專利名稱：帶存儲器的額定值插頭的斷路器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的斷路器，它具有可調(diào)換的額定值插頭，用以有選擇地設定斷路器的跳閘電流，并且特別涉及到以一臺微處理機為基礎的具有額定值插頭的斷路器，該插頭也包含一個存儲設備，它記錄由微處理機產(chǎn)生的操作數(shù)據(jù)，以便在額定值插頭脫離斷路器時用一個手提式閱讀器來檢索。
斷路器廣泛應用于保護電力線路和設備，該斷路器監(jiān)測流過一根導體中的電流，并在達到一定標準值時跳閘而遮斷該電流。該標準值之一就是允許通過被保護電路的最大連續(xù)電流。該斷路器在設計上規(guī)定能承載的最大連續(xù)電流即稱為設計(frame)額定值。但是，斷路器能用于保護最大連續(xù)電流小于斷路器設計額定值的電路，在這種情況中，如果電流超過了連接該斷路器的具體電路中規(guī)定的最大連續(xù)電流，則該斷路器即形成跳閘。這個電流就稱為斷路器的運行(Current)額定值。顯然，斷路器的運行額定值可以小于而不能大于設計額定值。
通常，斷路器的運行額定值由一個額定值電阻來設定，該電阻是這樣選擇的，即當在被保護的電路中允許的最大連續(xù)電流成比例的電流通過該額定值電阻時產(chǎn)生一預定的電壓。為了提供運行額定值的調(diào)節(jié)，以便使斷路器能用于具有不同最大連續(xù)電流的保護電路，通常將該額定值電阻引入到一個可調(diào)換的額定值插頭中，該插頭可有選擇地插到斷路器上。美國專利No.3，826，951公開了具有這樣一個可調(diào)換的額定值插頭的斷路器的一個例子。
在斷路器已經(jīng)傳統(tǒng)地成為電氣機械模擬設備的同時，近來斷路器已發(fā)展為結(jié)合一臺微處理機來實現(xiàn)跳閘邏輯、美國專利No.4，351，013所公開的這種微處理機為基礎的斷路器(微處理機基本斷路器)就是一例。這種斷路器包括有一個帶電阻器的可調(diào)換的額定值插頭，可為被保護電路所規(guī)定的最大連續(xù)電流選擇一個基準值。
斷路器經(jīng)受著機械磨耗和電氣損傷，這些因素決定了該設備的運行壽命。通常期望知道斷路器還剩下多少有用的壽命，以便在其失效前，不過早地更換它。通常在斷路器的操作機構(gòu)上附加一個機械計數(shù)器來記錄操作循環(huán)，這樣來提供有關(guān)斷路器機械磨耗方面的程度，然而它提供不出斷路器在電氣損傷方面的估計。斷路器遮斷故障狀態(tài)下的電流可以大大超過最大連續(xù)電流，斷路器一般能在各種電流狀態(tài)甚至在稍大于最大連續(xù)電流條件下操作多次，然而在大故障電流條件下也許只能操作幾次，甚至在遮斷很大的在具體裝置中能遇到的故障電流時只能操作一次。
因此，對斷路器有必要提供關(guān)于剩余運行壽命的定量測量。
對這樣一種斷路器還有一個必要就是，定量測定剩余運行壽命應當快速有效并且易于獲得。
在一臺以微處理機為基礎的斷路器和進一步在具有一個可調(diào)換額定值插頭的以微處理機為基礎的斷路器中，上述能力就更加需要。
對于這樣一種斷路器提供剩余壽命定量測量中的一個附加需要是，要考慮到遮斷電流的幅值及操作機構(gòu)的循環(huán)次數(shù)。
本發(fā)明能滿足上述和其它的要求，本發(fā)明針對一臺斷路器采用一臺微處理機，它在跳閘設備中監(jiān)視被該斷路器保護的電路中的電流，以及在電流超過選定的電流值時使斷路器的操作機構(gòu)去跳閘。該跳閘設備的微處理機也產(chǎn)生關(guān)于斷路器的運行數(shù)據(jù)，它包括操作機構(gòu)的操作次數(shù)，以及累積計算被每次跳閘所遮斷電流的函數(shù)所加權(quán)的跳閘次數(shù)。這項運行數(shù)據(jù)被寫入一個非易失(永久性)的存儲器中，例如一個可擦抹的電氣編程只讀存儲器(EEPROM)，它被裝載在一個可調(diào)換的額定值插頭中。
結(jié)合下述附圖閱讀下述最佳實施例的說明，能對本發(fā)明充分了解。


