CN104936817A - 售电断路器 - Google Patents

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Abstract

一种用于电负载(4)的断路器(2)，其包括第一(12)和第二(18，20)端子；每个在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间电连接的若干第一可分离触点(48)；用于断开，闭合或跳闸断开第一触点的第一机构(50)；每个与第一触点的对应一个串联电连接的若干第二可分离触点(24)；用于断开或闭合第二触点的第二机构(54)；处理器(68)，使第二机构断开或闭合第二触点，通过第二端子(22)中的一个告知电负载(4)的电力电路的电学参数，从若干第二端子(22)接收来自或代表电负载的确认以使第二机构闭合第二触点，并且确定与流过第二触点的电流在操作上相关联的故障状态。

Description

售电断路器
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年1月30日提交的美国专利申请序列号No.13/753,793的优先权及权益，其通过引用并入本文。
本申请涉及共同受让并在审的于2013年1月30日提交的序列号为No.13/753,802，名称为“Electric Power Distribution System IncludingMetering Function and Method of Evaluating Energy Metering”的美国专利申请。
技术领域
本公开的概念一般涉及电切换设备，并且更特别地涉及断路器。
背景技术
在住宅以及小型商业应用中所使用的断路器一般因其受限尺寸而指微型断路器。这种断路器通常具有一对通过弹簧偏置操作机构断开和闭合的可分离触点。响应于持续过流条件或短路，热磁跳闸装置致动操作机构以断开可分离触点。
在一些应用中，已经发现出于不仅是例如用于卸除负载的保护的其它目的使用断路器的便利。期望能够诸如在计算机的控制下远程并且甚至自动地执行该功能。然而，弹簧偏置操作机构被设计为手动再次闭合，并且不能容易地适用于远程再次闭合。在任何情况下，该操作机构不是针对在延长时间期间上重复操作而设计的。
远程可控断路器或远程操作断路器引入与主可分离触点串联的第二对可分离触点。例如参照美国专利序列号5,301,083；5,373,411；6,477,022；以及6,507,255。在次级触点执行任意切换操作的同时，主触点仍中断过流。例如，通过弹簧偏置以闭合触点的螺线管，或通过自锁螺线管控制次级触点。
传统接地故障断路器提供接地故障检测和热磁过载部分，该热磁过载部分与操作手柄单个断路器的耦接以指示开启，跳闸和关闭状态，并且控制电力电路的断开和闭合。
电动车辆(EV)充电站，也称作EV充电站、电再充电点、充电点和EVSE(电动车辆电源设备)，是为电动车辆、插电式电油混合车辆、或半静态以及诸如展台的移动电气单元的再充电提供电能的基础设施中的元件。
EV充电站是安全地允许电力流动的装置。这些充电站和为创建它们所建立的协议已知为EVSE，并且它们通过实现在充电站和EV之间的双向通信增强安全性。
1996NEC条款625定义EVSE为作为包括未接地，接地和设备接地导体的导体，EV连接器，连接插头以及出于将能量从房屋布线传递到EV的目的特别安装的所有其它配件，装置，电力输出口或设备。
EVSE由美国汽车工程师协会(SAE)推荐的规程J1772TM和美国国家消防协会(NFPA)、美国国家电气规范(NEC)条款625定义。在NEC定义若干安全要求的同时，J1772TM定义物理导通连接类型，五引脚功能(即两个电力引脚(火线1和火线2或中性线；或线路1和线路2)，一个接地引脚，一个控制导引引脚，以及一个接近度引脚)，在导引引脚的EVSE到EV握手，以及两部分(EVSE和EV)应当如何运作。
双路通信寻求以确保经过EV的电流既低于EV充电站自身的极限，低于将EV充电站连接到EV的电线组的极限，并且低于诸如断路器的上游保护装置的跳闸极限。EV是负载并且负载指示多少电力被吸收。EV已知其自身极限并且由于其设定正被吸收的电流量，无需通信以便保护EV。相反，采用通信以便保护将电力传递到EV的所有分配设备。
存在诸如负载联锁的额外安全特征，其不允许电流从EV充电站流动直到将EV连接器或EV插头在物理上插入EV并且EV准备好接受能量。一旦EV发出其结束接收能量或EV未插电的信号，负载联锁就继续阻止电流流动。
