RU2772982C2 - Integrated unit for determination of arc and earth fault current - Google Patents

Integrated unit for determination of arc and earth fault current Download PDF

Info

Publication number
RU2772982C2
RU2772982C2 RU2018127635A RU2018127635A RU2772982C2 RU 2772982 C2 RU2772982 C2 RU 2772982C2 RU 2018127635 A RU2018127635 A RU 2018127635A RU 2018127635 A RU2018127635 A RU 2018127635A RU 2772982 C2 RU2772982 C2 RU 2772982C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit breaker
tubular portion
conductor
open end
rigid conductor
Prior art date
Application number
RU2018127635A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018127635A (en
RU2018127635A3 (en
Inventor
Рэндалл Дж. ГАСС
Джейсон ПОТРАЦ
Деннис В. ФЛИДЖ
Original Assignee
ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/672,744 external-priority patent/US10622800B2/en
Application filed by ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. filed Critical ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК.
Publication of RU2018127635A publication Critical patent/RU2018127635A/en
Publication of RU2018127635A3 publication Critical patent/RU2018127635A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2772982C2 publication Critical patent/RU2772982C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: present invention relates to two-functional circuit breakers or arc fault breakers. Linear and neutral conductors for a circuit breaker defining arc fault, for example, a miniature circuit breaker, are made as a rigid conductor surrounding and retaining an isolated flexible conductor, passing through a current transformer of an earth fault protection breaker. The measurement of voltage is carried out in parallel to the rigid conductor to detect arc faults and ground faults in the miniature circuit breaker in the space of a single current transformer.
EFFECT: elimination of a load shift error due to elimination of need for a twisted wire node.
20 cl, 5 dwg

Description

1. Область изобретения1. Scope of invention

[01] Настоящее изобретение относится к двухфункциональным прерывателям цепи (дуговое замыкание и замыкание на землю) или прерывателям дугового замыкания, в которых выполняется определение замыкания на землю как часть способов определения замыкания, совместно именуемым далее как прерыватели или выключатели, "определяющие дуговое замыкание" и, в частности, к таким миниатюрным прерывателям, определяющим дуговое замыкание, и розеткам, которые наиболее часто применяются в жилых помещениях.[01] The present invention relates to dual function circuit breakers (arc fault and earth fault) or arc fault breakers that perform earth fault detection as part of fault detection methods, collectively referred to hereinafter as "arc fault detection" breakers or switches and , in particular, to such miniature arc fault breakers and sockets, which are most often used in residential areas.

2. Описание уровня техники2. Description of the prior art

[02] На фиг. 1 показаны основные признаки известного прерывателя 10 цепи, относящегося к типу прерывателя замыкания на землю и приведено схематическое представление пути 1 линейного тока. Путь линейного тока начинается от сетевой клеммы 13 прерывателя 10 и проходит через съемные контакты 15 и тороидальный датчик 17 тока трансформатора тока на нагрузочную клемму 18, которая соединена с ветвью нагрузки 22, в данном случае представленной двигателем. Механическая "сторона" или участок 16 прерывателя 10 цепи содержит модули 19 теплового и магнитного выключателей, типично биметаллический узел и магнитный отклоняющий узел, соответственно, которые являются компонентами для отключения, т.е. разъединения контактов 15 в условиях перегрузки по току.[02] FIG. 1 shows the main features of a prior art circuit breaker 10 of the earth fault breaker type and shows a schematic representation of the line current path 1. The path of the linear current starts from the network terminal 13 of the interrupter 10 and passes through the removable contacts 15 and the toroidal current sensor 17 of the current transformer to the load terminal 18, which is connected to the load branch 22, in this case represented by the motor. The mechanical "side" or section 16 of the circuit breaker 10 comprises thermal and magnetic circuit breaker modules 19, typically a bimetal assembly and a magnetic deflection assembly, respectively, which are the components for tripping, i. disconnection of contacts 15 under current overload conditions.

[03] Электронная "сторона" или участок 20 прерывателя 10 цепи, определяющего дуговое замыкание, содержит датчик тока в форме трансформатора 17 тока и сопутствующей электроники 21 для оценки событий замыкания на землю. Электроника 21 управляет исполнительным механизмом 23, типично, соленоидом, функцией которого является размыкать разъединяемые контакты 15 и прекращать подачу питания на нагрузку 22.[03] The electronic "side" or portion 20 of the arc fault detection circuit breaker 10 includes a current sensor in the form of a current transformer 17 and associated electronics 21 for evaluating ground fault events. The electronics 21 controls the actuator 23, typically a solenoid, the function of which is to open the releasable contacts 15 and cut off the power supply to the load 22.

[04] Возвратный нейтральный путь 24 тока от нагрузки 22 идет от нагрузки 22 на нейтральную клемму 28 через датчик 17 тока трансформатора тока и на нейтральный возвратный провод 26. Следует понимать, что вставной прерыватель нейтрального типа будет иметь контактный зажим, а не показанный спиральный провод.[04] Return neutral path 24 current from load 22 is from load 22 to neutral terminal 28 through current transformer current sensor 17 and to neutral return wire 26. It should be understood that a neutral type plug-in breaker will have a terminal clamp and not the coiled wire shown. .