圖1，結(jié)合本發(fā)明所用斷路器的等角視圖;
圖2，圖1所示斷路器的示意電路圖;
圖3，圖1和2斷路器用的一個存儲設備的存儲變換圖;
圖4，一臺微型電子計算機用的適當程序的流程圖，該微型電子計算機是圖1和2中斷路器的組成部分;
圖5，用于讀和編程一個額定值插頭的攜帶式程序編制器的等角視圖，該插頭是圖1和2斷路器的組成部分;
圖6，為圖5攜帶式程序編制器編程的系統(tǒng)圖。
本發(fā)明將以一臺示意地表示于圖1的三相微處理機為基礎、模鑄外殼斷路器1來進行闡述。例如在美國專利No.4，351，013中對這種斷路器載有詳細描述。但需知，本發(fā)明可用于其它的微處理機為基礎的斷路器。
如圖1所示，斷路器1包括有一個模鑄外殼3。一個跳閘單元5監(jiān)視流過斷路器所連接電路中導體的電流(見圖2)，如果超過預定電流參數(shù)，則它驅(qū)動一個跳閘機構(gòu)，斷開該電路。這些參數(shù)之一就是斷路器的最大連續(xù)電流，或稱額定電流。額定電流是由一個額定值插頭7來設定的，它可取出地插在跳閘單元5的前面。該斷路器1還包括一個手柄9，運行人員可用它操作該跳閘機構(gòu)，還有手動控制器11。
如圖2所示，斷路器包括線路端子13A、13B和13C，用于連接三相交流電源(未示出)，和相應的負荷端子15A、15B及15C。該斷路器1還包括有一組觸頭17A、17B和17C，用于通過引線19A、19B和19C連接到線路端子以及通過導線21A、21B和21C連接到負荷端子的每一相。觸頭17A、17B和17C由一個脫扣桿23操作，該桿23又由一個跳閘機構(gòu)25操作。跳閘機構(gòu)由微型計算機為基礎的跳閘單元27來控制。微型計算機為基礎的跳閘單元27分別通過電流檢測器29A、29B和29C來監(jiān)視各相電流，并按美國專利No.4，351，013中所討論的方式編制程序，以實現(xiàn)按預定時間和電流的相對關(guān)系的跳閘特性來驅(qū)動跳閘機構(gòu)25，斷開觸頭17A、17B和17C。
按時間與電流關(guān)系的跳閘特性，一部分是斷路器所允許的最大連續(xù)電流的函數(shù)。該最大連續(xù)電流也稱為該斷路器運行的額定電流。只要該電流保持在這個最大連續(xù)電流的額定值以下，則斷路器即保持合閘。瞬時小幅度地偏移于該額定電流以上是能承受住的，但是，持續(xù)地過電流將導致斷路器跳閘。跳閘信號的產(chǎn)生和時間的延遲是電流大小的反函數(shù)。例如由一故障所造成的很大幅值的過電流，對此，微型計算機的編程為產(chǎn)生一個瞬時跳閘信號。
斷路器1的額定電流由應用該斷路器的設備所確定。如前所述，一臺斷路器被設計成連續(xù)地維持一定的電流水平，這稱為設計的額定值。然而，一臺斷路器可應用于具有一定范圍的最大連續(xù)電流的設備中，這個范圍直到斷路器的設計額定值，該最大連續(xù)電流對于具體應用來講就是該運行的額定值。在美國專利No.4，351，013中的斷路器，其運行額定值是由可調(diào)換的額定值插頭7來設定。如圖2所示，該額定值插頭7具有十個觸銷，由它們將該額定值插頭與微型計算機為基礎的跳閘單元27連接起來，觸銷1是一個公共接地銷，觸銷2連接一個可卸開的跨接線31，如果接上該跨接線表示斷路器連接在60赫茲的設備上;如果卸下該線則等于接到50赫茲的裝置?？尚断碌念~定值插頭7還設有一組電池33，它由一個阻塞二極管35進行保護，該二極管通過觸銷3與微型計算機為基礎的跳閘單元27連接。電池33向LED(發(fā)光二極管)。指示器(未示出)提供電源，在斷路器跳閘時由微型計算機為基礎的跳閘單元27來控制。該電池33在斷路器由被保護的電路供電的一個設備中是必需的，因為在斷路器被跳閘后那里的電源消失了。在額定值插頭7中的一個LED37當試驗按鈕39被壓下時提供一個電池狀態(tài)指示。電阻41抑制通過LED37的電流。
