СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И СИГНАЛОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВО ВНУТРЕННИХ ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ
SYSTEM OF POWER SUPPLY DISTRIBUTION AND SIGNALS FOR USE IN INTERNAL PREMISES OF BUILDINGS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение направлено на самоконфигурирующуюся замкнутую сеть электропитания и, в частности, на систему электрической сети, использующую идею самоконфигурирующейся замкнутой сети электропитания для распределения электропитания и сигналов внутри здания.
Уровень техники
Электроэнергетическая система, соединяющая в Америке электростанции, линии электропередачи и подстанции с жилыми зданиями, предприятиями и производствами, действует почти полностью в области переменного тока (AC) высокого напряжения. Однако все увеличивающаяся часть устройств в этих зданиях работает на постоянном токе (DC) низкого напряжения. Эти устройства, помимо прочих, включают в себя цифровые дисплеи, пульты дистанционного управления, сенсорные средства управления, передатчики, приемники, реле времени, светодиоды (LED), усилители звука, микропроцессоры и фактически всю продукцию, использующую аккумуляторные батареи. В современных коммерческих зданиях проблема первичной инфраструктуры распределения электроэнергии заключается в необходимости преобразования электроэнергии высокого напряжения, обычно 110-230 В переменного тока, в низкое напряжение, обычно 3-24 В постоянного тока.
В настоящее время преобразование высокого напряжения в низкое напряжение совершается с помощью устройства, обычно называемого «трансформатор» переменного/постоянного тока или «адаптер электропитания». Настоящая практика в промышленности устройств низкого напряжения, которые сегодня в первую очередь содержат компоненты промышленности полупроводниковой электроники, заключается в конструировании трансформаторов переменного/постоянного тока под заданное устройство, т.е. специализированных, поскольку специфика того или иного отдельного устройства хорошо известна. По приблизительным оценкам более 3,1 млрд устройств в США используют трансформаторы переменного/постоянного тока. Типичный трансформатор переменного/постоянного тока проиллюстрирован на фиг.1. Типичный трансформатор переменного/постоянного тока, показываемый на фиг.1, включает в себя: вход 10 переменного тока, трансформатор 15, выпрямитель 20 и линейный регулятор 25, выполненный с возможностью обеспечения выходного сигнала постоянного тока. Действие трансформатора переменного/постоянного тока хорошо известно в данной области техники.
Общеизвестно, что КПД таких трансформаторов/адаптеров в значительной степени разный. В среднем обычно около 50-60% электроэнергии, поступающей на вход стороны переменного тока высокого напряжения, выходит в виде электроэнергии низкого напряжения на стороне выхода постоянного тока. Остальное расходуется как потерянная теплота. Поэтому повышение КПД чистого электропотребления обычных трансформаторов переменного/постоянного тока имеет потенциал к значительному снижению затрат на энергию.
Изменение нагрузки или объема электропитания, фактически нужного в любой данный момент по сравнению с любым другим моментом времени, обычно считается наиболее важным фактором определения КПД чистого энергопотребления. К сожалению, обычные недорогие трансформаторы переменного/постоянного тока известного уровня техники сконструированы для увеличения их КПД при заданной предполагаемой нагрузке или в диапазоне нагрузок, в результате чего производимые КПД статистически в значительной степени различны.
Фактор, который необходимо принимать во внимание при распределении электропитания внутри здания, - это требования к электропитанию для цепей низкого напряжения переменного тока (ННПТ) согласно Классам II и III Национальных правил эксплуатации электротехнического оборудования (НПЭЭО). В этом отношении НПЭЭО налагают значительное ограничение на совокупную электроэнергию, доступную устройствам, присоединенным к какому-либо проводящему участку, как описано в них. В частности, требования согласно Классам II и III ограничивают подключенную нагрузку в отдельной цепи максимумом в 100 В/А. Например, в цепи, номинально сконструированной для работы при 24 В постоянного тока (ВНПТ), подключенный ток должен быть ограничен приблизительно 4 А (т.е. 100 В/А, деленные на 24 ВНПТ =4,167 А). То есть нагрузки сверх 4 А должны обеспечиваться электроэнергией с помощью, по меньшей мере, двух электрически изолированных источников электропитания, ни один из которых не должен отдельно превышать 4 А. Такое регулирование нагрузки, включая контролирование в режиме реального времени, недостаточно приспособлено для существующих систем распределения электропитания ННПТ.
В связи с излагаемыми выше причинами существует потребность в активном регулировании «группирования» таких потенциально изменяющихся нагрузок в целях усреднения нагрузки электроэнергии, чтобы та статистически была менее переменной в отношении изменяющегося спроса. Помимо этого, существует потребность в системе управления электропитанием внутри здания, включающего в себя, помимо прочего, отдельную потолочную компоновку, которая может ограничивать объем электропитания, распределяемого в любой данной «ветви» электроэнергетической сети так, чтобы электроэнергетическая сеть подчинялась всем требованиям Классов II и III НПЭЭО.
Раскрытие изобретения
Изобретение обеспечивает систему распределения электроэнергии и сигналов для использования во внутренних помещениях здания, такую как потолочная компоновка. Настоящая система и способ обеспечивают оптимизацию КПД электроэнергии путем группирования нагрузки и при помощи маршрутизации активной мощности и передачи сигналов, причем каждое из этого может управляться в режиме реального времени.
