技术摘要：
本发明提供了一种断路器，包括：在闭合位置和打开位置之间可移动的触点，在闭合位置接线端和负载端电连接，并且在打开位置接线端和负载端电隔离。主跳闸线圈和次跳闸线圈连接至这所述触点，当激活时每个跳闸线圈均能导致所述触点从闭合位置移动到打开位置，从而使得断  全部
背景技术：
传统断路器应用机电装置来提供针对电流过载和电流浪涌的保护。类似地，断路 器应用电子电路来检测并且当检测到接地故障和/或电弧故障时电子电路使得断路器跳 闸，该断路器通常还结合了机电装置以提供针对电流过载和浪涌的保护。在这些断路器中 电子器件通常并不提供关于电流过载或浪涌的断路器的监控或保护性控制。因此，一旦针 对接地故障和/或电弧保护的电子电路故障，断路器仍保持其针对过载和超出的涌浪电流 的保护。 理想上，这样的断路器还能够应用电子电路(单独应用电子电路或与接地故障和/ 或电弧故障保护组合使用)来监控极端情况下电流过载和涌浪电流，并且因此使得断路器 跳闸。其中的电子器件将能够被精确地编程以提供针对过载和涌浪电流的精确保护。仅应 用电子电路来提供断路器的保护功能的问题在于，如果电子电路故障，则在过载期间断路 器可能会保持“接通”(连接)状态，从而导致危险的不可接受的状况。 一种采用热双金属构型或液磁构型来提供电流过载和浪涌保护的机电断路器不 能完全防止故障，然而设计为要尽可能地防止故障。因此，电子控制的断路器的任何设计都 需要与传统机电断路器设计固有的防故障构型类似程度的防故障构型。 在跳闸(即断开)状态下不结合物理触点打开的情况下完全依靠固态微处理器控 制的电子器件来提供保护的任何电子断路器的应用中，安全性成为主要因素。而且，仅采用 固态微处理器控制的电子器件来切换高压电力的现有的电路保护技术引起高成本和严重 的散热问题。最实用和安全的方法是将基于微处理器的电子器件与机械触点机构相结合以 监控所需的电路保护参数，该机械触点机构将在打开(即断开)位置提供物理触点间隙。 过去已经进行了多次尝试来提供完全依赖于固态微处理器控制的电子器件的电 子断路器以提供针对电流过载和涌浪电流的保护、以及针对接地故障和/或电弧故障的保 护。然而，过去的这些尝试中的断路器设计都不能提供与传统机电断路器设计所固有的防 故障构型类似程度的防故障构型。 例如，授予Engel等人的第4,331,999号美国专利以及授予Wilson等人的第4,338, 647号美国专利公开了具有数字控制单元(154)的断流器，数字控制单元(154)响应于多种 感测到的情况导致跳闸线圈(22)跳闸。然而，这两篇参考文献都讨论了使用开关场效应晶 体管(192)来响应于来自数字控制单元(154)的信号来控制流经跳闸线圈(22)的电流。这 样，在数字控制单元(154)和/或晶体管(192)内发生故障的情况下，晶体管(192)可能陷入 未通电状态，从而导致跳闸线圈(22)无效，导致潜在的危险状况。 因此，工业上仍然存在对电子控制的断路器的未满足需求，该电控断路器具有机 5 CN 111599656 A 说　明　书 2/8 页 械触点机构同时最大化了断路器的故障安全水平，以确保其提供所需的电路保护能力。 许多这样的问题在我最近被授予的第10,290,448号和第10,340,678号美国专利 文献中都得到了解决，这两篇专利文献均名为“具有物理打开触点构型和故障安全保护功 能的电子断路器”。 为了弥补先前设计的缺陷，这些应用公开了断路器的各种实施例，该断路器包括 具有继电器激活电路和开关电路的常闭继电器，并且该开关电路电连接至跳闸线圈。