[05] Направления тока в силовых проводниках и нейтральных проводниках противоположны, когда проводники проходят через корпус датчика трансформатора 17 тока замыкания на землю. Каждый проводник, по которому течет ток, создает магнитный поток, который соответствует "правилу правой руки", применяемому для определения направления магнитного потока. Когда по двум проводникам течет ток одинаковой величины в противоположных направлениях, магнитный поток одного проводника гасит магнитный поток другого проводника. В этом случае чистая величина магнитного потока равна нулю. Если из прерывателя защиты от замыкания на землю выходит ток, величина которого равна току, возвращающемуся на прерыватель, датчик замыкания на землю не выдает никаких сигналов. Если в проводах возникает дисбаланс тока, датчик прерывателя защиты от замыкания на землю выдает ток, пропорциональный этому дисбалансу тока и, если этот дисбаланс превышает заранее определенный предел, прерыватель защиты от замыкания на землю определяет наличие замыкания на землю и прерывает электрический ток.[05] The directions of current in the power conductors and neutral conductors are opposite when the conductors pass through the sensor housing of the earth fault current transformer 17 . Each conductor carrying current creates a magnetic flux, which corresponds to the "right hand rule" used to determine the direction of magnetic flux. When a current of the same magnitude flows in opposite directions through two conductors, the magnetic flux of one conductor dampens the magnetic flux of the other conductor. In this case, the net value of the magnetic flux is zero. If the earth fault protection breaker outputs a current equal to the current returned to the breaker, the earth fault sensor will not output any signals. If a current imbalance occurs in the wires, the earth fault circuit breaker sensor outputs a current proportional to this current imbalance and if this imbalance exceeds a predetermined limit, the earth fault circuit breaker detects the presence of an earth fault and interrupts the electrical current.

[06] Известная проблема с датчиками прерывателей защиты от замыкания на землю заключается в том, что если проводники в датчике расположены неправильно, неравномерные магнитные поля в узле датчика тока могут привести к возникновению выходного тока с датчика тока, даже если общий ток по проводникам сбалансирован. Результатом является неточность вывода датчика тока, известная как ошибка сдвига нагрузки. Типично такая ошибка компенсируется путем скручивания основных проводников (линейного и нейтрального), когда они проходят через трансформатор тока защиты от замыкания на землю. Предлагалось, например, в патенте США № 3,725,741, выданном Misencik, заменить витую пару основных проводников (линейного и нейтрального) жестким трубчатым наружным проводником, окружающим изолированный гибкий проводник, проходящим сквозь отверстие в трансформаторе тока прерывателя защиты от замыкания на землю.[06] A known issue with earth fault breaker sensors is that if the conductors in the sensor are not positioned correctly, uneven magnetic fields in the current sensor assembly can cause current to be output from the current sensor, even if the total current across the conductors is balanced. The result is an inaccurate current sensor output, known as load shift error. Typically this error is compensated for by twisting the main conductors (line and neutral) as they pass through the earth fault current transformer. It has been proposed, for example, in US Pat. No. 3,725,741 issued to Misencik, to replace the twisted pair of main conductors (line and neutral) with a rigid tubular outer conductor surrounding an insulated flexible conductor passing through a hole in the current transformer of the earth fault circuit breaker.

[07] Двухфункциональный прерыватель цепи выполняет и функцию защиты от замыкания на землю, и функцию защиты от дугового замыкания. Поэтому в известные устройства типично добавляют другой трансформатор тока (не показан) для измерения аномалий тока, указывающих на событие замыкания. Один из первичных проводников тока, т.е. линейный провод или провод нейтрального тока, проводят через оба трансформатора тока, замыкания на землю и дугового замыкания, а другой провод проводят только через датчик замыкания на землю. Разумеется, имеющееся пространство для установки трансформаторов тока и прокладки проводов в миниатюрном прерывателе довольно ограничено. Согласно предшествующему уровню техники также предлагалось измерять падение напряжения на уже присутствующем проводнике для обнаружения аномальностей тока при дуговом замыкании. В патенте США № 6,232,857, выданном Mason Jr и др., предлагается использовать биметаллический элемент теплового резистивного выключателя в прерывателе цепи выключателя дуговой защиты для обнаружения таких токов дугового замыкания.[07] The dual-function circuit breaker performs both the earth fault protection function and the arc fault protection function. Therefore, known devices typically add another current transformer (not shown) to measure current anomalies indicative of a fault event. One of the primary current conductors, i.e. the line wire or the neutral current wire is routed through both the ground fault and arc fault current transformers, and the other wire is routed only through the ground fault sensor. Of course, the available space for installing current transformers and wiring in a miniature circuit breaker is rather limited. It has also been proposed in the prior art to measure the voltage drop across an already present conductor in order to detect current anomalies in an arc fault. US Pat. No. 6,232,857 to Mason Jr et al. proposes using a bimetal thermal resistive breaker element in an arc breaker circuit breaker to detect such arc fault currents.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

[08] Линейный и нейтральный проводники для миниатюрного прерывателя защиты от дугового замыкания расположены как усовершенствованный жесткий проводник, окружающий и удерживающий изолированный гибкий проводник, когда он проходит через трансформатор тока прерывателя защиты от замыкания на землю.[08] The line and neutral conductors for the miniature arc fault circuit breaker are arranged as an improved rigid conductor surrounding and holding the insulated flexible conductor as it passes through the current transformer of the earth fault circuit breaker.

[09] Интегрированный блок определения тока дугового замыкания и замыкания на землю использует так называемую "псевдо-коаксиальную шину", т.е. жесткий проводник, охватывающий и удерживающий гибкий изолированный проводник, проходящий через сердечник трансформатора тока вместо витых проводов, чтобы лучше контролировать характеристики сдвига нагрузки внутри датчика тока заземления на землю. Аспекты настоящего изобретения можно применять для определения потребления линейного тока посредством падения напряжения на псевдо-коаксиальной шине для обнаружения дуговых замыканий в системе. Интегрирование измерения линейного тока с псевдо-коаксиальной шиной позволяет эффективно разместить датчик линейного тока в пространстве, также используемом для обнаружения замыкания на землю, тем самым устраняя необходимость в трансформаторе тока дугового замыкания. Псевдо-коаксиальная компоновка также создает более уместный путь прокладки линейного и нейтрального проводов для получения более сообразного поведения сдвига нагрузки, в то же время устраняя необходимость в узле витого провода.[09] The integrated arc and earth fault current detection unit uses a so-called "pseudo-coaxial bus", i.e. rigid conductor enclosing and holding a flexible insulated conductor passing through the core of a current transformer instead of stranded wires to better control the load shear characteristics inside the earth ground current sensor. Aspects of the present invention can be used to determine line current draw by means of pseudo-coaxial bus voltage drop to detect arc faults in the system. Integrating line current measurement with the pseudo-coax bus allows the line current sensor to be efficiently placed in a space also used for ground fault detection, thereby eliminating the need for an arc fault current transformer. The pseudo-coaxial layout also creates a more appropriate route for the line and neutral wires to achieve more consistent load shear behavior while eliminating the need for a twisted wire knot.

