斷路器附近的傳感器模塊、系統和用于傳感器的方法

專利名稱：斷路器附近的傳感器模塊、系統和用于傳感器的方法
技術領域：
本公開涉及電源系統。更具體地，本公開涉及功率分配和電源系 統的電氣保護的方法。
背景技術：
在許多高檔功率應用和功率分配系統中，有必要監視單個分支電 路電流，其分配來自干線的功率至電氣系統中的多個電路負載。可通 知操作員哪個連接的負載正在工作，連接的設備是空載的還是滿負荷 運行，以及任何單個電路是否正在接近過載并應校正。
在許多分散的電路負載中收集數據時，電流傳感器(CT)通常被 安裝在系統中來收集電流信息。通常是安裝在斷路器面板罩內，在這 里面板中斷路器的多個分支可方便地從單個位置監視。因此，主電源 進入斷路器面板并且功率被分成多個分支，每個分支都有斷路器保護。 在鄰近斷路器設置的長電路板中，CT安裝在斷路器的電氣下游。在許 多工業或數據中心應用中，連接的負載很少關閉以便保養或維修。因 此，CT及它們各自電路板的可靠性必須非常高，因為CT本質上是螺 旋管形的并且不能在不斷開電路布線并中斷對負載的臨界功率時移 除。
在應用中，相對厚的線是通過特定分支的適當CT從電氣負載饋進 到斷路器面板的，然后進入斷路器的觸點。然而，這有幾個難題。例 如
1.用于斷路器的標準42柱面板在其外殼內僅有有限的空間，通 常導致具有相應CT的CT板被做成長且薄的形狀，因而導致機械上是 脆弱的。CT板的相對脆弱性危及系統的穩定性和完整性。2. 單個斷路器輸出的高壓終端非常靠近暴露的電流傳感器焊接的 接頭，并因此產生危險的電壓進入低壓控制電路布線并毀壞電路的狀 況和/或產生安全危險的風險。
3. 典型CT板要求許多額外焊接的接頭，由于缺少機械強度，因
此直接降低可靠性和性能。
目前的分支電路監視器，如美國專利號6330516和美國專利號 6809509揭示的，都是構建在印制電路板上，因此有上面提到的不足。 電路板薄且在厚分支電路布線通過安裝的CT時易于彎曲并能夠折斷 焊接的接頭，因此嚴重損害分支電路監視器的性能。
例如，圖1A和1B分別是現有技術布置的示意正視圖和端視圖。 斷路器面板2含斷路器組件4，其具有多個斷路器6、 8。導電線IO、 12 (根據功率要求是相對厚的線路)從斷路器饋送功率至負載14、 16。 具有安裝在其上的CT22、 24的電路板20被用來測量通過斷路器和負 載之間的CT22、 24的電線10、 12的電流。CT可最終連接到輸出連 接器18，其從CT線圈的輸出線26開始，該CT線圈在焊接的接頭32 處焊接到引腳28。具有引腳的CT一般通過延伸引腳28通過電路板中 的孔并將引腳在焊接接頭34焊接到電路板而被組裝到電路板20。焊接 的接頭34進而連接到在電路板20上形成的電路板線(未示出)，該電 路板線通向輸出連接器18處的另一個焊接接頭。帶狀(ribbon)電纜 (未示出)可連接到輸出連接器18從而攜帶單個CT的輸出至監視系 統。
因此到輸出連接器的每個CT導電路徑具有三個焊接的接頭，且每 個CT具有兩條線路用于每個CT的共6個焊接接頭。 一般地，電路板 上有21個CT用于21個斷路器，導致每個電路板至少126個焊接接頭。 對于現在具有42個在一列上的斷路器的斷路器面板的趨勢，這樣的典 型電路板分支監視系統中有252個焊接接頭。
由拉伸厚電線10、 12通過CT而引起的彎曲應力30集中在CT 22、 24以及其焊接的接頭上，如接頭28，這導致對該單元以及由此對該系 統更頻繁的不合要求的損壞。而且，電路板上的接頭被暴露至相對靠 近的電線IO、 12的危險的電壓。
因此，需要對安裝和監視這樣的功率應用和相關系統中分支分配功率的方法進行改進。

發明內容
本公開內容提供了用于在電氣系統的斷路器附近安裝電流互感器
的方法和系統。通常，提供多個電流互感器(CT)來測量來自主電源 的多個分支電源線，并且將它們累積在傳感器模塊上。在至少一個實 施例中，傳感器模塊包括能支撐CT的模制聚合物安裝支架。聚合物模 制安裝支架與標準電路板不同并且基本上更堅固。傳感器模塊內提供 布線通道，以便使用少至每CT兩個焯接接頭能夠將CT輸出布線安全 地布線到輸出連接器，而不是在現有的分支監視系統中要求的每CT通 常的6個焊接接頭。與接頭的數量無關，本公開內容有利地提供比之 前使用的裝置更結實的封裝和支持裝置。能堆疊多個傳感器模塊來允 許與CT持續對齊，并且軟件/固件/硬件能允許任何電流極性變化。
本公開內容提供用于電氣系統中的布線的傳感器模塊，包括材料 的第一部分以及以與該第一部分成一角度放置的材料的第二部分；連 接到該第二部分的至少一個柱子，該柱子具有與該第二部分成一角度 定向的、從其通過的孔；以及連接到該柱子的至少一個電流互感器， 該電流互感器具有與該柱子的開口對齊的孔并且該柱子適用于將該電 流互感器與通過該柱子的開口的電線隔離開。
本公開內容還提供電氣系統，包括電氣面板；相對于彼此以增加 的間隔連接到該電氣面板的多個斷路器；以及第一傳感器模塊，包括 第一法蘭和連接到第一法蘭的腹板，其具有比該第一法蘭更小的橫截 面厚度，該腹板具有與該腹板成一糸度從其通過形成的多個開口；以 及連接到模制部的腹板的多個電流互感器，電流互感器以增加的間隔 與該斷路器的至少一部分對齊，以允許布線通過與該斷路器成一直線 的電流互感器。
本公開內容進一步提供用于電氣系統中布線的傳感器模塊，包括 傳感器支架，其具有支撐表面和與該支撐表面成一角度的第二表面， 并且建立高于該支撐表面的高度；至少一個柱子，其沿該第二表面的 高度橫向地連接到該傳感器支架，該柱子具有與該第二表面成一角度 定向從其通過的開口；以及至少一個電流互感器，其被連接到該柱子，該電流互感器具有與柱子的開口對齊的孔，該柱子適用于將該電流互 感器與通過該柱子開口的電線隔離開。