监控 电路电连接到继电器激活电路，只要确定断路器在可接受的参数范围内操作则向继电器激 活电路供应激活电力，并且一旦确定断路器不在可接受的参数范围内操作则不再向继电器 激活电路供应激活电力，从而使得断路器跳闸。 然而，在这些应用中未具体解决的一个问题涉及跳闸线圈和/或电子监控电路可 能损坏的情况，例如在极高的电压浪涌的情况中。在这种类型的情况下，可以想象到，损坏 可能会妨碍断路器正常运行(即，触点打开)，因此，如果断路器复位，则可能会无意间允许 电力流经断路器。然而，流经已损坏的断路器的电力可能出现问题，甚至可能造成灾难性后 果。因此，需要将已经损坏的断路器永久性地禁用，从而无论做出了多少次复位断路器的尝 试也不会使电力无意地流经这样的断路器。
技术实现要素：
概括地说，本发明提供了一种具有保护构型的电子可编程断路器，以在电子监控 电路和/或初级跳闸线圈出现故障时导致断路器不可操作，从而提供了增强级别的保护，以 针对连接的设备发生故障和保护功能可能丧失以及对可能暴露的人员造成危险的情况。 更具体地，本发明涉及结合了两个跳闸线圈螺线管的断路器构型。当由电子监控 电路供电时一个螺线管用作主跳闸螺线管，主跳闸螺线管由于由监控电路监控的任何故障 情况使得断路器跳闸。如电子监控电路监控和判定的，次螺线管专用于使得断路器跳闸和 断开，从而在电子监控电路发生故障或在主跳闸螺线管不能操作的情况中导致断路器完全 且永久地不可操作。 使用专门用于永久性禁用断路器的次跳闸线圈确保了显着提高断路器的故障安 全操作水平。由于永久性次跳闸线圈(如果激活)只会经历一次非常短的电流突发(burst  of  current)，因此它的结构能够吸收和承受比断路器主跳闸线圈高得多的电力水平。因 此，永久性次级跳闸线圈对潜在的破坏性电压尖峰、例如在输电线浪涌期间可能由于雷电 放电而发生的尖峰有很高的抵抗力。 另外，如果供向断路器的电力经历极高的电压浪涌(该电压浪涌有很大的可能性 损坏断路器的电子监控电路)，则该浪涌还会通过激活永久性的次跳闸线圈/螺线管来永久 性地禁用断路器。 电子断路器可在构型中应用继电器电路(机电或固态的)，若电子保护电路或继电 器本身之一发生故障则该构型将导致断路器不可操作。 断路器可将简单的、廉价的磁性线圈螺线管装置用作主跳闸线圈，来激活断路器 的跳闸功能，并且可结合电子控制电路，该电子控制电路以需要的断路器跳闸参数编程以 包括过载跳闸额定值以及涌入电流时间延迟(若提供)。若需要的话，电子控制电路可包括 诸如接地故障和/或电弧故障的其他保护功能。 6 CN 111599656 A 说　明　书 3/8 页 断路器还可结合常闭继电器，断路器的永久性次跳闸线圈连接至继电器的常闭 (即接通)开关电路的输出端。供向断路器的电力即可连接至断路器的主输出电路还可连接 至断路器内部的开关，随着断路器被致动以向电子控制电路提供电力时，该开关切换至其 闭合(即接通)状态。在断路器的主输出电路切换到其闭合(即接通)状态之前，该内部开关 可被致动至其闭合(即接通)状态，并且因此在断路器将电力提供到其连接的负载之前电子 保护电路可被激活。 该电子断路器设计适用于交流电(AC)电路保护应用，并且如处于安全和/或发热 方面的考虑当需要物理触点间隙时还适用于直流电(DC)电路保护应用。 根据本发明的具体示范性实施例包括一对主触点，这对主触点可相对彼此在闭合 位置和打开位置之间移动，其中在闭合位置接线端和负载端通过主输电电路彼此电连接， 并且在打开位置接线端和负载端彼此电隔离。主跳闸线圈可操作地连接至这对主触点中的 至少一个，当被激活时主跳闸线圈导致这对主触点从闭合位置移动到打开位置，从而使得 断路器跳闸。