斷路器及監測斷路器觸頭磨損程度的方法與流程

本發明涉及斷路器及監測斷路器觸頭磨損程度的方法。

背景技術：
斷路器是電氣領域的常用設備，其壽命在正常使用且不發生嚴重事故的前提下主要取決于其觸頭磨損程度。因此，如果能夠實時監測觸頭磨損程度，則能夠避免用戶因為觸頭磨損嚴重且沒有及時采取措施而造成損失或事故。現有技術中的某些斷路器具有所謂的“觸頭磨損監測功能”，然而，這些斷路器的觸頭磨損監測功能是通過計算觸頭的磨損程度，而非測量觸頭的磨損程度得到的。例如，在現有技術中，對于某一型號的斷路器，假設其從全新的狀態到觸頭磨損到不能在正常使用會經歷N次合閘(即動觸頭的觸指接觸靜觸頭的觸指)，那么一個全新的斷路器經歷M次合閘后，觸頭的磨損的百分比程度可以假定為M/N，因此，現有技術中的斷路器可以通過監測斷路器合閘次數，從而推算出觸頭磨損程度。然而，這種推算方法并不準確，因為，許多因素會影響斷路器的每次合閘/分斷所造成的對觸頭的磨損，例如，斷路器經歷的每次分斷電流的大小可能并不相同，從而可能導致對斷路器的磨損不同，而前述的將觸頭的磨損程度假定為M/N的做法顯然沒有考慮這些實際因素，從而造成測量不準。因此，存在對這樣的一種斷路器存在需求，即，該斷路器能夠監測斷路器的觸頭的實際物理磨損情況。相應地，對能夠準確測量斷路器的觸頭磨損情況的方法也存在需求。可以預見到，監測斷路器的觸頭的實際物理磨損情況可能存在多種方法，例如，通過一激光位置傳感器監測動觸頭和/或靜觸頭的磨損情況。然而，現有技術中并未出現能夠通過例如激光位置傳感器監測動觸頭和/或靜觸頭的磨損情況的斷路器，其主要原因在于，實際上，激光測量方法并不實用，因為激光位置傳感器的結構相對比較復雜、成本相對較高并且往往需要單獨的特定電壓源，這使得將激光位置傳感器應用到斷路器中將導致斷路器的體積和成本的升高。因此，在現有技術中，對能夠低成本地實現對斷路器的觸頭磨損程度進行實時監測的斷路器和方法存在需求。

技術實現要素：
根據上述的缺點和不足，本發明的目的是至少解決現有技術中存在的上述問題。在本發明的一個優選實施例中，提供一種斷路器，該斷路器包括：動觸頭，該動觸頭包括基座和安裝在基座上并能夠相對于基座運動的觸指；電位計，該電位計固定地安裝在基座上；以及連接線，該連接線的一端固定在觸指上，另一端固定在電位計的滑動手柄上，以使得觸指相對于基座的運動能夠經由該連接線帶動該滑動手柄在電位計上滑動以引起電位計的輸出電壓的變化。由此，電位計的輸出電壓及其變化反映出動觸頭的觸指相對于基座的位移量。在斷路器的動觸頭的合閘過程中，首先，動觸頭的基座以及觸指共同向著斷路器的靜觸頭運動，當動觸頭的觸指接觸到靜觸頭的觸指后，動觸頭的觸指由于靜觸頭的止擋而停止繼續向著靜觸頭運動，但是，動觸頭的基座繼續向著靜觸頭運動到一預先設定的固定位置，進而將動觸頭牢牢地壓緊在靜觸頭上，在該壓緊過程中，動觸頭的基座和觸指發生相對運動，該相對運動將帶動電位計的滑動手柄的運動。在動靜觸頭合閘的情形下，由于動觸頭的觸指與動觸頭的基座之間的彈簧力的作用，動觸頭的觸指存在向著靜觸頭的觸指運動的趨勢，即遠離動觸頭的基座運動的趨勢，即使得電位計的滑動手柄向著靜觸頭運動的趨勢，因此，可以預見到，由于動觸頭的基座在每次合閘過程中總是運動到同一預定位置，因此，隨著動靜觸頭的磨損，在動靜觸頭磨損更多的情形下動觸頭的觸指所處的位置與動靜觸頭磨損更少的情形下相比將更遠離動觸頭的基座，從而使得電位計的滑動手柄也更靠近靜觸頭一側。換言之，動靜觸頭的磨損可以表征為電位計的滑動手柄的位置的變化，進而表現為電位計的輸出電壓的變化。因此，通過監測電位計的輸出電壓即可達到監測斷路器的觸頭磨損情況的功效。