Система имеет структуру замкнутой сети, включающую в себя множество проводящих, механически соединенных элементов. Система включает в себя, по меньшей мере, один шунтирующий переключатель, выполненный с возможностью либо обеспечивать либо запрещать, либо иным образом изменять электрическое соединение между двумя механически соединенными проводящими элементами. Шунтирующий переключатель обеспечивает для системы конфигурируемую точку, так что электроэнергию и любое наложение сигналов можно пассивно или активно маршрутизировать по разным проводящим путям из одной или нескольких исходных точек к одной или нескольким точкам использования.
Один из аспектов настоящего изобретения включает в себя систему распределения электроэнергии и сигналов для помещений внутри здания, содержащую множество проводников, граничащих, по меньшей мере, с одной поверхностью множества несущих элементов и образующих электроэнергетическую систему. Помимо этого, по меньшей мере, один шунтирующий переключатель взаимосвязан с, по меньшей мере, двумя проводниками, и при этом шунтирующий переключатель является конфигурируемым для избирательного проведения электроэнергии или сигналов между, по меньшей мере, двумя проводниками.
Другой аспект изобретения включает в себя способ конфигурирования системы электроэнергии и передачи сигналов. Способ включает в себя обеспечение множества проводящих элементов. Множество проводящих элементов соединены друг с другом и при этом проводящие элементы остаются электрически изолированными друг от друга. По меньшей мере, один шунтирующий переключатель присоединен между, по меньшей мере, двумя проводящими элементами из числа множества проводящих элементов для формирования избирательного проводящего пути для непрерывной подачи электричества. Электричество прилагают к одному из элементов, образующих проводящий путь. Электричество маршрутизируют по проводящему пути, и шунтирующий переключатель конфигурируют для обеспечения нужных функциональных возможностей системы.
Система согласно осуществлению изобретения имеет возможность самопереконфигурирования, чтобы использовать возможности множества проводящих путей по распределению нагрузки в одной точке использования и также использовать один проводящий путь в нескольких точках использования независимо от расстояния между соответствующими точками использования.
Помимо этого, система согласно осуществлению изобретения имеет потенциал для снижения совокупного потребления электрической энергии и одновременного сохранения механической функциональности и общих установочных характеристик системы.
Система согласно осуществлению изобретения также позволяет локальное и/или центральное управление функциональностью активной электроэнергетической системы при всех соответствующих условиях здания, в которых она используется. Помимо пассивных, предварительно заданных или так называемых возможностей по умолчанию, содержащих в себе шунтирующие выключатели, электроэнергетическая система также включает в себя конфигурации, которые включают в себя выполненные с возможностью связи друг с другом шунтирующие переключатели, которые могут быть активными, т.е. запрашиваемыми, контролируемыми, адресуемыми и/или вручную или автоматически управляемыми - локально или удаленно.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует трансформатор постоянного/переменного тока согласно известному уровню техники.
Фиг.2 показывает вид сбоку, в перспективе пространства помещения с электрифицированной потолочной системой согласно осуществлению настоящего изобретения.
Фиг.3 показывает вид в перспективе секции структуры электроэнергетической системы согласно осуществлению настоящего изобретения.
Фиг.4 показывает вид в перспективе секции структуры электроэнергетической системы согласно еще одному осуществлению настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает схематичный чертеж электрифицированной потолочной системы согласно осуществлению изобретения.
Фиг.6-18 иллюстрируют альтернативные расположения шунтирующего переключателя для использования с электрифицированной потолочной системой согласно осуществлению изобретения.
Фиг.19 показывает схематичный чертеж электрифицированной потолочной системы согласно еще одному осуществлению изобретения.
Фиг.20 схематично иллюстрирует избирательную систему освещения согласно осуществлению настоящего изобретения.
Где это возможно, для обозначения одинаковых или аналогичных компонентов на всех чертежах используются одинаковые ссылочные обозначения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение включает в себя систему для распределения электропитания и/или сигналов в структуре электрифицированной потолочной системы. В частности, настоящее изобретение включает в себя структуру, предпочтительно смонтированную на структуре верхней части пространства 101 помещения и выполненную с возможностью обеспечения электроэнергии для электрических устройств 107 низкого напряжения. Фиг.2 показывает пространство 101 помещения с потолком 103, поддерживаемым потолочной структурой 105 электроэнергетической системы. Структура 105 выполнена с возможностью позволять соединения проводящих элементов на или в структуре для обеспечения избирательного распределения электроэнергии и/или избирательного распределения сигналов. Например, электроэнергия для электрических устройств 107 обеспечивается проводящими элементами или проводниками 201 (фиг.3), размещенными на поверхностях потолочной структуры 105 электроэнергетической системы. Потолок 103 может включать в себя декоративную плитку, звукоизолирующую плитку, электроизоляционную плитку, осветительные приборы, выходы отопительной вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), прочие потолочные элементы или покрытия и их комбинации. Электрические приборы 107, предпочтительно являющиеся устройствами низкого напряжения, помимо прочего, включают в себя декоративные устройства, осветительные устройства - такие как лампы накаливания, флуоресцентные лампы, светодиоды (LED), органические светодиоды (OLED), полимерные светодиоды, электролюминесцентные лампы, акустические устройства, такие как громкоговорители, и другие звукоиспускающие, маскирующие или подавляющие устройства, устройства отопления или охлаждения, такие как механические устройства механического запуска (т.е. диффузоры изменения скорости воздуха и другие устройства излучающего или конвекционного нагрева и/или охлаждения), датчики и/или управляющие устройства, такие как детекторы дыма или монооксида углерода, другие датчики качества воздуха, электронные датчики движения, точки подключения беспроводной связи или антенны, устройства связи, устройства техники безопасности и санитарно-гигиенические устройства, аудио-визуальные устройства, такие как фотоаппараты или видеокамеры, электронные дисплеи или устройства формирования изображения, и/или другие электрические или электронные устройства низкого напряжения. Эти электрические устройства 107 могут быть смонтированы в, над или под потолком 103 и соединены с системой с обеспечением желаемого распределения электроэнергии и/или сигналов.