更具體的說明，上面做了簡單總結，可通過參考附圖中示出的實 施例給出，附圖形成本說明書的一部分并在這里說明。然而，應該注 意，附圖僅示出這里說明的某些實施例并因此不限制本公開的范圍， 因為可以有其他等效實施例。
圖1A是示例性現有技術的電氣分支監視系統的示意性正視圖1B是圖1A中示例性現有技術的電氣分支監視系統的示意性端 視圖2是按照本公開的具有監視系統的電氣系統的示例性實施例的 示意性正視圖3是作為示例性傳感器支架的傳感器模塊的一個實施例的透視
圖4是圖2中傳感器模塊的橫截面視圖，其具有連接到其上的柱 子和電流互感器；
圖5是圖2中傳感器模塊的橫截面視圖，其具有連接到其上的臺 階狀柱子和電流互感器；
圖6是在多個斷路器和各電氣負載之間接口的傳感器模塊的透視
圖7是作為示例性傳感器支架的電路板的一個實施例的透視圖。
具體實施例方式
圖2是示例性現有技術電氣分支監視系統的示意正視圖。電氣系 統40通常包括斷路器面板42，其具有容納安裝在其上的斷路器組件 44的內部空間。斷路器組件44包括一個或多個斷路器，如斷路器46、 48、 58、 60和68。 一般地，斷路器在斷路器組件上以預先設定的空間 對齊。慣例上，電氣斷路器組件具有21個間隔供斷路器垂直對齊。有 時，斷路器組件具有與側面用于其他斷路器的額外的21個可能的間隔 類似的布置。近來， 一些斷路器面板和相關斷路器組件具有用于更緊湊安裝的42個斷路器的垂直隊列。在面板上，斷路器通常標號為l一 21或l一42從而便于對維護、監視或其他功能的迅速識別。 一個或多 個電氣負載54、 56、 98通過一個或多個電線50、 52、 88連接到斷路 器。電線提供功率至電氣負載。
視圖示出一個示例性主電源100，其提供電源至斷路器面板42。 本領域技術人員已知對于不同的電源要求，如240伏特，要求兩路電 源饋送，其中一路為中性線，對于三相電源系統，要求三路電源饋送， 其中一路為中性線，以及其他布置。對于多路電源饋送，多個斷路器 可連接到一起，且每個斷路器連接至給定電氣負載的各個電源饋送線 路。因此，本公開考慮了這樣的布置并具體包括在本公開和隨后的權 利要求的范圍內。
下面要進一步說明的一個或多個傳感器組件61、 63，如傳感器模
塊通常可設置在斷路器和負載之間。其他傳感器組件可包括如這里所 改迸的電路板，以及可支撐一個或多個電流互感器或與其連接的其他 傳感器的其他構造(在此是"傳感器支架")。 一般地，為了傳感器組 件的安全、可靠和保護，傳感器組件61、 63將安裝在斷路器面板42 的內部。傳感器組件可在下面更詳細描述的接口區域66彼此接口。傳 感器組件61、 63通常將包括多個電流互感器(CT)，如CT 70、 72、 74、 78。 一般地，CT是巻繞在導電和非導電芯體上的線繞螺旋形線圈。 雖然考慮到電流互感器將是用在傳感器組件上的主要傳感器，但也包 括其他類型的傳感器，如電壓、功率和其他傳感器，因此術語電流互 感器被廣泛用來包括這類傳感器。CT可具有在CT中形成的孔，如電 線50的電源線可以穿過該孔布線。CT可如下所述特別地連接到傳感 器組件上，以減小由通過各CT孔的電線50、 52、 88引起的彎曲應力。 如這里所述，傳感器組件61、 63，如傳感器模塊62、 64的至少一個實 施例避免了依靠CT吸收彎曲應力30的現有技術的問題，如圖1A、 1B 所示。
進一步，傳感器組件61、 63可包括輸出連接器，該連接器可連接 到處理器。例如，第一傳感器組件61可包括第一輸出連接器80。該連 接器可以是用在電子接頭中的多引腳連接器，最多具有50個引腳或更 多，來自傳感器的多個電線可連接到其上。連接器可以通過傳感器組件下側連接到傳感器組件，因此相應的連接器可從斷路器面板的背側
插入。連接器80在圖2中示意示出，在一個實施例中，與圖3中所示 的輸出連接器塊81的位置相關。可替換地，連接器80可設置在傳感 器組件的前面，在端部或在其他方位上，只要方便。第一輸出連接器 80可通過電纜84連接到監視系統91，其具有多個元件，如處理器90。 一般地，輸出連接器80將具有用于傳感器組件上每個CT的輸出端子。 因此，電纜84可以是能夠區分不同CT的輸出的帶狀電纜，或其他類 型的電纜，如光纜。類似地，第二傳感器組件63可相似的包括輸出連 接器82，其可通過電纜86電連接到監視系統91，如處理器90。處理 器90可處理來自CT的不同類型的輸出，如數據、報告或信號，供進 一步處理，這些處理對監視系統和/或操作員有用。而且，額外的處理 器，如處理器92可連接到處理器90上。處理器90和/或92可包括數 據存儲器94，并可連接到輸出設備96，如顯示器、打印機、發射機或 可提供不同形式輸出的其他設備。
以相似的方式，主電源100可與主斷路器102連接。主電源CT 104 可連接至主電源100從而監視主電源的多個方面。在某些實施例中， 伏特計106可連接到一個或多個導電體，如主電源100。
