CN113615024B 具有增强的安全智能的危险场所合规的电路保护装置、系统和方法 （伊顿智能动力有限公司）

2021.07.22PCT/US2019/06855820WO2020/139931EN2020.07.02US2009080130A1,2009.03.26US2017265316A1,2017.09.14具有增强的安全智能的危险场所合规的电并且智能地诊断和管理电路保护装置以及较大2总线结构，所述总线结构位于所述壳体中并且包括至一个固态开关元件能够以无弧方式操作以将所述负载侧端子连接到所述线路侧端子并且接收用于操作所述至少一个固态开关元件以保护所连接的电气负载的多个不同设置根据紧固件的位置来确定用于连接到所述线路侧端子或负载侧端子2.根据权利要求1所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配3.根据权利要求1所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配4.根据权利要求3所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配5.根据权利要求1所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配置为将所接受的设置传送给开关装置的网络中的至少6.根据权利要求1所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配7.根据权利要求1所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配8.根据权利要求1所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被配置为检9.根据权利要求8所述的可配置和合规的电路保护系统，其中所述控制器被进一步配3基于所监测到的所述独特电流特征的变化来置为基于所检测到的独特电流特征自动选择所述多个不同4[0005]图1是根据本发明的第一示例性实施方案的合规的危险场所无弧电路保护装置的[0008]图4是图1至图3所示的电路保护装置的配电板安装的框图，并且示出了分别为不[0009]图5是确保为图4所示的电路保护装置设置兼容性和故障安全措施的示例性过程[0012]图8是根据本发明的第二示例性实施方案的合规的危险场所无弧电路保护装置的[0017]图13示出了可用本发明的合规的危险场所无弧电路保护装置的示例性实施方案5检测和管理的各种不同电气负载的电源电压和电流波形[0018]图14示出了可用本发明的合规的危险场所无弧电路保护装置的示例性实施方案足了本领域中的长期存在但未满足的需求的电路保护装置、系统和方法的示例性实施方案。些设施的整体安全和可靠运行带来了重大考验，包括但不限于电力系统本身的安全运行，评级标准，UL认证是制造商成功将产品推向北美市场或接受UL标准UL1203的任何其他市指连续存在或长时间存在具有可点燃浓度的可燃气体或蒸气的场所。1区场所是指由于维点燃浓度的可燃气体或蒸汽可能存在或可经常存在的场所，或者是一个与0区场所相邻的[0025]由于电气装置(诸如下文所述的那些)在某些情况下可为点燃源，通常会将防爆、阻燃或防点燃壳体设置在NEC的1段或2段场所和/或IEC的1区或2区场所中，以容纳原本造6件的活动触点，该致动器元件使活动触点沿着预定的运动路径朝向和远离静止触点移位，断开时，装置用于将连接到输出端子的一个或多个电气负载与连接到输入端子的电源隔载和断开电流，并且也能够在规定的异常电路状况(诸如短路)下在规定时间内承载电流7[0043]NEC还要求电路设置有被定义为装置或装置组的断路装置，或可使电路导体与电通常与单独的断路装置(通常为某种形式的断路开关)结合使用(NEC第240条规定在许多情设计成在不损坏自身的情况下断开电路，而熔断器通过熔断器元件的内部劣化来断开电常规断路器或其他机械开关装置的壳体以及通常与配电板或电机控制中心等一起使用的段或2段场所或IEC的1区或2区场所内的开关的单独防爆外壳来81段或2段场所或IEC的1区或2区场所中可以消除防爆外壳，同时仍提供在危险环境中的安[0049]固态断路装置是已知的，它们通过半导体开关或半导体装置提供所需的断路功场效应晶体管(MOSFET)和其他已知元件，它们以已知的方式电操作以阻止电流流过装置，到由于危险场所中特定气体或可点燃物质的闪点温度而发点燃源(如果不是电弧的话)。