次跳闸线圈也可操作地连接至这对主触点中的至少一个，当被激活时次跳闸 线圈导致这对主触点从闭合位置移动到打开位置，从而使得断路器跳闸。 监控电路监控断路器的操作。一旦判定断路器不在可接受的跳闸参数范围内操 作，监控电路导致主跳闸线圈的激活，并且一旦判定断路器不在可接受的禁用参数范围内 操作，监控电路导致次跳闸线圈的激活。若断路器被主跳闸线圈导致跳闸，则断路器可被用 户复位，然而若断路器已经被次跳闸线圈导致跳闸，则断路器不可被用户复位。 在一些实施例中，一旦检测到如下情况中的至少一种，则判定断路器并未在可接 受的跳闸参数范围内操作：高于阈值水平的涌浪电流以及高于阈值水平的过载电流。在一 些实施例中，一旦检测到如下情况中的至少一种，则判定断路器并未在可接受的跳闸参数 范围内操作：接地故障情况以及电弧故障情况。在一些实施例中，一旦检测到如下情况中的 至少一种，则判定断路器并未在可接受的禁用参数范围内操作：主跳闸线圈的故障以及监 控电路内的故障。 在一些实施例中，在监控电路变得不可操作的情况中，次跳闸线圈被激活。 在一些实施例中，断路器还包括常闭继电器，该常闭继电器具有继电器激活电路 和开关电路，当激活电力被供应到继电器激活电路时开关电路默认为接通状态(然而可以 切换至断开状态)，当供应到继电器激活电路的激活电力中断时开关电路自动地切回接通 状态。常闭继电器的开关电路电连接至次跳闸线圈，从而当开关电路处于接通状态时常闭 继电器的开关电路向次跳闸线圈供应电力，从而导致次跳闸线圈的激活并且使得断路器跳 闸，然而当开关电路处于断开状态时开关电路并不向次跳闸线圈供应电力。监控电路电连 接至常闭继电器的继电器激活电路，只要判定断路器在可接受的禁用参数范围内操作，监 控电路向继电器激活电路供应激活电力，并且当以下两种情况之一：(i)监控电路判定断路 器不在可接受的禁用参数范围内操作、或(ii)监控电路变得不可操作时，监控电路停止向 继电器激活电路供应电力，从而使得断路器跳闸。 在一些这样的实施例中，监控电路电连接至主跳闸线圈，并且当判定断路器并未 在可接受的跳闸参数范围内操作时监控电路向主跳闸线圈供应电力，从而导致主跳闸线圈 的激活并且使得断路器跳闸。 在这样的实施例中，常闭继电器的开关电路的输入端在这对主触点的下游从主输 7 CN 111599656 A 说　明　书 4/8 页 电电路接收电力，并且常闭继电器的开关电路的输出端电连接至次跳闸线圈。在一些这样 的实施例中，次跳闸线圈所需跳闸的电力相比于在当断路器切换至其闭合状态或当断路器 首次被提供电力(此时断路器已经处于未通电、闭合的状态)时常闭继电器的开关电路切换 至其接通状态之前次跳闸线圈瞬间流过的电力更高。在一些这样的实施例中，断路器还包 括在常闭继电器的开关电路中电连接的电容继电器电路。 在这样的实施例中，常闭继电器包括固态常闭继电器并且继电器激活电路包括固 态激活电路。在其他实施例中，常闭继电器包括机电常闭继电器并且继电器激活电路包括 激活线圈。 在一些实施例中，在主输电电路中电布置传感器，并且监控电路与传感器电连接。 根据本发明的另一示范性实施例，断路器包括一对主触点，这对主触点可相对彼 此在闭合位置和打开位置之间移动，其中在闭合位置接线端和负载端通过主输电电路彼此 电连接，并且在打开位置接线端和负载端彼此电隔离。主跳闸线圈可操作地连接至这对主 触点中的至少一个，主跳闸线圈适于：一旦激活，则导致这对主触点从闭合位置移动到打开 位置，从而使得断路器跳闸。次跳闸线圈可操作地连接至这对主触点中的至少一个，次跳闸 线圈适于：一旦激活，则导致这对主触点从闭合位置移动到打开位置，从而使得断路器跳 闸。 