對于某些實施例，這里斷路器組件44包括斷路器1一21、第一傳 感器組件61可以以21個CT的類似布置使用。在具有更大量斷路器1 一42的其他斷路器組件中，可使用多個傳感器組件，如圖2中所示的 實施例。傳感器組件61、 63可互換，因為它們每個都具有類似的輪廓 并可彼此互換。每個傳感器組件可包括至少21個CT，因此它們可一 起服務42個斷路器。本公開解決至少兩個難題。首先，至少一個傳感 器組件可倒置用于兩個可互換傳感器組件接口，即旋轉以便在端對端 的方式中，其底部成為頂部而頂部成為底部，如圖2所示。這樣，傳 感器組件61上的CT將從傳感器組件頂部到底部(即，從輸出連接器 82)標號1一21，如從圖2中透視觀看的那樣，同時倒置的傳感器組件， 如傳感器組件63將從頂部到底部標號21— l，這里第一個CT將從每 個傳感器組件上輸出連接器附近開始。連接到CT的輸出的軟件、固件 和/或硬件將具有兩組1一21個CT的沖突標識，其中一組編號順序倒 置。進一步，如果倒置的CT在測量電流，則流經傳感器組件63的CT的電流相對流經傳感器組件61的CT的正常電流(即，正電流)將是
反向電流(即，負電流)。本公開可使用負電流，其有利地使用軟件、
固件和/或硬件校正CT標識并為倒置的傳感器支架做出調節。通常， 當監視系統感測到反向電流時，如通過倒置的傳感器組件63的CT， 系統把負電流當作倒置的傳感器組件，并可將CT的標識再映射至相應 的正確斷路器。在圖2的視圖中，傳感器63的第一CT將成為相應于 斷路器60的CT 42。類似地，傳感器組件63的第二H""—個CT，也就 是CT78將映射到第二十二個斷路器，也就是斷路器68，并成為監視 系統的第二十二個CT。因此，CT 21-1將再被分別標識為倒置的傳感 器組件的CT22-42從而與斷路器22 — 42對應。本公開的軟件、固件和 /或硬件可自動地執行這樣的再識別。
在類似方式中，單個CT可指示電流的反向，通常是不經意的。例 如，傳感器組件可不經意具有一個或多個在組裝過程中倒置的CT，這 要直到系統安裝和操作時才發現。類似地， 一個或多個CT可能出現故 障并需要連接到各個電源線的副CT。副CT可能安裝不適當并指示反 向的電流。因此，以類似方式，系統可將負電流識別為倒置的CT并結 合與傳感器組件或系統關聯的其它CT將該電流轉換為正電流。
本公開解決的第二個難題是保持接口區域66中CT和相應斷路器 之間的間隔。例如，斷路器58和68通常以固定的間隔隔開，由結構、 橫桿和斷路器組件44的其他預組裝方面決定。斷路器58、 68之間間 隔的緊密靠近迄今在鄰接兩個現有技術組件，如背景技術中描述的專 利中的電路板時是有問題的。鄰接將引起接口區域中各CT及其斷路器 之間的失配，導致CT上的應力和上述問題。
本公開也通過交疊在傳感器組件和各自斷路器之間形成的至少一 個通常為兩個的開口而解決這個困難。例如，斷路器58可以是斷路器 組件44中的第二十一個斷路器，且斷路器68可以是斷路器組件44中 的第二十二個斷路器。因此，斷路器58、 68將靠近兩個傳感器組件61、 63之間的接口區域66。具有連接到第二傳感器組件63的孔76的CT 74 可與第一傳感器組件61中形成的相應開口 75對齊，這里孔和開口可 與斷路器58對齊。類似地，CT78 (如第二傳感器組件63的第二十一 個CT)在倒置時，可與在第一傳感器組件61和第二十二個斷路器68中形成的相應開口 79對齊。CT和接口之間的隊列包括在接口區域內 的一個或多個CT，該CT與鄰近傳感器組件中的相應開口交疊，并允 許電線在相應斷路器之間成直線穿過傳感器組件，并到達負載。例如， 連接到斷路器68的電線88可通過CT 78和其他傳感器組件中的相應 開口 79并到達電氣負載98。 CT和開口可以在一個傳感器組件上，或 在每個傳感器支架的第二十一個位置的兩個傳感器組件上。
進一步，本公開可提供在這樣的情形中，其中給定電線的CT出現 故障。本公開提供可替換物從而拆卸系統40和具有缺陷CT的特定傳 感器組件。本公開可提供副CT并排除連接到傳感器組件的CT的輸出， 其中該組件另外可用來監視分支電路的條件。軟件、固件或硬件可通 過例如與存儲的歷史數據比較或表明值低于或高于預定值或其他量 度，來檢測異常條件何時存在。該系統可觸發警報、做出調節或警告 操作員。例如，連接到傳感器組件的CT 160正常可用來監視分支電線 158的條件。如果CT160故障，則處理器90可提供指示條件的輸出。 例如，副CT 162可通過將CT連接到電線158并無需斷開電線158而 連接。CT162可獨立連接到監視系統，例如處理器90或傳感器組件的 連接器。監視系統91可自動或選擇性地從有缺陷的CT160排除輸出， 并使用來自替代或獨立于CT 162的副CT 162的輸出。
圖3是作為示例性傳感器組件的傳感器模塊一個實施例的透視圖。 圖2中描述的傳感器組件61、 63可包括傳感器模塊62、 64。 一般地， 這里術語"傳感器模塊"將包括傳感器組件，與傳感器組件安裝平面 上方具有不顯著高度的電路板相比，該傳感器在其安裝平面之上具有 顯著的高度。從傳感器模塊安裝在其上的平面測量，傳感器模塊通常 具有足夠的高度，以便來自斷路器的電線可橫向(即，側面)通過傳 感器模塊，這與如現有技術中通過其上的電線相對照。傳感器模塊可 有利地基本模型化為一個單元或可由執行的部件組裝。
傳感器模塊，如也在圖2中示出的第一傳感器模塊62，其側面被 圖示從而示出其中多個部分。為了說明的目的并為附圖提供文本說明， 也如圖2所示，電線50被示出通過第一CT70，雖然某些其他取向也 是可能的。通常，傳感器模塊包括第一表面108，其可以為模塊在其所 連接的結構上提供支撐表面。第二表面109與第一表面成一定角度形