质量差的端子连接还可导致装置中的导体结构(有时称为总[0054]本文描述了电路保护装置的示例性实施方案，该电路保并且为符合NEC的1段或2段场所或IEC的1区或2区场所中的适用标准提供了增强程度的安9路保护装置在切换装置以通过固态开关装置连接或断开负载侧电路的过程中具有无弧操从而防止危险场所中的点燃，以及解决连接端子处可能的点燃源和/或包括热管理特征部[0060]图1是根据本发明的第一示例性实施方案的合规的危险环境电路保护装置100的112和后侧面114，并且前侧面112包括用作装置100的输入/输出元件的可选数字显示器不期望地产生热量并升高壳体102的温度。凭借对规定化学品具有很小反应性或没有反应性，耐化学性涉及壳体102对环境中的腐蚀性或苛性物质(包括但不限于气载气体和蒸气)的壳体样品可经受在暴露于化学品之前测试的相应压裂力的至少85则壳体样品符合UL1203。此类UL1203合规性可被认为在不是NE不是NEC的1段场所的场所包括但不一定限于NEC的2段场所或IEC的1区或2区场所以及不满或2区场所中存在的特定化学品的化学相容性。化学相容性是指壳体在暴露于危险场所环境中的物质时的稳定性。如果壳体102与环境中的物质发生化学反应，则认为其是不相容的壳体来解决所产生的问题。如果不能实际确定或经济地提供普遍最优的壳体或材料配壳体的UL1203合规性可消除在所选设施中进行化学相容性测试的需要，并且化学相容性[0065]用于制造壳体102的材料同样可以策略性地选择或以其他方式配制，并形成为具部和其外表面区域两者上改善使用中的装置100的热性能，使得外表面区域温度保持在低于可在NEC的1段或2段场所或IEC的1区或2区场所中点燃的102的表面温度将保持低于所选择的目标温度，进而提供具有所需耐热等级或温度额定值[0068]除了在其制造中使用的材料之外，壳体102的结构设计同样可以考虑热分配和热耗散。壳体可以策略性地构造成在整个壳体102中或在该壳体中的特定目标位置处包括一[0069]主动冷却元件同样是可能的，其中冷却流体在壳体结构上方或穿过壳体结构流100中的累积产生的热量并减轻装置100可能对彼此产生诸如用于在相对复杂的表面区域上散热的更复[0071]壳体102的横向侧面108、110各自包括用于相应地连接到线路侧电路和负载侧电[0073]图2是处于示例性固态构型的电路保护装置100的简化示意图。装置100包括输入向连接的IGBT以已知的方式排除通过IGBT从负载侧电路136流向线路侧电路132的反向电关的一种形式，该半导体开关可操作以允许电流在相应的输入端子和输出端子(130a和极施加到栅极端子的正电压导致电子跨IGBT的体区被拉向栅极端子。如果栅极-发射极电过体区，使得可通过控制栅极-发射极电压启用或禁用输入端子和输出端子之间的电流以经由IGBT将装置100的输出端子与输入端子连接或断开。可同样采用除IGBT元件之外的等效类型的半导体开关元件，包括但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)元件、[0075]并联连接到所示布置中的每对IGBT的变阻器元件144在暴露于正常操作电压时展现出相对高的电阻，并且在暴露于较大电压(诸如与过电压状况和/或电气故障状况相关类电弧放电成为NEC的1段或2段场所或IEC的1区或2区场所中的可[0078]鉴于要使用装置100的危险环境，线路侧和负载侧电缆与输入和输出端子的可靠电问题。