[发明专利]无线分支电路能量监测系统

说明书

发明领域

本发明涉及断路器，且更具体地涉及无线断路器。

发明背景

断路器在电力系统中，通过监测通过导电体而被提供给负载的电能的特性和当故障条件(例如，电弧故障、接地故障、和不安全的“过流”级别)被检测到时中断或断开电路(跳闸)来提供保护。断路器通常安装在断路器面板、或负载中心、经常在商业应用的公用房间和住宅应用的地下室。

许多现有的断路器面板安装只提供有限的关于由断路器所观测到的故障条件的性质的信息给电工和消费者。例如，住宅消费者可能仅能够确定断路器跳闸，却不知道为什么。更复杂的断路器包括用于检测电弧故障和接地故障的电路。当在通电导线和中性导体之间的电流不平衡时(例如当通过人不慎触及电路导致电流接地时)可发生接地故障。由于有缺陷的或被损坏的接线、开关等，发生带危险电弧的电弧故障。被设计用来检测接地故障和电弧故障的断路器可包括，用于监测断路器所连接的分支线路电流的电路和用于处理从线路电流中感测的数据的控制器。控制器还可包括用于存储该数据的存储器。然而，这种数据通常只在断路器做出跳闸决定时使用。再次，消费者或电工可确定断路器已跳闸，但不清楚导致跳闸的条件。

如果该数据在断路器外是可访问的，其对于随时间监测各个分支可以是有价值的，且还与系统中来自其它断路器的类似的数据相结合，用于整体地监测系统。例如，可跟踪在各个分支的电力的使用，可以在电路跳闸之前识别故障接线等。随着智能电网技术变得越来越普遍，则越来越期望的是从断路器中提取尽可能多的信息。

然而，利用能够对来自多个断路器的数据进行监测和整合的电路改造现有的电力系统是困难和昂贵的。例如，可能有必要使用额外的电路和外部接线连接修改现有的断路器，以集中和产生可用的和可访问的分支电路状态信息。然后，将需要用额外电路来改造断路器面板以与被修改的断路器的额外的接线连接交互。可能被涉及的且昂贵的是，需要额外的劳动来安装额外电路，其通常将由电工或工程师来执行。在这样的情况下，添加具有新的断路器的全新的断路器面板来代替改造现有设备，可能是更符合成本效益的。

此外，在断路器面板中的空间通常非常宝贵。随着消费者对电子产品需求的增加，现有的电力系统必须能够容纳更大的电力使用。微型断路器(“MCB”)已经推出，以最大化断路器面板的空间。MCB现在常用于住宅断路器，且包括大量的用户群。因为利用庞大客户群的机会，添加功能到MCB是可取的。然而，因为这些封装已经是空间有限的，所以改造微型断路器变得更加复杂。因为面板中的有限空间，通过在断路器壳体外部和面板内部增加组件和接线来改造现有断路器往往是不实际的。例如，在面板的分支电路接线空间中可能没有足够的空间以容纳诸如电流互感器和相关接线的组件。这造成了更大的挑战且更加昂贵，因为在断路器封装外部的组件被暴露易于损坏，且必须有某种形式的壳体来保护，这增加了材料成本和额外组件消耗的空间。因此，设计人员都面临着难题，其中在断路器面板中的空间限制使其不利于增加现有断路器的尺寸或扩充现有断路器，但断路器的小尺寸又使得其难以在断路器自身现有的封装内增加其功能性。

发明概要

本公开提供了断路器，其无线发送状态和故障信息给主能量监测模块。在一个实施方案中，无线收发器被集成在断路器的壳体中，与断路器中的控制器耦合。无线断路器包括电源，该电源通过使用围绕导体的电流互感器从线路电流导体感应地获得能量，而不需要连接到中性导体。

因此，无线断路器可使用与现有断路器相同的封装尺寸来实现，允许无线断路器在现有的面板中简易替换。特别地，无线功能和电源可在住宅MCB的现有包装尺寸内实现，且因此可用作用于有用户群的现有的MCB的简易替换。当升级到采用主能量监测模块的系统时，这消除了更换面板的需要。对比于现有的断路器，其也最小化任何额外材料和安装无线断路器所需的劳动。

根据本公开的另一个方面，无线断路器包括能量储存设备，诸如电容器或电池，用于跳闸后为断路器供电。这允许跳闸发生后，断路器无线发送跳闸的存在连同有关导致跳闸条件的信息到主能量监测模块。

主能量监测模块包括处理器，该处理器用于评估从无线断路器无线接收到的一个或多个分支电路的信息。主能量监测模块包括用于与其它应用(诸如网页和智能手机)接口的网关。包括跳闸的存在和跳闸的环境的有价值的信息，可以被收集并通过网页和智能手机直接发送给客户或电工。

附图概要说明

在阅读下面的详细描述并参考附图时，本发明上述的和其它优点将变得明显。