监控电路监控断路器的操作。监控电路电连接至主跳闸线圈从而当判定断路器并 未在可接受的跳闸参数范围内操作时监控电路向主跳闸线圈提供电力，从而导致主跳闸线 圈的激活并且使得断路器跳闸。 断路器还包括常闭继电器，常闭继电器具有继电器激活电路以及开关电路，当激 活电力被供应到继电器激活电路时开关电路默认为接通状态(然而可以切换至断开状态)， 当供应到继电器激活电路的激活电力中断时开关电路自动地切回接通状态。常闭继电器的 开关电路电连接至次跳闸线圈，从而当开关电路处于接通状态时常闭继电器的开关电路向 次跳闸线圈供应电力，从而导致次跳闸线圈的激活并且使得断路器跳闸，然而当开关电路 处于断开状态时开关电路并不向次跳闸线圈供应电力。监控电路电连接至常闭继电器的继 电器激活电路，只要判定断路器在可接受的禁用参数范围内操作，监控电路向继电器激活 电路供应激活电力，并且当以下两种情况之一：(i)监控电路判定断路器不在可接受的禁用 参数范围内操作、或(ii)监控电路变得不可操作时，监控电路停止向继电器激活电路供应 电力，从而使得断路器跳闸。 在一些实施例中，若断路器被主跳闸线圈导致跳闸，则断路器可被用户复位，然而 若断路器已经被次跳闸线圈导致跳闸，则断路器不可被用户复位。 在一些实施例中，常闭继电器的开关电路的输入端在这对主触点的下游从主输电 电路接收电力，并且常闭继电器的开关电路的输出端电连接至次跳闸线圈。在一些这样的 实施例中，次跳闸线圈所需跳闸的电力相比于在当断路器切换至其闭合状态或当断路器首 次被提供电力(此时断路器已经处于未通电、闭合的状态)时常闭继电器的开关电路切换至 其接通状态之前次跳闸线圈瞬间流过的电力更高。在这样的实施例中，电容继电器电路在 常闭继电器的开关电路中电连接。 在一些实施例中，在主输电电路中电布置传感器，并且监控电路与传感器电连接。 在一些实施例中，常闭继电器包括固态常闭继电器并且继电器激活电路包括固态 8 CN 111599656 A 说　明　书 5/8 页 激活电路。在其他实施例中，常闭继电器包括机电常闭继电器并且继电器激活电路包括激 活线圈。 在一些实施例中，一旦检测到如下情况中的至少一种，则判定断路器并未在可接 受的跳闸参数范围内操作：高于阈值水平的涌浪电流以及高于阈值水平的过载电流。在一 些实施例中，一旦检测到如下情况中的至少一种，则判定断路器并未在可接受的跳闸参数 范围内操作：接地故障情况以及电弧故障情况。在一些实施例中，一旦检测到如下情况中的 至少一种，则判定断路器并未在可接受的禁用参数范围内操作：主跳闸线圈的故障以及监 控电路内的故障。 通过考虑以下附图以及所附详细描述，本发明的其他目的以及其具体特征和优点 将更为清楚。 附图说明 图1为根据本发明的一个示范性实施例的以未通电状态示出的具有保护构型的断 路器的示意图，若在电子监控电路和/或主跳闸线圈中发生故障该保护构型导致断路器不 可操作； 图2为图1中的断路器的示意图，示出的状态为已经向断路器提供电力同时断路器 处于断开状态、并未向附接的负载端供应电力； 图3为图1中的断路器的示意图，示出的状态为已经向断路器提供电力同时断路器 处于接通状态，从而向附接的负载端供应电力； 图4为图1中的断路器的示意图，示出的状态为断路器处于其接通位置，然而供应 到断路器的电力已经断开或中断； 图5为图1中的断路器的示意图，示出的状态为断路器处于其正常跳闸位置，该状 态将在判定故障情况的存在后发生； 图6为图1中的断路器的示意图，示出的状态为已经导致断路器置于永久禁用的断 开情况。