[010] В одном аспекте настоящего изобретения предлагается миниатюрный двухфункциональный прерыватель (дуговая защита и защита от замыкания на землю) с путями для линейного тока и нейтрального тока и трансформатором тока с отверстием для определения аномальностей тока при замыкании на землю, содержащий жесткий проводник, окружающий и удерживающий гибкий проводник; при этом жесткий проводник и гибкий проводник проходят сквозь отверстие в трансформаторе тока определения замыкания на землю внутри миниатюрного прерывателя; и вольтметр, измеряющий падение напряжения на жестком проводнике и передающий результаты измерения падения напряжения на детектор дугового замыкания.[010] In one aspect of the present invention, a miniature two-function breaker (arc and earth fault protection) with line current and neutral current paths and a current transformer with a hole for detecting earth fault current anomalies is provided, containing a rigid conductor, surrounding and holding flexible conductor; wherein the rigid conductor and the flexible conductor pass through a hole in the earth fault detection current transformer inside the miniature circuit breaker; and a voltmeter measuring the voltage drop across the rigid conductor and transmitting the voltage drop measurement to the arc fault detector.

[011] В некоторых аспектах настоящего изобретения жесткий проводник соединен с путем тока нейтрального соединения и образует его часть. Альтернативно, жесткий проводник может являться частью линейного соединения, а линия нейтрали может быть соединена через гибкий проводник, охваченный жестким проводником. Жесткому проводнику также могут быть приданы функции создания повышенного сопротивления току, например, электрическое сопротивление в жестком проводнике создается уменьшенной толщиной стенки в сечении имеющей по существу трубчатую форму.[011] In some aspects of the present invention, a rigid conductor is connected to and forms part of the neutral connection current path. Alternatively, the rigid conductor may be part of a line connection and the neutral line may be connected via a flexible conductor surrounded by a rigid conductor. The rigid conductor may also be given the function of creating increased resistance to current, for example, electrical resistance in the rigid conductor is created by a reduced wall thickness in a substantially tubular cross section.

[012] Другие аспекты настоящего изобретения предлагают усовершенствование устройства прерывателя защиты от замыкания на землю, относящегося к типу дуговой защиты, содержащему трансформатор тока с магнитным сердечником, в котором имеется отверстие; печатную плату с электроникой для определения событий замыкания на землю; первый и второй первичные проводники, проходящие сквозь сердечник; при том первый первичный проводник является по существу жестким проводником, трубчатая часть которого расположена внутри сердечника и имеющим не трубчатые вторую и третью части, расположенные вне сердечника и проходящие под углами к трубчатой части; при этом одна из второй и третьей частей закреплена на печатной плате; при этом второй первичный проводник является гибким проводом, удерживаемым внутри трубчатой части первого первичного проводника по существу соосно; при этом датчик тока дополнительно содержит вторичную обмотку, содержащую множество витков на сердечнике; размыкающую цепь, реагирующую на обнаруженные сигналы на вторичной обмотке; и вольтметр, включенный параллельно по существу жесткому проводнику для обнаружения токов дугового замыкания. В некоторых аспектах в миниатюрном прерывателе один из проводов вольтметра может быть прикреплен к печатной плате. В других аспектах трубчатая часть жесткого проводника может не образовывать полностью замкнутую трубу.[012] Other aspects of the present invention provide an improvement in an arc protection type earth fault breaker device comprising a magnetic core current transformer having an opening; printed circuit board with electronics for detecting ground fault events; first and second primary conductors passing through the core; while the first primary conductor is essentially a rigid conductor, the tubular part of which is located inside the core and having non-tubular second and third parts located outside the core and passing at angles to the tubular part; while one of the second and third parts is fixed on the printed circuit board; wherein the second primary conductor is a flexible wire held within the tubular portion of the first primary conductor substantially coaxially; wherein the current sensor further comprises a secondary winding containing a plurality of turns on the core; an opening circuit that responds to detected signals on the secondary winding; and a voltmeter connected in parallel with the substantially rigid conductor to detect arc fault currents. In some aspects, in a miniature circuit breaker, one of the voltmeter wires may be attached to a printed circuit board. In other aspects, the tubular portion of the rigid conductor may not form a fully enclosed tube.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[013] Вышеописанные и другие преимущества раскрываемых вариантов настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на чертежи где:[013] The above and other advantages of the disclosed embodiments of the present invention will be apparent from the following detailed description with reference to the drawings where:

[014] Фиг. 1 - схематическая иллюстрация рабочих частей известного прерывателя защиты от дугового замыкания.[014] FIG. 1 is a schematic illustration of the working parts of a known arc fault protection interrupter.

[015] Фиг. 2 - вид изнутри механической части известного прерывателя защиты от дугового замыкания.[015] FIG. 2 is an inside view of the mechanical part of a conventional arc fault breaker.

[016] Фиг. 3 - разнесенный вид электронной части прерывателя по фиг. 2 по настоящему изобретению.[016] FIG. 3 is an exploded view of the electronics of the breaker of FIG. 2 according to the present invention.

[017] Фиг. 4 - общий вид печатной платы двухфункционального прерывателя цепи, с интегрированным блоком определения дугового замыкания и замыкания на землю по настоящему изобретению, использующей один трансформатор тока определения замыкания на землю.[017] FIG. 4 is a perspective view of the printed circuit board of a dual-function circuit breaker, with an integrated arc fault and earth fault detection unit of the present invention, using a single earth fault detection current transformer.

