专利名称：具有断路器单元和处理、校准及通信模块的断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种断路器，它包括一个断路器单元，一个含有电处理单元并与断路器单元机械和电连接的可更换处理模块，一个固定到断路器单元上的并与处理单元电连接的包含校准装置的校准模块，和与外部通信总线连接的通信装置。
使用具有不同类型的电子断路器件的断路器是已知的。这些断路器件通常是可更换的，并且只有当断路器被安装时才能与之相配。
本发明的目的是改善断路器的可替换性，以满足从基本保护转换为数据记录器的需要。
本发明的目的是这样实现的，断路器包括至少一个与处理和校准模块不同的可更换通信模块，它包括机械固定到断路器单元的并用具有电隔离的连接器件(最好是光学器件)连接到处理单元上的上述通信装置，该通信装置用机械连接装置连接表示断路器状态的断路器单元的部分并用电输入/输出连接装置连接外部通信总线。
通信模块可以包括用机械连接装置连接到断路器单元上的指示装置，和通过光学连接装置连接处理单元的遥控测量和/遥控调整装置；指示、遥控测量和/或遥控调整装置通过电/输出连接装置连接外部通信总线。
该通信模块还可以包括与断路器的控制辅件电连接的控制装置，该控制装置通过电输入/输出连接装置连接外部通信总线。
根据本发明的设计，电输入/输出连接装置包含在与预定型号的通信总线相配的通信模块装置中。
根据本发明的另一设计，用于通信模块机械连接到表示断路器状态的断路器单元的部分的装置包括排列在通信模块中的并具有从对着断路器单元的通信模块的板伸出的控制部分的微触点，它包含在用于所述控制部分的机械操作的断路器单元装置中，该通信模块包括把来自微触点的机械信号转换为电信号的装置和指示断路器状态的装置。该微触点的控制部分的每一个最好包括一个弹性的、蹦紧的覆盖相应微触点的薄膜。
在与处理和校准模块不同的通信模块中设置通信功能能够使断路器适合于不同的通信协议，而不需要增加处理模块的种类。此外，通信模块的独立性以及用机械链路与表示断路器状态的断路器单元的部分的直接连接，能够使通信模块一连接断路器单元就自动地执行某些功能，特别是指示功能，甚至在缺乏处理模块的情况下也能执行这些功能。
根据本发明的设计，断路器单元包括Rogowski螺旋管形成的电流测量单元，该Rogowski螺旋管的输出与处理模块连接。以可更换方式装在断路器单元上的校准模块包括一个具有代表断路器额定值的指示的前面板。
此外，处理模块包括与断路器单元的电流传感器相连接的模拟量末级瞬时保护装置(analog final instantaneous protection means)，它用于把最大模拟瞬时阈值与电流传感器施加的电流所代表的数值比较，断路器可以包括一个内含用于根据断路器的类型调节所述阈值的装置的附加模块，所述附加模块以不可更换的方式机械地固定在断路器单元上，该附加模块与处理单元电连接并包括一个内含表示断路器的断路容量的指示的面板。
根据另一个实施例，断路器包括用于装配校准模块和附加模块的装置，所述的装配装置包括一个与断路器单元可靠固定的接口，并包括导向装置和与导向装置互补的固定装置以及校准模块和附加模块的固定装置。
通过下面由附图所示的非限定实例的说明将会进一步了解本发明的其它优点和特点。
图1为组成本发明的断路器的不同模块的布置示意图；图2示出了图1的断路器的不同模块之间的电学和光学连接；图3以分解的方式示出了一个特定实施例的不同模块的定位；图4以方框的方式示出了根据图1至图3的断路器的通信模块的特定实施例；图5和图6分别示出了在断路器的打开和闭合位置实现断路器单元与通信模块间机械连接的具体实施例；图7和图8是俯视的透视和分解图，分别示出了本发明的断路器的校准模块和附加模块的接口的特定实施例；图9是方框图，显示了本发明断路器的特定实施例的处理模块、校准模块和附加模块间的相互关系。
如图1和图2所示，本发明的断路器包括一个断路器单元1，一个处理模块2，一个校准模块3，和一个通信模块4。
