32本身将生成提供在电路断路器4自身上或输出到企业数据系统或两者的输出。其他变型将显而易见。

根据本发明所公开并要求保护的概念的第二实施方案的改进的电路断路器104在图5中大体示出。电路断路器104类似于电路断路器4，不同的是电路断路器104包括温度检测系统136，该温度检测系统具有示例性热电偶形式的温度传感器144，该温度传感器与第二导体116物理接触。即，电路断路器104包括壳体108，第一导体112、第二导体116和一组可分离触点120位于该壳体上。该组可分离触点120包括固定触点124和活动触点128。跳闸单元132可操作以将活动触点128从图5中实线所示的闭合位置移动到图5中虚线所示的断开位置。

温度检测系统136包括传感器装置140，该传感器装置包括与第二导体116物理接触的前述温度传感器144。由于此类物理接触，温度传感器144将在第二导体116所经受的线路电压下通电。这样，由与温度传感器144连接的线束168输出的信号包括归因于线路电压的分量和另一个分量，该另一个分量是来自温度传感器144的表示已由温度传感器144检测到的实测电压的电压信号。因此，线束168有利地与电压滤波器170连接，该电压滤波器从由温度传感器144输出的信号中移除与来自第二导体166的线路电压相对应的信号分量。这有利地产生来自电压滤波器170的输出信号，该输出信号输入到跳闸单元132并且表示第二导体116的实测温度。

温度检测系统136包括与数据装置42中相同的处理器装置、输入装置和输出装置等，无论此类结构是否结合到包括温度传感器144的电路板上或者无论此类结构是否结合到跳闸单元132中。因此，温度检测系统136有利地使得温度传感器144能够与第二导体116物理接合，并且能够在线路电压下通电，而不将线路电压输入到跳闸单元132，因为电压滤波器170有利地插置在温度传感器144和跳闸单元132之间。其他变型将显而易见。

根据本发明所公开并要求保护的概念的第三实施方案的改进的电路断路器204在图6中大体示出。电路断路器204与电路断路器104的类似之处在于，其包括具有温度传感器244的温度检测系统236，该温度传感器与导电路径的第二导体216物理连接，该导电路径包括第二导体216、第一导体212和一组可分离触点220。温度检测系统236包括传感器装置240，该传感器装置具有与第二导体216物理接触的示例性热电偶作为温度传感器244，并且温度传感器244因此在线路电压下通电。然而，温度传感器244包括与第一无线收发器274电连接的线束268。第一无线收发器274与第二无线收发器278无线通信，该第二无线收发器与跳闸单元232电连接，该跳闸单元控制该组可分离触点220的操作。

第一无线收发器274向第二无线收发器278无线地传送数据信号，该数据信号表示与来自温度传感器244的电压信号组合的线路电压。然而，由于无线信号表示通过线束268接收的电压的值，并且不是施加到跳闸单元232的实际电压本身，跳闸单元232包括作为驻留在其上的例程的一部分的指令，这些指令忽略或减去从第二无线收发器278接收的表示线路电压的电压值的部分。也就是说，在电路断路器104中采用了电压滤波器170，因为由线束168输出的信号包括实际的线路电压加上表示第二导体116的实测温度的分量，其结果是这种过高的电压有可能损坏跳闸单元132，因此，线路电压被电压滤波器170从信号中过滤掉。由于从线束268提供给第一无线收发器274的线路电压实际上未由第一无线收发器274传送至第二无线收发器278，而传输的是表示从线束268检测到的电压的大小的信号，跳闸单元232包括使其能够忽略与线路电压相对应的信号分量的指令。如前文所描述，跳闸单元232可以具有结合到其中的数据装置42的所有结构和数据处理能力等，或者温度检测系统236可以简单地包括数据装置，作为与跳闸单元232分开的部件，这取决于特定应用的需要。