17成從而為傳感器模塊建立高于第一表面的高度。有利地，該高度具有 一定大小以便來自鄰近傳感器模塊安裝的斷路器的電線50 (圖6中示 出)可橫向通過與斷路器成一直線的傳感器模塊，如這里所述。相關 的結構，如下面所述的具有開口的柱子可沿其高度橫向連接到第二表 面并減小或避免來自通過其中的電線的彎曲應力。該結構與例如使用 相對高度不顯著的電路板導致這樣的彎曲應力的現有技術相對照。
模塊可包括第一部分iio，其足夠寬以安裝到一結構，如斷路器面 板42,如圖2所示。第一部分可建立支撐表面108。至少在一個實施 例中， 一個或多個安裝件130可從110的第一部分向外延伸作為突出 部，其具有形成并從其穿過的安裝開口從而進一步允許第一部分110 連接到面板44。其他安裝傳感器模塊的方法，如固定器、粘合劑或其 他方法也可考慮。傳感器模塊62進一步包括第二部分114，其相對第 一部分110成一定角度設置。第二部分可建立第二表面109。在至少一 個實施例中，為了商業效率，第二部分114可相對同一方向上的第一 部分110具有較薄的橫截面區域。例如，不作為限制，第一部分110 可包括法蘭，其寬度比高度大，且第二部分114可以是高度比寬度大 的腹板(web)。當法蘭和腹板連接到一起時，法蘭為腹板跨越其較小 橫截面尺寸(即，圖4中所示厚度166)提供一定量的彎曲剛度，且腹 板為法蘭跨其較小橫截面尺寸(即，圖4中所示的厚度168)提供一定 量的彎曲剛度。在至少一些實施例中，傳感器模塊62可進一步包括第 三部分112。第三部分112可與第一部分110類似地成形，且也可以是 法蘭，雖然其他形狀也可考慮。傳感器模塊進一步包括具有開口 81A 的輸出連接器塊81，輸出連接器塊連接到傳感器模塊62從而允許如圖 2所示的輸出連接器80組裝到其上。
傳感器模塊可進一步包括凹進部分116。在至少一個實施例中，凹 進部分116適于允許鄰近傳感器模塊連接到其中從而形成接口區域66。 因此，凹進部分116通常與鄰近模塊的凹進部分對稱。進一步，傳感 器模塊可彼此互換，因此，它們可倒置并以這里所述的計劃方式發揮 作用。
傳感器模塊材料可以是任何合適的材料，且如果是注塑的，則一 般是能經受一定應力的聚合物化合物。有利地，至少一部分傳感器模塊是不導電的。示例性傳感器模塊的材料是類似聚酯的聚合物，例如，
包括PET (FR530)的聚對苯二甲酸乙二醇酯("PET")，和包括PBT (4130)的聚對苯二甲酸丁二醇酯("PBT")。 PBT是特別優選的，因 為其高度的耐溫性。這兩種材料都是Underwriters Laboratories (UL) 列出的材料。其他結構材料，導電和不導電的都可使用。
支撐CT的一個或多個CT柱子可連接到傳感器模塊62。在至少一 個實施例中，柱子是在注塑過程中一體形成的。諸如118的柱子具有 形成的開口 150從而允許電線，如電線50從其插入穿過。通常，開口 150將以一定角度對第二部分114對齊。在組裝時，如圖2所示，開口 150將與其各自斷路器對齊以便允許電線插入穿過開口并與對應斷路 器對齊。因此，當傳感器模塊62安裝在面板42上時，開口150在第 一部分110上面的高度一般對應于諸如斷路器46的斷路器在平面142 高度之上的高度。在至少一個實施例中，傳感器模塊62可具有22個 連接到其上的柱子。柱子可允許通常的21個斷路器具有第二十二柱以 用于與鄰近傳感器模塊結合。更具體地，傳感器模塊62中21個柱子 可具有安裝在其上的CT (圖4、 5中示出)。在圖3所示的實施例中， 對于斷路器面板上的任意相應斷路器，CT可設置在柱子70到柱子126 之間的任意柱子上。柱子124可用來與安裝在相應位置中鄰近傳感器 模塊(圖6中示出)的柱子上的CT交疊，柱子126在第一傳感器模塊 62上。因此，具有開口 125的交疊柱子124具有允許電線通過開口 125 穿過鄰近模塊上相應CT并直到相應電氣負載的功能，如圖2所示。
柱子通常在對應于斷路器的高度的一致垂直高度對齊。進一步， 柱子之間的間隔，如柱子118、 120通常以與斷路器面板中斷路器相同 的間隔隔開以便保持與通過其中直到斷路器的電線對齊。對齊有助于 減小電線應力，進而減小傳感器模塊和斷路器上的應力。然而，CT通 常的直徑大于柱子間受限空間能容納的直徑。因此，CT可以下面所述 的圖4、 5所示的交替方式組裝到傳感器模塊。為了輔助容納交替布置， 可形成臺階122或將其連接到一個或多個柱子上從而限制CT沿柱子長 度的軸向(即，相對第二部分114橫向)移動。例如，柱子120可與 臺階122連接。有利地，臺階包括在交替的柱子上從而輔助特定柱子 的CT的適當放置。在接口區域66中，臺階可由表面128提供來限制
19CT沿柱子軸的軸向移動。
圖4是圖3中傳感器模塊的橫截面示圖，其中柱子和電流互感器 連接到傳感器模塊上。通過圖3中柱子118和圖6中一部分示出帶有 額外CT和相關布線的橫截面。傳感器模塊62通常包括第一部分110， 如法蘭，第二部分114，如腹板，并且在某些實施例中，第三部分112， 如額外的法蘭。 一般地，第一部分110可為某個支撐結構提供安裝表 面，如斷路器面板42，如圖2所示。 一個或多個安裝件130可方便傳 感器面板62安裝到支撐結構上。傳感器模塊62的形狀可以在尺寸、 高度、取向、相對寬度和厚度上顯著改變，示圖僅是示例性的。然而， 一般地，傳感器模塊將具有某些尺寸的第一部分和某些尺寸的第二部 分，該第二部分以一定角度連接到第一部分上，使得穿過第二部分114 形成的開口 150可適于與相應的斷路器對齊(圖2、 6所示)。在傳感 器模塊安裝其上的平面上的這個"高度"足夠高從而允許CT橫向連接 其上，由此相對圖1B所示安裝的CT上的彎曲應力，減小CT上的彎 曲應力。柱子118可與傳感器模塊通過諸如注塑整體形成，或連接到 傳感器模塊62，且一般地可與第二部分114一起形成。重要的是，柱 子118可吸收由電線52彎曲引起的彎曲應力146，否則其使得開口 150 與傳感器模塊62不對齊。迸一步，柱子轉移來自通過柱子的電線的彎 曲應力至與柱子連接的第二部分114，使得第二部分導致剪切應力模式 的應力，這將撕扯第二部分的材料。剪切應力模式可在結構上由第二 部分的厚度適應，該第二部分的厚度足以經受來自彎曲應力的撕扯。 因此，CT至傳感器模塊的連接通常不會過度應變，傳感器模塊的連接 部分不會災難性出現故障，諸如具有CT的柱子與傳感器模塊分開。
