(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の分岐回路における故障電流を検出判断してトリップ信号を送信し、当該故障回路を遮断する故障電流遮断装置および方法を提供する。【解決手段】装置１０は、蓄積された所定の電流値が回路内に存在することを判定するコントローラ１６と、当該回路内の電流に比例する出力を供給するための変流器ＣＴとトリップ信号を受信するためのトリップ機構２１と回路に流れる電流を遮断するためのスイッチ２３と電源および回路に接続するためのコネクタとを有する複数の回路ブレーカ２０とを含み、当該回路内の電流が所定の電流であることが検出されると当該回路に流れる電流を遮断する。【選択図】図１
2009026758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路に流れる電流を遮断するための回路遮断器であって、
コントローラ（１６）内に蓄積された少なくとも１つの所定の電流が前記回路内に存在することを判定するコントローラ（１６）と、
トリップ信号を受信するためのトリップ機構（２１）と、前記回路内の電流に比例する出力を供給するための電流センサ（２２）と、前記回路に流れる電流を遮断するためのスイッチ（２３）と、動作信号を受信するための制御入力と、回路ブレーカ（２０）を電源（１８）および前記回路にそれぞれ接続する近位および遠位の回路コネクタとを備える回路ブレーカ（２０）と、を備え、
第１の接続部で前記コントローラ（１６）に接続された前記少なくとも１つの回路ブレーカ（２０）が前記回路内の前記電流に比例する出力を供給し、
第２の接続部で前記コントローラ（１６）に接続された前記少なくとも１つの回路ブレーカ（２０）が前記コントローラ（１６）から前記動作信号を取得し、
前記少なくとも１つの回路ブレーカ（２０）が第３の接続部で前記電源（１８）から近位の第３のコネクタで前記電源（１８）に接続され、
前記少なくとも１つの回路ブレーカが第４の接続部で前記電源（１８）から遠位の第４のコネクタで前記回路に接続される回路遮断器。
【請求項２】
前記コントローラ（１６）はユーザによって交換可能であり、少なくとも１つの所定電流を含む交換コントローラ（１６）と交換される請求項１に記載の回路遮断器。
【請求項３】
前記交換コントローラ（１６）は、前記回路遮断器が前記電源（１８）に接続されている間に準備される請求項１又は２に記載の回路遮断器。
【請求項４】
前記コントローラ（１６）内の前記少なくとも１つの所定電流はユーザによって更新可能である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路遮断器。
【請求項５】
前記コントローラ（１６）は、前記少なくとも１つの回路ブレーカ（２０）が前記電源（１８）に接続されている間に取り外し可能である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路遮断器。
【請求項６】
前記回路ブレーカ（２０）が、アナログ・デジタル変換器（２４）と、前記アナログ・デジタル変換器（２４）のデジタル出力を処理するためのプロセッサ（２５）と、前記プロセッサ（２５）によって処理されたデジタル信号を受信して、前記デジタル信号を前記コントローラ（１６）に供給するための通信デバイスとをさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回路遮断器。
【請求項７】
少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断する方法であって、
コントローラ（１６）内に蓄積された少なくとも１つの所定の電流が前記少なくとも１つの回路内に存在することを判定するコントローラを準備するステップと、
トリップ信号を受信するためのトリップ機構（２１）と、前記少なくとも１つの回路内の電流に比例する出力を供給するための電流センサ（２２）と、前記少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断するためのスイッチ（２３）と、前記コントローラ（１６）からの動作信号を前記トリップ機構によって受信するための制御入力と、回路ブレーカを電源（１８）および前記少なくとも１つの回路にそれぞれ接続する近位および遠位の回路コネクタとを備える回路ブレーカ（２０）を準備するステップと、
前記コントローラ（１６）によって前記少なくとも１つの回路内に少なくとも１つの所定電流が存在することを判定するステップと、
前記回路ブレーカ（２０）の前記トリップ機構で前記コントローラ（１６）からのトリップ信号を受信するステップと、
前記コントローラ（１６）によって前記少なくとも１つの回路内の電流が所定電流であることが判定されると、スイッチ（２３）を使用して前記回路に流れる電流を遮断するステップと、を含む方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断する方法が、
前記コントローラ（１６）を交換コントローラ（１６）と交換するステップをさらに含み、前記交換コントローラ（１６）が少なくとも１つの所定電流を含み、ユーザが前記交換を行う請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断する方法が、
前記回路遮断器が前記電源（１８）に接続されている間に前記コントローラ（１６）を前記交換コントローラ（１６）と交換するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
