(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器であって、
ライン電流の特性を検知するように構成される検知回路と、
前記検知回路に結合される制御部と、
前記制御部に結合される無線送信機と、
前記ライン電流から誘導電流を発生し、前記制御部および前記無線送信機へ電力を供給するように構成される第１の変流器を有する電力供給部と、
前記電力供給部に結合された蓄電要素と、を備え、
前記蓄電要素は、前記電力供給部が電力を発生させている間にエネルギーを蓄え、前記ライン電流の遮断の間中に前記無線送信機に電力を供給するように構成され、
前記制御部は、前記無線送信機に、前記遮断器から検知された特性をメインエネルギー監視モジュールに送信させるように構成される、遮断器。
【請求項２】
筐体を更に備え、
前記検知回路、前記制御部、前記無線送信機および前記電力供給部は、前記筐体に収容される、請求項１に記載の遮断器。
【請求項３】
前記筐体はミニチュアサーキットブレーカ用の筐体である、請求項２に記載の遮断器。
【請求項４】
前記ライン電流の特性は故障状態である、請求項１に記載の遮断器。
【請求項５】
前記制御部は、更に、検知された前記故障状態の前の前記ライン電流についての状態情報を前記メインエネルギー監視モジュールに送信するように構成される、請求項４に記載の遮断器。
【請求項６】
前記ライン電流を遮断するように構成されるトリップ回路を更に備え、
前記検知回路は加速度計を備え、前記加速度計は前記トリップ回路のトリップイベントを検知するように構成され、
前記無線送信機は、前記加速度計による前記トリップ回路の前記トリップイベントの検知時に、前記トリップイベントについての情報を前記メインエネルギー監視モジュールに送信するように構成される、請求項１に記載の遮断器。
【請求項７】
前記第１の変流器で発生した前記誘導電流は前記ライン電流に比例し、前記検知回路は前記第１の変流器で発生した前記誘導電流を検知する、請求項１に記載の遮断器。
【請求項８】
ライン電流の特性を検知するように構成される検知回路と、
前記検知回路に結合される制御部と、
無線送信機と、
電力供給部と、
前記ライン電流の喪失の後に無線送信機に電力を供給するように構成される電力供給部に結合される蓄電要素と、を備え、
前記蓄電要素は、前記電力供給部が電力を発生させている間にエネルギーを蓄え、前記ライン電流の遮断の間中に前記無線送信機に電力を供給するように構成され、
前記制御部は、前記ライン電流の喪失の後に、前記無線送信機に、特性についてのデータをメインエネルギー監視モジュールに送信させるように構成される、遮断器。
【請求項９】
前記蓄電要素はコンデンサまたはバッテリーである、請求項８に記載の遮断器。
【請求項１０】
前記検知回路はアーク故障検知器または地絡検知器を備える、請求項８に記載の遮断器。
【請求項１１】
前記遮断器の状態を記憶するように構成されるメモリを更に備え、
前記ライン電流の特性は故障状態であって、前記無線送信機で送信される前記特性についてのデータは、故障の前に前記メモリに記憶された前記遮断器の状態である、請求項８に記載の遮断器。
【請求項１２】
前記ライン電流から誘導電流を発生させて、前記遮断器に電力供給するために誘導電流を供給するように構成される変流器を更に備える、請求項８に記載の遮断器。
【請求項１３】
前記変流器は、前記蓄電要素を充電するために、前記誘導電流を前記蓄電要素に供給するように構成される、請求項１２に記載の遮断器。
【請求項１４】
前記検知回路は加速度計を備える、請求項８に記載の遮断器。
【請求項１５】
ミニチュアサーキットブレーカ用の筐体を更に備え、
前記検知回路、前記制御部、前記無線送信機、前記電力供給部および前記蓄電要素は、前記筐体に収容される、請求項８に記載の遮断器。
【請求項１６】
ライン電流導線と、
前記ライン電流導線を監視して、故障状態でトリップするように構成された、前記ライン電流導線に結合される遮断器であって、前記ライン電流導線のライン電流の特性を検知するように構成される検知回路と、前記検知回路に結合される制御部と、前記ライン電流から誘導電流を発生するように構成される第１の変流器を有する電力供給部と、無線送信機と、前記電力供給部に結合された蓄電要素と、を備え、前記蓄電要素は、前記電力供給部が電力を発生させている間にエネルギーを蓄え、前記ライン電流の遮断の間中に前記無線送信機に電力を供給するように構成される、前記遮断器と、
無線受信機を有するメインエネルギー監視モジュールと、を備え、
前記メインエネルギー監視モジュールの前記無線受信機は、前記遮断器の無線送信機から送信された検知された特性についてのデータを受信するように構成される、システム。
【請求項１７】
