提供现有平台硬件模块到新产品的形状因子和相像接线的适配的机械组件和方法

摘要

一种智能电子装置(IED)包括：多个硬件模块，包括一对模拟输入模块(AIM)模块、电源模块(PSM)和二进制输入/输出(BIO)模块。各模块被配置用于安装在具有第一形状因子的第一IED壳体中。PSM和BIO模块被构造并布置成与第一壳体的电连接件直接连接。设置了具有不同于第一形状因子的第二形状因子的第二IED壳体。AIM模块被安装至第二壳体的底部面板。PSM模块和BIO模块被安装在第二壳体中。接线将AIM模块电连接至第二壳体上的连接件。适配器结构将PSM和BIO模块与第二壳体的相关联的连接件电连接。

说明书

技术领域

本发明涉及智能电子装置(IED)并且更特别地涉及最先进的IED 硬件模块和/或印刷电路板的到现有的接线和形状因子环境内的集 成。

背景技术

智能电子装置(IED)典型地用于公用变电站和工业电力系统的 保护、管理和监督。IED是在其设计寿命期间将跨越若干技术进步 和改变的耐用的电子设备。这些改变不仅会影响硬件电子器件，而 且会影响那个硬件的形状因子和大小。用类似的一个替换较旧的IED 是相当困难的，因为原来的IED中所使用的技术将会过时并且组成 部件将会达到其寿命终点(EOL)。如果引入新的IED形状因子或 者使用不同的用户输入/输出接口，则用最近的一个替换较旧技术的 IED往往要求改变接线并且有时要求改变机架和面板的尺寸。

因此，存在着在保持客户接线位置不改变的状态下准许当前技 术的到较旧IED的形状因子内的转移和集成的需要。

发明内容

发明的目的是满足上面所提到的需要。依照本发明的原理，该 目的通过为智能电子装置(IED)提供新的硬件模块的方法来获得。 方法提供包括一对模拟输入模块(AIM)模块、电源模块(PSM) 和二进制输入/输出(BIO)模块的硬件模块。各模块被配置用于安 装在具有第一形状因子的第一IED壳体中，其中PSM和BIO模块被 构造并布置成与第一壳体的电连接件直接连接。提供具有不同于第 一形状因子的第二形状因子的第二IED壳体。将AIM模块安装在第 二壳体中。将AIM模块接线至在第二壳体的后面板处的连接件。将 PSM和BIO模块也安装在第二壳体中。采用适配器结构以将PSM和 BIO模块与第二壳体的相关联的连接件电连接。

依照所公开的实施例的另一方面，一种智能电子装置(IED)， 包括：多个硬件模块，包括一对模拟输入模块(AIM)模块、电源 模块(PSM)和二进制输入/输出(BIO)模块。各模块被配置用于 安装在具有第一形状因子的第一IED壳体中。PSM和BIO模块被构 造并布置成与第一壳体的电连接件直接连接。设置了具有不同于第 一形状因子的第二形状因子的第二IED壳体。AIM模块被安装至第 二壳体的底部面板。PSM模块和BIO模块被安装在第二壳体中。接 线将AIM模块电连接至第二壳体上的连接件。适配器结构将PSM和 BIO模块与第二壳体的相关联的连接件电连接。

本发明的其他目的、特征和特性、以及操作方法和结构的相关 元件的功能、部件的组合及制造的经济性将在考虑到参照附图进行 的以下详细描述和随附权利要求时变得更加清楚，所有这些都形成 了该说明书的一部分。

附图说明

发明将从结合附图进行的其优选实施例的以下详细描述中得到 更好的理解，其中相似的附图标记是指相似的部件，其中：

图1A是具有针对竖直安装的硬件模块的特定形状因子的IED的 透视图。

图1B是图1A的IED的侧视图。

图2是用于具有针对硬件模块的水平安装的形状因子的IED的 壳体的前视图。

图3是图2的IED壳体的俯视图。

图4是示出图1的IED的内部组成部件的俯视图。

图5A是图4的IED的现在被安装在图2的IED壳体中的AIM 模块和通信卡的视图。

图5B是图4的IED的示出为准备要安装在图5A的IED壳体中 的PSM和BIO模块的视图。

图6示出用于将图5的AIM模块电接地的接地结构。

图7是示出为与适合安装在图2和图3的壳体中的IED的后面 板连接并且还与依照实施例的第一适配器结构连接的图5B的模块 的后透视图。

图8是具有图7的模块连同布置在图2和图3的壳体中的通信 模块并且与依照实施例的第二适配器结构连接的IED的前透视图。

图9是用于将依照实施例的适配器结构电接地的接地结构的视 图。

具体实施方式

参照图1A、图1B和图4，示出了总体用10指示出的具有壳体 11的IED，壳体有着使得能够实现硬件模块和电路板的以竖直布置 在其中的安装的形状因子。模块被直接电连接至在IED10的后部的 连接件13并且被连接至邻接于前面板15的连接器(未示出)。IED10 具有6.97"的高度H、6.97"的宽度W和7.91"的深度D。IED10用于 公用变电站和工业电力系统的保护、管理和监督。