コンピュータ・プログラム製品であって、
少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断する方法を実行するために、回路遮断器によって実行可能な命令プログラムを具体的に実施する、回路遮断器によって読み取り可能なプログラム記憶デバイスを備え、前記方法が、
コントローラ（１６）内に蓄積された少なくとも１つの所定の電流が前記少なくとも１つの回路内に存在することを判定するコントローラ（１６）を準備するステップと、
トリップ信号を受信するためのトリップ機構（２１）と、前記少なくとも１つの回路内の電流に比例する出力を供給するための電流センサ（２２）と、前記少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断するためのスイッチ（２３）と、前記コントローラ（１６）からの動作信号を前記トリップ機構（２１）によって受信するための制御入力と、回路ブレーカ（２０）を電源（１８）および前記少なくとも１つの回路にそれぞれ接続する近位および遠位の回路コネクタとを備える回路ブレーカを準備するステップと、
前記コントローラ（１６）によって前記少なくとも１つの回路内に少なくとも１つの所定電流が存在することを判定するステップと、
前記回路ブレーカ（２０）の前記トリップ機構（２１）で前記コントローラ（１６）からのトリップ信号を受信するステップと、
前記コントローラ（１６）によって前記少なくとも１つの回路内の電流が所定電流であることが判定されると、スイッチ（２３）を使用して前記回路に流れる電流を遮断するステップと、を含むコンピュータ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、交流電流（ＡＣ）電気システムに関する。より具体的には、本開示は故障電流遮断器および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅、商用、および産業用の電気システムは通常、商用電源から電力を受けるための分電盤を含んでいる。電力は、分電盤を通して回路ブレーカ、トリップユニット他などを含むがそれに限定されない１つまたは複数の電流遮断器に送られる。
【０００３】
電力は指定の分岐に配電され、各分岐は１つまたは複数の負荷に電力を供給する。各分岐は電流遮断器から始まる。電流遮断器は、特定の分岐の何らかの電力状態が所定の基準に達するとその分岐への電力を遮断するように構成されている。
【０００４】
例えば、ある電流遮断器は漏電により電力を遮断することができ、一般に漏電遮断器（ＧＦＣＩ）として知られている。漏電状態は導線と中性線との間の電流の流れが不均衡である場合に生じ、その原因は漏れ電流またはアーク地絡であることがある。
【０００５】
他の電流遮断器は、アーク故障により電力を遮断することができ、一般にアーク故障電流遮断器（ＡＦＩＣ）として知られている。アーク故障は、直列アーク故障と並列アーク故障との２つに大別できる。直列アーク故障は、例えば電流が単一の導体内の空隙を横切って導通すると発生することがある。並列アーク故障は、例えば電流が２つの導体を横切って導通すると発生することがある。アーク故障、特に直列アーク故障は、従来の回路遮断器のトリップを誘発しないことがある。電気回路または配線が古くなり、絶縁破壊が生ずるとアーク故障が発生する可能性が高くなるので、相応する条件が生ずると回路間にアークが発生する可能性が高まる。
【０００６】
他の電流遮断器は過電流により電力を遮断することができ、これは一般に過電流デバイスとして知られ、例えば所定の基準以上の電流が検出されると電力を遮断する。過電流デバイスは、回路の定格を超える電力の印加によって、有用な回路および配線が損傷することを防止するのに役立つ。
【０００７】
さらに、他の電流遮断器は、典型的には１サイクルの一部などの極めて短い所定期間内に所定の基準を超える電力が印加されると電力を遮断することができる。これらの電流遮断器は瞬間トリップデバイスとして知られ、突発的な短絡から保護するように設計されている。
【０００８】
過電流および瞬間トリップ機構は典型的な回路遮断デバイス、すなわち回路ブレーカに備わっている。これらのデバイスはさらに接地電流遮断を含んでいることがある。典型的な回路ブレーカにおける過電流および瞬間回路遮断機能は、ブレーカを構成する材料の固有の性質によってもたらされる。アーク故障電流遮断（ＡＦＣＩ）は従来の熱動−磁気ブレーカの固有の機能ではない。しかし、ＡＦＣＩは、例えばＵＬおよびＮＥＣなどの様々な標準規格機関によって設定された安全基準である。漏電遮断（ＧＦＣＩ）も従来の熱動−磁気ブレーカおよびＡＦＩＣなどの固有の機能ではなく、例えば新築住宅での安全基準において規定されている。
【０００９】
上述の電流遮断器は典型的にはＵＬやＮＥＣなどの安全基準に準拠するように設計されている。このような基準は時間の経過と共に変化する。したがって、現行の安全基準を組み込み、これに準拠する電流遮断器が将来の安全基準に合致するとは必ずしも保証できない。電流遮断器は、法規を順守するため、新規の安全基準の制定に際し、それに準拠する新規の電流遮断器と交換する必要があろう。この種の交換はコストが高く、大きな労力を要し、電流遮断器に接続された回路への電力供給の中断を伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、安全基準を更新できる電流遮断器が継続的に必要であり、かつ先行技術のシステムの前述の、およびその他の悪影響の１つまたは複数を克服し、軽減し、かつ／または緩和する、交流電気システムにおける更新された安全基準に準拠する電流遮断器を提供する電流遮断方法が必要である。
