用于低压、中压或高压断路器的监测系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于低压、中压或高压断路器的监测系统、以及一 种具有这样的监测系统的断路器。


背景技术：

2.断路器(cb)的操作机构是容易引起开关设备发生故障的主要子系 统中的一个。机构中发生的大部分机械故障可以通过监测行程曲线来检 测，行程曲线表示移动触头在打开或关闭操作期间的位置。此外，行程 曲线还可以揭示电气故障模式，如接触烧蚀。
3.今天，行程曲线监测很少应用于开关设备，主要是由于现有解决方 案的缺点：
4.a.当今的大多数行程曲线监测解决方案都是基于通过表示多个接 触磁极的运动学关系将主轴的所测量的角位置重新计算为移动触头的位 置。然而，这样的解决方案不能区分不同磁极的行程曲线。因此，当特 定磁极发生故障时，很难确定故障的位置。
5.b.在大多数cb中，推杆是行程曲线的优选测量位置。这对传感器 的几何形状和连接所需要的电气元件提出了很高的要求，这些电气元件 必须安装在非常有限的安装空间中。因此，只有少数位置传感器解决方 案被考虑在内。
6.c.常用的位置传感器需要位置传感器(例如，电位计或编码器)与 可移动部分的机械接口(接触)。因此，传感器必须承受由于开关操作 和由此产生的冲击振动而产生的高冲击力。在这种情况下，传感器或其 支撑件的机械故障会导致cb机构卡住及其故障。此外，传感器应当在 整个cb寿命期间可靠地测量行程曲线，这很难实现。
7.通常，上面列出的缺点是适用于cb中的行程曲线测量的位置传感 器的特征，并且只能通过选择高端解决方案来缓解。然而，这导致更高 的成本，使得永久安装没有吸引力。
8.有必要解决这些问题。


技术实现要素：

9.因此，具有用于监测低压、中压或高压断路器的改进的技术将是有 利的。
10.本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中另外的实施例 并入从属权利要求中。
11.在第一方面，提供了一种用于低压、中压或高压断路器的监测系统。 监测系统可以装配到的这样的断路器包括框架、固定触头、可移动触头、 驱动机构和连杆机构。该断路器然后布置成使得固定触头相对于框架固 定就位，并且连杆机构耦合到驱动器和可移动触头，并且驱动器的激活 被配置为移动连杆机构，使得可移动触头朝向或远离固定触头移动。可 以装配到这样的断路器的监测系统因此包括：传感器系统。
12.传感器系统包括位置传感器。传感器系统还包括处理器。位置传感 器被配置为相对于框架和连杆机构定位，使得连杆机构的一部分的横向 移动生成至少一个位移信号。因此在位置传感器附近存在气隙，并且横 向移动表示该移动垂直于气隙，使得气隙的大小通常不会改变，除非通 过例如振动。处理器被配置为将至少一个位移信号转换为可移动触头
朝 向或远离固定触头的位移移动。
13.这里，位移信号是一个用于表示由于横向移动而生成的信号的术语。 由于连杆机构的一部分的移动而生成的该位移信号然后可以用于生成与 连杆机构的该部分的移动有关的有效信息。然后可以使用校准信息，该 校准信息将由于连杆机构的该部分的移动而导致的位移信号与可移动触 头的移动相关联。
14.因此，例如在校准过程期间，驱动器可以被激活，使得连杆机构移 动以将可移动触头从开始完全打开位置驱动到其中可移动触头接触固定 触头的结束位置。获取由于连杆机构的一部分的移动引起的校准位移信 号，同时获取可移动触头朝向固定触头的校准位移移动。然后存储校准 位移信号与校准位移移动信息之间的这种相关性。这可以针对实际系统 或校准系统来进行，甚至可以通过建模来获取。因此，当驱动器操作并 且位移信号被生成时，相关性可以用于将该位移信号转换为可移动触头 的对应位移移动。因此，就其与固定触头的间距而言，可移动触头在哪 里是已知的，并且实际上，可移动触头行程曲线可以被生成。当可移动 触头与固定触头接触时，上述讨论也适用，并且其中位移信号与位移移 动的相关性可以被生成，然后该相关性可以用于在驱动器操作以将可移 动触头从固定触头移开时确定可移动触头相对于固定触头的位置。