如上面所指出的，有的时候需要用较新的一个代替较旧的IED。 图2和图3示出了具有使得硬件模块能够以水平布置安装在其中的 形状因子的较旧类型的IED壳体12。实施例的壳体12具有5.22"的 高度H、17.12"的宽度W和9.00"的深度D(针对19"U形状因子)。 下面，描述了使得针对图1A、图1B和图4的IED制成的硬件模块 和电路板能够被用在图2和图3的壳体12中的工艺和组成部件，使 得客户可以在有利地保持客户接线位置不改变的状态下将当前技术 转移并集成到较旧类型的IED形状因子内。

图4示出了示出图1A的IED的内部组成部件的俯视图。图5A 示出了图4的IED的现在被安装在图2的IED壳体12中的模拟输入 模块(AIM)14、14和通信(COM)卡16。图5B示出了图4的IED 的示出为准备要安装在图5A的IED壳体12中的电源模块(PSM) 18和二进制输入/输出(BIO)模块20。

参照图5A，在实施例中，AIM板或模块14、14'使用L支架22 和U支架23被以水平邻接的方式在壳体12的内侧固定至底部面板 21。例如以27示出的手动接线将模块14、14'电连接至连接器24， 该连接器与可在壳体12的后面板25处访问到的连接件电通信。初 级电流互感器(CT)26被连接至模块中的一个、例如模块14。AIM 模块14、14'可以在维持用于次级CT绕组的完整功能和保护的状态 下利用或不用先通后断(MBB)接口来接线。这通过允许保持着初 级CT的板的组件或者在抽出机构中可去除或者以与次级CT的恒定 接触被固定在壳体12内来实现，并因此不需要MBB机构。

任何电气外壳的挑战性任务之一是电接地。参照图6，示出了总 体以28指示出的用于将AIM模块14电接地的接地结构。接地结构 28包括被固定至用于将模块14安装至金属底部面板21的金属支架 23的弹簧加载的金属夹子30。模块14的印刷电路板(PCB)29的 角部包括限定了用于模块14的接地接触区域的接地焊盘34。当模块 14被组装到壳体12上时，接地焊盘34被移动成与夹子30接合。夹 子30的弹簧功能使其保持与接地焊盘34接合以由此使模块14电接 地。类似的接地结构28可以用于使模块14'接地。

AIM14、14'的创新性水平安装和手动接线提供了以下：

1)如竖直安装中所使用的先通后断(MBB)机构的去除，因为 水平安装配置中的AIM不是抽出组件的一部分，

2)具有较长引线的另一初级绕组的添加允许容易连接至端子 板，而具有其引线的原来的初级绕组允许现有的模块测试器的使用，

3)允许传统的竖直安装和利用或不用MBB的测试以及水平安 装两者的多CT初级接线，

4)如针对水平安装的图6中所示的、在对于各模块的PCB板的 两个接地角部中的新接地结构28，

5)L支架22和U支架23保持着模块及其PCB并且帮助它们 对齐至背平面36处的连接器(参见图7)。

参照图7，PSM18、BIO电路板或模块20被示出以水平邻接的 方式安装至被联接于前面板40的托盘38。用于操作者输入的新的前 面板40被联接至壳体12的开口端42(图8)。图7的整个组件可 从壳体12上去除或者可以从壳体12中抽出，用于维修和/或用于访 问图8的IED10'中的被隔开在托盘38下方的AIM模块14、14'。

保护罩44设置在模块18之上并且第二保护罩46设置在模块20 之上。罩44、46将EMC抗扰提供至PSM和BIO模块。罩44、46 还允许罩内侧的导轨45的使用，其有助于模块18、20的相对于背 平面36上的连接器的对齐。接地通过将金属托盘38连接至PSM和 BIO电路板上的电镀接地孔的支座来提供。罩通过金属螺钉被固定 至托盘38。托盘38与连接至壳体12的导电的导轨47接合。