【００１１】
したがって、先行技術の故障電流遮断の前述の、およびその他の悪影響の１つまたは複数を克服し、軽減し、かつ／または緩和する故障電流遮断が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
安全基準、電気工事規定、および自治体が採り入れる建築法規などの規格の変化に対応するためにより簡単に更新できる回路遮断装置および方法が提供される。この装置のコントローラは、コントローラに定められた所定の故障電流値に基づいて故障電流を判定することができ、アップグレードおよび変更可能である。アーク故障、地絡、過電流、および瞬間故障電流などの様々な故障電流を検出可能であり、故障電流が検出された線（１本または複数）用の回路ブレーカ（１つまたは複数）をコントローラから発されるトリップ信号によってトリップさせることができる。
【００１３】
回路に流れる電流を遮断するための本発明の例示的回路遮断装置は、コントローラ内に蓄積された少なくとも１つの所定の電流が前記回路内に存在することを判定するコントローラと、トリップ信号を受信するためのトリップ機構と、回路内の電流に比例する出力を供給するための変流器センサと、回路に流れる電流を遮断するためのスイッチと、動作信号を受信するための制御入力と、回路ブレーカを電源および前記回路にそれぞれ接続する近位および遠位の回路コネクタとを備える回路ブレーカとを備え、第１の接続部で前記コントローラに接続された少なくとも１つの回路ブレーカが回路内の電流に比例する出力を供給し、第２の接続部でコントローラに接続された少なくとも１つの回路ブレーカがコントローラから動作信号を取得し、少なくとも１つの回路ブレーカが第３の接続部で電源から近位の第３のコネクタで前記電源に接続され、第４の接続部で電源から遠位の第４のコネクタで前記回路に接続される。
【００１４】
本発明の例示的な方法は、少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断する方法であって、コントローラ内に蓄積された少なくとも１つの所定の電流が少なくとも１つの回路内に存在することを判定するコントローラを準備するステップと、トリップ信号を受信するためのトリップ機構と、少なくとも１つの回路内の電流に比例する出力を供給するための変流器センサと、少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断するためのスイッチと、コントローラからの動作信号をトリップ機構によって受信するための制御入力と、回路ブレーカを電源および少なくとも１つの回路にそれぞれ接続する近位および遠位の回路コネクタと、を備える回路ブレーカを準備するステップと、コントローラによって少なくとも１つの回路内に少なくとも１つの所定電流が存在することを判定するステップと、回路ブレーカのトリップ機構でコントローラからのトリップ信号を受信するステップと、コントローラによって少なくとも１つの回路内の電流が所定電流であることが判定されると、スイッチを使用して回路に流れる電流を遮断するステップとを含む方法を提供する。
【００１５】
本発明の別の例示的実施形態は、コンピュータ・プログラム製品であって、少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断する方法を実行するために、回路遮断器によって実行可能な命令プログラムを具体的に実施する、回路遮断器によって読み取り可能なプログラム記憶デバイスを備え、前記方法が、コントローラ内に蓄積された少なくとも１つの所定の電流が少なくとも１つの回路内に存在することを判定するコントローラを準備するステップと、トリップ信号を受信するためのトリップ機構と、少なくとも１つの回路内の電流に比例する出力を供給するための変流器センサと、少なくとも１つの回路に流れる電流を遮断するためのスイッチと、コントローラからの動作信号をトリップ機構によって受信するための制御入力と、回路ブレーカを電源および少なくとも１つの回路にそれぞれ接続する近位および遠位の回路コネクタとを備える回路ブレーカを準備するステップと、コントローラによって少なくとも１つの回路内に少なくとも１つの所定電流が存在することを判定するステップと、回路ブレーカのトリップ機構でコントローラからのトリップ信号を受信するステップと、コントローラによって少なくとも１つの回路内の電流が所定電流であることが判定されると、スイッチを使用して回路に流れる電流を遮断するステップと、を含むコンピュータ・プログラム製品を含んでいる。
【００１６】
上記の簡単な説明は、以下の本発明の詳細な説明の理解が深まり、この分野への貢献への評価が高まるようにするため、本発明のより重要な特徴をやや広義に開示している。もちろん、以下に記載される、添付の請求項の主題のための本発明の付加的な特徴も存在する。
【００１７】
この点に関して、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の用途が、以下の説明で開示され、または図面に示される構造の細部およびコンポーネントの配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は他の実施形態も実施可能であり、様々な方法で実施および実行可能である。さらに、本明細書で用いられる語句および用語は説明のためであり、限定的であると見なされるべきではないことを理解されたい。