前記メインエネルギー監視モジュールは、前記遮断器から受信した前記データを遠隔のアプリケーションへと通信するように構成されるゲートウェイを更に含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記検知回路は加速度計を備える、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断器、特に無線遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮断器は、電気導線を通して負荷に供給される電力の特性を監視することによって、電気システムの保護、および故障状態（例えば、アーク故障、地絡、および安全でない過電流レベル）を検出したときに回路を遮ること、すなわち遮断すること（トリップ）を提供する。遮断器は、よく商業的利用のためのユーティリティールーム、および居住利用のための地下室にある、分電盤または負荷中心に一般に取り付けられる。
【０００３】
多くの既存の分電盤設備は、遮断器で観察される故障状態の性質について、限られた情報だけを電気技術者および消費者に提供する。例えば、居住している消費者は、理由を知ることなく、遮断器がトリップしたと断定できるだけである。より精巧な遮断器は、アーク故障と地絡を検出する回路を備える。例えば偶然に回路に触れた人を通して電流が地上に流れたとき等、エネルギーを与えられたライン導線とニュートラル導線との間で電流がバランスを保てないときに、地絡が生じる場合がある。欠陥のある、またはダメージを受けた配線、スイッチ等のために危険なアークが発生すると、アーク故障が生じる。地絡とアーク故障を検出するように設計された遮断器は、遮断器がつながれる枝路のライン電流を監視するための回路と、ライン電流から検知されるデータを処理するための制御部を含むことができる。制御部は、そのようなデータを記憶するためのメモリを備えることができる。しかし、一般的に、このデータは、トリップすることを確定する際に、遮断器によって使用されるだけである。ここにあらためて記載するが、消費者または電気技術者は、遮断器がトリップしたと断定できるが、トリップを引き起こした状態を見ることはできない。
【０００４】
遮断器の外からアクセス可能であるならば、このデータは、長時間にわたって個々の枝路を監視するのに貴重であり、システムの他の遮断器からの類似したデータとともに、全体としてのシステムを監視するのにも役立つ。例えば、個々の枝路での電気使用を追跡可能であり、欠陥のある配線を回路のトリップ等の前に特定することができる。スマートグリッド技術がより一般的になり、遮断器からできるだけ多くの情報を得ることが望まれるようになっている。
【０００５】
しかし、複数の遮断器からのデータを監視して、集計することができる回路を備えるように既存の電気システムを改造することは、困難で高い費用がかかる。例えば、分岐回路の状態情報を集めて、利用およびアクセス可能にするための追加回路および外部配線接続を備えるように、既存の遮断器を変更する必要があるかもしれない。そして、分電盤は、変更された遮断器の追加の配線接続とのインターフェースである追加の回路を備えるように改造される必要がある。追加の回路を設置するのに必要なさらなる仕事は、一般に電気技術者またはエンジニアによって実行されるが、複雑であって高い費用がかかることがある。このような場合、既存の設備を改造する代わりに、新しい遮断器を備えるまったく新しい分電盤を加えることが、より費用効果が高い場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さらに、分電盤のスペースは貴重であることが多い。電子機器の消費者需要が増加するにつれて、既存の電気システムは、より増加した電気使用に適応しなければならない。ミニチュアサーキットブレーカ（ＭＣＢ）は、分電盤のスペースを最大にするために導入された。ＭＣＢは現在、住居の遮断器用に一般的に使用され、頑丈な設置基盤（installed base）を有する。大きな設置基盤という利点を生かすため、ＭＣＢに機能を追加することが望ましい。しかし、ＭＣＢのパッケージはすでにスペースが制約されたものであり、ＭＣＢを改造することはより複雑になる。遮断器筐体の外側かつ分電盤内でコンポーネントと配線を用いて拡張して既存の遮断器を改造することは、分電盤のスペースが限られるために実際的でないことが多い。例えば、分電盤の分岐回路配線スペースには、例えば変流器のようなコンポーネントと関連する配線を収容するのに十分な空き場所がないかもしれない。また、遮断器パッケージの外部にさらされたコンポーネントがダメージを受けるので、何らかの筐体で保護されなければならず、このような改造は挑戦的であって高い費用がかかる。そして、追加のコンポーネントが消費する材料費およびスペースが増加する。このように、設計者は、分電盤のスペースの制約から既存の遮断器のサイズを大きくすることは不利であるが、小さいサイズの遮断器では遮断器の既存のパッケージの範囲内で機能を増やすことが難しいというジレンマに直面する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示によって、メインエネルギー監視モジュールに状態および故障の情報を無線で通信する遮断器が提供される。一実施態様において、無線送受信機は、遮断器の筐体に組み込まれて、制御部に結合される。無線遮断器は、ライン電流導線を囲んでいる変流器を用いることにより、ニュートラル導線との接続を必要とせずに、ライン電流導線から誘導的にエネルギーを集める電力供給部を備える。