由于電位計本身的結構簡單且成本低廉，由此使得如上述地構造的斷路器不會由于監測功能的增加而使得結構和成本增加太多。在上述的優選實施例中，連接線優選由電性絕緣的抗拉伸材料制成，由此使得由于觸頭的磨損而導致的動觸頭的觸指與基座之間的距離的變化1∶1地反映為電位計的滑動手柄的距離變化，并且不影響斷路器的其它電氣性能。在上述的任一優選實施例中，優選地，連接線由錦綸編織線制成。在上述的任一優選實施例中，優選地，電位計安裝在基座的空腔內，由此可以使得電位計的安裝并不會導致斷路器的體積增大，從而有利于斷路器的小型化。在上述的任一優選實施例中，優選地，電位計的滑動手柄上連接有一彈簧以使得連接線始終處于拉伸狀態。在上述的任一優選實施例中，優選地，斷路器還包括一控制單元，電位計的輸出端電連接到斷路器的控制單元以實時監測該電位計的輸出電壓，由此，可以借助于斷路器本身的控制單元來測量電位計的輸出電壓而不用引入新的測量裝置，有利于斷路器的結構簡單化。在上述的任一優選實施例中，優選地，斷路器還包括一控制單元，電位計的輸入端電連接到斷路器的控制單元以從該控制單元獲得一恒定的輸入電壓，由此不需要一額外的電壓源來為電位計提供電壓，從而有利于斷路器的結構簡單化。在上述的任一優選實施例中，優選地，控制單元包括計算斷路器經過若干次通斷后的觸頭磨損程度的計算單元，其中磨損程度表示為|V0-Vi|/|V0-V1|，其中V0表示斷路器的觸頭尚未磨損時首次測量得到的輸出電壓，V1表示該斷路器的觸頭磨損到即將不能使用時測量得到的輸出電壓，Vi表示斷路器經過若干次通斷后測量得到的輸出電壓，其中V0和V1分別為一常數。在上述的任一優選實施例中，優選地，輸入電壓的大小在0-5伏之間。在本發明的優選實施例中，還提供一種監測斷路器經過若干次通斷后觸頭磨損程度的方法，該方法包括：提供一電位計；將該電位計固定地安裝在斷路器的動觸頭的基座上；提供一連接線，并將該連接線的一端固定在斷路器的動觸頭的觸指上，另一端固定在電位計的滑動手柄上，以使得觸指相對于基座的運動能夠經由該連接線帶動該滑動手柄在電位計上滑動；將電位計的輸入端連接到斷路器的控制單元以從該控制單元獲得一恒定的輸入電壓；將電位計的輸出端連接到斷路器的控制單元；在斷路器的動觸頭正常閉合的狀態下測量該電位計的輸出電壓；計算斷路器經過若干次通斷后的觸頭磨損程度，其中磨損程度表示為|V0-Vi|/|V0-V1|，其中V0表示斷路器的觸頭尚未磨損時首次測量得到的輸出電壓，V1表示該斷路器的觸頭磨損到即將不能使用時測量得到的輸出電壓，Vi表示斷路器經過若干次通斷后測量得到的輸出電壓。由此，通過該方法，可以低成本地提供一具有觸頭的實際物理磨損情況的實時監測的斷路器。在前述的優選實施例中，優選地，V0和V1通過對同一型號的斷路器進行實驗預先獲得，并作為已知參數存儲在斷路器的控制單元中。在上述的任一優選實施例中，優選地，所述方法還包括為觸頭磨損程度設定一閾值，當實際計算得到的觸頭磨損程度的值大于該閾值時，控制單元輸出一報警信號。由此，可以提醒用戶在最合適的時機更換和/或維修斷路器。在上述的任一優選實施例中，優選地，報警信號可以為聲音信號、光學信號、或者聲音信號和光學信號的組合。在上述的任一優選實施例中，優選地，該方法還包括將計算得到的觸頭磨損程度的值輸出到控制單元的顯示面板以進行實時顯示，從而有利于用戶方便地隨時查看斷路器的觸頭磨損情況。在上述的任一優選實施例中，優選地，連接線由電性絕緣的抗拉伸材料制成。在上述的任一優選實施例中，優選地，連接線由錦綸編織線制成。在上述的任一優選實施例中，優選地，將該電位計固定地安裝在動觸頭的基座上的步驟包括將電位計固定地安裝在基座的空腔內。