[018] Фиг. 5А, 5В и 5С - иллюстративные варианты жесткого проводника, используемого для сборки псевдо-коаксиальных проводников, проходящих сквозь трансформатор тока прерывателя защиты от замыкания на землю.[018] FIG. 5A, 5B, and 5C are exemplary rigid conductors used to assemble pseudo-coaxial conductors through the earth fault circuit breaker current transformer.

Подробное описаниеDetailed description

[019] Прежде всего, следует понимать, что разработка реального коммерческого решения, в котором используются аспекты описываемых вариантов потребует принятия конкретных решений, специфичных для этого варианта для достижения окончательной цели, стоящей перед разработчиком, для создания коммерческого решения. Такие решения, специфичные для конкретного варианта, могут включать, вероятно, помимо прочего, согласования с соответствующими системой, бизнесом, нормативными требованиями и другими ограничивающими условиями, которые могут быть разными для разных вариантов, местоположений и меняться со временем. Хотя в абсолютном смысле усилия разработчика могут быть сложными и требовать затрат времени, такие усилия, тем не менее являются рутинным занятием для специалистов, использующих преимущества настоящего изобретения.[019] First of all, it should be understood that the development of a real commercial solution that uses aspects of the options described will require specific decisions specific to that option to achieve the ultimate goal facing the developer to create a commercial solution. Such variant-specific decisions may include, but are not limited to, likely to be consistent with relevant system, business, regulatory requirements, and other constraints that may vary by variant, location, and change over time. Although in the absolute sense, the developer's efforts can be complex and time consuming, such efforts are nonetheless routine for those skilled in the art to take advantage of the present invention.

[020] Также следует понимать, что описанные и показанные варианты могут принимать различные и многочисленные формы и в них можно вносить различные и многочисленные изменения. Поэтому использование терминов в единственном числе не ограничивает количества объектов. Аналогично, относительные термины, такие как, помимо прочего, "верх", "низ", "левый", "правый", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "сторона" и т.п., использованные в письменном описании, приведены для пояснения в конкретных ссылках на чертежи и не ограничивают объем настоящего изобретения[020] It is also to be understood that the embodiments described and shown may take various and numerous forms and may be subject to various and numerous variations. Therefore, the use of terms in the singular does not limit the number of objects. Likewise, relative terms such as but not limited to "top", "bottom", "left", "right", "top", "bottom", "down", "up", "side", etc. . used in the written description are given for clarification in specific reference to the drawings and do not limit the scope of the present invention.

[021] Слова, определяющие относительные величины, такие как "приблизительно", "по существу" и т.п., используются в настоящем описании в смысле "при, или почти при", с учетом производственных, конструктивных допусков и допусков на материалы, действующих в данных обстоятельствах" и используются для того, чтобы воспрепятствовать недобросовестному нарушителю патентных прав несправедливо воспользоваться преимуществами изобретения, когда указаны точные или абсолютные цифры и оперативные или конструктивные соотношения описаны в качестве помощи для понимания изобретения.[021] Words that define relative values, such as "approximately", "substantially", etc., are used in the present description in the sense of "at, or almost at", taking into account manufacturing, design tolerances and tolerances on materials, applicable in the circumstances" and are used to prevent an unfair patent infringer from unfairly taking advantage of the invention, when exact or absolute numbers are given and operational or design relationships are described as an aid to understanding the invention.

[022] Средний специалист в данной отрасли поймет, что хорошо известные компоненты электронного миниатюрного прерывателя, не являющиеся необходимыми для представления настоящего изобретения, подробно не описываются, но подразумевается, что они присутствуют в функционировании прерывателя, как кратко описано выше. Хотя настоящее изобретение описывается в контексте миниатюрного прерывателя, специалистам должно быть понятно, что изобретение применимо и к другим формам прерывателей с цепью определения дугового замыкания, таким как розетки или системы мониторинга.[022] One of ordinary skill in the art will appreciate that well-known electronic miniature breaker components that are not necessary to present the present invention are not described in detail, but are understood to be present in the operation of the breaker as briefly described above. Although the present invention is described in the context of a miniature circuit breaker, those skilled in the art will appreciate that the invention is applicable to other forms of arc fault sensing circuit breakers, such as socket outlets or monitoring systems.

[023] На фиг. 2 показана "механическая часть", т.е. участок, частично собранного прерывателя 30 цепи, определяющего дуговое замыкание, по некоторым аспектам настоящего изобретения. Термины "часть" и "участок" применяются в настоящем описании, чтобы передать смысл функциональной группировки, которая может существовать или не существовать как дискретные физические компоновки в конструкции прерывателя. Далее, в описании могут использоваться некоторые общие ссылочные позиции на фиг. 1 и остальных чертежах, если функциональность компонентов на этих чертежах по существу одинакова. Путь линейного (силового) тока начинается на линейной клемме 13 прерывателя 30 и проходит через размыкаемые контакты 15 на подвижный контактный рычаг 74 и проходит посредством провода 72 через участки механического размыкания ярма 74 и биметаллический элемент 76, которые вызывают механическое размыкание, отсоединяя пластину 78 защелки ярма 74 от размыкающего рычага 80. Затем путь тока проходит через трансформатор 34 тока прерывателя защиты от замыкания на землю, как будет описано ниже, до выхода на клемму 18 нагрузки, которая соединена проводом с нагрузочной ветвью 22 (фиг. 1).[023] In FIG. 2 shows the "mechanical part", i.e. a portion of a partially assembled arc fault detection circuit breaker 30, in accordance with some aspects of the present invention. The terms "part" and "section" are used herein to convey the meaning of a functional grouping that may or may not exist as discrete physical arrangements in a breaker design. Further, the description may use some of the general reference numerals in FIG. 1 and the rest of the drawings, if the functionality of the components in these drawings is essentially the same. The path of the linear (power) current begins at the line terminal 13 of the breaker 30 and passes through the break contacts 15 to the movable contact lever 74 and passes through the wire 72 through the mechanical opening sections of the yoke 74 and the bimetallic element 76, which cause a mechanical opening, disconnecting the plate 78 of the yoke latch 74 from the release lever 80. The current path then passes through the earth fault circuit breaker current transformer 34, as will be described below, to exit at load terminal 18, which is wired to load leg 22 (FIG. 1).