【０００８】
したがって、無線遮断器は既存の遮断器と同じパッケージの大きさで実装可能であり、無線遮断器は既存の分電盤の遮断器の互換品（drop-in replacement）となり得る。特に、無線機能と電力供給部は、住居用のＭＣＢの既存のパッケージサイズの範囲内で組み込むことができ、そのため、設置基盤内の既存のＭＣＢの互換品の役目を果たし得る。よって、メインエネルギー監視モジュールを使用するシステムにアップグレードするとき、分電盤を交換する必要がない。また、既存の遮断器と比較して、無線遮断器を設置するのに必要な追加の材料と仕事を最小にする。
【０００９】
本開示の別の形態では、無線遮断器は、トリップ後に遮断器に電力を供給するための蓄電装置（例えばコンデンサまたはバッテリー）を備える。そのため、遮断器は無線でトリップがあったことを、トリップを引き起こした状態についての情報とともに、トリップの発生後にメインエネルギー監視モジュールに送信できる。
【００１０】
メインエネルギー監視モジュールは、無線で無線遮断器から受信した一つ以上の分岐回路の情報を評価するために、プロセッサを備える。メインエネルギー監視モジュールは、例えばウェブページ、スマートフォン等の他のアプリケーションとのインターフェースのために、ゲートウェイを備える。トリップがあったことおよび状態を含む価値ある情報が集められて、ウェブページおよびスマートフォンを経由して、直接にカスタマーまたは電気技術者に送信され得る。
【００１１】
本発明の前述および他の利点は、図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一形態に従う遮断器監視システムのブロック図である。
【図２】本開示の一形態に従う遮断器のブロック図である。
【図３】図２とは異なる遮断器のブロック図である。
【図４】図２および図３とは異なる遮断器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は様々な変形および選択的形態を受け入れ可能であるが、本明細書においては、特定の実施形態が例として図面を示して詳述される。しかし、当然のことながら、本発明は開示される特定の形態に限られることを意図するものではない。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲で定められる本発明の要旨を逸脱しない範囲で、全ての変形、同等の形態、選択可能性を含むものである。
【００１４】
図１は、遮断器監視システム１００のブロック図を表す。遮断器監視システム１００は、複数の遮断器１１２を有する分電盤１１０を備える。各々の遮断器１１２は、無線データを送信および受信するために、無線送信機／受信機（送受信機）１１４を備える。分電盤１１０は、１以上の既存の遮断器が無線遮断器１１２に置換された既存の分電盤であり得る。
【００１５】
また、遮断器監視システム１００は、分電盤１１０から離れたメインエネルギー監視モジュール（メインモジュール）１１６を備える。メインモジュール１１６は、遮断器１１２の無線送受信機１１４によって送信されるデータを受信するために、無線送受信機１１８を備える。また、メインモジュール１１６は、遮断器１１２から受け取った情報を処理するために送受信機１１８に結合されたＣＰＵ（例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ等）１３０を含む。メインモジュール１１６は、分電盤１１０と一体化することも、または物理的に伝達プロトコルおよび無線送受信機１１４の電力によって許される距離だけ離すこともできる。
【００１６】
図示される遮断器１１２の各々は、一つの分岐回路上での電流の特性（例えば、アンペア単位での電流の大きさ）を測定する１極型の遮断器であって、この情報をメインモジュール１１６に送信する。また、１つの遮断器１１３（例えば、２極型の遮断器）は、各相から電圧データを測定して集め、無線送受信機１１５を使って、そのデータをメインモジュール１１６に送信する。あるいは、電圧データは、複数の電圧測定回路を備える１極型の遮断器１１２によって測定されて、集められてもよい。また、もう一つの選択肢として、メインモジュール１１６は、分電盤に直接に接続される電圧監視モジュール１３２を使用して、分電盤の電圧を直接的に測定可能であってもよい。
【００１７】
メインモジュール１１６は、全ての分岐回路から無線で送信されたデータを集めて、個々の分岐回路またはシステム１００を監視する消費者と電気技術者に関心あるエネルギー使用データを生成するために、計算を実行する。また、遮断器１１２は、例えば「トリップした」または「トリップしそう」であるとのイベントおよび警告といった他のデータも送信可能である。また、遮断器１１２は、高度な保護機能からデータを送信することもできる。ひとたびメインモジュール１１６によって遮断器１１２からデータが回収されれば、データは処理されて、分析されて、様々な他のアプリケーションに送信される。