15.以这种方式，可以通过不受振动和杂散电磁场影响的非接触式传感 机构来提供用于断路器的移动触头的触头行程测量，从而提供一种新的 有效的断路器监测解决方案。
16.在一个示例中，位置传感器被配置为安装到框架的、与连杆系统的 该部分间隔开的一部分，并且连杆系统的该部分相对于位置传感器的横 向移动被配置为生成至少一个位移信号。
17.因此，通过将位置传感器安装到框架，在激活期间在连杆系统上生 成的振动和力对传感器本身的影响被最小化和/或减轻。
18.在一个示例中，位置传感器包括感应换能器。
19.在一个示例中，感应换能器包括至少一个发射器以及第一接收器和 第二接收器。第一接收器被配置为生成至少一个位移信号中的第一位移 信号并且第二接收器被配置为生成至少一个位移信号中的第二位移信 号。
20.在一个示例中，第一接收器和第二接收器被配置和/或定位为使得第 一位移信号不同于第二位移信号。
21.在一个示例中，第一位移信号以与第二位移信号相反的方式变化。
22.在一个示例中，第一接收器具有沿着换能器的长度的正弦线圈形状， 并且第二接收器具有沿着换能器的长度的余弦线圈形状。
23.换言之，当连杆系统的该部分经过换能器时，它将同时与正弦形状 接收器和余弦形状接收器相互作用。因此，例如，位移信号可能看起来 像来自一个接收器的正弦波，同时又像来自第二接收器的余弦波，位移 可以被非常准确地确定。而且，实际上，作为分析的一部分，可以从另 一信号中减去一个信号，从而使得由于换能器垂直地朝向或远离连杆机 构的该部分的移动而产生任何信号变化，从而在垂直于在横向移动的方 向上改变气隙，信号的变化会影响两个接收器，并且因此由振动引起的 影响可以减轻。
24.在一个示例中，至少一个发射器是与第一接收器和第二接收器两者 相关联的一个发射器。
25.在一个示例中，第一接收器位于与第二接收器基本相同的位置。
26.因此，通过以这种方式生成两个位移信号，可以非常准确地确定连 杆系统的该部分的横向位移，同时可以使振动的影响最小化。
27.在一个示例中，传感器系统包括目标或检测器部分，目标或检测器 部分被配置为安装到连杆系统的该部分，使得目标或检测器部分与位置 传感器间隔开。连杆机构的该部分的横向移动因此被配置为导致目标或 检测器部分的对应横向移动。目标或检测器部分相对于位置传感器的横 向移动被配置为生成至少一个位移信号。
28.通过具有目标或检测器部分，由金属制成的该部分可以安装到连杆 系统的绝缘部分，并且目标部分可以以有利的方式增加信号并且确实生 成位移信号。
29.在一个示例中，目标或检测器部分的第一部分具有第一形状，并且 目标或检测器部分的第二部分具有与第一形状不同的第二形状。第一接 收器在空间上从第二接收器偏移。目标或检测器部分的横向移动被配置 为在第一接收器之上移动目标或检测器部分的第一部分并且同时在第二 接收器之上移动目标或检测器部分的第二部分。
30.在一个示例中，目标或检测器部分的第一部分具有正弦形状，并且 目标或检测器部分的第二部分具有余弦形状。
31.换言之，横向移动方向上的目标可以缩小到腰部，然后达到最大值， 然后再次缩小到腰部，实际上是一个正弦包络，其中目标的一侧具有正 弦形状，在另一侧由相同的正弦形状镜像。
32.然后一个接收器可以在例如腰部的起始位置处，而另一接收器可以 在最大值的起始位置处。然后随着目标的横向移动，来自腰部处的接收 器的接收器信号将增加，类似于正弦波信号，而来自最大值处的接收器 的接收器信号将减少，类似于余弦波信号。