【００１８】
したがって、当業者は本開示が基盤とする概念を、本発明の幾つかの目的を実行するための他の構造、方法およびシステムを設計する基盤として容易に利用できる。したがって、本発明の趣旨と範囲から離れないかぎり、請求項がこのような同等の構造を含むものと見なすことが重要である。
【００１９】
さらに、前記の要約の目的は、一般に特許庁および公衆が、特に特許または法律用語または言い回しに慣れていないこの分野の科学者、技術者および実務者が、一瞥して本出願の技術的開示の性質と本質とを速やかに判断できるようにすることである。したがって、要約は請求項によってのみ判定される本発明または本出願を定義することを意図するものでもなく、本発明の範囲がいかなる意味でも限定されることを意図するものでもない。
【００２０】
さらに、背景技術および詳細な説明の双方で用いられる上記の項目名の目的は、一般に米国特許商標庁および公衆が、特に特許または法律用語または言い回しに慣れていないこの分野の科学者、技術者および実務者が、一瞥して本出願の技術的開示の性質と本質とを速やかに判断できるようにすることである。したがって、項目名は請求項によってのみ判定される本発明または本出願を定義することを意図するものでもなく、本発明の範囲がいかなる意味でも限定されることを意図するものでもない。
【００２１】
本開示の上記の、およびその他の特徴および利点は、当業者には以下の詳細な説明、図面、および添付の請求項から評価、および理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図面、特に図１を参照すると、本明細書の説明による故障電流遮断のための本発明の装置１０の例示的実施形態の機能ブロック図が示されている。図１は各々が負荷電流ｉｌｏａｄを有する幾つかの電気回路または導電線１２を示している。各導電線は対応する負荷１４に電力を供給する。この実施形態はさらに、各回路ブレーカ２０に接続されたコントローラ１６を備えている。各回路ブレーカは例えば、トリップ機構２１、センサ（ＣＴ）を有する変流器２２、およびスイッチ２３を備えている。センサは変流器センサ、または当業者によって決定されるその他の電流検出デバイスでよい。コントローラ１６は各回路ブレーカ２０のトリップ機構に制御信号を送るように構成され、適宜の回路ブレーカ２０をトリップさせる信号を送ることによって、スイッチ２３が開かれ（またはトリップし）、それによって回路または導電線１２に関連する負荷１４を電源、交流バス１８から遮断する。トリップの決定を下すために、コントローラ１６は、例えば所定の電流値を用いて故障状態があるか否かを判定する。故障状態は、上記のようにアーク故障電流、地絡電流、過電流、または瞬間過電流であり得よう。電流値は、負荷電流ｉｌｏａｄに比例する二次電流を供給する変流器２２を使用することによって得られる。変流器２２は、ｉｌｏａｄ、または変流器の一次電流が変流器２２の出力電流である二次電流を誘発するように配置された一次巻線を有している。変流器２２の出力電流は、導電線１２および／または負荷１４に故障があるか否かに関する決定を下すためにコントローラ１６によって利用される。
【００２３】
図１、３、および４などの本発明の様々な例示的図面の回路および様々な素子に符号を付ける際に、ｎからｎ＋ｚまでの命名法が用いられる。簡略化のため、図を説明する際に、回路および対応する素子のｎからｎ＋ｚの状態は言及されない。ｎからｎ＋ｚの呼称は、本明細書に図示され、記載される例示的装置においてコントローラ１６を使用してトリップするように信号が送られ得る回路または導電線１２の数を示すためのものである。コントローラに接続可能な回路または導電線１２の数は、本明細書に記載の実施形態にあるコントローラの場合はｎ＋ｚ（すなわちｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３．．．ｎ＋ｚ）に限定される。当業者は、図１の本発明の例示的装置１０などの装置１０と共に構成可能な回路の数（すなわちｎ＋ｚ）に関する決定を下すことができる。装置と共に構成される回路の数は、分岐回路の総数などの要因を考慮に入れて決定できる。
【００２４】
再び図１を参照すると、交流電源３０（図７に図示）によってバス、すなわち交流バス１８に給電されることが分かる。図１、および本明細書に記載のその他の実施形態の例示的回路ブレーカ２０は図１Ａの分解図に示される幾つかの接続部を介してコントローラ１６および導電線１２に接続されている。回路ブレーカ２０は回路１２内の電流に比例する出力を供給するために第１の接続部１１でコントローラ１６に接続され、第２の接続部１３で回路ブレーカ２０はコントローラ１６から動作信号を獲得し、第３および第４の接続部では、回路ブレーカ２０は電源と近位の第３のコネクタ１５で電源１８に、また電源と遠位の第４のコネクタ１７で回路に接続されている。
【００２５】
次に、本発明の方法の実施形態のフローチャートを示す図２を参照すると、このフローチャートは図１の装置の実施形態に対応している。オペレータ２００で方法が開始される。次に、オペレータ２０２は、コントローラが信号を入力する準備ができていることを示す。次にオペレータ２０４で、変流器２２を使用して負荷電流ｉｌｏａｄが得られ、この負荷電流は変流器２２からコントローラ１６における入力（図示せず）への出力を介してオペレータ２０６でコントローラ１６に供給される。
【００２６】