Фиг.2 показывает структуру 105 электроэнергетической системы для использования с потолком 103, но изобретение ею не ограничивается, и может включать в себя поддержку стены или другой аналогичной конструкции или поверхности внутри здания. В примере, где структура 105 электроэнергетической системы является частью подвесного потолка 103, структура 105 электроэнергетической системы находится, по существу, в горизонтальной плоскости. По существу, горизонтальная плоскость определяется как объем между верхней и нижней поверхностями структуры 105 электроэнергетической системы. Потолок 103 может включать в себя обычные компоненты, такие как потолочные плитки, которые могут быть помещены непосредственно на проводниках 201. В предпочтительном осуществлении потолок 103 включает в себя потолочную плитку, изготовленную из непроводящих материалов, которая может быть установлена непосредственно на проводниках 201.
Фиг.3 и 4 включают в себя виды в перспективе систем структуры 105 электроэнергетической системы согласно альтернативным осуществлениям настоящего изобретения. В частности, фиг.3 показывает вид в перспективе сегмента структуры 105 электроэнергетической системы, вид сверху, с удаленной частью потолка 103. Структура 105 электроэнергетической системы включает в себя пересекающиеся несущие элементы 203, поперечное сечение которых имеет геометрию, по существу, перевернутой буквы «Т», при этом выступы 205 продолжаются в наружном направлении от перегородки 204. Перегородка 204 продолжается от утолщения (не показано на фиг.2) или другого опорного устройства к выступу 304. Фиг.3 показывает геометрию перевернутой «Т», но можно использовать любую геометрию, приспособленную либо для поддержки потолка 103 либо для обеспечения соответствующей декоративной отделки потолка. Несущие элементы 203 смонтированы на конструкции здания при помощи механического проводного соединения, крепежных средств и других подходящих несущих устройств, соединяемых перегородкой 204 с конструкцией здания (не показано на фиг.3).
Система настоящего изобретения включает в себя проводники 201, смонтированные на выступающих поверхностях 205 выступа 304. Показано, что проводники 201 смонтированы на поверхностях 205 выступа, но проводники 201 можно смонтировать на любых поверхностях или внутри любых полостей, сформированных в или с помощью структуры 105 электроэнергетической системы, они могут быть электрически соединены с электрическими устройствами 107, включающими в себя, помимо прочего, вертикальные поверхности перегородки 204 и нижние поверхности выступов 304 напротив поверхностей 205 выступа, или концы выступов 304. Проводники 201 содержат проводящий материал, который при контакте обеспечивает электрическое соединение, достаточное для электропитания электрического устройства 107 низкого напряжения. Подходящие проводящие материалы включают в себя, помимо прочих, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, латунь, фосфористую бронзу, бериллиевую медь, нержавеющую сталь, или другой проводящий материал, или их комбинации. Помимо этого, проводящие материалы могут включать в себя материал токопроводящего тела с гальваническим покрытием из, помимо прочего, меди, никеля, олова, свинца, висмута, серебра, золотого покрытия, или с гальваническим покрытием другого проводящего материала, или из их сочетания. Как показано на фиг.3, подходящие поверхности для приема проводников 201 включают в себя две поверхности 205 выступа несущего элемента 203, причем одна из поверхностей 205 выступа принимает проводник 201 с положительным зарядом, и вторая поверхность 205 выступа принимает проводник 201 с отрицательным зарядом.
Согласно альтернативному осуществлению изобретения, одиночный положительно заряженный проводник 201 может быть обеспечен, причем цепь при этом может оканчиваться устройством с заземлением или с иной подходящей электрической обратной цепью. Далее, проводник 201 выполнен с возможностью быть однозначно доступным сверху, снизу или в горизонтальной плоскости электроэнергетической системы. Неоднородности в электрическом соединении могут быть обеспечены в точках механического соединения несущего элемента 203, тем самым обеспечивая разделение механических и электрических функций электроэнергетической системы во время установки. После механической установки структуры 105 электроэнергетической системы источник электропитания может быть подключен к проводникам 201, и может быть обеспечено распределение электроэнергии по потолочной 103 системе. Проводники 201 могут быть открытыми либо полностью или частично закрыты электроизоляцией или защищены оболочкой. Проводники 201 могут быть смонтированы на, сформированы или иным образом составлять часть потолочной структуры 105 электроэнергетической системы любым подходящим способом, включая, помимо прочего, клеящее средство, гальваническое покрытие или механическое соединительное средство. Помимо этого, проводники 201 могут быть смонтированы или сформированы непосредственно на поверхности структуры 105 электроэнергетической системы, или могут иметь такой электроизолирующий материал, как MYLAR, между проводниками 201 и потолочной структурой 105 электросети. MYLAR является федерально зарегистрированным товарным знаком корпорации E.I. Du Pont De Nemours and Company, Уилмингтон, шт. Делавэр и представляет собой хорошо известный в данной области техники сложнополиэфирный состав. Шунтирующие переключатели 301 в пересечении несущих элементов 203 в неоднородностях содержат соединители и/или устройства, обеспечивающие избирательные соединения между проводниками 201 граничащих несущих элементов 203. Шунтирующие переключатели 301 могут включать в себя микропроцессоры, диоды, транзисторы, выпрямители, резисторы, термисторы, конденсаторы, аналоговые и/или цифровые логические схемы, цепи датчика, адресуемые схемы опознавания, перемычки, изоляторы, полупроводниковые и электромеханические реле, соединители и/или контакты, и/или другие электрические или электронные цепи и компоненты, целесообразные для исполнения намеченных функциональных возможностей шунтирующих переключателей 301.