CT72可設置在柱子118周圍。在至少一個實施例中，CT72將繞 柱子118設置，因此，電線52不與CT 72直接接觸，也就是柱子118 在CT 72和通過開口 150的任何電線之間提供緩沖結構。因此，遠離 電線52設置的CT 78通常不會像現有技術那樣經受過度應力146。如 果柱子118沒有臺階，如圖3所述，則CT將通常設置在第二部分114 的附近。
通常，CT具有一對輸出電線136從而提供輸出信號至監視系統， 如圖2所示。在至少一個實施例中，輸出電線136可直接連接到輸出
20連接器80，除了在輸出連接器上的之外沒有中間焊接接頭。因此，現
有技術中典型的21個CT中126個焊接接頭可減少到42個焊接接頭， 焊接接頭數目減少達到67%。可以相信，焊接接頭的減少將在本質上 導致更少的故障。為了促進每個CT的輸出電線136行進到連接器80， 電線通道134可在傳感器模塊62中形成。為了方便，電線通道134可 在第一部分110中形成。通道中輸出電線的數目將根據各CT對電線通 道的特定入口而變化。 一般地，在至少一個實施例中，對應于21個 CT的兩個輸出電線，電線通道中最大預期數目的輸出電線將約是42。 進一步，電線通道134可填充有絕緣材料從而將輸出電線相對于電線 通道中的CT密封。因此，相對于現有技術，本公開通過以柱子118的 方式保持攜帶功率至電氣負載的電線52遠離CT和從CT到單獨的并 在某些情形中密封的電線通道134的輸出電線136，從而增加安全限 度，并且焊接接頭和故障率附帶減少。
圖5是圖3中傳感器模塊的橫截面示意圖，其中具有臺階狀柱子 和連接到其上的電流互感器。圖5示出了圖3和圖6中所示的通過臺 階狀柱子120的傳感器模塊的橫截面，其中具有臺階122，并附帶有 CT和相關布線。類似于參考圖4的說明，在至少一個實施例中，傳感 器模塊62包括第一部分110、第二部分114和第三部分112。柱子120 通常連接到第二部分114，其中柱子120具有在其中形成的通常與斷路 器對齊的開口，如圖2、 6所示的斷路器。柱子120可包括臺階122。 在某些實施例中，臺階可與柱子120整體形成，且在其他實施例中， 臺階可簡單為圓柱體或其他幾何形狀的元件，其被柱子120至少部分 地插入、在上方插入、相附著或以其他方式連接。 一般地，臺階122 將限制CT的移動，如CT70，其在沿穿過柱子的開口的軸的方向上連 接到柱子120。由遠離柱子120上第二部分114的臺階122引起的偏離 距離可對應于如圖4所述的柱子118和各自CT 72的緊密間隔并允許 該間隔來保持與它們的緊密間隔處的斷路器軸向對齊。從CT 70延伸 的輸出電線132可布線并通過布線通道134 (如圖4所示)，在至少一 個實施例中，該布線通道可在第一部分中形成。在該實施例中，類似 于圖4所示的實施例，柱子120可隔離CT 70和通過柱子120的電線。 該隔離可以是電氣的也可以是機械的，以便由電線引起的彎曲應力146通常由柱子120吸收而非CT70。因此，CT70及其輸出電線132通常
被保護并很少遭受系統故障。傳感器模塊進一步包括帶有開口 81A的 輸出連接器塊81，連接器塊被連接到傳感器模塊62上從而允許輸出連 接器80組裝到其上，如圖2所示。
圖6是多個斷路器和各電氣負載之間接口的傳感器模塊的透視圖。 第一傳感器模塊62可與第二傳感器模塊64接口 。第二傳感器模塊64 可與第一傳感器模塊62互換。每個模塊可分別包括輸出連接器80、 82。 第二傳感器模塊通常具有類似于第一傳感器模塊的結構，因此其包括 第一部分110A、第二部分114A和第三部分112A。通常，第一和第三 部分將是底部比高度寬的法蘭，且第二部分114A是腹板，其高度比寬 度(即截面的厚度)大。至少在某些實施例中，第一、第二和第三部 分可作為整體單元注塑。進一步，第二傳感器模塊通常具有多個柱子， 如上述那樣，并可連接到支撐結構，例如通過連接第一部分110A至電 氣面板，如圖2所示，且在某些實施例中，由安裝件130A促進該連接。
第一傳感器模塊62可包括凹進的部分116，其可連接到接口區域 66中第二傳感器模塊64的相應的凹進部分116A。
一個或多個斷路器58、 68、 108可設置在電氣系統40中。通常， 斷路器以相對固定的間隔或漸增的間隔設置。間隔通常由工廠安裝的 橫桿138和橫桿間的間隔決定。橫桿為斷路器形成支撐表面，該斷路 器插入并通常夾到或螺釘固定到支撐表面上。例如，斷路器58可連接 到其上的橫桿138以單位間隔142與鄰近橫桿140隔開，斷路器68連 接到該鄰近橫桿140上。電氣系統可不要求斷路器連接到橫桿148上 并可跳過到橫桿152的間隔，該橫桿152以間隔144設置，間隔144 比間隔142有所增加。通常沒有限制，增加的間隔將為整數，如一個 間隔、兩個間隔，如此類推，雖然可使用分數增加，如二分之一或三 分之一間隔。連接到橫桿152的斷路器108可連接到通過用于電氣負 載154的第二傳感器模塊的電線。電線88可設置在斷路器68和負載 98之間。類似地，電線可設置在斷路器58和負載156之間。通常，每 個電線將通過安裝在第一傳感器模塊62或第二傳感器模塊64上的相 應的CT。在接口區域66，電線可以且通常的確通過傳感器模塊62、 64的凹進的部分。例如，在至少一個實施例中，第二傳感器模塊64的凹進部分116A中形成的柱子124A、 126A可與第一傳感器模塊62 的凹進部分116上的相應柱子對齊并交疊，如參考圖3所述。