在上述的任一優選實施例中，優選地，空腔為由于動觸頭的基座的制造工藝本身所需而形成的工藝空腔，由此，可以巧妙地利用動觸頭的本身的工藝空腔，而不必設計或制造一專門用于安裝電位計的空腔，這有利于整個制造成本的降低。在上述的任一優選實施例中，優選地，其中，所述方法還可以包括將電位計的滑動手柄上連接到一彈簧以使得連接線始終處于拉伸狀態。在上述的任一優選實施例中，優選地，輸入電壓的大小可以設定在0-5伏之間。應當認識到，上述描述僅僅是為了示例性的目的，而不是要限制本發明的范圍。附圖說明本發明的示例性實施例的上述和其它特征以及優點將從下面的結合附圖的詳細描述變得更加明顯，并且該描述和附圖僅用于示例性目的而不是以任何方式來限制本發明的范圍，其中：圖1是示出根據本發明的優選實施例的斷路器的動觸頭的示意圖；圖2是示出圖1所示的斷路器中的電位計的放大示意圖；以及圖3是示出根據本發明的優選實施例的監測斷路器經過若干次通斷后觸頭磨損程度的方法的流程圖。具體實施方式下面將參照附圖描述本發明的各示例性的實施例。有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖對實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明，此外，在全部實施例中，相同的附圖標號表示相同的元件。在本發明的一個優選實施例中，如圖1所示，其是示出根據本發明的優選實施例的斷路器的動觸頭的示意圖，斷路器包括：動觸頭，該動觸頭包括基座1和安裝在基座1上并能夠相對于基座運動的觸指2；電位計3，該電位計固定地安裝在基座1上；以及連接線4，該連接線的一端(圖中示出為左端)固定在觸指2上，另一端(圖中示出為右端)固定在電位計的滑動手柄31上，以使得觸指2相對于基座1的運動能夠經由該連接線4帶動該滑動手柄31在電位計上滑動(在圖中示出為左右滑動)以引起電位計的輸出電壓的變化。在斷路器的動觸頭的合閘過程中，首先，動觸頭的基座1以及觸指2共同向著斷路器的靜觸頭(靜觸頭在圖1中未示出，但是應當知曉，其位于觸指2的左側)運動，當動觸頭的觸指2接觸到靜觸頭的觸指后，動觸頭的觸指2由于靜觸頭的止擋而停止繼續向著靜觸頭運動，但是，動觸頭的基座1連同固定在其上的電位計3會繼續向著靜觸頭運動到一預先設定的固定位置，進而將動觸頭牢牢地壓緊在靜觸頭上。在該壓緊過程中，動觸頭的基座1和觸指2發生相對運動(通常為觸指相對于基座樞轉)。優選地，電位計的滑動手柄31上連接有一復位彈簧(圖中未示出)以使得連接線始終處于拉伸狀態。這樣，動觸頭的基座1和觸指2的相對運動將通過拉緊的連接線4而帶動電位計3的滑動手柄31運動。進一步地，在動靜觸頭合閘的情形下，由于動觸頭的觸指2與動觸頭的基座1之間的彈簧力的作用，動觸頭的觸指2存在向著靜觸頭的觸指運動的趨勢(在圖1中為向左)，即，遠離動觸頭的基座1運動的趨勢，即，使得電位計3的滑動手柄31向著靜觸頭運動的趨勢，因此，可以預見到，由于動觸頭的基座1在每次合閘過程中總是運動到同一預定位置，因此，隨著動靜觸頭的磨損，在動靜觸頭磨損更多的情形下動觸頭的觸指最左側(與靜觸頭相接觸的一側)所處的位置與動靜觸頭磨損更少的情形下相比將更遠離動觸頭的基座1，從而使得電位計的滑動手柄也更靠近靜觸頭一側。換言之，動靜觸頭的磨損可以表征為電位計的滑動手柄的位置的變化，進而表征為電位計的輸出電壓的變化。因此，通過監測電位計的輸出電壓即可達到監測斷路器的動靜觸頭的總磨損量的功效。在合閘情形下，對于一全新的斷路器，電位計3的滑動手柄31處于位置P0，在此情形下可以測量出電位計的輸出電壓V0。