Согласно еще одному осуществлению изобретения, проводники 201 могут, по меньшей мере частично, быть покрыты материалом со стойкостью к коррозии и пыли или грязи или замедляющим их воздействие. Согласно еще одному осуществлению изобретения, проводник 201 можно встроить внутрь несущего элемента 203. Для содействия электрическому контакту материал покрытия согласно этому осуществлению может быть электропроводным или проницаемым - для облегчения контакта с проводником 201, либо может быть проницаемым или частично или полностью удаляемым другими подходящими средствами.
Фиг.4 показывает в перспективе вид сегмента потолочной структуры 105 электроэнергетической системы: вид сверху с частью потолка 103, компоновка которого показана на фиг.3. Однако потолочная структура 105 электроэнергетической системы согласно фиг.4 включает в себя пересекающиеся несущие элементы 203 с другой по сравнению с фиг.3 геометрией выступа 304, показываемого на фиг.3. Согласно фиг.4, перегородка 204 продолжается от утолщения (не показано на фиг.4) или от другого несущего элемента к нижнему коробу 303. Геометрия нижнего короба 303 не ограничивается показываемой геометрией и может быть любой геометрией, пригодной для поддержания потолка 103 или обеспечения подходящей отделки потолка, и обеспечения средств, в которых или на которых можно расположить проводники 201. Нижний короб 303 включает в себя множество проводников 201, скомпонованных и расположенных на поверхностях внутри нижнего короба 303. Проводники 201 не ограничиваются конфигурацией, показанной на фиг.4, и могут быть расположены на любой поверхности несущего элемента 203 или в любых полостях, сформированных в или с помощью структуры 105 электроэнергетической системы. Компоновка проводников 201 согласно фиг.4 позволяет соединения с электрическими устройствами 107 (фиг.1), находящимися под потолочной структурой 105 электроэнергетической системы. Помимо этого, в осуществлении, показанном на фиг.4, один или более шунтирующих переключателей 301 представлены внутри нижнего короба 303 (на фиг.4 не показано) в пересечении несущих элементов 203.
Фиг.5 - это схема соединений, показывающая горизонтальную проекцию потолка с замкнутой сетью распределения электропитания и сигналов, которая использует шунтирующие переключатели 301 для физического соединения проводящих элементов друг с другом. Шунтирующие переключатели 301 предпочтительно установлены в узлах в электроэнергетической системе 500, в которых предусматривается создание, устранение или иное видоизменение электрического соединения. Каждый шунтирующий переключатель 301 имеет физический контакт, по меньшей мере, с двумя проводниками 201. Шунтирующий переключатель 301 обеспечивает разработку конфигурируемой точки в электроэнергетической системе 500. Шунтирующий переключатель 301, когда он замкнут, электрически связывает проводники 201 для создания проводящего пути. Либо конфигурируемый шунтирующий переключатель 301 может избирательно разъединять проводники 201 или постоянно разъединять проводники 201.
Эти шунтирующие переключатели 301 может установить электрик или другой имеющий соответствующую подготовку/квалифицированный специалист-электротехник. Но предполагается, что механическая часть системы распределения электропитания или сигналов не обязательно должна устанавливаться квалифицированным электриком.
Помимо обеспечения электрических соединений или рассоединений в узлах электроэнергетической системы 500 шунтирующие переключатели 301 могут также содержать цепь измерения электроэнергии датчиком. Эта цепь может воспринимать характеристики напряжения и/или тока (силу тока в амперах) с той или иной стороны соединения шунтирующего переключателя 301. Шунтирующий переключатель 301 также может содержать принимающую и/или передающую сигналы схему и схему обработки сигналов. Такие схемы можно использовать для передачи и приема сигналов по проводящему пути, сформированному в самой электроэнергетической системе, либо это можно выполнять беспроводным способом, при помощи электромагнитной энергии, например технологии РЧ-передачи. Помимо этого, шунтирующий переключатель 301 может использовать электрическую информацию, принимаемую или воспринимаемую в положении его соединения, и также заданную или логическую инструкцию, запрограммированную в режиме реального времени, которая определяет «состояние», в которое должен привестись адресуемый шунт, называемое «разомкнуто» или «замкнуто».
Адресуемые шунтирующие переключатели 301 могут быть выполнены конфигурируемыми с помощью электронных средств, чтобы иметь состояние по умолчанию, в котором они будут автоматически приходиться, например, в случаях отказа первичного электропитания. Неадресуемые или пассивные шунтирующие переключатели 301 выполнены с возможностью оставаться в их первоначально установленном состоянии, т.е. разомкнутом или замкнутом, независимо от состояний электроэнергетической системы 500.
На основе локальных норм или постановлений, эксплуатационных и стоимостных факторов конструктор системы может выбирать типы шунтирующих переключателей 301 и место их установки в потолочной плоскости. В Таблице 1 представлен пример типов шунтирующих переключателей 301.
