TW200842924A - Circuit breaker trip unit rating selection plug - Google Patents

Description

200842924 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 在此所述的本發明係有關於斷路器的領域，且更特別 而言，係有關於用於具有電子感測器或跳脫單元的斷路器 之額定插頭的領域。電子跳脫單元（「ETU」）爲與電機 斷路器結合使用的裝置，以控制電流（及/或電壓）對時 間的跳脫響應。在某種程度上，時間對電流的跳脫特徵爲 斷路器所容許的最大持續電流之函數。 【先前技術】 斷路器廣泛地用來保護電線及設備。斷路器監控經過 電導體的電流，且若符合某種預定限度，斷路器會「跳脫 」，以使此電路開路，因此中斷流經此電路的電流。當然 ，斷路器也用來監控電壓，且若發生如電壓不足、過電壓 、及電壓不安定情況的預設電壓情況，斷路器會跳脫。此 類限度包括例如是保護電路所容許的最大持續電流。斷路 器設計來傳送的此最大持續電流係稱爲斷路器的訊框額定 或電流額定。只要電流保持在任何保護（長時間、短時間 、接地故障、或瞬間）額定之下，則斷路器將保持閉合。 跳脫訊號的時間延遲及產生爲電流的振幅之反相函數。對 於非常大振幅的電流（如因故障所產生的）而言，微電腦 會予以程式化，以瞬間產生跳脫訊號。 電流對跳脫時間的響應曲線之改變爲嚴重的事情。爲 了安全目的，斷路器必須適當地予以組構，以適當的提供 -5- 200842924 由客戶或工廠工程師所判斷的保護型式。因此，此保護的 改變必須視爲非常嚴重的事件，且以禁止錯誤的方式來予 以處理。 通常，斷路器的電流額定係藉由可爲位於與次要目前 轉移電流串聯的「負載電阻器」之額定電阻器，或增益電 路運算放大器的回授迴路中之電阻器，或兩者的組合來予 以設定。當與保護電路所容許的最大持續電流成比例之電 流通過額定電阻器時，這些會予以選擇，以產生預設電壓 。爲了提供用於電流額定的調整，使得斷路器可用來保護 具有不同最大持續電流的電路，將額定電阻器倂入可選擇 性地插入斷路器的可替換額定插頭中是已知的。此外，此 額定電阻器可設置成與「負載」及回授迴路增益電阻器並 聯或串聯。 電子跳脫電路中斷器係設計來使過電流情況中斷於廣 泛範圍的安培額定內。經過保護的電力電路之電流係藉由 電流互感器來予以感測，且電壓訊號係供應至ETU電路 中的訊號處理器。此電壓係藉由額定插頭中的額定電阻器 來予以調節。額定電阻器的尺寸於是符合對應的電路中斷 器之安培額定。共同的電子電路中斷器因此可藉由僅改變 電子跳脫電路內的負載電阻器之値，而操作在廣泛範圍的 安培額定內。防止電子電路中斷器插入於用於電路中斷器 爲過額定的電力分配電路內是重要的。不使電路中斷器插 入於用於電路中斷器爲低於額定（如所謂的「妨礙跳脫」 可能發生）的電力分配電路內或許同樣重要。確保電路中 -6- 200842924 斷器不插入於無額定插頭的電力分配電路內也是重要的。 因此，斷路器跳脫單元的額定習知上係藉由許多方法 (如例如是藉由習知的可移除額定插頭之移除及替換）來 予以設定。在大多數的情況中，額定插頭包含用以設定各 個別相位的增益之電阻器，或在電源開啓期間，藉由斷路 器內的微處理器來予以讀取之具有程式化的額定値之 NMV (亦即，非揮發性記億體爲當電路的電源關閉時，保 持其資料的記憶體）。然而，此類方法對於某些應用可能 無法完全接受。 如先前所討論，用於具有電子跳脫單元的斷路器之額 定插頭爲此技術中所已知的。額定插頭改變有關具有電子 電路中斷器（跳脫單元）的斷路器之致動的運作曲線，因 此改變斷路器的安培額定。並非所有額定插頭與所有電子 跳脫單元相容。因此，已知問題爲確保額定插頭與插入額 定插頭的電子跳脫單元相容。 