33.因此，例如，位移信号可能看起来像来自一个接收器的正弦波，同 时又像来自第二接收器的余弦波，位移可以被非常准确地确定。而且， 实际上，作为分析的一部分，可以从另一信号中减去一个信号，从而使 得由于换能器垂直地朝向或远离连杆机构的该部分的移动而产生任何信 号变化，从而在垂直于在横向移动的方向上改变气隙，信号的变化会影 响两个接收器，并且因此由振动引起的影响可以减轻。
34.在一个示例中，至少一个发射器包括与第一接收器相关联的第一发 射器和与第二接收器相关联的第二发射器。
35.在一个示例中，位置传感器被配置为安装到连杆系统的、与框架间 隔开的一部分。连杆系统的该部分的横向移动被配置为导致位置传感器 的对应横向移动，并且位置传感器相对于框架的横向移动被配置为生成 至少一个位移信号。
36.换言之，通常优选将位置传感器安装到框架，但在某些情况下，将 位置传感器安装到连杆机构会更方便。
37.在第二方面，提供了一种低压、中压或高压断路器，该断路器包括 根据第一方面的监测系统。
38.参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得很清楚并且被阐明。
附图说明
39.下面将参考以下附图描述示例性实施例：
40.图1示出了用于低压、中压或高压断路器的监测系统的示例；
41.图2示出了用于低压、中压或高压断路器的三个示例监测系统的示 例，每个监测系统应用于例如三相系统的不同断路器磁极，其中使用单 个主轴但可以使用不同轴；
42.图3是位置传感器的一个示例；
43.图4示出了传感器系统的部分的示例，示出了位置传感器和目标或 检测器部分，其是相对于断路器的连杆机构的部分而示出的；
44.图5示出了传感器系统的部分的示例的前视图和侧视图，示出了位 置传感器和目标或检测器部分；
45.图6示出了传感器系统的部分的三个示例，示出了位置传感器和目 标或检测器部分；
46.图7示出了传感器系统的位置传感器相对于断路器的连杆机构的示 例位置；
47.图8示出了来自两个不同接收器的传感器信号的示例，该接收器可 以来自两个换能器中的一个换能器，示出了不同信号大小；
48.图9示出了位移相关换能器信号的示例；以及
49.图10示出了带有四个接收器线圈的位置传感器，其安装到断路器的 框架，定位在目标或检测器部分之上，该目标或检测器部分本身安装到 断路器的连杆机构，其中目标或检测器部分的特定“正弦包络”形状。
具体实施方式
50.图1-图10涉及用于低压、中压或高压断路器的监测系统。
51.在一个示例中，一种用于低压、中压或高压断路器的监测系统可以 改装到现有断路器或与断路器一体地制造。这样的断路器包括框架或外 壳9、固定触头13、可移动触头14、驱动机构15和连杆机构1、1a、1b、 1c、2、3。固定触头相对于框架固定就位，并且连杆机构耦合到驱动器 和可移动触头。驱动器的激活被配置为移动连杆机构，使得可移动触头 朝向或远离固定触头移动。监测系统包括传感器系统5、6、18。传感器 系统包括位置传感器6。传感器系统还包括处理器18，处理器18可以结 合在位置传感器本身内或结合在位置传感器外部。处理器在图中没有这 样示出。位置传感器被配置为相对于框架和连杆机构定位，使得连杆机 构的一部分的横向移动生成至少一个位移信号。处理器被配置为将至少 一个位移信号转换为可移动触头朝向或远离固定触头的位移移动。
52.在一个示例中，在将至少一个位移信号转换为可移动触头朝向固定 触头的位移移动时使用先前校准。
53.因此，可以从位移信号确定连杆机构的该部分工作了多少。先前校 准已经将连杆机构的该部分的移动与作为驱动器的激活的结果的可移动 触头的移动相关联。换言之，当驱动器激活时，连杆机构的不同部分在 一定方向上移动一定量，同时可移动触头也有一定移动。因此，由传感 器系统确定的连杆机构的移动转换为可移动触头的移动。