図２のフローチャートを継続すると、オペレータ２０８で故障状態が存在するか否かの照会が行われる。前述のように故障状態はアーク故障電流、地絡電流、過電流、および瞬間故障電流であり得る。プロセッサ２５は例えばマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）であってよいことに留意されたい。
【００２７】
オペレータ２０８の照会に戻ると、オペレータ２０８の照会に対する回答がイエスである場合は、方法はオペレータ２１０に進み、コントローラ１６はトリップ信号を回路ブレーカ２０に送る。次に、オペレータ２１２で、回路ブレーカ２０がトリップする。さらに図６、６Ａ、６Ｂおよび６Ｃにも示されているスイッチ２３は図６Ａの典型的な回路ブレーカ、図６Ｂの単ブレード式オンオフ・スイッチからなる典型的な単極スイッチ、またはＭＥＭＳ（微小電気機械システム）スイッチであってよい。当業者によってその他の適当スイッチが決定されてもよい。適当なスイッチを選択する際、スイッチの材料内容、定格電力、および低格電流などの要因が斟酌される。
【００２８】
オペレータ２１２で、回路ブレーカ２０のスイッチ２２のトリップまたは開路が行われて、負荷１４が電源、バス１８から遮断される。電源２０が負荷１４から遮断されると、ｉｌｏａｄの故障回路への導通および給電が停止する。トリップの判定がなされた場合、ｉｌｏａｄは故障状態を示す適格な電流値である。オペレータ２１２の後に、方法はターミネータ２１４で終了する。
【００２９】
オペレータ２０８に戻ると、オペレータ２０８の照会に対する回答がノーである場合は、故障状態は存在せず、オペレータ２０２に戻る。オペレータ２０２の後には、本明細書で前述したオペレータ２０２の後のオペレータが続く。コントローラ１６は負荷電流信号の準備ができ、オペレータ２０４で負荷電流信号が供給される。オペレータ２０４の後には、本明細書で前述したオペレータ２０４の後のオペレータが続く。
【００３０】
図３は本発明の装置の別の実施形態を示している。この場合も、図面ではｎからｎ＋ｚの呼称が用いられている。これらの呼称は既に扱われているので、図３の記述要件ではこれらを用いない。
【００３１】
図３は、本明細書に記載の故障電流遮断のための本発明の装置１０の別の例示的実施形態の機能ブロック図である。図３は各々が負荷電流ｉｌｏａｄを有する幾つかの電気回路または導電線１２を示している。各導電線は対応する負荷１４に電力を供給する。この実施形態はさらに、各回路ブレーカ２０に接続されたコントローラ１６を備えている。各回路ブレーカは例えば、トリップ機構２１、（上記で説明した）変流器２２、スイッチ２３、および変流器２２の電流をデジタル形式に変換するためのアナログ・デジタル変換器２４を備えている。
【００３２】
図３の例示的実施形態の回路ブレーカ２０はさらに、電流サンプリングを行うプロセッサ２５と、コントローラ１６の適宜の入力にてプロセッサ２５の電流サンプル出力がコントローラ１６に接続されたことを示す通信デバイス２６とを備えている。コントローラ１６は、経路Ｒ１を経てコントローラ１６から回路ブレーカ２０のトリップ機構２１への信号用の制御信号を送るように構成されており、回路ブレーカ２０に信号を送ることによってスイッチ２０が開かれ、またはトリップし、それによって回路または導電線１２に関連する負荷１４を電源、交流バス１８から遮断する。トリップの決定を下す際に、コントローラ１６は、例えば所定の電流値を用いて故障状態があるか否かを判定する。前述のように、故障状態は、上記のようのアーク故障電流、地絡電流、過電流、または瞬間過電流であり得るが、それらに限定されるものではない。したがって、図３の機能ブロック図では、実線Ｒ１は図５のフローチャートの実施形態の態様を示す。実線Ｒ１はコントローラ１６からトリップ機構２１への信号の経路を示す。これは以下に説明する代替実施形態とは異なっている。
【００３３】
図３の代替実施形態が図４に示されており、回路ブレーカ２０は例えば、トリップ機構２１、変流器２２、スイッチ２３、および変流器２２の出力または二次電流をデジタル信号に変換するためのアナログ・デジタル変換器２４を備えている。図３の例示的実施形態の回路ブレーカ２０はさらに、デジタル信号の電流サンプリングを行うプロセッサ２５と、コントローラ１６の適宜の入力にてプロセッサ２５の電流サンプル出力をコントローラ１６に供給するための通信デバイス２６とを備えている。
【００３４】
図４の代替実施形態では、コントローラ１６は、回路ブレーカ２０のプロセッサ２５に制御信号を送るように構成されており、コントローラ１６は、コントローラ１６からプロセッサ２５への、およびトリップ機構への破線で示されているように、回路ブレーカ２０のトリップ機構２１を起動させる信号を適宜のプロセッサ２５に送る。トリップ機構２１が起動すると、関連するスイッチ２３が開かれ（またはトリップし）、それによって回路または導電線１２に関連する負荷１４を電源、交流バス１８から遮断する。トリップの決定を下す際に、コントローラ１６は、例えば所定の電流値を用いて故障状態があるか否かを判定する。前述のように故障状態は、上記のようにアーク故障電流、地絡電流、過電流、または瞬間過電流であり得よう。
【００３５】
