用于监测电路断流器的触头寿命的系统和方法技术方案

本申请提供了一种用于电路断流器的电子跳闸单元(16)，所述电子跳闸单元包括：用于测量可分离触头的线路侧上的第一电压的线路侧电压感测模块(18)；用于测量所述可分离触头的负载侧上的第二电压的负载侧电压感测模块(22)；电流传感器(26)和主控制器(34)。所述主控制器还被构造并被配置成：(i)对于所述电路断流器中的多个电弧中断事件中的每一个，基于所述第一电压、所述第二电压和由所述电流传感器测量的电流中的一个或多个确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，(ii)基于由于触头腐蚀造成的每个确定的质量损失确定总质量损失，以及(iii)基于确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失监测所述可分离触头的剩余寿命。

【技术实现步骤摘要】
用于监测电路断流器的触头寿命的系统和方法
公开的构思一般涉及电路断流器，并且更具体地涉及用于监测电路断流器的触头的触头寿命的跳闸单元嵌入式系统和方法。
技术介绍
电力开关设备，诸如电路断流器特别是断路器(例如模制外壳种类的)是本领域众所周知的。例如参见美国专利号5,341,191。断路器用来保护电路不受由于过电流条件，诸如过载条件或相对高水平的短路或故障条件造成的损害。模制外壳断路器通常每一相包括一对可分离触头。可分离触头可以通过设置在外壳的外部上的手柄手动操作或者响应于过电流条件自动操作。通常，这种断路器包括：(i)操作机构，其设计成快速地打开和闭合可分离触头；以及(ii)跳闸单元，其以自动操作模式感测过电流条件。一旦感测到过电流条件，跳闸单元将操作机构设置成跳闸状态，这将可分离触头移动到其打开位置。工业模制外壳断路器通常使用容置跳闸单元的断路器框架。例如参见美国专利号5,910,760和6,144,271。跳闸单元可以是模块化的，或者可以被更换以便改变断路器的电学性质。使用这样的跳闸单元是众所周知的，这种跳闸单元利用微处理器检测各种类型的过电流跳闸条件，并提供各种保护功能，比方说例如长延迟跳闸，短延迟跳闸，瞬时跳闸和/或接地故障跳闸。可靠地预测剩余的触头寿命对断路器一直是一种挑战。一种已知的方法是基于制造商产品规格监测开关或中断操作的次数，确定触头是否需要维修或者断路器是否需要被更换。然而，这种方法可能粗略地高估或低估由于导致断路器已经操作的故障和负载条件产生的真实的触头寿命。具体地，即便可以容易地监测操作次数，但该信息不可能提供关于触头寿命的准确信息，原因是在每次操作中电弧能量可能是非常不同的，因此，在每次操作中触头的腐蚀可能是非常不同的。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种用于具有一组可分离触头的电路断流器的电子跳闸单元。所述电子跳闸单元包括：被构造成测量可分离触头的线路侧上的第一电压的线路侧电压感测模块；被构造成测量所述可分离触头的负载侧上的第二电压的负载侧电压感测模块；被构造成测量通过所述可分离触头耦连到的线路流动的电流的电流传感器和主控制器，所述主控制器被构造并被配置成接收基于由所述线路侧电压感测模块进行的测量的第一电压信息、基于由所述负载侧电压感测模块进行的测量的第二电压信息以及基于由所述电流传感器进行的测量的电流信息。所述主控制器还被构造并被配置成：(i)对于所述电路断流器中的多个电弧中断事件中的每一个，基于所述第一电压信息、所述第二电压信息和所述电流信息中的一个或多个确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，(ii)基于由于触头腐蚀造成的每个确定的质量损失确定总质量损失，以及(iii)基于确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失监测所述可分离触头的剩余寿命。在另一实施例中，提供了一种监测电路断流器的一组可分离触头的方法。所述方法包括：测量所述可分离触头的线路侧上的第一电压；测量所述可分离触头的负载侧上的第二电压；测量通过所述可分离触头耦连到的线路流动的电流；以及接收基于测量的第一电压的第一电压信息、基于测量的第二电压的第二电压信息以及基于测量的电流的电流信息。所述方法还包括对于所述电路断流器中的多个电弧中断事件中的每一个，基于所述第一电压信息、所述第二电压信息和所述电流信息中的一个或多个，确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失。所述方法还包括基于由于触头腐蚀造成的每个确定的质量损失，确定由于触头腐蚀造成的总质量损失；以及基于确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失，监测所述可分离触头的剩余寿命。