图2仅示出了理解本发明所必需的断路器单元的一些部分。要被保护的导线L1、L2、L3穿过断路器并可以由断路触点5中断。电流传感器6设置在每个导线上。脱扣线圈7控制触点5的打开。处理模块2与断路器单元1电连接，电流传感器6的输出端向处理模块2提供代表流入导线L1、L2和L3的电流的信号。断路器单元还可以包括电压传感器8，以便向模块2提供导线L1、L2和L3间的电压值。当脱扣线圈7收到来自处理模块2的脱扣信号时使触点5打开。辅助电连接器由图2中的9和10表示，并分别设置在断路器单元和处理模块上，当处理模块与断路器单元机械连接时它提供电的连接。
校准模块3由图1中的固定轴线A1所表示的任何适合的固定装置与断路器单元机械连接，校准模块不包括任何与断路器单元的电连接。另一方面，它以向处理模块2提供代表断路器额定值的信息的方式与处理模块2电连接。
通信模块4由图1中的固定轴线A2所表示的任何适合的固定装置机械地固定到断路器单元1上。它实际上完全与其它模块无关，它仅通过光耦合连接处理模块。该光耦合是双向的，包括位于模块2和4每一个中的互补的光发射器/接收器元件11。通信模块4连接双向外部通信总线12。它还可以通过电连接13与控制断路器的辅件14连接。以传统方式，例如由断路器打开和/或闭合线圈构成的这种辅件被设置在断路器单元1上。通信模块与辅件间的这种直接连接使断路器能够通过总线12、通信模块4、电连接13、和辅件14被控制，甚至在缺乏处理模块2的情况下也能执行这种控制。
此外，通信模块4用机械连接装置(将结合图5和图6进行详细说明)连接代表断路器状态的断路器单元1的部分。这样通信单元4甚至在缺少处理模块的情况下也能自动地执行断路器状态显示功能。
实际上固定到断路器单元1上的附加模块15在图2示出，其特性和功能将结合图7和图9进行详细说明。
不同模块的相对定位在图1中以示意的方式示出，在图3的特定实施例中以分解的方式示出。通信模块4设置在断路器单元的板16与处理模块2的稍薄部分18的背板17之间。通信模块4和处理模块2的互补发射器-接收器11之间光耦的定位由分别设置在处理模块和通信模块上的导向装置19和20执行。
当脱扣单元安装到断路器单元上时，处理模块2的前板21构成脱扣单元的可见面。处理模块通过其较宽的底部22放置在基座上。在优选实施例(图3和图7)中，基座由固定校准模块3和附加模块15的接口23形成。大致为托架形状的基座包括基本平坦的第一部分，处理模块的底面24安置在其上；和与第一部分垂直的第二部分，用于固定(固定腿26)断路器单元的板16。基座的第二部分包括连接器25和9，用于与处理模块2的相应连接器相配合以借助于接口23实现处理模块2和校准模块3、附加模块15或断路器单元1之间必需的电连接。
把处理模块2接到基座上的电连接器9、25和导向装置19、20还构成了当接口23和通信模块4被固定时用于把处理模块2机械固定到断路器单元上的装置。为了确保良好的机械稳定性，可设置附加的固定装置。在图3中由固定腿27表示。
在图3的特定实施例中，通信模块与总线12的电连接和通过导线13与辅件14的电连接由位于模块4上部的连接器28来实现。
图4中的通信模块4与预定型号的总线12相配。它包括连接总线12的线路接口29和用双向链路连接线路总线12的驱动器30，它们都适于预定型号的总线。通信模块的其他元件是标准元件，只有驱动器30和接口29必须适合选用的总线的型号。作为非限定实例，总线可以是BatiBUS、FIP、JBUS等型号。
此外，模块4包括通过双向光学连接与处理模块连接的驱动器31，该驱动器31构成了带有处理单元的通信接口。模块4的光学发射器-接收器11属于驱动器31。驱动器30和31通过双向链路与随机存取存储器(RAM)32连接，随机存取存储器32由通信模块和处理模块共享。这样，借助于通信模块和光学链路就能在总线12与处理模块2之间进行通信。这样，就能够在处理模块中读和写数据，和能够执行遥控测量(从处理模块到总线)的功能、遥控调整(从总线到处理模块)的功能、脱扣原因显示(从处理模块到总线)的功能等等。
