用於切斷斷路器的方法和裝置的製作方法

2023-06-21 21:47:51

專利名稱：用於切斷斷路器的方法和裝置的製作方法
技術領域：
文中所述主題通常涉及用於斷路器組件的裝置和方法，更特別地，涉及在喪失斷
路器的電子故障保護的情況下切斷斷路器。
背景技術：
目前被用來保護例如居住或商業環境的斷路器通常檢測過流狀況的存在，並且釋 放操作機構以分開斷路器觸點。這些操作機構可以包括電子切斷單元，其包括例如接地故 障電路中斷器(GFCI)，該接地故障電路中斷器感測例如斷路器的相線和中線之間的電流失 衡並斷開或切斷電路。 這些電子切斷單元應當被周期性地測試以確保正確的操作，然而相信電子切斷單 元的大部分用戶並不按照建議來測試電子切斷單元。 一些用戶可能沒有意識到常規測試的 重要性，而另一些用戶可能沒有跟上測試之間的時間或是忘了對單元進行測試。即使執行 了周期性的測試，電子切斷單元的故障可能在測試之間發生，使電子切斷單元不能操作而 不給用戶任何指示。 因此，需要一種斷路器，其能夠監控其電子故障保護的狀態，並且在電子故障保護 的操作不正確的情況下切斷電路。

發明內容
根據一示範性實施例，提供了一種用於監控斷路器的裝置。用於監控斷路器的裝 置包括電子單元，其被配置為產生重現信號；以及自檢切斷單元，其與電子單元處於信號 通信，並且被配置為接收重現信號，以及實現斷路器的切斷。 根據另一示範性實施例，提供了一種斷路器。該斷路器包括中斷器，其被配置為 檢測由斷路器保護的電路的預定電狀況，並且在檢測到該預定電狀況時使斷路器切斷；電 子單元，其被配置為產生信號；以及自檢切斷單元，其被配置為接收信號，並且在於預定時 間間隔內沒有接收到信號的重現脈衝時實現斷路器的切斷。 根據再另一示範性實施例，提供了一種用於切斷斷路器的方法。該方法包括產生 脈衝信號；在斷路器的自檢切斷單元中接收脈衝信號；以及如果在自檢切斷單元的超時濾 波器的預定時間間隔內沒有接收到脈衝信號，則切斷斷路器。


參照附圖來進行以下詳細描述，在附圖中
圖1是根據示範性實施例的斷路器的原理示意圖。
圖2是圖1的斷路器的示範性電路的原理示意圖。
圖2A是圖1的斷路器的示範性電路的另一原理示意圖。
圖3是根據示範性實施例的流程圖。
具體實施例方式
在一實施例中，提供了一種用於在喪失電子保護時切斷斷路器的方法和裝置。盡 管將參照附圖來描述公開的實施例，應當理解的是，公開的實施例可以以很多可替換形式 來實施。另外，可以使用元件或材料的任何合適的尺寸、形狀或類型。 公開的實施例為斷路器內的電子裝置增加了包括超時濾波器的自檢切斷單元，以 便如果斷路器電子裝置出現預定狀況或問題則使斷路器切斷或斷開電路。當向根據示範性 實施例的自檢切斷單元施加通過信號時，該自檢切斷單元可以被重置到不切斷狀況。通過 信號在預定時間段內重現以周期性地重置自檢切斷單元，使得斷路器不被切斷。如下面將 更詳細地描述的，當斷路器電子裝置通過自動自檢時，斷路器電子裝置可以產生通過信號。 如果通過信號未能在預定時間段內重現，則自檢切斷單元使斷路器切斷。可以與斷路器的 其它故障檢測能力相結合地使用文中公開的自檢切斷單元，使得自檢切斷單元或其它故障 檢測能力中之任一可以切斷斷路器。 現在參照圖l，示出了根據示範性實施例的斷路器100的原理示意圖。應當理解的 是，圖1所示的斷路器100隻是為了示範的目的，並且在可替換實施例中，斷路器100可以 包括根據示範性實施例的用於使斷路器100操作的任何適當的部件。斷路器100可以是能 夠處理任何適當的電壓和/或電流負載的任何適當類型的斷路器100。