額定值插頭7還包括有三個精密電阻器43、45和47，它們連接到公共接地端，并分別通過觸銷4、5和6連接到微型計算機為基礎的跳閘單元27。電阻器43為微型計算機提供一個與該斷路器的設計額定值有關(guān)的基準值。電阻器45通過提供給微型計算機一個與最大連續(xù)電流有關(guān)的基準值而建立該斷路器的運行額定值，這個電阻器可有選擇地設定所期望的運行額定值。電阻器47是為微型計算機為基礎的跳閘單元27用的一個校準電阻。
這里所描述的額定值插頭的各部件在美國專利No.4，351，013中斷路器應用的額定值插頭中已提供。
斷路器1的壽命決定于機械操作的次數(shù)，也即決定于觸頭17A、17B和17C的開與合的次數(shù)。這種機械操作不僅包括跳閘，而且包括在正常電流低于額定電流時斷路器的斷開與合閘，以及包括無電流流過觸頭條件下的斷路器操作。在斷路器1上的磨耗也決定于被遮斷電流的幅值。遮斷相當大幅值的電流導致觸頭間的發(fā)弧。即使斷路器包括有降低這種電弧效應的裝置，仍會引起各觸頭的某些劣化。遮斷很大故障電流時，僅幾次遮斷或甚至一次極大的電流遮斷就會使觸頭不能再運行。
期望對斷路器的磨耗有一個定量測量，以便在其失效前從運行中換掉該斷路器，同時也期望該斷路器獲得最大運行期限。根據(jù)本發(fā)明，微型計算機為基礎跳閘單元27被編程去計算該操作機構(gòu)的操作次數(shù)，同時還維持計算作為被遮斷電流幅值的函數(shù)所加權(quán)了的遮斷電流的次數(shù)。這兩項計算對使用斷路器及相應的剩余運行壽命提供了定量的測量。微型計算機為基礎的跳閘單元27能從產(chǎn)生跳閘信號中由微型計算機產(chǎn)生的信息中計算跳閘次數(shù)，以及進行以遮斷電流的幅值為函數(shù)的加權(quán)計算。為了計算操作機構(gòu)的機械操作次數(shù)，該微型計算機為基礎的跳閘單元27從具有一個驅(qū)動臂51的微動開關(guān)49接受一個信號，該臂51由斷路器的跳閘桿23上的一個凸輪53來操作。
微型計算機為基礎的跳閘單元27所產(chǎn)生的運行壽命信息被傳送到設于額定值插頭7中的一個永久性存儲器55，該存儲器55采用一個可擦抹的電氣編程的只讀存儲器(EEPROM)的形式。該EEPROM55通過輸入VDD供電，并通過輸入VSS接到公共接地端。EEPROM55還具有一個芯片選擇輸入CS、一個串聯(lián)時鐘輸入SK、一個數(shù)據(jù)輸入端DI(通過它EEPROM接受微型計算機的數(shù)據(jù))、以及一個數(shù)據(jù)輸出端DO(通過它由微型計算機讀出EEPROM中的數(shù)據(jù))。CS、SK、D1和D0端分別通過額定值插頭7的觸銷7、8、9和10連接到微型計算機。
圖3說明EEPROM的存儲器的圖，它存儲有關(guān)斷路器方面的運行數(shù)據(jù)。該EEPROM包括有四個存儲斷路器運行數(shù)據(jù)的寄存器。第一個寄存器57記錄該斷路器的型式或型號，第二個寄存器59記錄該斷路器的系列號，寄存器61記錄斷路器的跳閘歷史，它是被每次跳閘時遮斷電流的函數(shù)所加權(quán)了的跳閘次數(shù)。最后，寄存器63記錄斷路器操作機構(gòu)的操作次數(shù)。跳閘歷史和操作機構(gòu)的操作次數(shù)由微型計算機寫到寄存器61和63中。寄存器57和59中的型式或型號數(shù)碼和系列號碼由要討論的單獨設備進行輸入。
圖4示出由微型計算機為基礎的跳閘單元27來實現(xiàn)本發(fā)明用的一個適當程序的流程圖。這個程序與跳閘程序和由微型計算機為基礎的跳閘單元執(zhí)行的其它程序周期地一起運行。電源提供、跳閘電流標志TC和合閘標志全在步驟64中初始化到零，然后，微型計算機為基礎的跳閘單元在步驟65讀出開關(guān)49的狀態(tài)。如果，該開關(guān)為在步驟67確定為合閘狀態(tài)，則在69處做出確定，是否這是由檢查該合閘標志做出的狀態(tài)改變，如果這不是狀態(tài)改變，則此程序即被輸出;但是，如果該開關(guān)由于上道運行程序而已經(jīng)處于合閘狀態(tài)，則在步驟71處合閘標志置1及TC標志置0，并在73中操作計數(shù)器的數(shù)字遞增1。然后，操作機構(gòu)的這一操作次數(shù)的改變在該程序出口之前，在75號框中被寫到該額定值插頭的EEPROM中。