要約すると、図３および４の実施形態では、プロセッサ２５はサンプリングされた電流を通信デバイス２６を介して集中コントローラ１６に送る。集中コントローラ１６は、ブレーカの電流検出デバイスまたは変流器２２が導電線１２上に故障状態があることを示す電流を供給する、装置１０内のブレーカ２０をトリップさせるべきか否かを判定する。これらの実施形態は、故障状態の表示の後のステップが異なっている。図３の実施形態では、回路ブレーカ２０がトリップすると、コントローラ１６は適宜のブレーカのトリップ機構２１にトリップ信号を送る。図４の実施形態では、回路ブレーカ２０がトリップすると、コントローラ１６はブレーカ２０に関連する適宜のプロセッサ２５にトリップ信号を送り、この信号はトリップ機構２１にスイッチ２３をトリップし、または開路するように伝える。図３の異なる構成は、コントローラ１６をプロセッサ２５に接続し、プロセッサ２５をトリップ機構２１に接続する破線で示されている。
【００３６】
次に、本発明の方法の別の例示的実施形態のフローチャートを示す図５を参照すると、図５のフローチャートは図３および４の例示的装置の実施形態に対応している。オペレータ５００で方法が開始される。次に、オペレータ５０２は、コントローラが信号を入力する準備ができていることを示す。次にオペレータ５０４で、変流器２２の出力から負荷電流ｉｌｏａｄが得られる。次にオペレータ５０６で、ｉｌｏａｄがアナログ・デジタル変換器、すなわちＡ／Ｄ変換器２４に供給さる。次に、オペレータ５０８で、この負荷電流信号はＡ／Ｄ変換器２４を使用してデジタル信号に変換され、デジタル信号がプロセッサ２５に供給される。オペレータ５１０で、デジタル電流負荷信号がプロセッサでサンプリングされる。オペレータ５１４で、電流負荷のデジタルサンプルが通信デバイス３６を介してコントローラに送られる。
【００３７】
図５のフローチャートを継続すると、オペレータ５１５で故障状態が存在するか否かの照会が行われる。故障状態が存在するか否かを判定するため、デジタル電流データがコントローラ１６で処理される。前述のように故障状態はアーク故障電流、地絡電流、過電流、および瞬間故障電流であり得る。プロセッサ２５は例えばマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）であってよいことに留意されたい。
【００３８】
オペレータ５１５の照会に戻ると、オペレータ５１５の照会に対する回答がイエスである場合は、フローチャートはオペレータ５１７に進み、コントローラ１６はトリップ信号を回路ブレーカ２０のトリップ機構２１に送る。次に、オペレータ５１８で、回路ブレーカ２０がトリップする。スイッチ２２は例えば、前述のように図６、６Ａ、６Ｂおよび６Ｃに示されているスイッチであってよい。これも前述のように、当業者によってその他の適当スイッチが決定されてもよい。
【００３９】
オペレータ５１８で、回路ブレーカ２０のスイッチ２２のトリップまたは開路が行われて、負荷１４が電源、交流バス１８から遮断される。電源２０が負荷１４から遮断されると、ｉｌｏａｄの故障回路への導通および給電が停止する。トリップの判定がなされた場合、ｉｌｏａｄは故障状態を示す適格な電流値である。オペレータ５１７の後に、方法はターミネータ５２０で終了する。
【００４０】
オペレータ５１５に戻ると、オペレータ５１５の照会に対する回答がノーである場合は、故障状態は存在せず、オペレータ５０２に戻る。オペレータ５０２の後には、本明細書で前述したオペレータ５０２の後のオペレータが続く。コントローラ１６はオペレータ５０２で負荷電流信号の準備ができ、オペレータ５０４で負荷電流信号が供給される。オペレータ５０４の後には、本明細書で前述したオペレータ５０４の後のオペレータが続く。
【００４１】
オペレータ５１８で、回路ブレーカ２０のスイッチ２２のトリップまたは開路が行われ、電源、例えば住宅の１２０Ｖ交流バス１８から負荷が遮断される。電源２０が負荷１４から遮断されると、ｉｌｏａｄの故障回路への導通および給電が停止する。トリップの判定がなされた場合、ｉｌｏａｄは故障状態を示す適格な電流値である。オペレータ５１８の後に、方法はターミネータ５２０で終了する。
【００４２】
図４の機能ブロック図に対応する代替実施形態では、図５のフローチャートの破線でさらに示されるように、故障状態の存在は図３の機能ブロック図に対応する実施形態とは異なる管理がなされる。相違点は、オペレータ５１４、および（オペレータ５１５の照会と同様であるが、説明を簡明にするため別個のオペレータとして示されている）オペレータ５１１での照会の後、コントローラ１６がトリップ信号を異なる経路で誘導することである。オペレータ５１１で、故障状態が存在するか否かの照会が行われる。故障状態が存在するか否かを判定するため、デジタル電流信号がコントローラ１６で処理される。したがって、図４の機能ブロック図では、破線は図５のフローチャートの代替実施形態の態様を示していることに留意されたい。破線はコントローラ１６からプロセッサ２５への信号の経路Ｒ２と、プロセッサ２５からトリップ機構２１への別の信号経路Ｒ３とを示している。図３および４の実施形態の経路Ｒ１、Ｒ２およびＲ３も実質的に図５のオペレータ５１７、５１３および５１５の側のカッコを用いて示されていることに留意されたい。
【００４３】
オペレータ５１５の照会に対する回答がノーである場合は、故障状態は存在せず、オペレータ５０２に戻る。オペレータ５０２の後には、本明細書で前述したオペレータ５０２の後のオペレータが続く。コントローラ１６はオペレータ５０２で負荷電流信号の準備ができ、オペレータ５０４で負荷電流信号が供給される。オペレータ５０４の後には、本明細書で前述したオペレータ５０４の後のオペレータが続く。
【００４４】