爲了安全的緣故，具有可互換額定插頭的所有電子跳 脫單元需要排除額定插頭與跳脫單元的不正確組合。此種 排除通常係藉由插入額定插頭的跳脫單元中之插座內的接 腳之配置來予以達成。正常係設置於跳脫單元外殼的側面 之接腳用作額定插頭外殼的側面上之突出部分的介面。因 此’安裝與特定斷路器不相容的額定插頭之防止係藉由將 額定插頭外殻與額定插頭插座鎖上來予以防止，藉此防止 不相容的額定插頭安裝在斷路器中。 雖然可運作，但是此習知技術系統有許多缺點及壞處 -7- 200842924 。這些的其中之一爲接腳與突出部分之間的干涉直到額定 插頭幾乎完全插入跳脫單元才會發生，時常導致使用者誤 以爲已完成額定插頭的插入。另一問題是接腳爲獨立元件 ，亦即，其不是額定插頭外殼或跳脫單元外殼的的部分， 且就此而論，接腳可由損害此單元的某人來予以移除，而 使用者將不知接腳是否應該存在。 【發明內容】 在此所述的本發明之一觀點爲切換邏輯位準額定插頭 ，其使製造時所選擇的單一額定插頭能使用於所有的斷路 器架及感測器。 本發明之另一觀點爲描述一種額定插頭，除了設定電 壓調節（亦即，增益/濾波器）電路上的百分比降額定之 外，藉由以與運算放器回授迴路串聯的類比開關來控制運 算放大器增益，此額定插頭將斷路器訊框及/或感測器資 訊提供給微處理器（此容量應有5伏特的邏輯位準訊號輸 入）。 本發明之又另一觀點爲描述一種額定插頭，其在微處 理器電源開啓之前，自動地設定電壓調節（亦即，增益/ 濾波器）電路上的增益位準，因此能快速地提供斷路器保 護，因此能有更快的跳脫時間及較佳的調和。 更特別而言，就在此所述的本發明而論，此跳脫單元 將具有額定插頭，其將包含一串開關，及用以使插頭固定 於跳脫單元的連接器。這些開關（其將於製造時予以程式 -8 - 200842924 化）將辨識斷路器訊框及/或感測器額定及/或使斷路器能 降額定的降額定因素（亦即，有效電流容量的降低（例如 ，自2 0 0 0安培容量降額定至4 0 % )，或一組類似參數） 。藉由利用此額定插頭方法，會立即設定相位增益，作爲 保護之用，且微處理器能讀取用於計量目的的開關設定。 例如，若斷路器的最終使用者購買且安裝2000安培的斷 路器，而接著要達成用於想要負載的適當斷路器應該是 8 00安培，則取代用於800安培的想要負載之購買及安裝 新斷路器的是’其將僅移除及替換現有額定插頭至4 0 % ( 亦即，2000的40%爲800 )的降額定插頭。 依據本發明的額定插頭之更徹底及完整的了解可藉由 熟習此項技術者參考以下圖式及詳細說明來予以達成。 【實施方式】 參考圖1，供給電子跳脫單元（「ETU」）的主要元 件電力之電流互感器提供交流次要電流輸出，其與流經電 流互感器的主要電流成比例。例如，若1 00 0A電流正流經 互感器的主要線圈，則較小電流（如例如是200 mA )將 自互感器流至跳脫單元。此跳脫單元將此次要輸出用於運 作的兩種電力，且用於感測電流流動。當然，若此跳脫單 元使用電流互感器感測器，則負載電阻器將需產生饋入至 增益/濾波器電路的電壓（在圖1中，朝向此種負載電阻 器的一般饋入線係繪示於增益/濾波器電路內）。 另一種是，羅哥斯基（Rogowski)感測器可代替電流 -9 - 200842924 互感器，作爲感測之用，以提供衍生的次要電壓輸出，其 與流經羅哥斯基感測器的高位準主要電流成比例。羅哥斯 基感測器或線圈爲用以量測交流電流或高速電流脈衝的裝 置，且由具有引線的接線之螺旋線圈所構成，此引線從返 回經過線圏的中心之一端至導致兩端爲相同端之另一端。 完整的線圈然後包覆在待量測電流的饋入線之周圍，且因 爲此電壓與饋入線中的電流之變化率成比例，所以來自線 圈的輸出訊號將與電流流動成比例。 如圖1中的進一步繪示，來自電流互感器負載電阻器 或羅哥斯基線圈輸出的電壓會通過增益/濾波器電路。