ТАБЛИЦА 1
Тип шунтирующего выключателя
Основнаяспособность
Состояниепо умолчанию
Рабочие функциональныевозможности*
Фиксированная перемычка
Пассивная
Замкнутое
Нет
Фиксированный изолятор
Пассивная
Разомкнутое
Нет
Универсальный соединитель
Пассивный
Предварительно заданное
Нет
Простой переключатель
Активный
Предварительно заданное
S, C
Простойсигнализатор
Активный
Предварительно заданное
S, C, Tx
Логический переключатель
Активный
Предварительно заданное
S, C, Rx
Логический сигнализатор
Активный
Предварительно заданное
S, C, Rx/Tx
Интеллектуальный переключатель
Активный
Предварительно заданное
S, C, A, Tx/Rx
*Функциональные возможности включают в себя следующие:S = обнаружение электроэнергии (например, ток или напряжение)C = конфигурируемость (например, разомкнуто или замкнуто)Tx = выполнен с возможностью осуществлять передачуRx = выполнен с возможностью осуществлять приемA = адресуемость (для локального, центрального или удаленного управления)
Шунтирующие переключатели 301 могут также выполнять и другие функциональные возможности или их комбинации, не представленные в Таблице 1.
Фиг.6-18 иллюстрируют шунтирующие переключатели 301, используемые в электроэнергетической системе 500, как показано и пояснено ниже с обращением к фиг.5. Несущий элемент 203 может содержать два или более проводников 201, но на фиг.6-18 иллюстрирован только один проводник 201 в узле 601 - для упрощения рассмотрения. Второй проводник 201, такой как проводник с отрицательной полярностью, тоже не показанный, можно использовать в качестве любой подходящей цепи, обеспечивающей желаемые функциональные возможности для электроэнергетической системы 500, и может включать в себя, помимо прочего, фиксированную перемычку поперек шунтирующего переключателя 301, фиксированный изолятор с самозаземляющимся компонентом, или любую другую комбинацию, включая те компоненты, что иллюстрированы на любой из фиг.6-18.
Фиг.6 иллюстрирует шунтирующий переключатель 301 фиксированного изолятора согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301, обладающий функциональными особенностями фиксированного изолятора, показанного на фиг.6, не включает в себя цепи, соединяющей первый проводник 603 со вторым проводником 605. Согласно еще одному осуществлению проводники 201 могут иметь электроизолирующий материал, межрасположенный между проводниками 201.
Фиг.7 иллюстрирует шунтирующий переключатель 301 фиксированной перемычки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301, обладающий функциональными особенностями фиксированной перемычки, показываемой на фиг.7, включает в себя такое соединение 607, как проводник или другую конфигурацию проводящего материала, обеспечивая электросвязь между первым проводником 603 и вторым проводником 605. Фиксированная перемычка может обеспечивать постоянное соединение, замыкающее цепь между первым проводником 603 и вторым проводником 605.
Фиг.8 иллюстрирует двухсторонний универсальный соединитель, шунтирующий переключатель 301 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на чертеж на фиг.5, формирующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Обладающий функциональными особенностями соединителя шунтирующий переключатель 301, показываемый на фиг.8, включает в себя переключатель 609. В этом варианте осуществления переключатель 609 является ручным многополюсным одноходовым переключателем, выполненным с обеспечением возможности замыкания и размыкания цепи между первым проводником 603 и вторым проводником 605. Переключатель 609 может работать, используя любой ручной переключающий механизм. Например, для размыкания или замыкания переключателя 609 может быть обеспечен пользовательский переключатель. Помимо этого, для объединения переключения множества шунтирующих переключателей 301 и/или для автоматического управления переключением либо при ответе на пользовательский ввод либо в ответ на обнаруживаемую характеристику также может содержаться дополнительная проводка и/или цепь. Хотя на фиг.8 показано соединение первого проводника 603 со вторым проводником 605, переключатель 609 можно сконфигурировать в любой компоновке для обеспечения функциональных особенностей электроэнергетической системы 500; причем эта конфигурация может включать в себя переключение между двумя и/или более проводниками 201.
Фиг.9 иллюстрирует являющийся универсальным соединителем 4-позиционный шунтирующий переключатель 301 согласно варианту осуществлению настоящего изобретения. Как упомянуто выше с обращением к фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Этот вариант осуществления в противоположность фиг.6-8 включает в себя четыре узла 601, позволяющие осуществлять избирательное соединение с проводниками 201 в любом из четырех направлений. Показываемый на фиг.8 шунтирующий переключатель 301, обладающий функциональными особенностями соединителя, включает в себя множество переключателей 609, выполненных с обеспечением возможности избирательно разрешать непрерывную подачу электропитания из первого проводника 603 в один или несколько из: второго проводника 605, третьего проводника 611 и четвертого проводника 613. Как показано, переключатели 609 в этом варианте осуществления являются ручными многополюсными одноходовыми переключателями, которые работоспособны для замыкания или размыкания цепи между узлами 601 в любой их комбинации. Согласно фиг.8, переключатели 609 могут действовать, используя любой ручной механизм переключения или с любыми дополнительными цепями.
Фиг.10 показывает «простой» шунтирующий переключатель 301 согласно варианту осуществлению настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301, обладающий функциональными особенностями соединения, показанный на фиг.10, включает в себя переключатель 609, процессор 615 и реле 617. Переключатель 609 в этом варианте осуществления является многополюсным одноходовым выключателем 609, который работоспособен для размыкания или замыкания цепи между первым проводником 603 и вторым проводником 605. Переключатель 609 может работать вручную или с помощью устройства дистанционного управления, управляемого автоматически или с помощью пользовательского ввода. Реле 617 предпочтительно является полупроводниковым или электромеханическим реле 617. Реле 617 сообщается с процессором 615, который обнаруживает условие в первом проводнике 603 и обеспечивает сигнал в реле 617, по которому реле 617 избирательно замыкает или размыкает цепь между первым проводником 603 и вторым проводником 605. Реле 617 и процессор 615 могут быть отдельными компонентами или могут быть единым компонентом. Хотя на фиг.10 показано как первый проводник 603 соединен со вторым проводником 605, переключатель 609 и реле 617 можно сконфигурировать в любую другую компоновку, обеспечивающую функциональные возможности для электроэнергетической системы 500, причем конфигурация может включать в себя переключения между двумя проводниками 201 и/или более чем между двумя проводниками 201. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, переключатель 609 может отсутствовать, и соединительные функциональные особенности может обеспечивать реле 617; при этом реле 617 и процессор 615 обеспечивают избирательные электрические соединения между первым проводником 603 и вторым проводником 605.