【００１８】
図２は無線遮断器２００のブロック図を示す。遮断器２００は単相の遮断器として示されているが、本開示の原理は多相の遮断器にも適用できる。遮断器２００は、遮断器の回路をおおっている筐体２１０を備える。例えば、筐体２１０は標準的なＭＣＢパッケージであってもよく、遮断器２００は既存の住居用の設置基盤内におけるＭＣＢの互換品（drop-in replacement）として提供され得る。遮断器２００は、分岐回路のライン導線２１２を通るライン電流を受け取る。遮断器２００は、ライン導線２１２を介して負荷２１４にも結合される。また、負荷２１４は、ニュートラル導線２１６にも結合される。ライン導線２１２からニュートラル導線２１６に向かって負荷２１４に供給される電圧は、一般的に１２０Ｖまたは２４０Ｖである。遮断器２００は、ニュートラル導線２１６とは接続していない。
【００１９】
遮断器２００はトリップ回路２１８を備え、トリップ回路２１８は、電流が閾値を上回るとき、ライン導線２１２を流れる電流を遮ることによって回路を遮断するトリップソレノイドを備えることができる。他の標準的な過電流保護コンポーネント（図示せず）が、遮断器２００に含まれていてもよい。また、遮断器２００は、ライン電流の特性（例えば電流量、電流の周波数等）を検知する、制御および検知回路２２０を備える。制御および検知回路２２０は、トリップ回路２１８に結合され、トリップしてライン電流導線２１２を遮るための指示を、トリップ回路２１８に送信することができる。制御および検知回路２２０は、例えば変流器２２２のような電流検知装置を備え、電流検知装置は、筐体２１０内でライン導線２１２を取り囲み、ライン電流導線２１２のライン電流に比例した電流を発生させる、コイルであり得る。あるいは、電流検知装置は、ライン電流導線２１２の電流の特性を検知する分流器、ホール効果センサまたは他の装置であり得る。また、制御および検知回路２２０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、コントローラまたはプロセッサを備える。本明細書に記載されるように、制御および検知回路２２０のＣＰＵは、本発明の方法およびシステムの一つ以上の形態のための記憶された命令プログラムを実行することができる。これらの命令は、メモリ２２４（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）またはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ））に記憶可能である。メモリ２２４は、ＣＰＵまたは別々のモジュールと共に組み込まれてもよい。制御および検知回路２２０は、ある時間（例えば、１秒、１分等）にわたってライン電流の検知された特性を記録することができ、それをメモリ２２４に記憶可能であってもよい。
【００２０】
また、遮断器２００は、遮断器２００からメインモジュール１１６に情報を送信するために、送受信機２２６を備える。送受信機２２６は、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅ−Ｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等のいくつかのプロトコルの何れかを用いて、無線周波数で情報を送信できる。制御および検知回路２２０と送受信機２２６は、定期的に（例えば、毎秒、毎分等）、または特定のイベント（例えば、遮断器のトリップ）と同時にメモリに記憶された検知された特性についての情報を、メインモジュール１１６に送信するように構成され得る。例えば、制御および検知回路２２０は、あるサンプリングレートで変流器２２２の出力をサンプリングすることができる。そして、送受信機２２６は、遮断器２００と関連した分岐回路を通って流れる電流についての、サンプリングされた状態の情報を定期的にメインモジュール１１６へ送信することができる。そして、メインモジュール１１６は、長時間にわたってその情報を記録することができ、測定された電流情報をその枝路に関連した電圧と結びつけることができ、その配線でのエネルギー使用についての情報を電気技術者または消費者に提供することができる。
【００２１】