如果開關(guān)49在步驟67檢查時不是合閘狀態(tài)，說明該跳線31是斷開的，則在68處該合閘標志被置于零態(tài)。如果TC標志在76處不置于1，這指示由于該跳線是開斷的所以此程序是第一步程序，在步驟77檢查跳閘電流值(TCV)。如果跳閘電流值在79處確似為小于最大連續(xù)電流值，則為未曾發(fā)生故障，并且程序到達出口。但是，如果已超過最大連續(xù)電流，則在80處TC標志被置于1，并以跳閘電流幅值為基礎的一個加權(quán)的值被計算出并在81加到跳閘歷史的計數(shù)中。這些加權(quán)的值可根據(jù)對一臺具體斷路器應用選擇適合的公式進行計算或存儲在一張表中。然后，這一新的操作歷史計數(shù)在程序出口之前在步驟75被寫到額定值模擬插頭。
在這種方式中，與斷路器機械操作次數(shù)相關(guān)運行數(shù)據(jù)，以及建立在遮斷電流量值基礎上的跳閘歷史，它們連續(xù)地發(fā)生并存儲在可調(diào)換的額定插頭7中的EEPROM55中。
當期望時，額定值插頭7可從斷路器的跳閘單元5上取下，并投到一個閱讀器上，諸如圖5所示的攜帶式編程設備83。該編程器83包括一個接受器85，額定值插頭7插入其中。編程器83執(zhí)行幾個功能，它從額定值插頭7的EEPROM55中讀出型式號碼、序列號碼、操作次數(shù)和跳閘歷史;將型式號碼和序列號碼寫到該EEPROM，并在記錄這些操作次數(shù)和跳閘歷史后清除這些寄存器。舉例的編程器是利用一個選擇開關(guān)87以硬線連接去執(zhí)行這些功能。與該EEPROM相關(guān)寄存器中的數(shù)據(jù)被顯示在一個數(shù)字顯示器89上。代表型式號碼和序列號碼的數(shù)字利用一個鍵盤91打字并輸入。
如圖6所示，編程器包括有一個微型計算機93(示意地示出)、它編制程序執(zhí)行由選擇器87選定的讀和寫功能。由顯示器89顯示出該額定值插頭7中各寄存器的數(shù)據(jù)，型式號碼和序列號碼響應于通過鍵盤91輸入的數(shù)據(jù)而被輸入。
當對斷路器預備一個新的插頭時，它首先被插到編程器83中的接受器85中，并將該斷路器的型式號碼和序列號通過該鍵盤91而輸入。然后，再把該額定值插頭從編程器83上取下，并插到斷路器1的跳閘單元5上。以后，斷路器的這個微型計算機為基礎的跳閘單元27即周期地將斷路器操作次數(shù)和跳閘歷史輸入到該額定值插頭7的EEPROM55中適當?shù)募拇嫫髦?。當期望時，技術(shù)人員即可從該斷路器的跳閘單元中取下這個額定值插頭7，把它插到該編程器上以讀取該操作機構(gòu)的操作次數(shù)和跳閘歷史。
在本發(fā)明指定的各實施例已詳細闡述后，本技術(shù)領域人員將領會到，根據(jù)所公開的全部講述可對這些細節(jié)開發(fā)出各種修改和改變，因此，所公開的具體結(jié)構(gòu)只意味著是為了說明之用，而并不能限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍完全由附后的權(quán)利要求和所有與其等效物所給定。
權(quán)利要求
1.一臺電氣回路用的斷路器，它包括有一個操作機構(gòu)，用于進行操作以遮斷該電氣回路中的電流；一個包括一臺微處理機的跳閘設備，該微處理機監(jiān)視該電氣回路中的電流，并通過自動操作該操作機構(gòu)而產(chǎn)生跳閘，以便當該電流超過選定值時切斷該電氣回路中的電流，其特征在于一個可調(diào)換的額定值插頭具有一個設定部分，以便設定所選定的電流值，在該電流值處該該跳閘設備使該操作機構(gòu)脫扣；以及一個非易失存儲器，在所述跳閘設備中的所述微處理機包括一個發(fā)生部分，用于發(fā)生運行數(shù)據(jù)和將所述運行數(shù)據(jù)寫到可調(diào)換的額定值插頭中的該非易失存儲器中。
2.如權(quán)利要求1中的斷路器，其中，所述的發(fā)生部分包括一個跳閘歷史部分，用于建立所述操作機構(gòu)的跳閘歷史。