Фиг.11 согласно варианту осуществления настоящего изобретения иллюстрирует шунтирующий переключатель 301, являющийся «простым» сигнализатором, выдающим беспроводной сигнал. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.11 включает в себя компоновку переключателя 609, процессор 615 и реле 617, показываемые на фиг.10, показанные и поясняемые со ссылкой на фиг.10. Далее вариант осуществления, показанный на фиг.11, включает в себя сигнализирующее устройство 619, выполненное с возможностью передавать сигнал 621. Формируемый сигнал 621 предпочтительно является беспроводным электромагнитным сигналом, таким как радиочастотные (РЧ) волны. Сигнализирующим устройством 619 может быть любое формирующее сигнал устройство, которое передает сигнал 621, такое как РЧ-передатчик. Сигнализирующее устройство 619 осуществляет связь с реле 617, которое выдает сигналы 621, соответствующие таким условиям, как: напряжения, токи, выходные сигналы процессора, положения выключателя, или другие условия, требуемые регулятору электроэнергетической системы 500. Сигналы 621 могут приниматься регулятором или другим устройством (не показано) с возможностью анализировать содержащуюся в сигнале 621 информацию. Например, регулятор может быть выполнен с возможностью определения по принимаемым сигналам 621 для обеспечения выходного сигнала или отклика, который конфигурирует размыкание или замыкание реле 617 таким образом, чтобы в результате включить в цепь дополнительные источники электропитания, регулировать ток или напряжение для электроэнергетической системы 500, или любой другой выходной сигнал, или отклик, требуемый для функциональных особенностей электроэнергетической системы 500.
Фиг.12 иллюстрирует согласно варианту осуществления настоящего изобретения шунтирующий переключатель 301, являющийся «простым» сигнализатором в варианте, выдающем проводной сигнал. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.12 содержит компоновку переключателя 609, процессор 615 и реле 617, показываемые и описываемые со ссылкой на фиг.10. Далее вариант осуществления, показанный на фиг.12, содержит третий проводник 611, передающий сигнал 621 по проводному соединению. Сигнал 621 можно использовать, по существу, так же, как описано выше в варианте осуществления со ссылкой на фиг.11, причем сигнал 621 принимает проводное соединение по третьему проводнику 611. Например, сигнал 621 может обеспечивать напряжение для светодиода, который загорается, чтобы показать, что реле 617 разомкнуто или замкнуто.
Фиг.13 иллюстрирует «логический» шунтирующий переключатель 301, выдающий беспроводной сигнал, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.13 включает в себя компоновку переключателя 609, процессор 615 и реле 617, которые показаны и описываются со ссылкой на фиг.10. Помимо этого, осуществление, показанное на фиг.13, включает в себя сигнализирующее устройство 619, которое принимает сигнал 623. Принимаемый сигнал 623 предпочтительно является беспроводным электромагнитным сигналом, таким как РЧ-волны. Сигнализирующее устройство 619 может быть любым принимающим устройством, обеспечивающим сигнал 621, таким как РЧ-антенна. Сигнализирующее устройство 619 осуществляет связь с процессором 615, который принимает сигналы, соответствующие установленным значениям процессора, желаемым для регулятора электроэнергетической системы 500. Например, принимаемые сигнализирующим устройством 619 сигналы 623 - предпочтительно от дистанционного РЧ-передатчика или аналогичного устройства, работающего автоматически или с которым работает пользователь, - формируются на основании обнаруживаемых условий или желаемых функциональных особенностей электроэнергетической системы 500. Сигнал 623 может инструктировать процессор 615 на размыкание или замыкание реле 617 в соответствии с вводимым напряжением или током.
Фиг.14 иллюстрирует «логический» шунтирующий переключатель 301, выдающий проводной сигнал согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим выключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.14 включает в себя переключатель 609, процессор 615 и реле 617, которые показаны и описываются со ссылкой на фиг.10. Помимо этого, вариант осуществления согласно фиг.14 включает в себя третий проводник 611, который передает сигнал 623 по проводному соединению в процессор 615. Сигнал 623 можно использовать, по существу, так же, как описано выше со ссылкой на фиг.13; причем сигнал 623 принимается процессором 615 по третьему проводнику 611. Например, сигнал от регулятора по третьему проводнику 611 может конфигурировать процессор 615 для инструктирования реле 617 на размыкание или замыкание в ответ на заранее определенное значение тока в первом проводнике 603.
Фиг.15 иллюстрирует шунтирующий переключатель 301, являющийся беспроводным «логическим» сигнализатором, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.15 включает в себя переключатель 609, процессор 615 и реле 617, которые показаны и описываются со ссылкой на фиг.10. Вариант осуществления, показанный на фиг.15, также включает в себя сигнализирующее устройство 619, которое принимает сигнал 623 и передает сигнал 621. Сигнал 621 можно использовать, по существу, так же, как описывается выше со ссылкой на фиг.11, причем сигнал 621 принимает процессор 615. Сигнал 623 можно использовать, по существу, так же, как описывается выше со ссылкой на фиг.13; причем сигнал 623 принимает процессор 615. Использование передаваемых и принимаемых сигналов 621 и 623 может позволять, например, регулятору или другому устройству осуществлять связь и управлять дистанционно функциями шунтирующего выключателя 301.