下文所述的装置智能和故障安全特征部为解决端子/电缆接口的点燃源问题提供[0081]为了解决可能的静电荷积聚问题(其使得在NEC的1段场所事件通常表现为通过人或人使用的工具在易爆空气的存在下可能产生并导致点燃的火花[0083]壳体102本身也可整体或部分由防静电聚合物或防静电材料制成，该防静电聚合物或防静电材料从电荷积聚的角度来看是弱导电性的，但从装置100所保护的电力系统的一个以上的接地连接。除了如上文所述的连接到装置壳体102的外部的接地导体之外或作为如上文所述的连接到装置壳体102的外部的接地导体的代替，接地导体可被提供在装置[0085]在NEC的2段场所或IEC的1区或2区场所中，装置通常将由外壳而不是防爆外壳保158，处理器150拥有关于通过编号为1至n的固态装置162中的每一个固态装置的电流的实由处理器150作出决定以通过将输出电压控制到如上文所述的IGBT中的栅极-发射极电压[0090]检测到的电压同样可被监测并用于作出是否操作固态开关元件162以保护负载侧[0091]检测到的温度同样可被监测并用于作出是否操作固态开关元件162以保护负载侧度传感器所指示的工作温度上升到可能点燃NEC的1段或2段场所或IEC的1区或2区场所中件和模数转换组件。将线路功率转换成适当的水平以对电子装置供电避免了对独立电源线尺寸数据和/或安培数限制数据以提高NEC的1段或2段场所或IEC的1区场所中的装置的在线路侧电源132与相应的第一电气负载170、第二电气负载172和第三电气负载174之间。或载流量限制范围可通过移除和更换跳闸单元160(图3配电板的总线结构连接到在正常操作中可在给定电压和电流下操作的相同线路侧电路异常状况下过量电流流向电气负载。对于具有类似电路保护要求的相同类型的电气负载，的一个或多个装置可替代地连接到在正常操作中可在不同电压和电流下操作的不同线路[0101]然而，实际上实现期望的电路保护取决于用于建立线路侧和/或负载侧连接的布和/或经由与每个装置的处理器150通信的基于处理器的远程装置诸如基于处理器的远程[0108]在步骤206处，还可经由下文所述的感测、推断和计算技术来确定布线载流量限制。步骤206处的确定可包括确定线路侧端子和负载侧端子中的每一者处的布线载流量限的一个或多个温度传感器和/或从装置100外部的另一个温度传感器接收温度输入。当相应装置100的场所中的环境温度升高时，可对从步骤204和206确定或接受的布线载流温度条件下操作时，设置为100A的装置100仍然可将80A至100A的电流传递到负载侧接线，负载侧接线虽然低于设置限制，但是这仍然可引起导线过热并在危险场所中造成点燃问器可在步骤210处向负责人员或其他基于处理器的装置生成通知或警报，以便适当地采取纠正措施或干预。通知或警报可包括对可能导致上游断路器和开关被致动(本地或远程以及手动或自动)的潜在危险操作条件的相关数据和解释，以避免由于累积的热效应而进一步加热布线。在步骤210处生成的通知或警报不需要指示布线载流量限制造成任何特定问制反馈回路可被实现为减少或限制流过装置100的电流直到温度降低到可接受的范围，或且在步骤218处可确认从步骤214确定的布线限制。如果在步骤216处比较的限制不同或冲[0114]在步骤222处，将在步骤202处从用户接收的设置与在步骤204(如果适用的话)处接受的设置以及步骤206或218的确定或确认的布线限制进行比较，包括在步骤208处对温[0115]在步骤224处，确定在步骤206处从用户接收的载流量设置是否超过由步骤204、[0116]传送到其他装置的所接受的设置可以是比较和确定相对于其他装置的设置的错制没有超过布线限制。太高的接收设置可导致装置100对电流状况不够敏感而无法满足特[0117]在步骤230处，在步骤206处从用户接收的在步骤226处接受的设置用于选择对应[0118]如果在步骤224处，在步骤206处从用户接收的设置确实户反馈以及用于与控制电力系统的其他电路保护器和装置的缆护套260内的单股或多股导体258的导体通道256。