當該斷路器使用到斷路器的觸頭磨損到即將不能使用時，在合閘情形下，電位計3的滑動手柄31處于位置P1，(對于圖1的情形，位置P1將位于位置P0左側)，在此情形下可以測量出電位計的輸出電壓V1。由此，對于某一型號的斷路器，可以根據實驗測量得到V0和V1值。而對于該型號的正常使用的斷路器，其經過若干次的通斷后，在合閘情形下，電位計3的滑動手柄31處于位置Pi，(對于圖1的情形，位置Pi將位于位置P0和位置P1之間)，在此情形下可以測量出電位計的輸出電壓Vi，由此，可以計算得到斷路器經過若干次通斷后的觸頭磨損程度|V0-Vi|/|V0-V1|(其表示實際磨損量占斷路器從全新狀態到即將不能使用狀態所經歷的總磨損量的比值)。例如，磨損程度|V0-Vi|/|V0-V1|為0，則表示斷路器的動靜觸頭均未磨損；磨損程度|V0-Vi|/|V0-V1|為0.5，則表示斷路器的動靜觸頭應磨損一半，其使用壽命已經折損了大致一半；磨損程度|V0-Vi|/|V0-V1|為1，則表示斷路器的動靜觸頭已經完全磨損，即將不能使用。由上述的描述可以明白，對于給定的輸入電壓，對于給定型號的斷路器，V0和V1通過對同一型號的斷路器進行實驗預先獲得，分別為一常數。V0和V1可以作為某一型號的斷路器的已知常數，作為計算磨損程度|V0-Vi|/|V0-V1|的已知參數。特別地，對于具有控制單元的斷路器，該已知常數V0和V1可以存儲在該控制單元中，并且可以通過控制單元的計算單元計算|V0-Vi|/|V0-V1|的值。因此，僅需要在斷路器經過若干次通斷后測量電位計的輸出電壓Vi，通過表達式|V0-Vi|/|V0-V1|就可以得知斷路器的觸頭磨損情況。對于前述的優選實施例中，連接線4優選由電性絕緣的抗拉伸材料制成，由此可以使得連接線在受拉情形下幾乎沒有形變，從而使得由于觸頭的磨損而導致的動觸頭的觸指2與基座1之間的距離的變化1∶1地反映為電位計的滑動手柄31的移動距離，并且不影響斷路器的其它電氣性能。優選地，連接線4可以例如但不限于由錦綸編織線制成，由此可以低成本地實現可靠的連接。優選地，如圖1所示，電位計3可以安裝在基座1的空腔11內，由此可以使得電位計3的安裝并不會導致斷路器的體積增大，從而有利于斷路器的小型化。當然，電位計的安裝位置并不限于此，只要能夠實現電位計的位置相對于基座的位置固定不變即可。進一步優選地，電位計3可以安裝在基座的由于其本身的制造工藝所需而形成的工藝空腔中，由此，可以巧妙地利用動觸頭的本身的工藝空腔，而不必設計或制造一專門用于安裝電位計的空腔，從而有利于斷路器的制造成本的進一步降低。優選地，輸入電壓的大小可以設定為0-5伏之間的安全電壓，以有利于從低壓源獲得輸入電壓并保證用戶的操作安全性。上述的實施方式可以應用到中高檔以及低檔的斷路器中。對于中高檔的斷路器，其往往具有一控制單元，例如施耐德產品的某些型號的斷路器的Micrologic單元，在此情形下，電位計的輸入端可以電連接到斷路器的控制單元以從該控制單元獲得一恒定的輸入電壓，而電位計的輸出端同樣可以電連接到斷路器的控制單元以實時監測該電位計的輸出電壓，由此，可以借助于斷路器本身的控制單元為電位計供電，并將測量結果直接傳輸到控制單元，以進行實時顯示和/或產生報警信號等。參照圖2，其是示出圖1所示的斷路器中的電位計的放大示意圖，電位計3的滑動手柄31通過連接線4連接到動觸頭的觸指2，電位計3的輸入端32連接到斷路器的控制單元的電壓輸出端，0電位的公共端33可以連接到斷路器的控制單元的接地端，由此，借助于輸入端32和公共端33為電位計提供輸入電壓。電位計3的輸出端34可以連接到斷路器的控制單元的電壓輸入端，由此，輸出端34和公共端33構成電位計的電壓輸出端。