[发明专利]用于电子跳闸单元的宽范围电流监测系统和方法

说明书

本申请提供了一种电路中断器(4)，包括：无源积分通道(32)，所述无源积分通道(32)被构造成接收来自di/dt电流传感器(30)的输出信号，并基于所述输出信号生成第一信号输出；有源积分通道(34)，所述有源积分通道(34)被构造成接收来自所述di/dt电流传感器(30)的所述输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第二信号输出。响应于所述一次电流被确定为大于阈值水平，基于所述第一信号输出，提供电路保护功能；响应于所述一次电流被确定为小于或等于所述阈值水平，基于所述第二信号输出，提供电流计量和电路保护功能；以及基于所述第一信号输出将种子电流值提供至所述有源积分器。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月31日提交的美国专利申请序号14/840,272的优先权和权益，该申请通过引用被并入本文中。

技术领域

所公开的构思一般涉及电路中断器，并且更具体地涉及在使用电子跳闸单元的可配置电路中断器中宽范围的电流监测的系统和方法。

背景技术

诸如电路中断器具体是(例如模制外壳类型的)断路器之类的电力开关设备是本领域内众所周知的。例如参见美国专利号5,341,191。

断路器用来保护电路不受到由于过电流条件(诸如过载条件)或者相对高水平的短路或者故障条件造成的损坏。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外部上的手柄手动地操作或者响应于过电流条件自动地操作。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，跳闸单元使操作机构设置到跳闸状态，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纳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，并且可以被更换以便改变断路器的电学性质。

众所周知采纳跳闸单元，跳闸单元利用微处理器来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。

断路器必须在宽的电流范围上操作并提供电路保护和计量功能。保护和计量的全电流范围可能覆盖100,000:1的范围。举一个例子，出于计量和保护这两个目的，断路器测量从1安培到100,000安培的电流。从计量角度讲，在断路器的额定电流以下的电流对用户是重要的，期望以高精度给终端用户报告这些电流的水平。在断路器的额定电流以上的电流仍然必须要被监测，不过不是以和断路器的额定电流以下的计量电流相同的精度进行的。

传统上已使用电流互感器提供断路器中的电流感测功能。然而，电流互感器中存在的磁性材料由于磁饱和效应可能限制操作范围。通过去除磁性材料(例如用基本上较低导磁率材料代替磁性材料，或者通过引入很大的气隙)，可以产生在宽得多的范围上线性操作的传感器。这些传感器往往具有与一次电流的变化率成比例的低阻抗电压输出。由于这种响应，这些装置通常称作di/dt传感器，或者在特殊的情况下称作以其发明人命名的罗氏线圈。

为了从di/dt传感器计算一次电流，di/dt传感器的输出必须被积分。积分过程的性质是结果取决于所有之前时间的输入(在此情况下是di/dt传感器输出)。这种实情提出了跳闸单元中的问题。具体地，所有的跳闸单元都必须由电流供电。因此，提供给能够执行此积分以得到一次电流测量值的电子装置的电力一开始在启动时是不可用的。这就导致可能使断路器中的保护功能移动到其指定范围之外的误差。