オペレータ５１１に戻ると、オペレータ５１５の照会に対する回答がイエスである場合は、フローチャートはオペレータ５１３に進み、コントローラ１６はトリップ信号をプロセッサ２５に送る。次に、オペレータ５１５で、プロセッサ２５は回路ブレーカ２０のトリップ機構２１にトリップ信号を送り、回路ブレーカ２０のトリップを起動させる。
【００４５】
次に、オペレータ５１８で、回路ブレーカ２０がトリップする。オペレータ５１８で、回路ブレーカ２０のスイッチ２２のトリップまたは開路が行われて、負荷が電源、例えば住宅用１２０Ｖ交流バス１８から遮断される。電源２０が負荷１４から遮断されると、ｉｌｏａｄの故障回路への導通および給電が停止する。トリップの判定がなされた場合、ｉｌｏａｄは故障状態を示す適格な電流値である。オペレータ５１８の後に、方法はターミネータ５２０で終了する。
【００４６】
図７は配電盤３２内に構成された本発明の装置１０の例示的実施形態での機能ブロック図を示し、これはコントローラ１６と、負荷１４を有する回路または導電線１２に接続された回路遮断器２０とを備えている。前述のように、ＮからＮ＋Ｚ個の回路ブレーカの数は、コントローラ１６の容量の要因、および前述のその他の要因である。
【００４７】
機能ブロック図はさらに、交流バス１８に接続された交流電源３０を備えている。各回路ブレーカ２０は比例する負荷電流信号の入力をも受ける。負荷電流信号は典型的には、一次電流がｉｌｏａｄであり、二次電流が、ｉｌｏａｄにほぼ比例するステップダウン電流であり、電流値がコントローラ１６および／またはこれに接続されたその他のコンポーネントと適合する電流である。付加１４に給電する各回路または導電線１２は交流バス１８に接続し、かつ、負荷電流ｉｌｏａｄが故障状態を示す適格な値である場合は回路１２をトリップさせるように構成された回路ブレーカ２０に接続する。
【００４８】
図７に構成されているような本発明の例示的装置１０はさらに、コントローラ１６と相互接続された様々なコンポーネントを備えている。これらのコンポーネントはメモリまたはデータ記憶コンポーネント３１を含んでいる。メモリ３１はコントローラ１６に接続された１つまたは複数の回路１２のエネルギを管理するために使用可能であろう。例えば、メモリ３１はコントローラ１６に接続された１つまたは複数の回路のエネルギ消費を記憶するために使用可能であろう。例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４１へのＬＡＮ接続などの通信インターフェース３９を介して、ユーザがエネルギ消費を確認できよう。通信インターフェース３９は、当業者によって決定可能であり、例えば電気通信インターフェースであってもよいだろう。ＰＣを例えば、グラフィック・ユーザ・インターフェース（図示せず）を有する特定用途向けソフトウエアで構成することもできよう。
【００４９】
エネルギ消費の記述に戻ると、回路ブレーカ（１つまたは複数）２０を用いて様々な所定時間に１つまたは複数の回路１２を遮断できるように、コントローラ１６の機能に負荷遮断を含めることができよう。例えば、住宅環境では、地階の照明のために電気エネルギを供給する回路１２を、地階が使用されないと予測される時間中に遮断しておくことができよう。この予測時間は典型的には家族の就寝時間、例えば午後１０時であろう。または、予測時間は例えば、住宅が空いている勤務時間および／または登校時間であろう。コントローラ１６に加えてタイマー３７を使用してもよく、または当業者によって決定されるその他のタイミング装置または方法を使用することもできよう。この装置は商業環境でも同様に使用できよう。
【００５０】
エネルギ管理は別荘、プールまたは温水浴槽の加熱にも有利に使用できよう。エネルギ管理技術を当業者が決定する構成で装置１０内に含めることができる。前記の決定にハードウエアおよび／またはソフトウエアを含めることができる。
【００５１】
本発明の装置１０では、故障状態の判定はコントローラ１６によって行われる。故障電流には前述のように、アーク故障、地絡、過電流トリップ、および瞬間トリップが含まれる。故障電流の判定は住宅の用途では典型的には、ＵＬまたはＮＥＣによって基準化される電流値などの電流値を使用して行われる。これらの基準はしばしば（すなわち年ごとに）更新され、これは基準が更新されると、故障電流の判定のための電流値が変化することを意味する。自治体は典型的には、自治体の建築基準に基づいて新築または住宅のリニューアルでさえ遵守しなければならないある特定年度の基準を採用している。従来技術の送電用配線の場合のように、回路ブレーカを更新する唯一の方法が交換によるものであるため、これらの基準の変化は困難をもたらすことがある。しかし、本発明の装置では、コントローラ１６内部のデータを現在有効な建築基準に適合するようにコントローラをプログラムし、交換することさえできる。このことは、容易に、かつ迅速に、ひいてはより安価に更新を行うことができるので、本発明の重要な特徴であり、利点である。
【００５２】
コントローラ１６のプログラミングは当業者が行うことができる。さらに、コントローラ１６の更新または交換は、自治体の建築基準が要求する訓練された技術者または電気技師が行うことができる。プログラムは様々な故障電流を判定するように設計できる。これらのプログラムは通信インターフェースを介してコントローラ１６にロードすることができる。コントローラは現場で更新することができ、またはメーカーで更新されて技術者が期限切れの故障電流設定を含むコントローラを交換するようにもできる。
【００５３】
コントローラ１６は、１）アーク故障（直列および並列）；２）地絡；３）過電流；および４）瞬間電流を含む様々な故障電流または好ましくない電流値の発生を判定するように構成されている。