[24] На фиг. 3 показана электронная "часть" или участок 31, прерывателя 30 цепи, определяющего дуговое замыкание, содержащая датчик 34 тока трансформатора тока и сопутствующую электронику 52, смонтированную на плате 50 для оценки событий дугового замыкания и замыкания на землю. Электроника 52 управляет соленоидным исполнительным механизмом 53, функцией которого является перемещение пластины 78 защелки (фиг. 2) от размыкающего рычага 80 для размыкания разделяемых контактов 15 и снятие питания с нагрузки (не показана). Путь возвратного (нейтрального) тока от нагрузки проходит от нейтральной возвратной клеммы 28, которая является вторым концом жесткого проводника 36, через трансформатор 34 тока датчика тока, как описано ниже, и на нейтральный возвратный (спиральный) провод 26 и гнездовой нейтральный зажим 82, оба из которых показаны здесь для пояснения.[24] FIG. 3 shows an electronic "part" or portion 31 of an arc fault detection circuit breaker 30 comprising a current transformer current sensor 34 and associated electronics 52 mounted on a circuit board 50 for judging arc fault and ground fault events. Electronics 52 controls a solenoid actuator 53 whose function is to move latch plate 78 (FIG. 2) away from release lever 80 to open shared contacts 15 and remove power from a load (not shown). The return (neutral) current path from the load extends from the neutral return terminal 28, which is the second end of the rigid conductor 36, through the current sensor current transformer 34, as described below, and to the neutral return (spiral) wire 26 and the neutral socket 82, both of which are shown here for clarification.

[025] На фиг. 4 приведен общий вид печатной платы 50 прерывателя цепи, определяющего дуговое замыкание, с интегрированным блоком 32 определения дугового замыкания и замыкания на землю, использующим один трансформатор 34 тока защиты от замыкания на землю, выступающий в роли датчика тока. Как понимается в данной области, трансформатор 34 тока содержит тороидальный сердечник с обмоткой внутри корпуса. Как показано на фиг. 4 и фиг. 5А-5С, сквозь отверстие 40 тороидального сердечника трансформатора проходит жесткий проводник 36, окружающий и удерживающий изолированный гибкий проводник 38, т.е. провод, расположенный здесь для проведения линейного тока через прерыватель, и заканчивающийся на нагрузочной клемме 18 для соединения с линией ветви нагрузки. Такая конструкция создает так называемый "псевдо-коаксиальный проводник" для использования в интегрированном блоке 32 определения тока дугового замыкания и замыкания на землю по настоящему изобретению, который содержит датчик 34 тока, жесткий проводник 36, вольтметр 54 и сопутствующую электронику 52. Жесткий проводник 36 соединен с нейтральным возвратным проводом 26, иногда называемым спиральным, на первом конце 42 жесткого проводника как часть пути нейтрального тока через прерыватель 30 цепи. Второй конец 44 жесткого проводника 36 сформирован как нейтральная клемма 28 прерывателя 10 цепи для соединения с нейтральной линией ветви нагрузки (не показана).[025] In FIG. 4 is an overview of the PCB 50 of the arc fault detection circuit breaker with an integrated arc fault and earth fault detection unit 32 using a single earth fault current transformer 34 acting as a current sensor. As understood in the art, the current transformer 34 comprises a toroidal core wound within a housing. As shown in FIG. 4 and FIG. 5A-5C, a rigid conductor 36 extends through the opening 40 of the toroidal core of the transformer, surrounding and holding the insulated flexible conductor 38, i. e. a wire located here to carry the line current through the breaker, and terminating at load terminal 18 for connection to the load branch line. This design creates a so-called "pseudo-coaxial conductor" for use in the integrated arc and earth fault current detection unit 32 of the present invention, which includes a current sensor 34, a rigid conductor 36, a voltmeter 54, and associated electronics 52. The rigid conductor 36 is connected with a neutral return wire 26, sometimes referred to as a helix, at the first end 42 of the rigid conductor as part of the neutral current path through the circuit breaker 30. The second end 44 of the rigid conductor 36 is formed as the neutral terminal 28 of the circuit breaker 10 for connection to the neutral line of the load branch (not shown).

[026] Жесткий проводник закреплен, например, пайкой, на печатной плате 50 наряду с разными другими электронными компонентами, совместно обозначенными позицией 52, необходимыми для выполнения функций прерывания прерывателя 50. В число этих электронных компонентов входит вольтметр 54 (фиг. 4), выводы которого могут быть встроены в печатную плату 50 и контактировать с жестким проводником 36 там, где он припаян к плате, например, на одном из ее штырьков 57 (фиг. 5В), для соединения параллельно первому концу 42 и второму концу 44 жесткого проводника 36 для обеспечения функциональности, необходимой для обнаружения быстрого изменения напряжения и тока в жестком проводнике 36, указывающих на событие возникновения токов дуги. Такая конструкция, таким образом, может устранить необходимость во втором трансформаторе тока для обнаружения дугового замыкания, которые обычно имеются в известных миниатюрных двухфункциональных прерывателях.[026] The rigid conductor is fixed, for example, by soldering, to the printed circuit board 50 along with various other electronic components, collectively indicated by the position 52, necessary to perform the functions of interrupting the interrupter 50. These electronic components include a voltmeter 54 (Fig. 4), leads which can be built into the printed circuit board 50 and contact the rigid conductor 36 where it is soldered to the board, for example, on one of its pins 57 (Fig. 5B), for connection in parallel with the first end 42 and the second end 44 of the rigid conductor 36 for providing the functionality necessary to detect a rapid change in voltage and current in rigid conductor 36 indicative of an arc current event. Such a design can thus eliminate the need for a second current transformer for arc fault detection, which is typically found in prior art miniature dual function circuit breakers.