Фиг.16 иллюстрирует шунтирующий переключатель 301, являющийся проводным «логическим» сигнализатором, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим выключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.16 включает в себя компоновку переключателя 609, процессора 615 и реле 617, которые показаны и описываются со ссылкой на фиг.10. Помимо этого, вариант осуществления, показанный на фиг.16, содержит третий проводник 611, который принимает сигнал 623 и передает сигнал 621. Третий проводник 611 осуществляет связь с процессором 615. Сигналы 621 и 623 обеспечивают, по существу, те же функциональные возможности, что и описываемые на фиг.15, причем сигналы 621 и 623 обеспечиваются по проволочному соединению третьего проводника 611.
Фиг.17 иллюстрирует шунтирующий переключатель 301, являющийся беспроводным «интеллектуальным» сигнализатором, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.17 содержит компоновку переключателя 609, процессора 615 и реле 617, которые показаны и описываются со ссылкой на фиг.15. Однако сигнализирующее устройство 619 согласно этому варианту осуществления осуществляет связь с логической схемой 625, которая принимает сигналы 623, соответствующие установленным значениям процессора 615, желаемым для регулятора электроэнергетической системы 500. Логической схемой 625 является схема, предпочтительно содержащая микропроцессор, или аналогичная схема, которая осуществляет связь с процессором 615 и обеспечивает избирательные сигналы в процессор 615, соответствующие предварительно заданному входному значению. Например, логическая схема 625 может содержать установленные значения, соответствующие распоряжениям и/или разрешениям для конкретных пользователей в отношении приема сигналов 621 от процессора 615 и/или передачи сигнала 623 в процессор 615. Согласно еще одному примеру логическая схема 625 может быть включена в число установленных значений, которые соответствуют адресам для узлов 601; причем центральный регулятор может с помощью этих сигналов управлять множеством шунтирующих переключателей 301.
Фиг.18 иллюстрирует шунтирующий переключатель 301, являющийся проводным «интеллектуальным» сигнализатором согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше со ссылкой на фиг.5, образующие электроэнергетическую систему 500 проводники 201 соединены с шунтирующим переключателем 301 в узлах 601. Шунтирующий переключатель 301 согласно фиг.18 содержит компоновку переключателя 609, процессора 615, реле 617 и третьего проводника 611, показываемые и описываемые со ссылкой на фиг.16. Причем вариант осуществления, показанный на фиг.18, также включает в себя логическую схему 625, которая принимает сигнал 623 и передает сигнал 621. Сигналы 621 и 623 обеспечивают, по существу, те же функциональные возможности, что и описанные на фиг.17, причем сигналы 621 и 623 обеспечиваются в логическую схему 625 с помощью проводного соединения третьего проводника 611.
Используемые с настоящим изобретением шунтирующие переключатели 301 не ограничиваются конфигурациями, показанными на фиг.6-18, и могут включать в себя любую комбинацию аппаратных средств, включая, помимо прочего, микропроцессоры, диоды, транзисторы, выпрямители, резисторы, термисторы, конденсаторы, аналоговые и/или цифровые логические схемы, цепи датчика, адресуемые схемы опознавания, перемычки, изоляторы, полупроводниковые и электромеханические реле, соединители и/или контакты, и/или другие электрические или электронные цепи и компоненты, обеспечивающие соединения между проводниками и обеспечивающие электроэнергетическую систему 500 желаемыми функциональными возможностями. Помимо этого, шунтирующие переключатели 301 не ограничиваются соединением между двумя проводниками 201 и могут содержать соединения между тремя или более проводниками 201. Например, в электроэнергетической системе 500 с функциональными особенностями в обоих перпендикулярных направлениях несущих элементов 203 либо в случае избирательного соединения нескольких систем могут быть желательными соединения между тремя или более проводниками 201.
Фиг.19 указывает показательную выборку возможных конфигураций электроэнергетической системы 500 согласно настоящему изобретению. Изобретение не ограничивается каким-либо определенным физическим или функциональным устройством, материалом или конструкцией. Фиг.19 только иллюстрирует системную концепцию выполнения и действия переконфигурируемой замкнутой сети, используемую в приложениях помещений здания. Возможны и другие таким же образом совместимые, но более или менее усложненные функциональные возможности, помимо прочего, включающие в себя автоматическое обнаружение, измерение, переключение, регулирование, генерирование сообщений, вычисление и электромеханическое и/или микроэлектронное/световое позиционирование или срабатывание.
Электроэнергетическая система 500 включает в себя первую компоновку 1201 цепи, имеющую множество электрических устройств 107, сконфигурированных на противоположных сторонах группы шунтирующих переключателей 301. Первая компоновка 1201 цепи содержит реле 1202, которые избирательно соединяют тот или иной, или оба перпендикулярных проводника 201, соединяющихся с электрическими устройствами 107 и источником 1200 напряжения. Реле 1202 могут содержать обнаруживающие напряжение или ток компоненты, которые размыкают или замыкают цепи согласно предварительно заданным или запрограммированным установленным значениям, причем конфигурация этих реле обеспечивает желаемые функциональные возможности. Например, шунтирующие переключатели 301 могут быть избирательно подключаемы, чтобы обеспечивать разные конфигурации электрических устройств 107, вводимых в действие на основании заранее заданного напряжения или тока.