通信模块4还与代表断路器状态的断路器单元1的部分连接，这种机械型的连接(见图5和图6)由图4中的33代表，它能够使断路器状态指示电路34和操作计数器35工作。这两个电路34和35与驱动器30连接，这样就能把这些指示传递到总线12。
另外，通信模块4包括一个断路器控制电路36，该电路包含与驱动器30的输出连接的输入端和通过导线13与辅件14连接的输出端，并能够遥控断路器。
这样，通信模块4能够执行三种独立的功能，即，显示功能(33，34，35，30，29，12)，断路器控制功能(12，29，30，36，13)和遥控测量及调整功能(11，31，32，30，29，12)。通信模块的结构保证了不同功能的独立性。即便没有处理单元，显示和断路器控制功能也能由通信模块执行。通信模块组成部件的基本部分是标准件，它采用电路29和30去适应用户所希望的连接断路器的总线12的类型。在通信模块中由适合总线12协议的电路29和30进行标准协议的转换和相反的转换，使断路器适合不同类型的总线，而不需要增加处理模块的种类。这种适应由能够把通信模块固定到断路器单元上的最终用户来完成。
机械连接33的特定实施例在图5和图6中示出。机械连接通过图中的安装在印刷电路板38上的按钮形状的微触点37(仅示出一个微触点的剖视图)来实现。在所示的通信模块4中，微触点37(图5)的未按压位置代表断路器断开触点的打开状态，而按压位置(图6)则代表闭合状态。连接断开触点5的断路器顶点39的转轴通过带有回动弹簧的小杆40驱动微触点37，柔性薄膜41封闭微触点37。柔性薄膜包括在模块4壳体内永久形成封口的部分42，它包围着用于使薄膜41穿过的在模块4中形成的开口。柔性薄膜把杆40的运动传递到微触点上，同时保持通信模块内的密闭度以便防止从断路器单元1产生的污染的断路气体进入模块4。
由微触点的杆系统产生的力可以改变。由带有回动弹簧的杆系统从断路器单元以同样方式操作的其它微触点能够使断路器显示不同的机械状态。它不仅能够显示断路器的打开/闭合状态，而且还能显示断路器的操作机构的加载/卸载状态，事实上打开是由处理单元检测的故障造成的，或锁定部分的状态。断路器的所有这些机械状态独立地传递给通信模块4，在通信模块里它们被转换成电信号并可以通过总线12或者本地或者远地显示。
在断路器单元与通信模块之间的执行显示功能的机械连接的使用能够使处理模块的单独配线受到限制。
包括接口23、校准模块3、附加模块15的基座的优选实施例在图7和8中示出。校准模块3以可更换的方式装配在基座上。为了装配方便，模块3和23包括互补导向部件。它们最好还包括误差预防装置。在图8中，导向部件由可靠地固定在校准模块上的导销43和接口23的导孔44形成。校准模块的固定可以由处理模块拆卸后用户可容易装配和拿走的任何装置执行。这种固定装置可以由螺栓形成并在图7和8中由固定轴线A1表示。附加模块15也包括与对应接口导向部件互补的导向部件，它由图8中的与对应接口的导孔46互补的导销45形成。附加模块15在接口23上的装配在工厂里完成。附加模块不需要用户能够去拆卸，因此固定装置必须选择。作为一个实例，附加模块固定到接口上，从而紧固在断路器单元上。这种固定使拆卸必须在工厂里完成。
校准模块和附加模块的功能将结合表示它们与处理模块1配合的图9进行更详细的说明。图9仅示出了理解这些配合所必须的处理模块2的元件。在这个实施例中，图2所示的电流传感器6由提供代表电流与时间导数的信号的Rogowski螺旋管形成。进入模块2的这些信号由积分电路47(可以是RC型积分电路)积分，其输出信号代表要保护的导线中电流的特性。积分电路的输出端串接多路开关48、放大器49、模-数转换器50和基于微处理器的处理电路51。当电流传感器是Rogowski螺旋管时，输送的电源通常不足以供应处理模块。带有铁心的电流传感器52加到断路器单元中，与处理模块2的电源电路53(供应相对于地的电源电压V1和V2)连接。电压V1用于模块2的电子电路的电源，电压值更高的电压V2用于脱扣时脱扣线圈的电源。