[027] На фиг 5А, 5В и 5С показаны три варианта 36а, 36b и 37с жесткого соединителя 36, используемого для сборки псевдо-соосных проводников, проходящих через трансформатор тока прерывателя защиты замыкания на землю. Каждый жесткий проводник 36а, 36b и 37с может начинаться как плоская пластинчатая часть отштампованная, согнутая и изогнутая в процессе создания жесткого проводника блока 32 псевдо-коаксиального датчика. В каждом варианте первый конец 42 жесткого проводника 36 согнут для формирования открытого цилиндра соединительной точки 60 для гибкого провода внутри прерывателя. Хотя в настоящем описании этот провод описан как несущий нейтральный ток, следует понимать, что жесткий проводник 36 может в других конструкция точно также может быть предназначен для линейного тока. Центральная трубчатая часть 62, в данном случая во всех трех вариантах не замкнутая, сформирована путем загибания более широкой центральной части пластины. Центральная часть на фиг. 5А загнута и/или закручена на 180°. Центральная часть на фиг. 5В загнута и/или закручена на 90°, а центральная часть на фиг. 5С имеет так называемую закрутку на ноль градусов, при которой кромки центральной пластины просто повернуты друг к другу баз закрутки относительно оси исходной пластины. Центральная часть по фиг. 5С дополнительно имеет признак 64 для добавления сопротивления току, который отштампован в центральной части как участок стенки уменьшенной толщины.[027] FIGS. 5A, 5B, and 5C show three variants 36a, 36b, and 37c of rigid connector 36 used to assemble pseudo-coaxial conductors through the earth fault protection breaker current transformer. Each rigid conductor 36a, 36b, and 37c may begin as a flat plate-like portion stamped, bent, and bent in the process of making the rigid conductor of pseudo-coaxial sensor assembly 32. In each embodiment, the first end 42 of the rigid conductor 36 is bent to form an open cylinder of flexible wire connection point 60 within the interrupter. While this wire is described herein as carrying a neutral current, it should be understood that the rigid conductor 36 may otherwise be designed to carry line current as well. The central tubular part 62, in this case not closed in all three cases, is formed by bending the wider central part of the plate. The central part in Fig. 5A is bent and/or twisted through 180°. The central part in Fig. 5B is bent and/or twisted by 90°, and the central part in FIG. 5C has a so-called zero-degree twist, in which the edges of the central plate are simply rotated towards each other with respect to the axis of the original plate. The central part in Fig. 5C additionally has a feature 64 for adding resistance to current, which is stamped in the central part as a section of the wall of reduced thickness.

[028] Для оптимизации характеристик сдвига нагрузки и обнаружения линейного тока, а также оптимизации падения напряжения при обеих типичных частотах 50 и 60 Гц, и при более высоких частотных сигнатурах во время дуговых замыканий можно использовать множество вариантов концепции псевдо-коаксиального проводника, используя разные геометрии, к некоторым примерам относятся форма, длина, толщина материала коаксиального проводника и т.д. [028] To optimize load shear performance and line current detection, as well as optimize voltage drop at both typical frequencies of 50 and 60 Hz, and at higher frequency signatures during arc faults, many variations of the pseudo-coaxial conductor concept can be used using different geometries. , some examples include the shape, length, thickness of the material of the coaxial conductor, etc.

[29] Жесткий проводник в сочетании с проводниками печатной платы дополнительно можно использовать для замены отдельных проводных соединений с модулем. Например, вход питания и тестовый (PTT, push-to-test) вход могут быть реализованы с помощью жесткого проводника, а не с помощью проводов-перемычек. Следует также понимать, что тело жесткого проводника можно изолировать, чтобы уменьшить диэлектрические проблемы с окружающими компонентами. Аналогично, следует понимать, что жесткий проводник 36 в псевдо-коаксиальной конструкции может подключаться либо через линейный (горячий) провод, либо через нейтральный провод.[29] Rigid conductor in combination with PCB conductors can additionally be used to replace individual wiring connections to the module. For example, the power input and test (PTT, push-to-test) input can be implemented using a hardwire instead of using jumper wires. It should also be understood that the rigid conductor body can be insulated to reduce dielectric problems with surrounding components. Similarly, it should be understood that rigid conductor 36 in a pseudo-coaxial design may be connected either via the line (hot) wire or via the neutral wire.

[030] Хотя выше были описаны и проиллюстрированы конкретные аспекты, варианты и способы применения настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанными точными конструкциями и составами, и из вышеприведенного описания в них могут быть внесены различные изменения, замены и вариации, не выходя за пределы объема изобретения, определяемого приложенной формулой.[030] While specific aspects, embodiments, and uses of the present invention have been described and illustrated above, it should be understood that the present invention is not limited to the precise structures and compositions described, and various alterations, substitutions, and variations may be made from the foregoing description, without going beyond the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (41)

1. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи с функциями обнаружения дугового замыкания и замыкания на землю, содержащее:1. A dual function circuit breaker device with arc fault and ground fault detection functions, comprising: гибкий проводник;flexible conductor; трансформатор тока с отверстием для обнаружения токовых аномалий при замыкании на землю;current transformer with a hole for detecting current anomalies in case of earth fault; жесткий проводник, выполненный с возможностью окружать и удерживать гибкий проводник, при этом жесткий проводник и гибкий проводник проходят сквозь отверстие в трансформаторе тока, причем жесткий проводник содержит:a rigid conductor configured to surround and hold the flexible conductor, the rigid conductor and the flexible conductor passing through a hole in the current transformer, the rigid conductor comprising: центральную трубчатую часть с прорезью, имеющую первый открытый конец и второй открытый конец;a slotted central tubular portion having a first open end and a second open end; вторую трубчатую часть с прорезью, имеющую первый открытый конец;a second slotted tubular portion having a first open end; жесткий соединитель, который соединяет первый открытый конец центральной трубчатой части с прорезью и первый открытый конец второй трубчатой части с прорезью по существу под прямым углом; иa rigid connector that connects the first open end of the central tubular portion to the slot and the first open end of the second tubular portion to the slot at a substantially right angle; and нетрубчатую нейтральную клемму, соединенную со вторым открытым концом центральной трубчатой части с прорезью по существу под прямым углом; иa non-tubular neutral terminal connected to a second open end of the central tubular portion with a slot substantially at a right angle; and вольтметр, выполненный с возможностью измерять падение напряжения на жестком проводнике и сообщать результаты измерений падения напряжения на электронную схему детектора дуговых замыканий.a voltmeter configured to measure the voltage drop across the rigid conductor and report the results of the voltage drop measurements to the electronic circuit of the arc fault detector. 2. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором устройство имеет только один трансформатор тока. 2. The dual function circuit breaker device of claim 1, wherein the device has only one current transformer. 3. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором жесткий проводник соединен с путем возвратного нейтрального тока и формирует его часть. 3. The dual function circuit breaker device of claim 1 wherein the rigid conductor is connected to and forms part of the return neutral current path. 4. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором жесткий проводник имеет признаки электрического сопротивления, помещенные в центральной трубчатой части с прорезью, для создания повышенного сопротивления току, текущему по жесткому проводнику.4. The dual function circuit breaker device of claim 1, wherein the rigid conductor has electrical resistance features placed in a slotted central tubular portion to provide increased resistance to current flowing through the rigid conductor. 5. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором признак электрического сопротивления в жестком проводнике создан уменьшенной толщиной стенки в секции жесткого проводника. 5. The dual function circuit breaker device of claim 1, wherein the electrical resistance feature in the rigid conductor is created by reduced wall thickness in the section of the rigid conductor. 6. Миниатюрный прерыватель цепи, относящийся к типу, определяющему дуговое замыкание, содержащий:6. A miniature circuit breaker of the arc fault type, comprising: трансформатор тока с магнитным сердечником, в котором выполнено отверстие;a current transformer with a magnetic core in which a hole is made; печатную плату с электроникой для обнаружения событий замыкания на землю;printed circuit board with electronics for detecting ground fault events; первый и второй первичные проводники, проходящие сквозь сердечник;first and second primary conductors passing through the core; при этом первый первичный проводник является по существу жестким проводником, содержащим:wherein the first primary conductor is a substantially rigid conductor comprising: центральную трубчатую часть с прорезью, расположенную внутри магнитного сердечника, в котором выполнено отверстие, и имеющую первый открытый конец и второй открытый конец;a central tubular portion with a slot located inside the magnetic core, in which the hole is made, and having a first open end and a second open end; вторую трубчатую часть с прорезью, имеющую первый открытый конец;a second slotted tubular portion having a first open end; жесткий соединитель, который соединяет первый открытый конец центральной трубчатой части с прорезью и первый открытый конец второй трубчатой части с прорезью по существу под прямым углом; иa rigid connector that connects the first open end of the central tubular portion to the slot and the first open end of the second tubular portion to the slot at a substantially right angle; and нетрубчатую нейтральную клемму, соединенную со вторым открытым концом центральной трубчатой части с прорезью по существу под прямым углом, закрепленную на печатной плате;a non-tubular neutral terminal connected to a second open end of the central tubular portion with a substantially right angle slot, fixed on the printed circuit board; причем второй первичный проводник является гибким проводом, удерживаемым внутри трубчатой части первого первичного проводника по существу соосно;wherein the second primary conductor is a flexible wire held within the tubular portion of the first primary conductor substantially coaxially; трансформатор тока, дополнительно содержащий вторичную обмотку, содержащую множество витков на сердечнике;a current transformer further comprising a secondary winding comprising a plurality of turns on the core; размыкающую цепь, реагирующую на принятые сигналы на вторичной обмотке; иan opening circuit that responds to the received signals on the secondary winding; and вольтметр, включенный параллельно по существу жесткому проводнику для обнаружения токов дугового замыкания.a voltmeter connected in parallel with a substantially rigid conductor to detect arc fault currents. 7. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором один из выводов вольтметра прикреплен к печатной плате.7. The miniature circuit breaker of claim 6 wherein one of the leads of the voltmeter is attached to the printed circuit board. 8. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором трубчатая часть не образует полностью замкнутую трубку.8. A miniature circuit breaker according to claim 6, wherein the tubular portion does not form a fully enclosed tube. 9. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором нетрубчатая нейтральная клемма включает в себя один или несколько штырьков.9. The dual function circuit breaker device of claim 1, wherein the non-tubular neutral terminal includes one or more pins. 10. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано по существу на 180 градусов от передней стороны жесткого проводника.10. The dual function circuit breaker apparatus of claim 1, wherein the opening of the slotted central tubular portion is oriented substantially 180 degrees from the front side of the rigid conductor. 11. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано по существу на 90 градусов от передней стороны жесткого проводника.11. The dual function circuit breaker apparatus of claim 1, wherein the opening of the slotted central tubular portion is oriented substantially 90 degrees from the front side of the rigid conductor. 12. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано по существу на 0 градусов от передней стороны жесткого проводника.12. The dual function circuit breaker apparatus of claim 1, wherein the opening of the slotted central tubular portion is oriented at substantially 0 degrees from the front side of the rigid conductor. 13. Двухфункциональное устройство прерывателя цепи по п. 1, в котором нетрубчатая нейтральная клемма содержит плоскую жесткую клемму, выполненную из проводящего материала.13. The dual function circuit breaker device of claim 1, wherein the non-tubular neutral terminal comprises a flat rigid terminal made of a conductive material. 14. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором жесткий проводник имеет признаки электрического сопротивления, помещенные в центральной трубчатой части с прорезью, для создания повышенного сопротивления току, текущему по жесткому проводнику.14. The miniature circuit breaker of claim 6 wherein the rigid conductor has electrical resistance features placed in a slotted central tubular portion to provide increased resistance to current flowing through the rigid conductor. 15. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором признак электрического сопротивления в жестком проводнике создан уменьшенной толщиной стенки в секции по существу трубчатой формы.15. The miniature circuit breaker of claim 6, wherein the electrical resistance feature in the rigid conductor is provided by reduced wall thickness in a substantially tubular section. 16. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором нетрубчатая нейтральная клемма включает в себя один или несколько штырьков.16. The miniature circuit breaker of claim 6, wherein the non-tubular neutral terminal includes one or more pins. 17. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано по существу на 180 градусов от передней стороны жесткого проводника.17. The miniature circuit breaker of claim 6 wherein the opening of the slotted central tubular portion is oriented substantially 180 degrees from the front side of the rigid conductor. 18. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано по существу на 90 градусов от передней стороны жесткого проводника.18. The miniature circuit breaker of claim 6 wherein the opening of the slotted central tubular portion is oriented substantially 90 degrees from the front side of the rigid conductor. 19. Миниатюрный прерыватель цепи по п. 6, в котором раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано по существу на 0 градусов от передней стороны жесткого проводника.19. The miniature circuit breaker of claim 6 wherein the opening of the slotted central tubular portion is oriented at substantially 0 degrees from the front side of the rigid conductor. 20. Жесткий проводник для использования в устройствах прерывателя, содержащий:20. Rigid conductor for use in breaker devices, comprising: центральную трубчатую часть с прорезью, имеющую первый открытый конец и второй открытый конец, вторую трубчатую часть с прорезью, имеющую первый открытый конец, жесткий соединитель, который соединяет первый открытый конец центральной трубчатой части с прорезью и первый открытый конец второй трубчатой части с прорезью по существу под прямым углом, и нетрубчатую нейтральную клемму, соединенную со вторым открытым концом центральной трубчатой части с прорезью по существу под прямым углом, причем нетрубчатая нейтральная клемма включает в себя один или несколько штырьков и раскрытие центральной трубчатой части с прорезью ориентировано на 180 градусов от передней стороны жесткого проводника.a slotted central tubular portion having a first open end and a second open end, a second slotted tubular portion having a first open end, a rigid connector that connects the first open end of the slotted central tubular portion and the first open end of the slotted second tubular portion substantially at a right angle, and a non-tubular neutral terminal connected to the second open end of the central tubular part with a slot essentially at a right angle, and the non-tubular neutral terminal includes one or more pins and the opening of the central tubular part with a slot is oriented 180 degrees from the front side hard conductor.
RU2018127635A 2017-08-09 2018-07-27 Integrated unit for determination of arc and earth fault current RU2772982C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/672,744 2017-08-09
US15/672,744 US10622800B2 (en) 2017-08-09 2017-08-09 Integrated arc fault and ground fault current sensing package