また、遮断器２００は、遮断器２００のコンポーネントに電力を供給するために、電力供給部２２８を含む。例えば、電力供給部２２８は、制御および検知回路２２０と送受信機２２６とに結合されて、これらのコンポーネントに電力を供給する。この種の遮断器パッケージは通常ニュートラルとの接続がないので、制御および検知回路２２０と送受信機２２６への電力は、遮断器２００内部で負荷電流導線２１２を囲んで置かれた変流器２３０を用いて負荷電流によって供給される。このように、電力供給部２２８は、ニュートラルに接続される別の線からではなく、ライン電流から誘導的に電力を集めるように構成され得る。あるいは、検知のために使われる変流器２２２は、遮断器２００に電力供給するための誘導電流を発生するために、電力供給部２２８と結合することもできる。電力供給部２２８がライン電流による誘導電流から直接に電力を発生させるので、遮断器２００にライン−ニュートラル間の接続を追加する必要がない。したがって、遮断器２００は、特別な配線または取り付けを必要とせずに、同じフォームファクターの既存の遮断器の互換品の役目を果たし得る。
【００２２】
遮断器がトリップする（例えば、トリップ回路２１８がトリップし、ライン電流導線２１２を遮る）場合、もはや電力供給部２２８は、ライン電流導線２１２から電力を得ることができない。トリップの後で遮断器に電力を供給する動作のために、遮断器２００は、電力供給部２２８に結合された蓄電装置２３２（エネルギー蓄積装置）を備える。蓄電装置は、電力供給部２２８がライン電流導線２１２から電力を発生させている間に、電力供給部２２８によって充電されるコンデンサであり得る。あるいは、蓄電装置２３２は、バッテリーであり得る。バッテリーがトリップの後のより長い期間で電力を供給可能であり得る一方で、コンデンサはバッテリーよりも小さく、より対費用効果が高い場合がある。
【００２３】
蓄電装置２３２がトリップイベントの後で電力を電力供給部２２８へ供給することができるので、遮断器２００はトリップイベントと同時に、またはトリップイベントの後で、情報をメインモジュール１１６に送信するのに、この電力を使うことができる。例えば、遮断器２００がトリップする場合、制御および検知回路２２０は、メモリ２２４からライン電流について最新の情報を回収することができ、送受信機２２６にその情報をメインモジュール１１６へ送信させることができる。その情報は、トリップがあったことおよび状態の情報（例えば、トリップの直前の電流の特性であって、測定期間における電流の大きさと周波数を有するもの）を含むことができる。この情報は、遮断器２００に関連した分岐回路がなぜトリップしたか理解するのを助けるために、メインモジュール１１６によって使用され得る。
【００２４】
遮断器２００は、トリップイベントを検知するように構成された加速度計２３４を備えるようにすることもできる。トリップ回路２１８がトリップするとき、遮断器２００を揺らす機械的エネルギーが放出される。加速度計２３４は機械的エネルギーの放出に関連した動きを検知することができ、トリップを示す信号を制御および検知回路２２０に送信できる。制御および検知回路２２０は、加速度計２３４からの信号を、メインモジュールへのトリップと状態の情報の送信を開始する時を定める指標として使うことができる。
【００２５】
また、遮断器２００は、制御および検知回路２２０に結合されるユーザインタフェース２３６を備える。例えば、ユーザインタフェース２３６は、例えば対処評価のように、分岐回路電流が閾値付近である、または閾値を超えるという徴候を表示するＬＥＤディスプレイを備える。また、ユーザインタフェースは、例えば遮断器２００がきちんと動いていることを確かめる「プッシュツーテスト」機能、および／または、メインモジュール１１６に強制的に情報を送信するボタンといった、遮断器の機能を有効にするボタンを備えてもよい。
【００２６】
図３は、もう一つの無線遮断器３００のブロック図である。遮断器３００は、ＣＰＵまたはマイクロプロセッサ３１０と、ＣＰＵ３１０からメインモジュール１１６へ情報を送信するための送受信機３１２を備える。ＣＰＵ３１０は、ＣＰＵ３１０で実行される命令を記憶するための、また、送信のためにＣＰＵ３１０によって集められるデータを記憶するためのメモリを含む。遮断器３００は、ＣＰＵ３１０およびライン電流導線３１６に結合するトリップ回路３１４を含み、ライン電流導線３１６は遮断器３００と関連した分岐回路の電流を伝える。トリップ回路３１４は、例えばトリップソレノイド、およびトリップソレノイドをトリップさせるためのエネルギーを蓄えるコンデンサのような他の回路を備えることができる。
【００２７】
ライン電流導線３１６を伝わる電力の様々な特性を検知し、測定するために、遮断器３００は電子機器を備える。例えば、遮断器３００は、ライン電流導線３１６の電力の電圧を測定するために、電圧検知モジュール３１８を備えることができる。電圧を測定するために、遮断器３００は、ライン−ニュートラル間の電圧測定のためのニュートラルへの接続３１９を容認する。遮断器３００は、電圧を測定する必要がないならば、ニュートラルへの接続３１９と電圧検知モジュール３１８を省略可能である。
【００２８】