当电流传感器由Rogowski螺旋管构成时，这些螺旋管是等同的，而不论断路器额定值是多少。在已知的使用这种类型的电流传感器的断路器中，额定值由脱扣装置确定。因此，不同的脱扣装置必须为不同的断路器额定值进行配置。校准模块3使它能够根据断路器额定值避免处理模块1的差异。校准模块3能够使放大器49的增益根据用户选择的额定值来调整。因此，当执行保护和/或测量功能时，处理模块自动地考虑所选择的额定值。在图9所示的实施例中，校准模块3包括接在地与放大器49的增益控制输入端G之间的电阻R1。输入端G通过电阻R2连接电压V1。这样，电阻R1和R2形成了分压器桥路，校准模块的电阻R1的阻值设定了代表断路器额定值的放大器增益G的值。如图7所示，校准模块3包括具有代表断路器额定值(ln)指示的前板54。当处理模块安装到接口23上时，这些指示仍在前板上保持其可见性。用户能够执行额定值的改变。为此，用户只需移走处理模块2并用具有所需额定值的新的校准模块替换旧的校准模块。当装上校准模块时，该前板上可见的新额定值将由处理模块自动考虑。
附加模块15用于向处理模块供应断路器的模拟最大瞬时阈值，或未级瞬时保护电平。该电平与处理模块的类型和断路器额定值无关。就它适应断路器的电动态承受范围来说，它只取决于断路器的类型。连接断路器的该电平由(例如)位于附加模块中的电阻R3、R4设定。
图9能够更好地理解附加模块15的作用。在处理模块2中，积分电路47的输出连接整流电路55。执行瞬时脱扣功能的模拟电路主要包括比较电路56。该电路把阈值S与整流电路55供应的代表流入要保护的导线中的最大电流的信号进行比较。
如果微处理器51检测到要保护的导线中的故障，则输出脱扣信号。当是瞬时故障时，则该故障由产生脱扣信号的模拟电路的比较器56检测。从微处理器51或者从电路56产生的脱扣信号通过或(OR)电路57送给电子开关的控制极。在图9中，该开关由触发极与OR电路输出连接的可控硅T构成。它的源极接地，其漏极串接极化或可逆二极管D后接电压V2。可控硅T的漏极和电压V2与连接断路器单元的处理模块输出端58连接，以便控制脱扣线圈7。
阈值S通过分压器得到，该分压器由图9中的串接在电压V1与地之间的电阻R5和R6构成。附加模块15的电阻R3和R4与电阻R5并联，以确定阈值S。该阈值可以容易地调节。通过消除电阻R3或R4中的一个，可以减小阈值S。由于附加模块中有两个电阻，因此可以容易地得到四种不同的阈值。
校准模块和附加模块不局限于图9的特定实施例。尤其是，它们可以附加设置更多数量的电阻以便增加可能的中间阈值或增益值的数量。它还可以在一个模块中串联(而不是并联)连接两个或多个电阻，并短路所需的电阻。
如图7所示，附加模块15包括具有代表断路器断路容量的指示的前板59。该断路容量(代表末级瞬时阈值)通常用代码表示。作为一个实例，在图7中。正常的断路容量用字母N表示。较高的断路容量用字母H表示，非常高的断路容量用字母L表示。
在图7和8中，校准模块3和附加模块15相对于接口23对称分布。
接口23连接断路器单元并支撑附加模块15和校准模块3，使处理模块可以更换。这些模块的使用能够使上述断路器的种类在最后阶段来鉴别，并能够容易地适合用户的需求。
上述的通信模块4与处理模块2之间的连接是光学连接。然而本发明不局限于这种类型的连接，本发明可扩展到包括任何类型的带电绝缘的连接，尤其是感应型的连接。
权利要求
1.一种断路器，它包括一个断路器单元(1)，一个含有电处理单元并与断路器单元机械和电连接的可更换处理模块(2)，一个机械固定(A1)到断路器单元上的并与处理模块(2)电连接的包含校准装置的校准模块(3)，和与外部通信总线(12)连接的通信装置，其特征在于，所述断路器包括至少一个与处理模块(2)和校准模块(3)不同的可更换的通信模块(4)，它包括所述通信装置，与断路器单元(1)机械固定(A2)，用具有电隔离的连接器件(11)连接处理单元(2)，用机械连接装置(33)连接表示断路器状态的断路器单元的部分和用电输入/输出连接装置(28)连接外部通信总线(12)。
2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，具有电绝缘的连接装置是光学连接器件(11)。