在至少一個示例性實施例中，且不受該實施例限制，可以預期傳 感器模塊將包括22個柱子，且從端部輸出連接器開始，前21個柱子 具有安裝在其上的CT。每個模塊的第22個柱子將與其他模塊的相應 第21個CT交疊。例如，安裝在第二傳感器模塊64的柱子126A上的 CT通常與通過第一傳感器模塊62的柱子126 (圖3中所示)的開口對 齊。相似地，具有在第二傳感器模塊64上相應開口的柱子124A與柱 子126 (圖3中所示)和第一傳感器模塊62的安裝在其上的CT以交 疊方式對齊，因此如果斷路器出現在這兩個位置，從斷路器到各負載 的電線可通過接口區域66中的兩個傳感器模塊，并保持與間隔142對
1雖然圖3 — 6示出無限制的傳感器模塊實施例，圖2中概括描述的 傳感器組件可包括電路板和支撐固定到其上的電流互感器的其他結
A圖7是作為示例性傳感器支架的電路板的一個實施例的透視圖， 其具有本公開中教導的某些方面。電路板176可包括一個和多個連接 到其上的CT74、 78。 CT可通過焊接、固定、形成或其他方式連接到 電路板。如上所述，多個電路板可以端對端的方式彼此鄰近設置，從 而為維護大量斷路器而非單個電路板提供更大的可能。
為了解決上面提到的緊密間隔的斷路器58、 68和電路板端部的 CT對齊的問題，可在鄰近電路板176、 178之間形成接口區域66。第 一電路板176可包括凹進部分116，而第二電路板178可包括凹進部分 116A，類似于上面參考圖3 — 6中傳感器模塊描述的凹進部分。凹進部 分可基本對稱位于電路板之間從而在倒置一個或多個電路板時允許互 換。CT 74、 78可相對它們電路板的各自凹進部分116、 116A橫向安 裝。當電路板176、 178端對端彼此鄰近安裝時，凹進部分116、 116A 可以邊對邊的方式在接口區域66中橫向對齊，并允許CT74、 78保持 與斷路器58、 68相對對齊。CT可橫向彼此偏離安裝在電路板上從而 允許通過孔的相鄰軸172、 174之間的軸間隔比沒有偏離安裝時更近。 這樣的對齊在現有技術中無法獲得，因為CT的尺寸由于斷路器尺寸而
23不允許充分靠近的間隔。分別通過CT 74、 78的電線78、 108可以相 對對齊的方式從斷路器布線通過CT74、 78，且相關的彎曲應力減小， 否則該應力會引起系統故障。
這里解釋了本發明的多個基本方面。所公開的多種技術和設備代 表本領域技術人員可通過本申請教導易于理解的技術的一部分。變化 是可能的并被考慮，且僅由權利要求限制。本領域技術人員可其增加 實施細節。這樣的細節可添加到另一個根據本臨時申請的申請的公開 中，而且可以相信，包括這樣的細節不會對本申請增加新的主題。附 圖可含有文本中沒有明確討論的額外信息，且這樣的信息可在后面的 申請中描述，而不會增加新的主題。此外，所有元素的多種組合和變 化或申請可被建立并給出。可采取優化特定申請中的性能的所有措施。
這里描述的多個步驟可與其他步驟結合，并可以多種次序發生， 除非另外特別限制，各種步驟可在所述步驟中插入，并且所述步驟可 分解為多個步驟。除非上下文需要，否則詞語"包括"或諸如"包含" 或"含有"的變形應理解為表示包含有至少一個所述元素或步驟或元 素組或步驟組或其等效物，且不排除任何其他元素或步驟或元素組或 步驟組或其等效物。
進一步，本專利申請中任何參考文獻以及同本申請一起提交的任 何列表中列出的所有文獻都包括在此以供參考。然而， 一定程度上， 可能被考慮與本發明的專利申請不一致的陳述明顯不能當作是本申請 人做出的。
而且，這里所述的任何方向，如"頂部"、"底部"、"左邊"、"右邊"、 "上部"、"下部"和其他方向，為了明確起見，都是參考附圖的，而 不限制實際設備或系統，也不限制設備或系統的使用。設備或系統可 以多種方向和取向使用。
權利要求
1. 一種用于在電氣系統中布線的傳感器模塊，包括a. 材料的第一部分以及與所述第一部分成一角度放置的材料的第二部分；b. 被連接到所述第二部分的至少一個柱子，所述柱子具有與所述第二部分成一角度定向的從其通過的開口；以及c. 被連接到所述柱子的至少一個電流互感器，所述電流互感器具有與所述柱子的開口對齊的孔，并且所述柱子適用于將所述電流互感器與通過所述柱子的開口的電線隔離開。
2. 如權利要求l所述的模塊，其中在模制過程中，所述第一部分和所 述第二部分整體形成為單元。
3. 如權利要求l所述的模塊，其中所述第一部分包括第一法蘭，所述 第二部分包括具有比所述第一法蘭的橫截面厚度更小的腹板，并且其 中，所述柱子被連接到所述腹板。
4. 如權利要求3所述的模塊，其中所述模塊被安裝到一結構上，并且 所述柱子在安裝所述模塊的平面之上的高度被橫向連接到所述腹板， 以便與相鄰于所述模塊安裝的斷路器對齊，并且允許電線通過所述柱 子開口從所述斷路器成一直線通過。
5. 如權利要求3所述的模塊，進一步包括遠離所述第一法蘭連接到所 述腹板的第二法蘭。