附图说明通过结合附图阅读下面对优选实施例的描述，可以获得对公开的构思的全面理解，附图中：图1是根据公开的构思的非限制示例性实施例的电路断流器的示意图；以及图2是图解说明根据公开的构思的非限制示例性实施例的图1的电路断流器的操作的流程图。具体实施方式本文中使用的方向性词语比如说左、右、前、后、上、下和其派生词涉及图中所示的元件的方向，不是对权利要求的限制，除非本此明确陈述的之外。如本文中使用的术语“许多”意味着1或大于1的整数(即多个)。如本文中使用的两个或更多个零件“耦连”在一起的表述表示这些零件或者直接接合在一起或者通过一个或多个中间零件接合。如本文中使用的术语“控制器”表示能够存储、检索、执行和处理数据(例如软件例程和/或由这些例程使用的信息)的可编程模拟和/或数字器件(包括关联的存储器部件或部分)，包括但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、片上可编程系统(PSOC)、专用集成电路(ASIC)、微处理器、微控制器、可编程逻辑控制器或任何其它适当的处理装置或设备。存储器部分可以是各种类型的内部和/或外部存储介质中的任何一个或多个，诸如但不限于提供存储寄存器即非瞬态机器可读介质用于诸如以计算机的内部存储区的方式的数据和程序代码存储的RAM、ROM、EPROM、EEPROM、FLASH等等，并且存储器部分可以是易失性存储器或非易失性存储器。如关于各个实施例在本文中更详细描述的，公开的构思使得能够基于电路断流器的每次操作(即触头的打开或闭合)中的总电弧能量或总电荷监测或预测诸如断路器之类的电路断流器的剩余触头寿命。具体地，电弧能量和电荷的量均与每次操作中出现的触头腐蚀的量直接相关。因此，根据公开的构思，可以基于此信息监测和估计触头腐蚀的量。当前的电子跳闸单元具有高速电流和电压采样能力。因此，能够准确地计算每次操作中的电弧电流和电弧电压，并且如本文中描述的(并取决于触头材料的性质)，该信息可以用来确定总电弧能量或总电荷，以估计在每次操作中出现的实际的触头腐蚀。图1是根据公开的构思的非限制示例性实施例的电路断流器2的示意图。从图1可见，电路断流器2耦连至包括相线4A、4B和4C和中性线6的3相电力系统。在图示的实施例中，电路断流器2是模制外壳断路器。然而，要理解在公开的构思的范围内，电路断流器2可以采用除了模制断路器之外的形式。电路断流器2包括操作机构，操作机构被配置成快速地打开和闭合用于每一相以及用于作为电路断流器2的一部分提供的中性点的一组可分离触头10(标记为10A-10D)。在图示的示例性实施例中，操作机构包括跳闸场效应晶体管(FET)7、跳闸致动器8和开路线圈检测电路9。可分离触头10界定在可分离触头10的第一(例如上)侧上的电路断流器2的线路侧12和在可分离触头10的第二(例如上)侧上的电路断流器2的负载侧14。电路断流器2还包括操作耦连至操作机构的电子跳闸单元16，电子跳闸单元16包括跳闸致动器8，在自动操作模式中，跳闸致动器8被构造成感测过电流条件并响应于过电流条件将跳闸致动器8移动到打开电路断流器2的可分离触头10的状态。在示例性实施例中，电子跳闸单元16是可选择性配置的(例如通过许多可调节开关(未示出)或者通过传送至电子跳闸单元16的电子设置)，以用于改变电子跳闸单元16的功能跳闸设置(比方说例如但不限于长延迟拾取(Ir)、长延迟时间(LDT)、短延迟拾取(SDPU)、接地故障拾取(GFPU)和短延迟时间及接地故障时间(SDT/GFT))。从图1中可见，电子跳闸单元16包括许多感测模块，这些模块用于感测相线4A、4B和4C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电路断流器(2)的电子跳闸单元(16)，所述电路断流器具有一组可分离触头(10)，所述电子跳闸单元包括：线路侧电压感测模块(18)，所述线路侧电压感测模块(18)被构造成测量所述可分离触头的线路侧上的第一电压；负载侧电压感测模块(22)，所述负载侧电压感测模块(22)被构造成测量所述可分离触头的负载侧上的第二电压；电流传感器(26)，所述电流传感器(26)被构造成测量通过耦连所述可分离触头的线路流动的电流；以及主控制器(34)，所述主控制器(34)被构造并被配置成接收基于由所述线路侧电压感测模块进行的测量的第一电压信息、基于由所述负载侧电压感测模块进行的测量的第二电压信息以及基于由所述电流传感器进行的测量的电流信息，其中，所述主控制器还被构造并被配置成：(i)对于所述电路断流器中的多个电弧中断事件中的每一个，基于所述第一电压信息、所述第二电压信息和所述电流信息中的一个或多个确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，(ii)基于由于触头腐蚀造成的每个确定的质量损失确定总质量损失，以及(iii)基于确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失监测所述可分离触头的剩余寿命。