54.在一个示例中，驱动机构包括轴15。
55.在一个示例中，连杆机构包括一个或多个杠杆1。
56.在一个示例中，连杆机构包括多个杠杆1、1a、1b、1c。
57.在一个示例中，杠杆中的一个连接到驱动轴。
58.在一个示例中，杠杆中的一个连接到框架。
59.在一个示例中，连杆机构包括推杆3。
60.在一个示例中，推杆连接到可移动触头。
61.在一个示例中，第一杠杆连接到轴，使得第一杠杆与轴一起旋转， 并且一个或多个另外的杠杆连接在该杠杆与框架之间。这些另外的杠杆 中的每个杠杆可以与相邻杠杆一起围绕接头2旋转，并且附接到框架的 杠杆可以围绕接头17相对于框架旋转。然后推杆连接到围绕接头的杠杆 中的一个杠杆。因此，当驱动器激活时，轴旋转并且整个杠杆机构移动 并且与推杆连接的杠杆移动，使得推杆在固定触头的方向上被推动，从 而使可移动触头朝向固定触头移动。然后驱动器可以激活以使轴在相反 方向上旋转，并且使可移动触头远离固定触头移动。
62.根据一个示例，位置传感器被配置为安装到与连杆系统的该部分间 隔开的框架的一部分。连杆系统的该部分相对于位置传感器的横向移动 被配置为生成至少一个位移信号。
63.根据一个示例，位置传感器包括感应换能器。
64.根据一个示例，感应换能器包括至少一个发射器以及第一接收器和 第二接收器。第一接收器被配置为生成至少一个位移信号中的第一位移 信号并且第二接收器被配置为生成至少一个位移信号中的第二位移信 号。
65.根据一个示例，第一接收器和第二接收器被配置和/或定位为使得第 一位移信号不同于第二位移信号。
66.根据一个示例，第一位移信号以与第二位移信号相反的方式变化。
67.根据一个示例，第一接收器具有沿着换能器的长度的正弦线圈形状， 并且第二接收器具有沿着换能器的长度的余弦线圈形状。
68.根据一个示例，至少一个发射器是与第一接收器和第二接收器两者 相关联的一个发射器。
69.根据一个示例，第一接收器位于与第二接收器基本相同的位置。
70.根据一个示例，传感器系统包括目标或检测器部分5，该目标或检 测器部分5被配置为安装到连杆系统的该部分，使得目标或检测器部分 5与位置传感器间隔开。连杆机构的该部分的横向移动因此导致目标或 检测器部分的对应横向移动。目标或检测器部分相对于位置传感器的横 向移动因此生成至少一个位移信号。
71.根据一个示例，目标或检测器部分的第一部分具有第一形状，并且 目标或检测器部分的第二部分具有与第一形状不同的第二形状。第一接 收器在空间上从第二接收器偏移，并且目标或检测器部分的横向移动被 配置为在第一接收器之上移动目标或检测器部分的第一部分并且同时在 第二接收器之上移动目标或检测器部分的第二部分。
72.在一个示例中，两个接收器并排垂直于横向移动方向，并且每个接 收器与目标或检测器部分的形状不同的完全不同的部分相互作用。
73.在一个示例中，两个接收器并排，但可以间隔开，但在横向移动方 向上对准，使得如果目标附接到的连杆系统的该部分的横向移动足够大， 则第一接收器将通过目标的一部分，然后第二接收器将通过目标的同一 部分。但是目标在横向移动方向的方向上成形，使得在任何时间点，每 个接收器与目标的不同形状相互作用。
74.根据一个示例，目标或检测器部分的第一部分具有正弦形状，并且 目标或检测器部分的第二部分具有余弦形状。
75.根据一个示例，至少一个发射器包括与第一接收器相关联的第一发 射器和与第二接收器相关联的第二发射器。
76.根据一个示例，位置传感器被配置为安装到与框架间隔开的连杆系 统的一部分，并且连杆系统的该部分的横向移动被配置为导致位置传感 器的对应横向移动。位置传感器相对于框架的横向移动因此生成至少一 个位移信号。