應當注意到，電位計的接線方式并不限于此，其取決于電位計的實際型號。而對于低檔的斷路器，其往往沒有控制單元，在此情形下，電位計的輸入端32、公共端33和輸出端33可以通過引線引出，當用戶需要檢測斷路器的觸頭磨損情況時，則可以將這些端子連接到適當的額外的裝置而進行測量，而不必拆開斷路器觀察觸頭磨損情況。在上述的優選實施例中，優選地，可以為觸頭磨損程度設定一閾值，當實際計算得到的觸頭磨損程度|V0-Vi|/|V0-V1|的值大于該閾值時，對于具有控制單元的斷路器，控制單元輸出一報警信號，優選地，報警信號可以為聲音信號、光學信號、或者聲音信號和光學信號的組合，由此，可以提醒用戶在最合適的時機更換和/或維修斷路器。優選地，還可以將觸頭磨損程度值輸出到控制單元的顯示面板以進行實時顯示，由此，有利于用戶方便地隨時查看斷路器的觸頭磨損情況。而對于沒有控制單元的斷路器，用戶如果在測量中自行計算觸頭磨損程度V0-Vi|/|V0-V1|的值，并將該值與閾值進行比較，以確定適當的對策，例如如果該值非常接近于閾值，則應當立即更換斷路器，而如果該值離閾值尚有一定距離，則可以在一定時間段后才更換斷路器。通過上述對具有斷路器觸頭磨損監測功能的斷路器的描述，實際上，已經同時提供了對監測斷路器經過若干次通斷后觸頭磨損程度的方法的描述。參照圖3，其是示出根據本發明的優選實施例的監測斷路器經過若干次通斷后觸頭磨損程度的方法的流程圖，根據本發明的一優選實施例的監測斷路器經過若干次通斷后觸頭磨損程度的方法包括：提供一電位計3(步驟S10)；將該電位計固定地安裝在斷路器的動觸頭的基座1上(步驟S12)；提供一連接線4，并將該連接線的一端固定在斷路器的動觸頭的觸指2上，另一端固定在電位計3的滑動手柄31上，以使得觸指2相對于基座1的運動能夠經由該連接線4帶動該滑動手柄3在電位計上滑動(步驟S14)；將電位計3的輸入端連接到斷路器的控制單元以從該控制單元獲得一恒定的輸入電壓(步驟S16)；將電位計的輸出端連接到斷路器的控制單元(步驟S18)；在斷路器的動觸頭正常閉合的狀態下測量該電位計的輸出電壓(步驟S20)；計算斷路器經過若干次通斷后的觸頭磨損程度，其中磨損程度表示為|V0-Vi|/|V0-V1|，其中V0表示斷路器的觸頭尚未磨損時首次測量得到的輸出電壓，V1表示該斷路器的觸頭磨損到即將不能使用時測量得到的輸出電壓，Vi表示斷路器經過若干次通斷后測量得到的輸出電壓(步驟S22)，其中，在該步驟S22中，如前面曾提及過的，V0和V1為預先通過例如實驗獲得的常數值，其被預先存儲在斷路器的控制單元中，而Vi的值是在監測斷路器的觸頭磨損過程中借助于電位計實際測量得到的值，由此可以計算出表示動靜觸頭總磨損量的值|V0-Vi|/|V0-V1|。可以看出，根據本優選實施例，不增大原有斷路器的體積并借助于一簡單的電位計即可低成本地實現對觸頭磨損情況的實時監測。顯然，上述方法可以應用于前述的斷路器中，前述的斷路器也可以應用于上述的方法中。也就是說，關于斷路器的實施方式和關于上述方法的實施方式的某些特征可以相互組合和/或替代地進行應用。盡管在參照各個實施例的基礎上，本發明已經在說明書中被描述并且在附圖中被圖示，但是本領域的技術人員可以理解，上述實施例僅僅是優選的實施方式，實施例中的某些技術特征對于解決特定的技術問題可能并不是必需的，從而可以沒有或者省略這些技術特征而不影響技術問題的解決或者技術方案的形成；而且，一個實施例的特征、要素和/或功能可以與其它一個或多個實施例的特征、要素和/或功能適當地相互組合、結合或者配合，除非該組合、結合或者配合明顯不可實施。