3.如權(quán)利要求2中的斷路器，其中，所述的跳閘歷史部分包括一個累積計數(shù)部分，用于產(chǎn)生一個累加計數(shù)，以計算被每次跳閘中所遮斷的電流的函數(shù)所加權(quán)的跳閘次數(shù)。
4.如權(quán)利要求3中的斷路器，其中，所述的發(fā)生部分包括一個操作計數(shù)部分，用于對所述操作機構(gòu)進行操作次數(shù)的計數(shù)。
5.如權(quán)利要求1中的斷路器，其中，所述的發(fā)生部分包括一個操作計數(shù)部分，用于對所述的操作機構(gòu)的操作進行操作計數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所要求的組合，它包括有一個編程器裝置，當所述可調(diào)換的額定值插頭從所述斷路器上取下時可改接到其上;所述編程器裝置具有一顯示部分，用于將被該跳閘設備的所述微型計算機寫到該非易失存儲器中的運行數(shù)據(jù)顯現(xiàn)出來。
7.如權(quán)利要求6的組合，其中，該可調(diào)換的額定值插頭中的非易失存儲器包括一個存儲部分，用于存儲該可調(diào)換的額定值插頭已選定連接到的該斷路器的一個標志，以及所述的編程器裝置包括標志顯示部分，用于在該可調(diào)換的插頭被接到所述編程器裝置上時，將存儲在該可調(diào)換的插頭的該非易失存儲器中的所述標志顯示出來。
8.如權(quán)利要求7的組合，其中，所述的微型計算機包括一設定部分，用于在所述可調(diào)換的插頭被選定連接到該編程器裝置上時，在該可調(diào)換的插頭的非易失存儲器中設定該斷路器的所述標志。
9.如權(quán)利要求3的組合，其中，所述的累積計數(shù)部分將所述累積計數(shù)寫到該可調(diào)換的插頭中的所述非易失存儲器中，一個編程器裝置在所述可調(diào)換的插頭連接到所述編程器裝置時，有選擇地顯示從所述非易失存儲器來的所述累積計數(shù)。
10.如權(quán)利要求9的組合，其中，所述的跳閘歷史部分包括一個操作計數(shù)部分，用于產(chǎn)生所述操作機構(gòu)的操作次數(shù)的操作計數(shù)，和將所述的操作計數(shù)寫到所述非易失存儲器，以及其中所述的編程器裝置包括在所述可調(diào)換的插頭連接到所述的編程器裝置時，將存儲在所述非易失存儲器的所述操作機構(gòu)的操作次數(shù)的所述計數(shù)顯現(xiàn)出來。
11.如權(quán)利要求10的組合，其中，在所述可調(diào)換的插頭中的所述非易失存儲器是一個可擦抹的電氣編程的只讀存儲器。
12.如權(quán)利要求10的組合，其中，所述發(fā)生部分包括一個操作計數(shù)部分，用于發(fā)生所述操作機構(gòu)的操作次數(shù)的一個操作計數(shù)，以及將所述操作計數(shù)寫到所述非易失存儲器，并且，其中所述的編程器裝置包括一個顯示部分，用于在所述可調(diào)換的插頭連接到所述編程器裝置時，將存在所述非易失存儲器的所述操作機構(gòu)的操作次數(shù)的計數(shù)顯現(xiàn)出來。
全文摘要
一臺以微型計算機為基礎的斷路器1有一可調(diào)換的額定值插頭7，它為斷路器的運行額定值提供基準值。可調(diào)換的插頭還有一個EEPROM55，斷路器的微處理機27將斷路器操作次數(shù)以被跳閘電流幅值加權(quán)的跳閘次數(shù)的計數(shù)形式寫入其中存儲。定期取下額定值插頭7并投到一攜帶式編程器83，有選擇地顯示斷路器操作的次數(shù)和歷史，當應用了該額定值插頭的斷路器的型式和序列號碼被記錄到該EEPROM中時，編程器清除操作數(shù)據(jù)。
文檔編號H01H71/74GK1053716SQ9110022
公開日1991年8月7日 申請日期1991年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月16日
發(fā)明者威廉·約翰·墨菲 申請人:西屋電氣公司