遮断器３００は、ライン電流導線３１６を伝わる電流から誘導電流を発生するように構成される変流器３２０を備える。変流器３２０は、ライン電流がＣＰＵ３１０のＡＤＣポートで受け取られるように条件づけるライン電流モジュール３２２に結合される。ＣＰＵ３１０は、ライン電流導線３１６のライン電流の大きさを測定するためにライン電流モジュール３２２から受け取る信号を測定する。変流器３２０は複数のフィルタ３２４にも結合され、フィルタ３２４はアナログフィルタであり得る。フィルタ３２４は、例えば、特定の周波数をＣＰＵ３１０のＡＤＣポートまで通過させることができる。これらのポートを監視することによって、ＣＰＵは、故障状態を示すライン電流導線３１６のライン電流の周波数を見分けることができる。また、ＣＰＵ３１０は、分析のために周波数を測定し、記録することもできる。
【００２９】
また、遮断器３００は、危険なアーク故障状態を検知するアーク故障検知回路３２６を備える。アーク故障検知回路３２６は、ＣＰＵ３１０に結合して、アーク故障の検知と同時にアーク故障信号をＣＰＵ３１０に送信するように構成される。アーク故障信号を受け取ると同時に、ＣＰＵ３１０はトリップ回路３１４に回路を遮断させることがあり得る。また、ＣＰＵ３１０は、アーク故障の徴候とライン電流の状態を記憶することもできる。また、ＣＰＵ３１０は、送受信機３１２に徴候と状態の情報をメインモジュール１１６に送信させることもあり得る。また、上記の説明のように、遮断器３００は、トリップ回路３１４が回路を遮断するとき、トリップ回路３１４からの機械的エネルギーの放出を検知するために、ＣＰＵ３１０に結合された加速度計３２８を備えることもできる。
【００３０】
電力供給部３３０は、ＣＰＵ３１０、送受信機３１２、電圧検知モジュール３１８、ライン電流モジュール３２２、フィルタ３２４、アーク故障検知回路３２６および加速度計３２８を備える遮断器３００といったコンポーネントに電力を供給する。電力供給部３３０は、ライン電流導線３１６から誘導電流を発生するための変流器３３２を備える。あるいは、電力供給部３３０は、誘導電流を供給可能な変流器３２０と結合することができる。一つの変流器が、電力供給と、測定のためのライン電流の再現を提供するのに用いられるとき、遮断器３００内のスペースは節約され得る。電力供給部３３０は、蓄電装置３３４（例えばコンデンサまたはバッテリー）に結合することもできる。蓄電装置３３４は、回路が遮断された後に、例えばトリップと状態の情報をメインモジュール１１６に送信するために、遮断器コンポーネントに電力を供給することができる。また、遮断器３００は、他の機能のための回路、例えばＣＰＵ３１０に結合し、さらにユーザインタフェース（図示せず）にも結合するプッシュツーテスト回路３３６、を備えることもできる。
【００３１】
図４は、もう一つの遮断器４００のブロック図である。遮断器４００は、ライン電流導線４１０およびニュートラル導線４１２の両方に接続している。トリップ回路４１４（トリップソレノイドとコンデンサを備えることができる）は、ニュートラル導線４１２を遮断するように示されるが、ライン電流導線４１０を遮断することも可能である。トリップ回路４１４はＣＰＵ４１６に結合され、ＣＰＵ４１６は検知回路からの入力を受け取って、故障状態が検知されるとトリップ回路４１４に対してトリップするように指示する。例えば、検知回路は電圧検知モジュール４１８を備えることができる。そして、電圧検知モジュール４１８はライン電流導線４１０とニュートラル導線４１２の電圧を比較し、ＣＰＵ４１６のＡＤＣポートにその電圧を示す信号を送信する回路を備える。また、検知回路は、ライン電流モジュール４２０および一組のフィルタ４２２を備えることもでき、一組のフィルタ４２２は、ＣＰＵ４１６にそれぞれライン電流の大きさと周波数とを示す信号を送信する。ライン電流モジュール４２０とフィルタ４２２は、ライン電流導線４１０を流れる電流を表す誘導電流を発生させる変流器４２４に結合される。遮断器４００は、ＣＰＵ４１６からメインモジュール１１６にデータを送信するため、ＣＰＵ４１６に結合される送受信機４２８を備える。
【００３２】
また、遮断器４００は、ライン電流導線４１０とニュートラル導線４１２との間の電流のアンバランスを検知する地絡検知回路４２６も備える。地絡検知回路４２６はＣＰＵ４１６に結合され、地絡の検知と同時に地絡信号をＣＰＵ４１６に送信するように構成される。例えば、地絡検知回路４２６は、ライン電流導線４１０とニュートラル導線４１２との間の電流の違いを検知する差動変流器４２７に結合され得る。例えば、ライン電流導線４１０が地面に短絡するならば、差動変流器４２７によって検知される差動電流が増加する。地絡検知回路４２６は、この差動電流の増加を検知してＣＰＵ４１６へと通信する。地絡信号を受け取ると同時に、ＣＰＵ４１６は、トリップ回路４１４にニュートラル導線４１２を遮断させることができる。また、ＣＰＵ４１６は、地絡の徴候とライン電流の状態を記憶することもできる。また、ＣＰＵ４１６は、送受信機４２８に徴候と状態の情報をメインモジュール１１６に送信させることもできる。また、遮断器４００は、トリップ回路４１４が回路を遮断するとき、トリップ回路４１４からの機械的エネルギーの放出を検知するために、ＣＰＵ４１６に結合された加速度計４３４を備えることもできる。
【００３３】