在一實例中，斷路 器100可以包括線路端子101A、101B和負載端子102A、102B，其用於將例如交流(AC)電源 101和負載102連接於斷路器100 ;致動杆103，其用於手動切斷或重置斷路器100 ;斷路器 觸點IIO，其選擇性地允許電流在斷路器100的線路端子101A、101B和負載端子102A、102B 之間流過；致動機構104，其迫使斷路器觸點110合在一起或分開，以實現使電流選擇性地 流過斷路器100 ;以及螺線管120，其用於實現制動器機構104的移動。應當注意，手動地或 者在檢測到與斷路器相關的電路內的故障時切斷斷路器包括，例如，釋放操作機構(其可 包括例如致動機構104)以分開斷路器觸點。 在一示範性實施例中，斷路器IOO包括電子切斷單元135，其可以包括中斷器130， 作為非限制性實例，中斷器130包括電弧故障電路中斷器(AFCI)、接地故障電路中斷器 (GFCI)和/或任何其它適當的電路中斷器。電子切斷單元135還可以包括電子單元140。 中斷器130可以被配置為檢測電路內任何適當的故障，比如，例如，接地故障、電弧故障和/ 或過流故障，並且使螺線管120致動以切斷斷路器100。電子單元140可以被配置為操作中 斷器130。在一實例中，電子單元140可以被配置為執行對其自身和/或中斷器130的自動 檢測。當電子切斷單元135通過自動檢測時，電子單元140可以產生通過信號200 (圖2)。 通過信號200可以是任何適當的信號，比如例如，變化脈衝序列信號，或者具有例如HIGH和 LOW或其它可辨別信號分量的任何其它周期信號。在這裡，脈衝序列可以是在與HIGH和LOW 信號分量對應的高和低電壓值之間周期性地改變電壓的方波。在該實例中，斷路器還包括 自檢切斷單元150，其包括被配置為接收來自電子單元140的通過信號200的電路。
現在參照圖2，將根據示範性實施例來更詳細地描述示範性自檢切斷單元150。應 當理解的是，文中所述的自檢切斷單元150的部件只是為了示範的目的，並且在可替換實 施例中，任何適當的部件可以被用來使斷路器IOO操作而不脫離示範性實施例的範圍。在 一實例中，自檢切斷單元150包括自檢電路151，如果通過信號不是周期性地改變、電子單 元140不再產生通過信號、或者電子單元140 (和/或中斷器130)以其他方式沒有通過自動檢測，則該自檢電路151發送切斷信號以使斷路器100切斷。在該實例中，如果通過信號 200不在例如HIGH和LOW信號分量之間改變，則自檢電路151的電容器CI使開關裝置Q2 接通，導致對地短路來切斷斷路器100，下面將作更詳細地描述。開關裝置Q2可以是任何適 當的開關，包括但不限於，矽控整流器和任何適當的電晶體。電晶體的非限制性實例包括場 效應管。 在自檢電路151的預設狀態中(例如當通過信號不變或沒有被提供時)，藉助通過 例如螺線管120向電容器C1提供電流/電壓來使電容器C1充電。在可替換實施例中，可 以以任何適當的方式來提供用於使電容器C1充電的電流/電壓，比如，通過例如通過電阻 器R1將電容器C1連接到例如斷路器觸點110的電導線和二極體，直接從AC電源來提供。 當使電容器Cl充電時，開關裝置Q2處的柵電壓增加到閾值水平。當開關裝置Q2處的柵電 壓達到閾值水平時，開關裝置Q2接通，導致例如對地短路，以通過例如螺線管120的致動使 斷路器100切斷。如在圖2中可看到的，用於使C1充電的電流經過電阻器R1。電阻器R1 可以被配置為提供適當的阻抗，以允許預定的電流，使得電容器C1處存儲的電荷以預定的 時間間隔(下文中稱之為"切斷時間間隔")達到開關裝置Q2的閾值電壓水平。在該實例 中，電容器Cl和電阻器Rl形成超時濾波器，其中，當切斷時間間隔期滿時(例如，使電容器 Cl充電到閾值電壓水平)，通過接通開關裝置Q2來切斷斷路器100。應當理解的是，在通過 螺線管120來提供用於使電容器Cl充電的電流/電壓的情況下，經過螺線管的電流量不足 以使螺線管120致動。 