如上面指出的，模块18和20是被配置用于壳体11(图1A)中 的竖直安装的类型的并且包括当前的或更新的技术。为了用在较旧 类型中，提供了第二壳体12和水平邻接地安装在其中的总体以48 指示出的第一适配器结构(图7)。在实施例中，第一适配器结构 48优选为在其上具有接收模块18和20的配合的连接器54的连接器 52的刚性印刷电路板50，配合的连接器54否则将被直接连接至与 图1B的IED10的后面板56相关联的连接器13。参照图8，电路板 50还被连接至与壳体12的后面板25上的连接件中的某些电通信的 相关联的连接器58。因此，电路板50将模块18和20与后面板25 之间的物理间隙桥接。PSM和BIO模块至外部输入/输出的之间的连 接通过电路板50实现。需要注意的是，为了图示清楚起见，罩44 和46未示出在图8中。

参照图8，第二适配器结构48'被采用以将通信(COM)电路板 或卡16连接至背平面36而不是如图1A的IED10中那样将COM卡 16直接连接至背平面。在该实施例中，第二适配器结构48'优选为具 有接收COM卡16的配合部分的连接器62的刚性印刷电路板60。 电路板60的一部分64由邻接于壳体12的前面板40的背平面36的 相关联的连接器66电接收。因此，电路板60将COM卡16与背平 面36之间的物理间隙桥接。该布置通过像其他后部端子一样在相同 平面中设置COM端口68(图3)而有利于从后面板25进行端口68 的访问。COM卡16通过使用从壳体12的顶部面板(未示出)悬挂 下来的安装保持件51被固定至壳体12。

因此，将硬件模块18、20(被配置用于第一形状因子)电连接 在壳体12(被配置成用于不同于第一形状因子的第二形状因子)内 的适配器结构48、48'的利用允许了电力设施采用用于其IED的最先 进的技术，而不需要改变物理接线位置和与壳体12相关联的输入/ 输出接口。

实施例中所使用的适配器结构被用于将用户接口输入和输出从 一个形状因子扩展至另一个。适配器结构的适当的接地可以利用弹 簧、支架或类似物来实现。例如，图9示出包括被固定至固定于壳 体12的金属侧72的金属支架70的金属弹簧68的接地结构。印刷 电路板50的角部包括限定了用于模块14的接地接触区域的接地焊 盘74。当电路板50被组装到壳体12上时，接地焊盘74被移动成与 弹簧68接合。弹簧68的弹簧力使其保持与接地焊盘74接合以由此 将适配器结构48电接地。类似的接地结构可以用于将适配器结构48' 接地。

取代使用电路板作为第一和第二适配器结构，可以采用具有适 当的电连接件的带、柔性线缆或柔性电路板。

实施例的优点和益处包括：

1)IED用户将能够将IED产业中的最先进的技术进步集成在现 有的环境(例如，壳体12的形状因子的机架)中而不必重新接线和 改变接口至它们现有的IED的输入/输出。

2)因为这些较新的IED在形状因子上是兼容的并且是接线相像 的，所以它们将允许插入式替换，这将缩短IED替换时间，并因此 缩短用于这样的替换的停工时间。

3)因为这些较新的IED用减少的替换开销为客户提供了最先进 的技术，所以它们将给予制造商将他们的产品的改型应用更快速且 更高效地推向市场的优势。

4)适配器结构48、48'应用将允许被配置用于具有一个形状因 子的IED(X)的硬件模块被用于具有不同形状因子的另一IED(Y) 的使用。适配器结构将允许IED(X)的与IED(Y)相像的接线和 相像的形状因子。

5)(4)中提及的将一个形状因子的任何硬件采用至不同IED 形状因子和相像的接线的灵活性可以扩展至允许任何两个IED之间 的适配性而与它们的制造商无关。

6)使用被设计用于不同形状因子的平台PCB而不用任何PCB 修改使得能够使用相同的模块和产品测试线束和工具用于新的产 品。

7)采用了用于针对不同形状因子的模块和PCB的新的接地结 构，仍然通过壳体12共同接地。

8)用于将被配置用于一个形状因子的硬件模块和PCB用在另一 形状因子中的罩和/或支架的使用。

9)在选择的位置中使用导轨和对齐针的对于高精度对齐的提 供。例如，对齐可以被实现为使得能够将具有0.6mm的针直径和 5mils的公差的两个55针连接器与一个110针连接器对齐。在该示 例中的连接器是在三个不同平面上。

前述优选实施例已经被示出和描述用于说明本发明的结构性和功能 性原理、以及说明采用优选实施例的方法的目的，并且可以在不脱 离这样的原理的情况下经受改变。因此，该发明包括被涵盖在以下 权利要求的精神内的所有修改。