77.在一个示例中，位置传感器包括感应换能器。
78.在一个示例中，感应换能器包括至少一个发射器以及第一接收器和 第二接收器。第一接收器被配置为生成至少一个位移信号中的第一位移 信号并且第二接收器被配置为生成至少一个位移信号中的第二位移信 号。
79.在一个示例中，第一接收器和第二接收器被配置和/或定位为使得第 一位移信号不同于第二位移信号。
80.在一个示例中，第一位移信号以与第二位移信号相反的方式变化。
81.这里，对相反方式的引用表示，当一个信号的幅度增加时，另一信 号的幅度减小。
82.在一个示例中，第一接收器具有沿着换能器的长度的正弦线圈形状， 并且第二接收器具有沿着换能器的长度的余弦线圈形状。
83.在一个示例中，至少一个发射器是与第一接收器和第二接收器两者 相关联的一个发射器。
84.在一个示例中，第一接收器位于与第二接收器基本相同的位置。
85.在一个示例中，传感器系统包括目标或检测器部分5，该目标或检 测器部分5被配置为安装到框架，使得目标或检测器部分5与位置传感 器间隔开。位置传感器相对于目标或检测器部分的横向移动因此生成至 少一个位移信号。
86.在一个示例中，目标或检测器部分的第一部分具有第一形状，并且 目标或检测器部分的第二部分具有与第一形状不同的第二形状。第一接 收器在空间上从第二接收器偏移。位置传感器的横向移动被配置为在目 标或检测器部分的第一部分之上移动第一接收器，同时在目标或检测器 部分的第二部分之上移动第二接收器。
87.在一个示例中，目标或检测器部分的第一部分具有正弦形状，并且 目标或检测器部分的第二部分具有余弦形状。
88.在一个示例中，至少一个发射器包括与第一接收器相关联的第一发 射器和与第二接收器相关联的第二发射器。
89.因此，已经开发出一种使用新传感器系统的新接触行程曲线监测技 术，以用于制定电断路器(cb)的预测性维护和故障检测策略。在这项 新开发之前，现有技术需要使用位置传感器(如电位计或编码器)的机 械接口来测量位置。
90.在新技术的一个具体实施例中，新技术利用在断路器部分中或在附 接到其的目标中感应的涡流，以在亚毫米范围内以高精度检测它们的位 置。这是通过使用带有差分信号处理的感应发射器和接收器电路来进行 的，从而使位置传感器不受振动和电磁干扰的影响。该解决方案允许对 移动触头进行非接触式位置感测，这有利于整个系统的可靠性，并且提 供了将监测系统改装到现有断路器中的可能性。位置监测设备的简单并 且节省空
间的设计允许其甚至集成在具有较低额定电流的较小cb中。
91.这里的新技术实际上涉及通过将感应位置传感器附接到其框架来修 改断路器。传感器安装在作用于断路器的可移动触头的活动部分附近(例 如，0.2毫米-20毫米气隙)，以测量触头的行程。位置感测应当在连杆 的导电部分上进行，在这种情况下，在理想情况下可以是断路器的一部 分(例如，连杆的杠杆)或直接附接到感兴趣的断路器部分的专用导电 (例如，铝)板(例如，连杆的推杆或杠杆)。例如，传感器可以由发 射器线圈和两个相对的接收器线圈组成，它们以不同的方式对目标的位 置变化作出反应，但以相同的方式对间隔(气隙)的变化作出反应。通 过这样的设计，可以实现对作为应用于断路器的非接触式传感器的重要 问题的振动效应的补偿，并且实现对开关设备内部应用常见的电磁噪声 的抑制。传感器组件可以由低成本的电子元件制成。发射器线圈和接收 器线圈可以直接印刷在pcb上。传感器信号处理可以在集成电路中进 行，并且输出信号可以根据开关设备继电器输入的要求而轻松定制。该 解决方案的好处可以总结如下：
92.a.线性位置感测允许直接测量每个磁极的行程曲线，从而更精确地 确定故障类型和位置。
93.b.紧凑的设计允许轻松安装传感器并且提供改装的可能性。