在該實例中，在斷路器通電時(例如，當斷路器觸點110閉合時)重置超時濾波器 (和/或自檢電路151)(圖3，方框300)。在可替換實施例中，可以在任何適當的時刻重置 超時濾波器。電路單元140可以將通過信號200饋送到自檢切斷單元150的AC耦合電容 C2中(圖3，方框310)。電容器C2可以是任何適當的電容器，比如只是為了示範性目的，無 極性電容器。AC耦合電容器C2可以被配置為只要通過信號200在例如HIGH或LOW信號分 量之間交替變化，就允許開關裝置Q1的激活(如下面將述及的)。開關裝置Q1可以是任何 適當的開關裝置，包括但不限於，如以上對開關裝置Q2所述的矽控整流器和任何適當的晶 體管。應當理解的是，HIGH和LOW標記只是用於示範性目的，並且，如果HIGH和LOW標記顛 倒或者其它信號區分被用來代替HIGH和LOW信號，則可以如文中所述地維持自檢切斷單元 150的操作。根據示範性實施例，在電子切斷單元135的操作過程中，每當通過信號200從 例如LOW信號分量轉變到HIGH信號分量時，開關裝置Ql接通，導致電容器Cl (可以基本類 似於電容器C2)放電，使得超時濾波器和/或自檢電路151被重置(圖3，方框320)。由於 每次通過信號200轉變到HIGH信號分量使電容器C1周期性地放電(例如，重置了自檢電 路/超時濾波器)，達不到用於接通開關裝置Q2的閾值電壓，並且開關裝置Q2保持在關斷 狀態(例如，斷路器不切斷並且電路保持可操作)(圖3，方框330)。因此，應當理解的是， 通過信號200的頻率可以小於切斷時間間隔(例如R1-C1時間常數)，使得在電子切斷單 元135的正常操作期間，在電容器C1充電到開關裝置Q2的閾值電壓水平(例如切斷時間 間隔期滿)之前重置了自檢電路/超時濾波器。 如上所述，只有當電子切斷單元135已經通過自動檢測時，電子單元140才產生通 過信號200。因此，當電子切斷單元未能通過自動檢測或者以其他方式未能產生通過信號 時，電子單元140所產生的任何信號可能不在HIGH和L0W信號分量之間交替變化(例如，導致直流(DC)或非交變信號)，或者電子單元140可能根本沒有產生信號(圖3，方框340)。 在該情況下，在開關裝置Ql和/或電容器C2處建立的電流/電壓可以通過電阻器R2和/ 或電阻器R3放電，使得開關裝置Ql斷開(圖3，方框350)。開關裝置Ql的切斷使電容器 Cl的放電停止，並且允許從例如螺線管120供應電流/電壓，以便將電容器C1充電到接通 開關裝置Q2的閾值電壓(圖3，方框360)。開關裝置Q2的接通可以允許對地電流，使得螺 線管120致動以切斷斷路器100 (圖3，方框370)。 在另一實例中，參照圖2A，自檢切斷單元150包括具有時鐘功能的微控制器152。 微控制器152可以被配置為在通過信號不是周期性地改變、電子單元140不再產生通過信 號，或者電子單元140 (和/或中斷器130)以其他方式沒有通過自動檢測的情況下發送切 斷信號以使斷路器100切斷。應當理解的是，在該實例中，除了微控制器152以外，自檢切 斷單元150還可以包括其它裝置，包括，作為非限制性實例，基本與上述類似的一個或多個 開關、電阻器和電容器。 應當理解的是，雖然以上將自檢切斷電路150描述為與電子單元140分開，在可替 換實施例中，自檢切斷單元150可以是電子單元140的一部分或與電子單元140集成，或者 是斷路器100的任何其它適當的部分。 示範性實施例提供了在不中斷通過斷路器100向負載102的供電的情況下，斷路 器的電子切斷單元135的連續自檢。根據示範性實施例，在通過例如中斷器130檢測到接 地故障時，或者在檢測到電子切斷單元135(其可以包括中斷器130和/或電子單元140) 的不正確操作時，斷路器被切斷。電子切斷單元135的連續自檢允許檢測斷路器的例如接 地故障保護的喪失，而不用手動檢測斷路器。 雖然已經與目前被認為是最實用和優選的實施例相關地描述了實施例，應當理解 的是，實施例不限於文中所述的那些。相反地，所述實施例意在涵蓋包括在所附權利要求的 精神和範圍內的所有不同的修改方案和等價方案。