3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，通信模块(4)包括用机械连接装置连接到断路器单元的指示装置(34，35)，和通过光学连接器件(11)连接到处理单元(2)的遥控测量和/或遥控调整装置(29至32)；指示装置、遥控测量和/或遥控调整装置通过电输入/输出连接装置(28)连接到外部通信总线(12)。
4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，通信模块(4)包括与断路器的控制辅件(14)电连接(13)的控制装置(36)，该控制装置(36)通过电输入/输出连接装置(28)连接外部通信总线(12)。
5.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，电输入/输出连接装置(28)包含在与预定型号的通信总线(12)相配的通信模块装置(29，30)中。
6.根据权利要求所述1的断路器，其特征在于，用通信模块机械连接表示断路器状态的断路器单元的部分的装置(33)包括排列在通信模块中的并具有从对着断路器单元的通信模块的板伸出的控制部分的微触点(37)，并包含在用于所述控制部分的机械操作的断路器单元机械装置(40)中，该通信模块包括把来自微触点的机械信号转换为电信号的装置和指示断路器状态的装置(34，35)。
7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于，微触点(37)的控制部分(41，42)每个包括一个弹性的、蹦紧的覆盖相应微触点的薄膜。
8.据权利要求1所述的断路器，其特征在于，断路器单元(1)包括Rogowski螺旋管形成的电流测量装置(6)，该Rogowski螺旋管的输出与处理模块(2)连接；以可更换方式装在断路器单元(1)上的校准模块(3)包括一个具有代表断路器额定值(ln)的指示的前板(54)。
9.据权利要求所述6的断路器，其特征在于，处理模块(2)包括一个可变增益放大器(43)，该放大器与电流测量装置(6)的输出连接，并包括与校准模块(3)的校准装置(R1)连接的增益控制输入端(G)。
10.根据上述权利要求任一项所述的断路器，其特征在于，处理模块(2)包括与断路器单元(1)的电流传感器(6)连接的模拟量末级瞬时保护装置(55，56，57)，用于把最大模拟瞬时阈值(S)与代表电流传感器(6)施加的电流特性的数值比较，断路器包括一个内含用于根据断路器的类型调节所述阈值(S)的装置(R3，R4)的附加模块(15)，所述附加模块(15)以不可更换的方式机械地固定在断路器单元(1)上，与处理单元(2)电连接，并包括一个表示断路器的断路容量(N，H和L)的用来指示的面板(59)。
11.根据权利要求10所述的断路器，其特征在于，包括用于装配校准模块(3)和附加模块(15)的装置，所述的装配装置包括一个与断路器单元可靠固定的接口(23)，并包括导向装置(44，46)和与导向装置互补的固定装置(43，45)，以及校准模块(3)和附加模块(15)的固定装置。
12.根据权利要求所述11的断路器，其特征在于，校准模块(3)和附加模块(15)相对于接口(23)对称分布。
全文摘要
一种断路器,包括一个固定有通信模块(4)的断路器单元(1),一个处理模块(2)和一个校准模块(3)。通信模块仅通过具有电隔离的连接(11),最好是光学连接与处理模块建立通信,而校准模块与处理模块电连接。此外,通信模块靠机械连接表示断路器状态的断路器单元的部分并用双向电连接(28)连接外部通信总线。连接断路器单元的接口(23)可以起支撑校准模块和与处理模块电连接的附加模块(5)的作用,校准模块含有代表断路器的断路容量的信息。
文档编号H01H71/02GK1182968SQ97122839
公开日1998年5月27日 申请日期1997年11月15日 优先权日1996年11月15日
发明者埃里克·苏普蒂兹, 亨利·贝洛托, 卢克·韦纳克特, 帕特里斯·阿林 申请人:施耐德电器公司