6. 如權利要求1所述的模塊，其中至少一個柱子包括被連接到所述柱 子的臺階，并且適用于限制沿所述柱子的長度連接到所述柱子的所述 電流互感器的軸向運動的范圍。
7. 如權利要求6所述的模塊，進一步包括交替順序排列的多個沒有臺 階的沿所述模塊的長度排列的柱子和多個具有所述臺階的柱子。
8. 如權利要求l所述的模塊，進一步包括輸出連接器，并且其中，所 述電流互感器具有被直接連接到所述輸出連接器的輸出電線。
9. 如權利要求8所述的模塊，進一步包括在所述模塊中形成的布線通 道，用于將所述輸出電線從所述電流互感器連接到所述輸出連接器。
10. —種電氣系統，包括a. 電氣面板；b. 被連接到所述電氣面板的至少一個斷路器；以及C.被連接到所述電氣面板的權利要求1所述的傳感器模塊。
11. 如權利要求IO所述的系統，進一步包括相對于彼此以增加的間隔 被連接到所述電氣面板的多個斷路器，以及以所述增加的間隔與所述 多個斷路器的至少一部分對齊的多個電流互感器，以便允許布線通過 所述電流互感器從所述斷路器成一直線通過。
12. 如權利要求ll所述的系統，進一步包括可與第一傳感器模塊彼此 互換的第二傳感器模塊，并且其適用于與所述第一模塊相鄰地端對端 安裝。
13. 如權利要求12所述的系統，其中每一傳感器模塊的模制部分包括在每一模塊的至少一端上的凹進部分，所述第一傳感器模塊上的凹進 部分適用于與所述第二傳感器模塊上的凹進部分橫向對齊，以及以相 應斷路器的增加的間隔保持每一傳感器模塊中的交疊開口的對齊。
14. 如權利要求13所述的系統，其中所述第一和第二傳感器模塊的凹 進部分位于所述模塊的同一端上，并且通過倒置一個所述模塊的方向 來橫向地對齊凹進部分，形成所述傳感器模塊的接口區域。
15. 如權利要求12所述的系統，其中，所述傳感器模塊包括用于電線 從其通過的多個開口，至少一個開口形成在所述第一模塊中，其適用 于與第二傳感器模塊的交疊開口對齊，所述第二模塊可與所述第一模塊互換，并且兩個傳感器模塊的交疊開口與一個或多個相應的斷路器 對齊。
16. 如權利要求10所述的系統，進一步包括被連接到所述斷路器的電 氣負載。
17. 如權利要求10所述的系統，其中，將來自所述電流互感器的至少一個輸出電線直接連接到所述模塊的輸出連接器。
18. 如權利要求17所述的系統，進一步包括在所述模塊中形成的布線 通道。
19. 如權利要求17所述的系統，進一步包括多個電流互感器，每一電 流互感器具有至少一個輸出電線，其中來自所述電流互感器的電線被 直接連接到所述模塊的輸出連接器。
20. 如權利要求IO所述的系統， 入的至少一個處理器。
21. 如權利要求IO所述的系統， 互感器的電流的監視系統。進一步包括從所述電流互感器接收輸 進一步包括適用于確定通過所述電流
22. 如權利要求21所述的系統，進一步包括具有與之連接的至少一個 電流互感器的第二傳感器模塊，所述第二傳感器模塊可與所述第一傳 感器模塊互換并且適用于通過倒置所述第二傳感器模塊的方向來與所 述第一傳感器模塊接口。
23. 如權利要求22所述的系統，其中所述監視系統適用于調節來自倒 置的傳感器模塊上的電流互感器的所指示的極性的反轉。
24. 如權利要求23所述的系統，其中所述監視系統適用于基于所指示 的極性的反轉，改變所述電流互感器的標識。
25. 如權利要求22所述的系統，其中，所述第一傳感器模塊包括標識 為互感器1-21的21個電流互感器，并且所述第二傳感器模塊包括標識 為互感器1-21的21個其他電流互感器，并且其中基于通過連接到倒置 的傳感器模塊的電流互感器的電流的所指示的極性的反轉，在監視系 統中將連接到倒置的第二傳感器模塊的電流互感器分別重新識別為互 感器42-22。
26. 如權利要求21所述的系統，進一步包括第一電流互感器，其具有 從其通過的電線，以及第二電流互感器，其具有從其通過的同一電線， 所述第二電流互感器被連接到所述監視系統，并且所述監視系統適用 于接收來自所述同一電線上的獨立于所述第一電流互感器的所述第二 電流互感器的輸入。
27. 如權利要求26所述的系統，其中所述第二電流互感器指示相對于 所述系統中的其他電流互感器的反轉極性，并且其中所述監視系統適 用于調節來自所述第二電流互感器的所指示的極性的反轉。
28. —種電氣系統，包括a. 電氣面板；b. 相對于彼此以增加的間隔被連接到所述電氣面板的多個斷路 器；以及c. 第一傳感器模塊，包括i. 第一法蘭和具有比所述第一法蘭更小的橫截面厚度的腹板， 所述腹板具有與所述腹板成一角度從其通過形成的多個開口；以及ii. 被連接到模制部分的腹板的多個電流互感器，所述電流互 感器以增加的間隔與所述斷路器的至少一部分對齊，以允許布線與所 述斷路器成一直線通過所述電流互感器。
29. 如權利要求28所述的系統，其中，在模制過程中，所述第一法蘭 和所述腹板整體形成為單元。
30. 如權利要求28所述的系統，進一步包括遠離所述第一法蘭被連接 到所述腹板的第二法蘭。
31. 如權利要求28所述的系統，進一步包括被連接到所述腹板的多個 柱子，通過所述柱子形成所述腹板中的至少一些開口，并且所述多個 電流互感器被連接到所述柱子，所述電流互感器具有與所述柱子開口 對齊的孔，所述柱子適用于將所述電流互感器與通過所述柱子開口的 電線隔離開。
32. 如權利要求31所述的系統，其中，所述多個柱子的一部分包括被 連接到每一柱子的臺階，其適用于限制被連接到該柱子的電流互感器 的軸向運動的范圍，并且其中，多個沒有臺階的柱子沿所述模塊的長 度與多個具有臺階的柱子部分以交替順序排列。