【技术特征摘要】
2016.12.21 US 15/3869531.一种用于电路断流器(2)的电子跳闸单元(16)，所述电路断流器具有一组可分离触头(10)，所述电子跳闸单元包括：线路侧电压感测模块(18)，所述线路侧电压感测模块(18)被构造成测量所述可分离触头的线路侧上的第一电压；负载侧电压感测模块(22)，所述负载侧电压感测模块(22)被构造成测量所述可分离触头的负载侧上的第二电压；电流传感器(26)，所述电流传感器(26)被构造成测量通过耦连所述可分离触头的线路流动的电流；以及主控制器(34)，所述主控制器(34)被构造并被配置成接收基于由所述线路侧电压感测模块进行的测量的第一电压信息、基于由所述负载侧电压感测模块进行的测量的第二电压信息以及基于由所述电流传感器进行的测量的电流信息，其中，所述主控制器还被构造并被配置成：(i)对于所述电路断流器中的多个电弧中断事件中的每一个，基于所述第一电压信息、所述第二电压信息和所述电流信息中的一个或多个确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，(ii)基于由于触头腐蚀造成的每个确定的质量损失确定总质量损失，以及(iii)基于确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失监测所述可分离触头的剩余寿命。2.根据权利要求1所述的电子跳闸单元，其中，所述主控制器还被构造并被配置成对于所述多个电弧中断事件中的每一个，通过基于所述第一电压信息、所述第二电压信息和所述电流信息确定所述电弧中断事件的总电弧能量，并通过基于确定的总电弧能量计算由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失。3.根据权利要求2所述的电子跳闸单元，其中，所述电弧中断事件的总电弧能量基于以下表达式确定：其中，W是所述电弧中断事件的总电弧能量，t是所述电弧中断事件的起弧时间，V是通过所述第一电压信息和所述第二电压信息确定的电弧电压，I是通过所述电流信息确定的电弧电流。4.根据权利要求3所述的电子跳闸单元，其中，由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失基于以下等式计算：其中，Δm是由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，φ是对于所述可分离触头中使用的材料每焦耳的质量损失，K是反映电弧停留在所述可分离触头上的持续时间的系数。5.根据权利要求1所述的电子跳闸单元，其中，所述主控制器被构造并被配置成对于所述多个电弧中断事件中的每一个，通过基于所述电流信息确定所述电弧中断事件的总电荷，并通过基于确定的总电荷计算由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，确定由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失。6.根据权利要求5所述的电子跳闸单元，其中，所述电弧中断事件的总电荷基于以下表达式确定：其中，Q是总电荷，t是所述电弧中断事件的起弧时间。7.根据权利要求6所述的电子跳闸单元，其中，由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失基于以下等式计算：其中，Δm是由于所述电弧中断事件中的触头腐蚀造成的质量损失，δ是对于所述可分离触头中使用的材料每库伦电荷的质量损失，K是反映电弧停留在所述可分离触头上的持续时间的系数。8.根据权利要求1所述的电子跳闸单元，其中，监测所述可分离触头的剩余寿命是基于从所述电路断流器的原始触头质量中减去确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失监测的。9.根据权利要求1所述的电子跳闸单元，其中，所述主控制器被构造并被配置成基于确定的由于触头腐蚀造成的总质量损失关于所述可分离触头的剩余寿命进行确定，并至少基于关于所述可分离触头的剩...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·周，Z·高，J·L·拉格雷，R·W·米勒，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国,US