Электроэнергетическая система 500 также содержит вторую компоновку 1203 цепи, имеющую источник 1200 напряжения и электрическое устройство 107, также включающее в себя два электрических устройства 107; причем эти электрические устройства могут также включать в себя беспроводной передатчик 1207, разрешающий включение или выключение электрического устройства 107. Например, ручной переключатель или аналогичное устройство может передавать сигнал в беспроводной передатчик 1207 и инструктировать электрическое устройство 107 на включение или выключение.
Электроэнергетическая система 500 также содержит третью компоновку 1205 цепи, имеющую источник 1200 напряжения и множество электрических устройств 107. Помимо этого, третья компоновка 1205 цепи имеет неоднородность 1209 в проводнике 201. Неоднородности 1209 могут быть обусловлены, помимо прочего, неисправными электрическими соединениями, повреждением проводника 201 или значительной коррозией проводника 201. Конфигурация шунтирующих переключателей 301 в третьей компоновке 1205 цепи позволяет непрерывное электропитание по альтернативному пути (например, по пути, показываемому в граничащей группе проводников 201 и шунтирующих переключателей 301) в обход неоднородности 1209. Эта конфигурация позволяет электроэнергетической системе 500 включать в себя множество путей к электрическим устройствам 107, чтобы повысить надежность системы. Помимо этого, шунтирующие переключатели 301 можно выполнить как «логические» или «интеллектуальные» шунтирующие переключатели 301; причем путь электроэнергии можно регулировать, реагируя на неоднородность 1209 во время работы электроэнергетической системы 500.
Фиг.20 иллюстрирует систему согласно настоящему изобретению, содержащую комбинацию шунтирующих переключателей 301 и обеспечивающую возможность избирательного введения в действие множества электрических устройств 107 (т.е. L1, L2, L3, L4, L5 и L6). Например, система, иллюстрированная на фиг.20, может включать в себя освещение пространства 101 помещения (фиг.2). Как показано на фиг.20, шунтирующие переключатели J1, J2, и J3 соединены в узлах структуры 105 электроэнергетической системы (на фиг.20 не показано). Шунтирующие переключатели 301 выполнены с возможностью разрешать прохождение электропитания в одном или в обоих направлениях U и L, как показано на фиг.20. В этом варианте осуществления шунтирующие переключатели 301 выполнены с возможностью обеспечивать непрерывную подачу Х вольт на вход в направлении U, на вход в направлении L-Y вольт; и Z Ввльт - на вход в направлениях U и L. Источник 1200 напряжения выполнен переменным, чтобы обеспечивать, по меньшей мере, напряжения X, Y, Z на основе желаемой комбинации желаемых электронных устройств 107. Изменение значений напряжения делает возможным избирательное введение в действие электрических устройств 107 или групп электрических устройств 107 простым изменением напряжения. Эти же функциональные особенности можно обеспечить изменениями тока или сигналов, обеспечиваемыми удаленными датчиками.
При помощи шунтирующих переключателей 301 для электрического соединения проводящих элементов несущий элемент 203 с проводниками 201, расположенными на нем или внутри него, можно также модифицировать как часть предварительной установки или участка процесса «подгоночной» установки. Предполагается, что для этого процесса можно использовать простые инструменты, которые те же или похожие на те, которые в настоящее время используются для неэлектроэнергетических систем. По этой и по другой причине, включая причины в рамках функциональных особенностей электропитания/сигнализирования системы электроэнергетической системы, конструктор системы сможет взаимно комбинировать элементы электроэнергетической системы разной длины, независимо от наличия или отсутствия в ней проводников 201.
Как упомянуто выше, шунтирующие переключатели 301 расположены в составе электроэнергетической системы 500 в местоположениях, обеспечивающих желаемые функциональные возможности. Желаемые функциональные возможности могут включать в себя, помимо прочего, управление требованиями по питанию системы электроэнергетической системы, избирательного включения электрических устройств 107, режима электроэнергии по умолчанию/аварийного или дистанционное или центральное управление упомянутыми режимами в одной или нескольких электроэнергетических системах 500. Например, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, желаемые функциональные возможности могут включать в себя возможность сброса нагрузки, причем система поддерживает желаемую электрическую нагрузку системы, когда электрические устройства 107 подключаются к, и/или отсоединяются от данной системы. В этом варианте осуществления шунтирующие переключатели 301 выполнены с возможностью и конфигурирования и дистанционного конфигурирования для контролирования таких условий, как значения напряжения и тока проводников 201, для которых конфигурируются отдельные шунтирующие переключатели 301. На основании обнаруживаемых условий шунтирующие переключатели 301 и/или дистанционный регулятор обеспечивают замыкание или размыкание реле 617, в результате чего система конфигурируется для регулирования изменений электрической нагрузки. Такое регулирование может включать в себя замыкание цепей таким способом, чтобы включались дополнительные источники питания, размыкание цепей таким способом, чтобы отключались источники питания; или размыкание, замыкание или изолирование цепей в отношении создающих нагрузку электрических устройств 107. Эти возможности могут позволять электроэнергетической системе 500 самостоятельно или реагируя модифицировать как временно, так и постоянно подключаемые нагрузки. Эти взаимодействующие возможности позволяют системе учитывать изменения нагрузки для максимального КПД, чтобы соблюдать местные нормы, или чтобы надлежащим образом реагировать на аварийные режимы электропитания, такие как внешние перерывы подачи электропитания и местные проблемы электропитания.
Описание приводимых в качестве примера вариантов осуществлений настоящего изобретения изложено выше для пояснения настоящего изобретения. Подразумевается, что изобретение не ограничивается описываемыми здесь конкретными осуществлениями и в нем - в рамках его объема - можно выполнить различные модификации, перекомпоновки и замены, которые будут очевидны специалистам в данной области техники.