遮断器コンポーネントは、電力供給部４３０によって電力供給される。本実施形態では、電力供給部４３０は、ライン電流導線４１０とニュートラル導線４１２から直接電力を引き入れる。また、電力供給部４３０は、蓄電装置４３２（例えばコンデンサまたはバッテリー）に結合することもできる。例えばトリップと状態の情報をメインモジュール１１６に送信するために、蓄電装置４３２は、回路が遮断された後で、遮断器コンポーネントに電力を供給することができる。
【００３４】
また、遮断器４００は、他の機能のための回路、例えばＣＰＵ４１６に結合して、さらにユーザインタフェース（図示せず）にも結合するプッシュツーテスト回路４３６、を備えることもできる。
【００３５】
更に図１を参照すると、メインモジュール１１６は、遮断器１１２から各々の分岐回路を流れる電流の大きさとあらゆる警告（例えばトリップイベント）を受け取る。メインモジュール１１６は、電圧の大きさおよび枝路電流の大きさに基づき、各々の分岐回路での電力を推定することができる。ここで、電圧の大きさは、メインモジュール１１６の電圧監視モジュール１３２によって検知されるか、遮断器１１３から受け取り、枝路電流の大きさは、遮断器１１２によって各々の分岐回路で検知される。メインモジュール１１６のＣＰＵ１３０は、このデータから、各々の枝路およびシステム全体についてのＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流および推定される実際の電力を計算する。また、ＣＰＵ１３０は、例えば収集したデータから温度的にトリップ状態に近い状態を検知することで、トリップした遮断器、および故障が予測される遮断器について警告を発することもできる。ＣＰＵ１３０は、ＣＰＵ１３０が受け取ったデータおよび計算したデータの履歴を記憶することもできる。このデータはメインモジュール１１６の中のメモリ１３４に記憶され得る。メモリ１３４は、ＣＰＵ１３０と一体的に備えられるメモリであってもよいし、分離されたメモリモジュールであってもよい。例えば、ＣＰＵ１３０は、全体としてのシステムのために、そして個々の分岐回路のために、電力需要履歴を記憶することができる。また、ＣＰＵ１３０は、各々の分岐回路について、トリップイベントおよびトリップしそうであったイベントの履歴をメモリ１３４に記憶することもできる。
【００３６】
遮断器１１２がより精巧な測定回路（例えば電流の周波数を測定し、かつアーク故障と地絡とを検知する回路）を備える場合、メインモジュール１１６は、無線で遮断器１１２から受け取るデータから、より高度な情報を計算することができる。ＣＰＵ１３０は、実際の電力について、より正確な大きさを計算するために、より複雑なアルゴリズムを実行することができる。例えば、ＣＰＵ１３０は、電圧と電流（メインモジュール１１６で検知される電圧と分岐回路遮断器１１２で検知される電流）の間の位相角を測定することによって計算してもよい。遮断器１１２は、電流サンプルにメインモジュール１１６への送信時間との相対的な時間を記録することができる（上記の遮断器のＣＰＵを用いる）。そして、メインモジュール１１６は、位相角情報を解読するために、記録された電圧サンプルの相対的な時間を逆にして対応させることができる。ＣＰＵ１３０で計算される情報は、ＲＭＳ電圧、ＲＭＳ電流、実際の電力、無効電力、電流データ（波形データ）および地絡信号データを含むことができる。さらに、ライン電圧の位相は、特定の遮断器の電流測定と合わせることができる。そして、例えば、ＣＰＵ１３０が１極型の遮断器が接続される位相がどれであるかがわかるようにシステムが自動的に構成されることを可能にする。また、ＣＰＵ１３０は、温度的にトリップ状態に近い状態であることを示す力率警告、および特定の遮断器がトリップしたことを示す警告を発生させることも可能である。ＣＰＵ１３０はこのデータをメモリ１３４に記憶することができる。
【００３７】
メインモジュール１１６は、メインモジュール１１６が集めて計算するデータを、ＣＰＵ１３０に結合するネットワークゲートウェイ１２０を介して、外部装置が利用可能であるようにする。このことは、カスタマー、システムマネージャ、電気技術者またはカスタマーサービス法人に、メインモジュール１１６から、そして離れた場所からさえ、便利にデータを見るための方法を提供する。例えば、ゲートウェイ１２０は、メインモジュール１１６から、ウェブページ１２６、スマートフォン、タブレットアプリケーション１２８または専用のディスプレイ１２４まで情報を送ることができる。ゲートウェイ１２０はネットワーク１２２とのインターフェースであり、ネットワーク１２２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、イントラネットおよび／またはインターネットのどれでもあり得る。ゲートウェイ１２０は、追加のコンポーネントとネットワーク１２２を介して通信するために、必要なプロトコルを備える。ローカルディスプレイ１２４は、メインモジュール１１６に直接結合してもよいし、ゲートウェイ１２０とネットワーク１２２を介して結合してもよい。