增 益/濾波器係設計來提供濾波，以去除來自訊號的任何寄 生電氣「雜訊」：在羅哥斯基線圈輸入的情況中之類比積 分；及使用額定插頭選擇（斷路器的40%至100% )來設 定此電路內的運算放大器（「〇P-amp」）增益，以便在斷 路器額定時，在微處理器類比/數位轉換器（「A/D」）上 得到相同電壓値。會給予以下的例子，以更完全解釋額定 插頭選擇與設定運算放大器增益之間的關聯。 例1 如更清楚地顯示圖1中所顯示的增益/濾波器電路之 一例，假設存在額定於1 000A的斷路器，及額定於1 000A 的斷路器之100%的額定插頭。藉由施加1 000A的電流， 跟隨A/D轉換器的電壓將爲2伏特。現在，假設使用者希 望藉由改變額定插頭至額定於40%，而不是100%的額定 -10- 200842924 插頭，來改變斷路器額定。有效地是，因爲此改變現在將 額定於1 000A的40%，所以此改變將導致等效的400A。 所施加的電流現在將爲400A，且A/D輸出電壓將保持於 2伏特。因此，若斷路器係額定於1 000A ( 100% )，則當 施加此額定電流時，將得到2伏特；而若斷路器係額定於 400A，則當施加此額定電流（400A )時，將仍得到2伏 特。在這兩個情況中的各情況中，若超過額定電流，則斷 路器將跳脫。 即使兩種額定提供2伏特給微處理器A/D，但是若額 定插頭係設定於一種或另一種安培數（在此例中爲400A 或1 0 0 0A，但是另外的降額定百分比是可能的），則跳脫 單元將辨識出來。這可能因爲計量爲並非與保護（亦即， 跳脫）一樣緊急之相當緩慢的程序。對於計量而言，微處 理器將預程式化的開關讀取至額定插頭，以判斷斷路器所 讀取的爲何。 如圖2中所繪示，此額定插頭具有5伏特輸入線，以 供給包含一串開關的插頭能量’此串開關係用來選擇及辨 識百分比（例1中所例示的4 0 %及1 0 0 %，然而，可選擇 其他百分比，如例如是表1中所述）及/或感測器額定及/ 或訊框及/或額外相關的斷路器/跳脫單元功能。開關提供 的資訊係以訊號（繪示於圖2中的訊號0、訊號1、訊號2 、及訊框）饋入至微處理器，且微處理器使用此訊號來決 定用於計量目的的解額定百分比。個別的開關設定（訊號 〇、訊號1、訊號2…）控制類比開關導通/截止運作。藉由 -11 - 200842924 以此方式控制類比開關運作，不同增益可設定用於各百分 比解額定，如表1中所一般顯示的。如底下所討論，額定 插頭開關爲插頭製造時預設，以表示特定百分比解額定及 /或感測器及/或訊框額定。除了接收來自額定插頭的訊號 之類比開關之外，圖2中所繪示的增益/濾波器調節電路 介面之選擇還包含電阻器（R1、R2、及R3)，運算放大 器（U 1 )。如圖1及圖2中所繪示的增益/濾波器之輸出 係饋入至A/D轉換器。 額定插頭開關（在所顯示的情況中爲〇-7或更大）可 例如是依據底下的表1來予以組構，以提供用於特定解額 定百分比。 表1 開關76543 訊框 電流感測器 開關2 10 %解額定 00000 錯誤 000 錯誤/4)% 0000 1 1 150A 00 1 100% 000 1 0 1 200A 01 0 90% 0 11 80% 0 1100 2 2000A 100 70% 10 1 60% 10 10 1 4 4000A 111 50% 40% • · · 圖1中所顯示的電源供應器係組構來將18-24伏特提 供用於通量移位器、運算放大器、及此電路內需要此電壓 的其他元件之運作，以及提供5伏特，以供給微處理器及 此電路內需要此電壓的其他元件電力。 -12- 200842924 用於電子跳脫單元的微處理器係製造成具有內部A/D ，其係設計來處理來自電流互感器及/或羅哥斯基線圈單 元的類比訊號。微處理器也製造成包含非揮發性記億體， 用以在電源失去作用期間，儲存不能喪失的跳脫單元設定 點及選擇-參數。