33. 如權利要求28所述的系統，其中所述傳感器模塊進一步包括用于 將電線從所述多個電流互感器輸出到被連接到所述模制部分的輸出連 接器的布線通道。
34. 如權利要求28所述的系統，進一步包括第二傳感器模塊，其具有 與之連接的多個柱子，以及與所述柱子連接的多個電流互感器，所述 第二傳感器模塊適用于維持每一模塊上的至少一個交疊開口之間的軸 向對齊，并且其中所述交疊開口與至少一個斷路器對齊。
35. 如權利要求34所述的系統，其中，所述第一和第二模塊的凹進部 分位于所述模塊的同一相對端上，并且通過將一個所述模塊的方向倒 置以使所述凹進部分對齊，在所述凹進部分之間形成接口。
36. 如權利要求28所述的系統，進一步包括適用于確定通過所述電流 互感器的電流的監視系統。
37. 如權利要求36所述的系統，進一步包括第二傳感器模塊，其可與 所述第一傳感器模塊互換并且適用于通過倒置所述第二傳感器模塊的方向來與所述第一傳感器模塊接口。
38. 如權利要求37所述的系統，其中所述監視系統適用于調節來自指 示反轉極性的一個或多個電流互感器的極性的反轉。
39. 如權利要求38所述的系統，其中所述監視系統適用于基于所指示 的極性的反轉，改變所述電流互感器的標識。
40. 如權利要求38所述的系統，其中，所述第一傳感器模塊包括標識 為互感器1-21的21個電流互感器，以及所述第二傳感器模塊包括標識 為互感器1-21的21個其他電流互感器，以及其中，在倒置一個模塊來 與另一模塊接口后，基于通過倒置的模塊電流互感器的電流的所指示 的極性的反轉，在監視系統中將倒置的模塊電流互感器分別重新識別 為互感器42-22。
41. 如權利要求28所述的系統，進一步包括第一電流互感器，其具有 從其通過的電線，以及第二電流互感器，其具有從其通過的同一電線， 所述第二電流互感器被連接到所述監視系統，并且所述監視系統適用 于接收來自所述同一電線上的獨立于所述第一電流互感器的所述第二 電流互感器的輸入。
42. 如權利要求41所述的系統，其中所述第二電流互感器指示相對于 所述系統中的其他電流互感器的反轉的極性，并且其中所述監視系統 適用于調節來自所述第二電流互感器的所指示的極性的反轉。
43. 如權利要求28所述的系統，進一步包括第一處理器，其從所述電 流互感器接收輸入，以及遠離所述第一處理器的第二處理器，其從所 述第一處理器接收輸入。
44. 如權利要求28所述的系統，進一步包括被連接到所述斷路器的電 氣負載。
45. —種用于在電氣系統中布線的傳感器模塊，包括a. 傳感器支架，其具有支撐表面和與所述支撐表面成一角度的第 二表面，并且建立高于所述支撐表面的高度；b. 至少一個柱子，其沿所述第二表面的高度橫向地連接到所述傳 感器支架，所述柱子具有與所述第二表面成一角度定向從其通過的開 口；以及c. 至少一個電流互感器，其被連接到所述柱子，所述電流互感器 具有與所述柱子開口對齊的孔，并且所述柱子適用于將所述電流互感 器與通過所述柱子開口的電線隔離開。
46. 如權利要求45所述的模塊，其中，所述高度的尺寸使得來自在所 述傳感器模塊相鄰安裝的斷路器的電線能橫向通過與所述斷路器對齊 的所述傳感器模塊。
47. 如權利要求45所述的模塊，包括建立所述支撐表面的材料的第一 部分，以及與所述第一部分成一角度放置以建立所述第二表面的材料 的第二部分。
48. 如權利要求47所述的模塊，其中在模制過程中，所述第一部分和 所述第二部分整體形成為單元。
49. 如權利要求47所述的模塊，其中所述第一部分包括第一法蘭，所 述第二部分包括具有比所述第一法蘭的橫截面厚度更小的腹板，并且 其中，所述柱子被連接到所述腹板。
50. 如權利要求49所述的模塊，其中所述模塊被安裝到一結構上，并 且所述柱子在安裝所述模塊的平面之上的高度被橫向連接到所述腹 板，以便與所述模塊相鄰安裝的斷路器對齊，以允許電線通過所述柱 子開口從所述斷路器成一直線通過。
51. 如權利要求49所述的模塊，進一步包括遠離所述第一法蘭被連接 到所述腹板的第二法蘭。
52. 如權利要求45所述的模塊，其中至少一個柱子包括被連接到所述柱子的臺階，并且適用于限制沿所述柱子的長度連接到所述柱子的所 述電流互感器的軸向運動的范圍。
53. 如權利要求52所述的模塊，進一步包括交替順序排列的多個沒有 臺階的沿所述模塊的長度排列的柱子和多個具有所述臺階的柱子。
54. 如權利要求45所述的模塊，進一步包括輸出連接器，并且其中， 所述電流互感器具有被直接連接到所述輸出連接器的輸出電線。
55. 如權利要求54所述的模塊，進一步包括在所述模塊中形成的布線 通道，用于將所述輸出電線從所述電流互感器連接到所述輸出連接器。
全文摘要
本公開內容提供用于在電氣系統的斷路器的附近安裝電流互感器的方法和系統。通常，提供多個電流互感器(CT)來測量來自主電源的多個分支，并將其累積到傳感器模塊上。在至少一個實施例中，傳感器模塊包括能支撐CT的模制聚合物安裝支架。模制安裝支架與標準電路板不同并且基本上更不易損壞。傳感器模塊內提供布線通道，以便使用少至兩個焊接接頭能夠將CT輸出布線安全地布線到輸出連接器，而不是在現有的分支監視系統中要求的通常的6個焊接接頭。能堆疊多個傳感器模塊來允許與CT持續對齊，并且軟件/固件/硬件能允許任何電流極性變化。
文檔編號G01R1/04GK101512349SQ200680019276
公開日2009年8月19日 申請日期2006年5月30日 優先權日2005年6月2日
發明者G·J·納爾遜, G·R·弗拉薩克, J·K·馬丁, J·M·鮑威爾 申請人:力博特公司