94.c.非接触式位置感测可以大幅提高传感器的可靠性，并且使因传感 器或其支撑件的机械故障而导致的cb故障的机会最小化。
95.简而言之，带有监测系统的完整电气开关布置包括：
96.1.框架(例如，带有全静态组件的断路器外壳)。
97.2.至少一个固定触头。
98.3.至少一个移动触头组件(例如，包括触头弹簧)。
99.4.操作机构，通过连杆机构作用于移动触头组件。
100.5.至少一个固定(相对于框架)传感器
101.a.传感器被配置为感测连杆机构的可检测部分的位移，其中感测到 的位移表示移动触头组件的至少一部分的位移。
102.b.在传感器与可检测部分之间提供有气隙/间隔，使得传感器不与 连杆机构接触，其中间隔与位移正交。
103.c.传感器至少包括换能器，该换能器根据换能器与可检测部分之间 的间隔以及可检测部分的位移来提供信号。
104.现在描述一些具体的详细实施例，其中再次参考图1-图10。
105.这里：
106.图1示出了用于低压、中压或高压断路器的监测系统的示例。这里， 示出了断路器的运动链的侧视图。示出了与单个电相相对应的典型的三 个子机构(连杆)中的一个。在1处示出的是杠杆(连杆)1a、1b和1c， 杠杆之间具有杠杆接头2。另外，在附接到框架9的支点处具有接头17。 作为驱动机构的主轴15能够旋转，并且杠杆1a随之旋转，并且杠杆1b、 1c移动。作为断路器机构的一部分的推杆3通过杠杆接头2连接到杠杆 1c，并且在推杆与可移动触头14之间具有触头连接组件16。当主轴逆 时针旋转时，杠杆1c顺时针旋转，并且推杆3垂直移动，并且随着可移 动触头14随推杆移动，可移动触头14朝向固定触头13移动并且最终接 触固定触头13。主轴可以在相反方向上旋转以使可移动触头14远离固 定触头13移
动，备选地，诸如基于弹簧的系统(未示出)等另一机构可 以使可移动触头远离固定触头移动。
107.图2示出了用于低压、中压或高压断路器的三个示例监测系统的示 例，每个监测系统应用于不同断路器磁极，例如三相系统。这里，示出 了具有感测元件的可能位置的电触头和连杆组件的前视图示意图。三个 移动触头组件中的每个配备有自己的感测元件。
108.图3示出了位置传感器的示例。具体地，示出了感应位置传感器线 圈装置6。外部矩形线圈是发射器，并且发射器内部的正弦和余弦形线 圈充当接收器。
109.图4示出了传感器系统的部分的示例，示出了位置传感器和目标或 检测器部分，其是相对于断路器的连杆机构的部分而示出的。这里，具 体地，示出了断路器机构1的一部分的正视图示意性剖切，该断路器机 构1具有附接的可检测目标或检测器部分5以及附接到框架9的感测元 件或位置传感器6。目标外壳4允许目标5通过连接螺栓2的配件相对 于杠杆机构1和推杆3精确对准。感测元件6使用角支架7和两个螺钉 8附接到框架9。
110.图5示出了传感器系统的部分的示例的前视图和侧视图，示出了位 置传感器和目标或检测器部分。这里，在(a)处示出了传感器6和目标 5的布置的前视图，并且在(b)处示出了传感器目标布置的侧视图。
111.图6示出了传感器系统的部分的三个示例，示出了位置传感器和目 标或检测器部分。这里，具体地，示出了可能的断路器机构和感测元件 的前视图示意图。在a)处示出了组件，该组件包括(导电)机械杠杆1、 (可能但不一定是绝缘的)垫片12、以及作为连杆1和3的可检测部分 的导电目标5。在b)处示出了组件，该组件包括(可能但不一定是绝缘 的)机械杠杆1、以及作为连杆1、3的可检测部分的导电目标5。在c) 处示出了直接应用于作为可检测部分的导电杠杆的感测元件或位置传感 器6。
112.图7示出了传感器系统的位置传感器相对于断路器的连杆机构的示 例位置。这些是传感器元件(位置传感器)相对于表示移动触头位置的 断路器机构的可能位置，但位置传感器可以位于连杆机构的其他位置。