微處理器進一步係組構成經由使用通量 移位器，包含線圈及操縱桿的電機裝置（其藉由來自微處 理器的跳脫訊號來供給能量），來提供電流超過預程式化 的臨界限制時之跳脫訊號，將使斷路器開路或跳脫。 在此所述的電子跳脫單元有許多優點，且未在實施此 發明之前所已知的跳脫單元中發現。在這些優點之中爲例 如，其使邏輯位準訊號（在5伏特時）能控制增益/濾波 器電路增益之優點，而在過去，其已需使用額定插頭上的 回授電阻器來設定增益（在此情況下，由於修正或小的未 校準所導致之任何額定插頭修正問題將導致改變非常不想 要的增益，如其將以比預期的不同値或微處理器A/D來做 結束）。另一優點是因爲其爲邏輯位準訊號，所以微處理 器可讀取來自額定插頭的百分比解額定（或斷路器解額定 )訊框’而沒有任何延遲。超越過去技術的又另一優點是 在額定插頭已與非揮發性記憶體（解額定係儲存於額定插 頭NVM中）結合使用的時候（亦即，在此情況中，跳脫 單元處裡器需得到來自額定插頭非揮發性記憶體的斷路器 額定之讀取’然後根據此値來決定跳脫；一種非常耗時的 機構且斷路器不會準時跳脫的機構）。然而，在本例中， 此單元一電源開啓，增益會立即自動地予以決定及設定（ -13- 200842924 甚至在微處理器電源開啓之前）’而使微處理器能讀取僅 用於計量目的的開關。 因此，雖然已繪示及說明本發明的較佳實施例，但是 要了解到的是，此發明可變化及修飾，因此不希望受限於 所提及的精確名稱，但是希望可實施此類變化及修飾的本 身有用，以使本發明適用於不同的使用及情況。此類變化 及修飾例如將包括在此所提供的結構上類似元件之替代， 其用來產生上述特別的那些之實質上類似的結果。因此， 不會實質上改變元件的功能，或其上述特別的使用之那些 改變係視爲在本發明的範圍內。因此，此類改變及變化係 適當地意謂在等效的完全範圍內，因此在底下申請專利範 圍的範圍內。 因此已說明本發明及方式，且以此種完全、清楚、簡 潔、及確切的名稱來實施及使用的程序，以便使有關，或 幾乎最相關的任何熟習此項技術者能實施及使用此程序。 【圖式簡單說明】 圖1繪示根據本發明之電子跳脫單元的主要元件；以 及 圖2繪示如圖1及以上所一般表示的額定插頭及增益 /濾波器調節介面之更詳細的圖形。 14-

Claims (1)

1. 200842924 十、申請專利範圍 1 · 一種斷路器跳脫單元額定插頭，包含固定機構， 用以使該插頭固定於跳脫單元；以及一串開關，係用以控 制類比開關導通/截止運作，且表示用於該插頭的特定百 分比降額定及/或感測器及/或訊框額定。 2. 如申請專利範圍第1項之斷路器跳脫單元額定插 頭，其更包含用以將電壓提供給該插頭以供給該插頭能量 的提供機構，及用以使來自該串中的各開關之電氣訊號自 該插頭轉移至微處理器之轉移機構。 3. 如申請專利範圍第1項之斷路器跳脫單元額定插 頭，其中該插頭的該百分比降額定係介於4 0 %與1 0 0 %之 間。 4 .如申請專利範圍第1項之斷路器跳脫單元額定插 頭，係組構來藉由以該串開關中的至少一開關來控制電壓 調節電路內的運算放大器增益’而自動設定該電路上的增 益位準，該開關係組構來與該運算放大器內所包含的回授 迴路串聯。 5. —種斷路器，包含： i電流互感器及/或羅哥斯基（Rogowski)線圈，係 組構用以提供次要輸出’該次要輸出與流過其的主要電流 成比例； ϋ斷路器跳脫單元額定插頭’包含用以使該插頭固 定於跳脫單元之固定機構’及用以控制類比開關導通/截 止運作，且表示用於該插頭的特定百分比降額定及/或感 -15- 200842924 測器及/或訊框額定之一串開關；以及 iii微處理器，具有： a·設計來處理來自該電流互感器及/或羅哥斯基線 圈的類比訊號之內部類比至數位轉換器，及單元； b·非揮性記憶體，用以儲存跳脫單元設定點及、、翼 擇；及 c.係組構來當通過該斷路器的電流超過預和^ a 式化 的臨界値限制時，提供跳脫訊號。 -16-