【００５４】
アーク故障の場合は、コントローラ１６、または適切に構成された回路遮断器を使用してこれを検出できる。したがって、適切に構成された回路遮断器が配電盤内に実装されると、コントローラ１６が交換またはソフトウエアのインストールによって更新されている間に、故障アーク故障電流を検出する二次手段を利用できる。
【００５５】
図面、特に図７を参照すると、アーク故障電流遮断器（ＡＦＣＩ）１０は、直列および並列アーク検出方法（図示せず）が組み込まれたコントローラ１６を含んでいる。このようなアーク検出方法は当業者が決定できる。コントローラ１６のアーク検出方法の他に、回路ブレーカ２０が適宜のスイッチ２３と共に構成されれば、回路ブレーカはアーク故障状態でもコントローラとは別個に動作可能である。
【００５６】
ある方法（図示せず）は直列アークを検出するために機械的アプローチを用いる。この方法は信号の特性を識別可能な１つまたは複数の信号機能を処理する。トリップ機構２６は機械的方法によって達成される他、導電線１２の導体と直列に接続されたバイメタルを有する従来の熱動−磁気過電流デバイスによって起動させることも可能である。回路ブレーカ２０のＡＦＣＩ機能は、負荷を分岐回路（図示せず）の両端間で中性線（図示せず）および導線１２と電気的に伝達可能であるように構成されている。回路ブレーカ２０のＡＦＣＩ機能はさらに、分岐回路（図示せず）内の直列アークを検出し、分岐回路への電力を遮断する。
【００５７】
同様にして、コントローラは、当業者が決定できる適宜の方法を用いて地絡状態を検出することができる。さらに、回路ブレーカ２０は、適宜のスイッチと共に構成されれば、アーク故障状態でもコントローラとは別個に動作可能である。
【００５８】
アーク電流、地絡電流、瞬間トリップおよび過電流トリップなどの様々な状態の判定は、例えばコントローラ１６に適宜の命令または方法を与えることによって当業者が決定できる。
【００５９】
本発明の例示的電子制御回路はマイクロプロセッサ・コントローラ１６などのコンポーネントを含んでいる。本発明の代替実施形態では、別のマイクロプロセッサ・コントローラ・チップを使用してもよい。本発明のさらに別の実施形態はＡＳＩＣ特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。制御回路で使用されるマイクロプロセッサの種類は当業者が決定できよう。さらに、コントローラの代わりに、パーソナルコンピュータに備えられた回路ブレーカ２０からの適宜の信号によって、パーソナルコンピュータで動作するソフトウエアを本発明と共に使用してもよい。当業者は本発明に適したマイクロプロセッサを決定できよう。
【００６０】
本発明の実施形態には利点がある。本発明は、装置の最小限の変更で簡単な設定または基準の更新を達成するなどの利点をもたらす。さらに、本発明は将来の更新に関するコスト節減の設計を提供する。
【００６１】
上記の達成に加えて、本発明の例示的実施形態は、簡単に更新可能な交換可能またはプログラム可能なコントローラを使用して回路遮断を達成する。コントローラの構成によって、本発明の装置を従来の回路遮断装置よりも安価に更新し、より簡単に更新し、より迅速に更新し、よりフレキシブルにすることができる。
【００６２】
さらに、本明細書では様々な素子を修飾するために「第１」、「第２」、「第３」「上部」、「下部」などの用語を用いでもよいことに留意されたい。これらの修飾語は別途明記されない限り、修飾された素子の空間的、順番的、階層的な序列を意味するものではない。
【００６３】
本記述要件は、最良の形態を含め本発明を開示するため、かつ当業者なら本発明を製造し、使用できるようにするための実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は請求項によって規定され、当業者が考え付く他の実施例を含んでいてもよい。このような他の実施例は、請求項の文言と異ならない構造的要素を有しているか、または請求項の文言とはさほど異ならない同等の構造的要素を含んでいれば、請求項の範囲内に含めることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本開示による故障電流遮断器の例示的実施形態の機能ブロック図である。
【図１Ａ】コントローラおよび導電線への回路ブレーカ接続の分解図である。
【図２】回路に故障状態が存在するか否かを判定するための本発明の例示的実施形態のフローチャートである。
【図３】本開示による故障電流遮断器の別の例示的実施形態の機能ブロック図である。
【図４】本開示による故障電流遮断器のさらに別の例示的実施形態の機能ブロック図である。
【図５】回路に故障状態が存在するか否かを判定するための本発明の別の例示的実施形態のフローチャートである。
【図６】本発明の様々な実施形態で使用可能な様々な回路遮断器スイッチの実施例を示す図である。
【図７】回路遮断器とコントローラとを含む本発明の実施例の例示的配電盤の機能ブロック図である。
【図１】
2009026758.tif 000003
【図１Ａ】
2009026758.tif 000004
【図２】
2009026758.tif 000005
【図３】
2009026758.tif 000006
【図４】
2009026758.tif 000007
【図５】
2009026758.tif 000008
【図６】
2009026758.tif 000009
【図７】
2009026758.tif 000010