【００３８】
メインモジュール１１６からの情報は、カスタマーによって使用されることができ、家から離れている間にカスタマーが遠くから電気使用を監視するのに用いられることができる。例えば、カスタマーの冷蔵庫とフリーザーに電力供給している分岐回路がトリップするならば、カスタマーが休暇の間に、食糧は腐り、機器はダメージを受けるかもしれない。同様に、冬の間にカスタマーの温水浴槽に電力供給する分岐回路がトリップするならば、浴槽の水は凍り、浴槽にダメージを与える。カスタマーは、ウェブページ１２６にログインすることによって、または、スマートフォンアプリケーション１２８によって、特定の分岐回路でのエネルギー使用を離れて監視することができる。また、メインモジュール１１６は、分岐回路がトリップ状態またはトリップ状態に近い状態となるときに、警告を送る（スマートフォンアプリケーション１２８に、電子メールで、テキストメッセージで、等）こともできる。
【００３９】
分岐回路遮断器１１２が高度な保護機能（例えば地絡とアーク故障保護）のための回路を備える場合、メインモジュール１１６はより詳細な情報を受け取ることができ、詳細な情報はトラブルシューティングによる診断のために離れた場所に伝えられることができる。例えば、遮断器１１２は、最後のトリップイベントを引き起こした枝路電流波形をメインモジュール１１６に送信することができる。電気技術者は、専用のディスプレイ１２４に表示される情報を読むか、ウェブページ１２６またはスマートフォンアプリケーション１２８によって情報を見て、特定の分岐回路にある問題（例えばニュートラルの不良）を検知できる。そして、そのような問題は、枝路に接続している機器のパフォーマンスを低下させるか、ダメージを与え得る。機器メーカーは、分岐回路に接続している機器の健全性を評価するためにメインモジュール１１６で集められる情報を使うこともできる。例えば、メインモジュール１１６は、機器の枝路における電気使用の特性を記録することができ、効果的に機器の電気使用の「サイン」を知ることができる。メインモジュール１１６は、その枝路における電気使用が変化するときを検知でき、機器に対する潜在的ダメージについて消費者または機器メーカーに警告できる。また、メインモジュール１１６で集められて処理される情報は、特定の分岐回路でエネルギー使用をトラックするのに用いることもでき、どこで電気が使用されているか、どのようにエネルギー使用を減らして料金を節約できるかについて消費者が理解するのに役立つ。
【００４０】
メインエネルギー監視モジュールの長所と分岐回路データを処理して分配する能力は、まったく新しい分電盤を設置することなく実現できる。それどころか、本開示の無線遮断器は、追加の器材、仕事をほとんどまたは全く要することなく、既存の分電盤にある既存の従来の遮断器の代わりに設置されることができる。追加される無線機能は、既存の遮断器と同じパッケージに含められる。このように、無線遮断器は、追加配線の必要なく、既存の従来の遮断器の直接の代用品として提供され得る。よって、分電盤内のスペースは残される。また、分電盤全体を取り替えることなく無線遮断器に改造することが可能であり、そのうえ、遮断器を交換するのに段階的なアプローチが可能である。そのため、選択される分岐回路が無線遮断器に改造される一方で、他の分岐回路は既存の遮断器を使い続けることができる。
【００４１】
遮断器パッケージ自体の中に、追加される無線、電力および検知部品を収容するため、これらの部品は保護される。そして、これらの部品が遮断器の外側かつ分電盤内に取り付けられるならば必要となる追加のハードウェアが不要になる。変流器を介してライン電流導線から直接に無線遮断器に電力供給するためのエネルギーを集めることによって、遮断器パッケージの内部にスペースを残すことができる、そして、遮断器への追加の接続が不要になる。
【００４２】
トリップが起こった後に、無線遮断器がしばらくの間エネルギーを保存するので、トリップの前の分岐回路電流の状態を含む、トリップについての価値ある情報が記憶されて、分析のためにメインモジュールに送信され得る。メインモジュールは、トリップが起こったことだけでなく、なぜトリップが起こったかについて断定することができる。また、メインモジュールは、インターネットを介して、またはスマートフォンに対して、この情報を直接的にカスタマー、技術者または電気技術者に配信することもできる。
【００４３】
本発明の特定の実施例と応用が例示され、説明されたが、本発明がまさに本明細書で開示された構造および構成に限られるものではなく、添付の特許請求の範囲において定められる発明の要旨から逸脱しない範囲で、様々な修正、変更、バリエーションが上記の説明から明らかであり得ることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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