113.图8示出了来自两个不同接收器的传感器信号的示例，该接收器可 能来自两个换能器中的一个换能器，示出了不同信号大小。这里，两个 传感器换能器(1和2)具有输出信号(分别与位移的余弦和正弦成比例)。 如图所示，面板(a)和(b)中的信号大小不同，对应于目标和传感器 的不同间隔。然而，曲线的相对位置保持不变，从而能够准确确定与这 些间距变化正交的横向位移(例如，由于振动等引起的气隙变化)。
114.图9示出了位移相关换能器信号的示例。这里，表明，具有位移相 关部分的两个传感器换能器信号在(a)处对位移具有不同依赖性，或者 在(b)处对位移完全没有依赖性。
115.图10示出了带有四个接收器线圈的位置传感器，其安装到断路器的 框架，定位在目标或检测器部分之上，该目标或检测器部分本身安装到 断路器的连杆机构，其中目标或检测器部分的特定“正弦包络”形状。 因此，这示出了具有调制目标的感应位置传感器，并且感应位置传感器 具有四个谐振线圈布置。每个线圈同时充当接收器和发射器。
116.如上所述，新技术提供了一种断路器内的状态监测解决方案，该解 决方案基于通过不受振动和杂散电磁场影响的非接触式传感器对各个磁 极的接触行程测量。这通过电气开关(断路器)布置来实现，例如具有 三极断路器的三相开关设备，或单极断路器和一个监测系统，或双极断 路器和两个监测系统。因此，对于三断路器系统，新布置包括：
117.·
三个电流中断器，每个具有一个固定触头和一个移动触头。三 个断路器中的三对触头对应于三个电气相(参见图2)。电流中断器例 如可以是真空中断器，但不一定是真空中断器。
118.·
断路器机构，包括三个移动触头组件(每个断路器一个移动触 头组件，包括触头弹簧)、作用在触头组件上的三个触头推杆、三个连 杆机构(一组杠杆)，以将每个推杆链接到主轴(参见图1-图2)。开 关机构的作用是通过连接或分离可移动触头和固定触头来打开或关闭电 路。主轴由可以是弹簧或电磁驱动的致动器驱动。
119.·
框架，用作开关机构的部分的支撑件。特别是用作中断器的附 接点，并且因此用作固定触头。它还用作断路器组件和操作员的保护。
120.·
三个感应位置传感器(每个移动触头一个感应位置传感器)， 包括一个发射器线圈和两个接收器线圈(参见图3)。(通常也可以使 用单个传感器。)每个传感器使用角支架附接到外壳，并且设置为感测 附接到由具有推杆的接头固定的杠杆的导电目标的位置(参见图4)。 传感器的精确定位对于测量精度很重要。目标使用例如夹在杠杆上的非 导电外壳被附接，并且具有用于推杆杠杆接头的螺栓的配件(参见图4)。 这样的配合允许精确地定义对测量精度有重要影响的目标的位置。传感 器的主要特征如下：
121.·
在传感器与目标之间设置有气隙/间隔，使得传感器不与任何可 移动部分物理接触，其中间隔与位移正交(参见图5)。这是传感器的 一个重要特征，它使其是非接触式的，并且因此不需要传感器与任何移 动部分的机械接口。
122.·
传感器利用感应式位置感测原理。即，它具有发射器线圈(换 能器)。线圈可以用交流电驱动，交流电在放置在其附近的导电目标中 感应出所谓的涡流。目标中的涡流改变了其他两个换能器(两个接收器 线圈)的响应，并且由于接收器线圈的形状为正弦和余弦形式，因此响 应与目标位置的正弦和余弦成比例。因此，可以高精度地测量目标的位 置。
123.·
除此以外，传感器的三个换能器布置还提供了两个优势：可以 使用发射器信号的已知频率提取接收器信号，这会产生更高的信噪比， 更重要的是，最终抑制由外部电磁场感应的信号；可以对接收器线圈的 信号进行准差分处理，以使信号的总电平(取决于目标的间距和目标的 横向位置)在位置计算中不起作用，从而导致最终拒绝改变传感器与目 标之间的距离的横向振动的影响。