權利要求
一種用於監控斷路器(100)的裝置，包括電子單元(140)，該電子單元(140)被配置為產生重現信號；以及自檢切斷單元(150)，該自檢切斷單元(150)與所述電子單元(140)處於信號通信，並且被配置為接收所述重現信號以及實現所述斷路器(100)的切斷。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中當在預定時間段內沒有接收到重現信號的發生時， 所述自檢斷路單元(150)使所述斷路器(100)切斷。
3. 如權利要求l所述的裝置，其中所述自檢斷路單元(150)包括形成超時濾波器的第 一電阻器和第一 電容器，以及第一開關裝置，其中，將所述第一電容器充電到閾值水平導致 用於切斷所述斷路器的所述第一開關裝置的操作。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中所述自檢切斷單元(150)進一步包括第二電容器和 第二開關裝置，所述第二電容器被配置為允許重現信號的通過，使得重現信號導致用於在 預定時間段內使所述第一電容器放電的所述第二開關裝置的操作；並且其中，在預定時間段內使所述第一電容器放電基本阻止所述第一開關裝置的操作並將 所述斷路器保持在不切斷狀態中。
5. 如權利要求l所述的裝置，其中所述斷路器(100)包括接地故障電路中斷器和電弧 故障電路中斷器中的一個或多個。
6. —種斷路器(IOO)，包括:中斷器(130)，其被配置為檢測所述斷路器所保護的電路的預定電狀況，並且在檢測到 所述預定電狀況時使斷路器切斷；電子單元(135)，所述電子單元被配置為產生信號；以及自檢切斷單元(150)，其被配置為接收所述信號，並且在於預定時間間隔內沒有接收到 所述信號的重現脈衝時使所述斷路器切斷。
7. 如權利要求6所述的斷路器(IOO)，還包括被配置為斷開所述斷路器(100)觸點的 螺線管(120)，其中所述中斷器(130)或所述自檢切斷單元(150)中的一個使所述螺線管 (120)致動。
8. 如權利要求6所述的裝置，其中所述自檢切斷單元(150)包括形成超時濾波器的第 一電阻器和第一電容器，以及第一開關裝置，其中，將所述第一電容器充電到閾值水平導致 用於切斷所述斷路器的所述第一開關裝置的操作。
9. 如權利要求8所述的裝置，其中所述自檢切斷單元(150)進一步包括第二電容器和 第二開關裝置，所述第二電容器被配置為允許脈衝信號的通過，使得該脈衝信號導致用於 在預定時間段內使所述第一電容器放電的所述第二開關裝置的操作；並且其中，在預定時間段內使所述第一電容器放電基本阻止所述第一開關裝置的操作。
10. —種用於切斷斷路器(100)的方法，包括 產生脈衝信號；在所述斷路器的自檢切斷單元中接收所述脈衝信號；以及如果在所述自檢切斷單元的超時濾波器的預定時間間隔內沒有接收到所述脈衝信號， 則切斷所述斷路器。
全文摘要
一種用於監控斷路器(100)的裝置，包括電子單元(140)，其被配置為產生重現信號；以及自檢切斷單元(150)，其與所述電子單元處於信號通信，並且被配置為接收所述重現信號以及實現斷路器的切斷。
文檔編號H02H3/16GK101777751SQ20091026563
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月28日 優先權日2008年12月26日
發明者C·B·威廉斯 申請人:通用電氣公司