应当理解，除本文明确描述的那些温度传感器之外，可采用多种温度传感器中的任一种。例如，可使用电阻温度二极管(RTD)，并且该电阻温度二极管将与通电电路的导电结构中的一个导电结构物理接触，该通电电路穿过前述电路断路器中的一个电路断路器。在这种情况下，RTD通常将与导电结构中的一个导电结构物理接触，但其可经由一对无线收发器连接，诸如在电路断路器204中设置的无线收发器。其他变型和组合显而易见。

虽然已经详细地描述了本发明所公开的概念的特定实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以根据本公开的总体教导内容来开发出那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不限制本发明所公开的概念的范围，本发明所公开的概念的范围由所附权利要求书的全部范围以及其任何和所有等同物给出。

Claims

1.一种电路断路器，所述电路断路器包括：

壳体；

第一导体，所述第一导体位于所述壳体上；

第二导体，所述第二导体位于所述壳体上；

一组可分离触点，所述一组可分离触点包括与所述第一导体电连接的活动触点和与所述第二导体电连接的固定触点；

跳闸单元，所述跳闸单元与所述活动触点连接，并被构造成将所述一组可分离触点在闭合状态和断开状态之间移动；和

温度检测系统，所述温度检测系统包括温度传感器，所述温度传感器被构造成检测所述第一导体、所述第二导体、所述活动触点和所述固定触点中的至少一者的温度。

2.根据权利要求1所述的电路断路器，其中所述温度传感器与所述第一导体、所述第二导体、所述活动触点和所述固定触点中的所述至少一者物理接触。

3.根据权利要求2所述的电路断路器，其中所述电路断路器被构造成与具有线路电压的线路导体连接，并且其中所述温度检测系统还包括电压滤波器，所述电压滤波器被构造成从由所述温度传感器输出的信号中过滤所述线路电压。

4.根据权利要求2所述的电路断路器，其中所述温度检测系统还包括与所述温度传感器连接的无线发射器和与所述无线发射器无线通信的无线接收器。

5.根据权利要求1所述的电路断路器，其中所述温度传感器不与所述第一导体、所述第二导体、所述活动触点和所述固定触点中的所述至少一者物理接触。

6.根据权利要求1所述的电路断路器，其中所述温度检测系统还包括处理器装置，所述处理器装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有多个例程，当在所述处理器上执行所述例程时，所述例程使得所述电路断路器执行操作，所述操作包括：

作出所述温度已超过预定值的确定；以及

响应于所述作出所述确定，生成输出。

7.根据权利要求6所述的电路断路器，其中所述操作还包括：

作为所述作出所述确定的一部分，确定所述温度已超过所述预定值达预定时间段。

8.根据权利要求6所述的电路断路器，其中进一步的所述操作包括生成警报和通知中的至少一者作为所述输出，所述警报和通知中的至少一者表示所述一组可分离触点的温度和磨损水平中的至少一者。

9.一种确定电路断路器的一组可分离触点的磨损程度的方法，所述一组可分离触点能够在闭合状态和断开状态之间移动并且包括活动触点和固定触点，所述方法包括：

检测实测温度，所述实测温度表示所述活动触点和所述固定触点中的至少一者的操作温度；以及

采用所述实测温度来确定所述一组可分离触点的所述磨损程度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电路断路器还包括第一导体和第二导体，所述活动触点与所述第一导体电连接，所述固定触点与所述第二导体电连接，并且所述方法还包括检测所述第一导体、所述第二导体、所述活动触点和所述固定触点中的至少一者的温度作为所述实测温度。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

作出所述温度已超过预定值的确定；以及

响应于所述作出所述确定，生成输出。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

13.根据权利要求11所述的方法，还包括生成表示所述温度的警报和通知中的至少一者作为所述输出。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括将所述温度传感器放置成与所述第一导体、所述第二导体、所述活动触点和所述固定触点中的所述至少一者物理接触。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括从由所述温度传感器输出的信号中过滤线路电压。