124.最佳监测解决方案涉及直接或在移动部分处感测触头位置，这表示 尽可能靠近触头本身的触头位置。因此，关于在何处和如何安装感测元 件以及是否需要将专用目标附接到移动部分有几种可能性(参见图6和 图7)：
125.·
推杆位置的感测。推杆通常由绝缘材料制成，因此需要将导电 目标附接到推杆(图6b和图7e)。
126.·
在附接有专用目标的情况下使用非导电垫片或目标外壳组件来 感测水平杠杆位置(图6a和图7b-图7c)
127.·
在没有附接目标的情况下感测杠杆位置(此处由导电材料制成 的杠杆用作目标；图6c、图7a-图7d)。
128.在所有情况下，除了直接在推杆上或在推杆和水平杠杆的接头上进 行位置感测(参见图7e-图7f)外，感测位置被重新计算到推杆的位置， 知道连杆的运动链的几何形状。
(此外，在所有情况下，也可以考虑运 动的性质，即线性或拱形运动。对于不同情况，可以使用不同形状的发 射器和接收器线圈。)在没有附接目标的情况下检测杠杆的位置具有更 容易将传感器安装在断路器内部(提供改造能力)的优点，并且在组件 中需要更少的零件，这使得解决方案更具成本效益。在需要目标的情况 下，目标相对于杠杆的精确定位很重要，以便通过用于对准的结构(配 件)(例如，图4所示的那些)实现高精度的行程曲线测量。
129.另一需要考虑的特征是电感式位置感测元件的选择。位置传感器可 以有效抑制切换期间出现的强瞬态电磁场，并且对改变传感器与目标之 间的气隙的振动不敏感。第一个可以使用接收器换能器(线圈)和差分 测量方案来实现，其中由断路器的电磁场感应的信号以相同的方式在两 个换能器中被感应出，并且可以在处理信号时被抵消。除了将接收器信 号锁定到发射器频率之外，还增加了附加的鲁棒性，因为频率与发射器 频率不匹配的所有其他信号都将被拒绝。类似地，对振动的不敏感性取 决于产生与位移的正弦或余弦成比例的信号的线圈的形状。在这种情况 下，可以将位置计算为两个信号之间的角度。气隙的变化会影响信号的 大小，但不会影响信号的角度，因此这种布置对振动具有鲁棒性。
130.通常，间距变化补偿也可以使用两个或更多个换能器来实现，这 些换能器在间距变化时产生相同的信号，而在位移变化时产生不同的 信号，反之亦然。例如(参见图9)，这里，换能器1s1的信号是与 位移d和间距t成比例的信号的线性组合，而换能器1s2的信号是与 s1的相反的位移d成比例的信号和具有相同系数的与间距t成遍历的 信号的线性组合。因此两个换能器信号的差异导致间距相关部分的减 法和位移相关部分的加倍：
131.s
1-s2＝(kd+lt)-(-kd+lt)＝2kd
132.因此，已经减轻了导致间距变化的振动的影响，或者实际上随着位 移的偏移变化而对两个换能器产生同样的影响。
133.此外，接收器信号的调制可以通过对换能器线圈进行整形(如上文 所述并且如图3所示的正弦或余弦整形线圈)或通过对目标进行整形并 且使用矩形或圆形线圈(参见图10)来进行。如图10所示，与线圈相 互作用的目标或检测器部分具有类似正弦的形状，从窄腰到最大值，然 后以类似正弦波的方式返回到窄腰。图10中的示例示出了换能器线圈的 各种布置是可能的。一般规则是，至少需要两个换能器来补偿上述影响。 这里两个换能器可以是指一个发射器和两个接收器或两个发射器和两个 接收器。
134.虽然本发明已在附图和前述说明中详细说明和描述，但这种说明和 说明应当被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所 公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术 人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的其他变 化。