螺纹孔262形成在接线片端子252的上导体258延伸到导体通道256中之后，紧固件254被推进以用足够的夹持力物理接触并接合[0122]检测导体258的布线载流量的一种方式是检测导体紧固件254相对于端子接线片的螺纹柄可在其中移动的导体通道256的总尺寸(图6的平面中的垂直尺寸)固定在端子接寸可通过从总尺寸中减去紧固件柄延伸的距离来计算。然后可将电缆导体258的尺寸与已[0123]在一个实施方案中，提供位置传感器264以检测导体紧固件254在接线片端子252[0124]处理器150可根据检测到的紧固件匝数、紧固件的接合位置或检测到的电缆导体通过经验地或理论地确定紧固件254的基线位置并将检测到的位置与基线位置进行比较来置100可经由在装置的相应端子处检测到的电阻增加来检测松动的连接。如有需要或根据[0126]在某些实施方案中，包括紧固件的端子可包括正指示特征部以供用户或装置100[0133]图7示出了电力传感器反馈系统，该电力传感器反馈系统包括电路保护器100A、进一步允许检测和控制如果未解决可能存在点燃风特定安装点的复杂感测和评估能力。结合电力系统反馈传感器180，可进一步增强装置诊断的电力系统问题的线索。此类问题可包括导致电阻增大和工作温度升高的松动连接。此类部件的操作可有助于诊断电力系统操作、问题点和/或解释系统中特定位置的电路保参数的检测和感测，结合起来提供系统冗余以有效地诊断问题或解决原本可能存在的歧[0146]在另一方面，装置100A、100B、100C内的智能感测可扩展到使用中的每个装置[0147]图8是根据本发明的第三示例性实施方案的合规的易爆场所电路保护装置300的提供足够保护的指定时间-电流曲线或时间-电流[0149]图9是处于示例性混合构造中的电路保护装置130的简化示意图。装置300包括输气或物质可如138处所指示的那样气载从而140c所示。示例性固态开关布置140a、140b和140c包括串联连接的绝缘栅双极晶体管可被认为是可选的用于提供更多基本功能，并且可添加附加元件以使装置300的操作更加[0156]图11概略地示出了图8至图10所示的电路保护装置的热管理特征部。虽然如上所置有附加的绝缘体和材料，以控制与电弧放电相关联的任何热量并将其定位到较大外壳以包围机械断路器机构中的一些或全部，而不妨碍开关触点的运动路径或它们的移动能[0160]装置100或300中的每一者都可安全地用于IEC的1区或2区和NEC的1段危险场所，安全操作以及问题的智能诊断和管理的增强的安全特征部同样适用于装置300。上述内置[0161]图12示出了包括合规的危险场所电路保护装置的示例性配电板400，该电路保护装中提供组合电路保护器/电机起动器，与常规提供的单独封装且串联连接的电路保护器[0164]虽然已经描述了组合电路保护器/电机起动器，但其他双重用途或双重功能装置[0165]图13示出了可用合规的危险场所无弧电路保护装置诸如上述装置100和300检测连接到同一装置100或300的不同负载汲取可彼此区530表示可由装置100或300保护的具有常规镇流器的荧光灯的示例性电流消耗，并且波形供了装置100或300识别特定类型的负载和负载随时间推移变置100或300受到保护并且同时从电源输入电压510汲取电流的多个负载。可以看出，波形[0172]可在装置100和300中检测到的负载的电流波形和特征的差异(单独地或总体地)[0173]例如，可在装置100或300的控制中通过算法实现的此类主动措施可包括但不限电流以通过使一个或多个负载过热来降低危险场所中的点燃风险，完全停止流过装置100或300的电流，以及向上游或下游电路保护装置(其可包括附加装置100或300)传送或消息游和下游的智能装置也可确认负载的工作温度和其他所关注参数低于危险场所的对应安个串联连接装置中的一个装置发生故障，并且可生成通知或警报以调查并采取纠正措施。[0178]上文所示和所述的固态开关布置和混合开关布置中的任一者可包括或连接到线是仍然是防点燃的，以在没有防爆外壳的情况下用于NEC