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018127635A RU2018127635A (en) 2020-01-31
RU2018127635A3 RU2018127635A3 (en) 2021-12-22
RU2772982C2 true RU2772982C2 (en) 2022-05-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3725741A (en) * 1971-06-30 1973-04-03 Westinghouse Electric Corp Differential transformer mounting arrangement particulary for ground fault interrupter apparatus
US4507709A (en) * 1984-02-13 1985-03-26 General Electric Electrical interconnect arrangement for a GFCI magnetic sensor module plug-in subassembly
US7639461B2 (en) * 2004-04-30 2009-12-29 Leviton Manufacturing Company, Inc. Overcurrent protection for circuit interrupting devices
RU103990U1 (en) * 2010-12-13 2011-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Корпоративный институт электротехнического приборостроения "Энергомера" PROTECTIVE SHUT-OFF DEVICE
RU168088U1 (en) * 2016-04-11 2017-01-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" (ВСГУТУ) THREE-PHASE DIFFERENTIAL CURRENT SWITCH

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3725741A (en) * 1971-06-30 1973-04-03 Westinghouse Electric Corp Differential transformer mounting arrangement particulary for ground fault interrupter apparatus
US4507709A (en) * 1984-02-13 1985-03-26 General Electric Electrical interconnect arrangement for a GFCI magnetic sensor module plug-in subassembly
US7639461B2 (en) * 2004-04-30 2009-12-29 Leviton Manufacturing Company, Inc. Overcurrent protection for circuit interrupting devices
RU103990U1 (en) * 2010-12-13 2011-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Корпоративный институт электротехнического приборостроения "Энергомера" PROTECTIVE SHUT-OFF DEVICE
RU168088U1 (en) * 2016-04-11 2017-01-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" (ВСГУТУ) THREE-PHASE DIFFERENTIAL CURRENT SWITCH

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2350514C (en) Arc fault circuit breaker
RU2769969C2 (en) Method for wiring bus connections for differential current detection
US8238066B2 (en) Current sensor for earth leakage module
US20060181820A1 (en) Corded leakage-current detection and interrupton apparatus
EP3441999B1 (en) Integrated arc fault and ground fault current sensing package
US7986202B2 (en) Circuit breaker current transformer conductor location device for improved sensing accuracy and assembly
US6728085B2 (en) Circuit breaker with shunt
EP2814129B1 (en) Method and means for complex, universal earth fault protection in power high and medium voltage system
RU2772982C2 (en) Integrated unit for determination of arc and earth fault current
JP2008288101A (en) Molded-case circuit-breaker with built-in ct
EP2924447A1 (en) Combined current sensor
NZ744698A (en) Integrated Arc Fault And Ground Fault Current Sensing Package
US6111489A (en) Circuit breaker configuration
CN109300749B (en) Differential electric protection device
NZ744846A (en) Differential Current Sensing Bussing Method
WO2007125410A2 (en) Arc fault circuit interrupter with plug-on neutral contact clip spring