美国的SAE J1772TM和世界或可适用地区的IEC 61851标准在EVSE中使用非常简单但有效的导引电路和握手。为了使用交流电(AC)为车辆充电，主要在导引引脚上产生信号，当测量到接地引脚时该信号在恒定+12Vdc开路处开始。当将EVSE线缆和连接器插入兼容车辆的EV入口时，车辆的电路具有连接到地的串联电阻器和二极管以便使+12Vdc下降到+9Vdc。在EVSE看到该电压下降之后，其打开在充电电路上定义最大可用线电流(ALC)的脉冲宽度调制(PWM)发电机。当在其源处测量时，该产生的PWM信号在+12Vdc和-12Vdc之间震荡。为了不跳闸诸如断路器的上游电路中断器，车辆充电控制器读取与设定安培数等价的PWM信号的占空比百分率，并且设定在车载整流器/充电器上吸取的最大电流。车辆转而加入与车辆的电阻器和二极管的串联组合中的电阻器并联的其它电阻器，该其它电阻器然后将PWM导引信号的顶部电平下降到+6Vdc，同时在-12Vdc离开底部电平。这告知EVSE车辆准备好充电并且其实际上是车辆而且不简单地是诸如导致电压下降的人手指的电阻器。作为响应，EVSE闭合内部继电器/接触器以允许AC电力流到车辆。
已知的EV充电站一般由与负载中心，控制板，或标准上游保护完全分离的装置组成。这种EV充电站是具有出于为EV充电的预期目的用于伴随所连接的EV线缆/连接器的电力和状态的指示器的专用箱。这些EV充电站需要上游断路器和完全分离的专用附件以及EV线缆/连接器。
电力企业期望分离地计量并记账进入EV或被视为由企业或其它机构可施加的其它电负载的电力。已知的方法需要分离导出的计量系统，其安装和管理相对昂贵且复杂。这阻碍技术的采用和实施。存在对被视为“专用”或在其它方面由电力企业或其它机构可施加的电负载进行分项计量，记账以及管理的改进空间。
存在断路器和EV充电站的改进空间。
发明内容
通过本公开概念的各种实施例满足这些和其它需求，其中断路器处理器告知用于电负载(例如但不限于电动车辆)的电力电路的电参数，接收来自或代表电负载的确认以使机构闭合可分离触点，并且确定与流过可分离触点的电流在操作上相关联的故障状态。
根据本公开概念的一方面，用于电负载的断路器包括多个第一端子；多个第二端子；若干第一可分离触点，其中每个第一可分离触点在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间电连接；第一机构，其被构造为断开，闭合或跳闸断开若干第一可分离触点；若干第二可分离触点，其中每个第二可分离触点与若干第一可分离触点中的对应一个串联电连接，并且该每个第二可分离触点在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间电连接；第二机构，其被构造为断开或闭合若干第二可分离触点；处理器，其被构造为使第二机构断开或闭合若干第二可分离触点，通过第二端子中的一个告知用于电负载的电力电路的电参数，从若干第二端子接收来自或代表电负载的确认以使第二机构闭合若干第二可分离触点，并且确定与流过若干第二可分离触点的电流在操作上相关联的故障状态。
作为本公开概念的另一方面，用于电负载的售电断路器包括：多个第一端子；多个第二端子；若干可分离触点，该若干可分离触点中的至少一个在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间电连接；热磁保护电路，其在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间与若干可分离触点中的至少一个串联电连接；计量电路，其在售电断路器内并且在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间与流过若干可分离触点的电力在操作上相关联；被构造为断开或闭合若干可分离触点的机构；处理器，其在售电断路器内并且被构造为使机构断开或闭合若干可分离触点以便从计量电路中输入多个功率值并且确定多个能量值；以及通信机构，其与处理器协作以将能量值传递到远程位置。
作为本公开概念的另一方面，用于电负载的断路器包括：多个第一端子；多个第二端子；若干可分离触点，每个若干可分离触点在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间电连接；被构造为断开或闭合若干可分离触点的机构；以及处理器，其被构造为使机构断开或闭合若干可分离触点，通过第二端子中的一个告知用于电负载的电力电路的电参数，从若干第二端子接收来自或代表电负载的确认以使机构闭合若干可分离触点，并且确定与流过若干可分离触点的电流在操作上相关联的故障状态。
附图说明
当结合附图阅读时，可从优选实施例的下述描述中获得本公开概念的完整理解，在附图中：
图1是根据本公开概念的实施例的电动车辆(EV)断路器的框图。
图2是根据本公开概念的另一实施例的单相两线双极EV断路器的框图。
图3是根据本公开概念的另一实施例的三相三极EV断路器的框图。
图4A-4B根据本公开概念的另一实施例形成EV断路器，EVSE连接器和EV的框图。
图5是图4A-4B的EV断路器的测试/重置程序的流程图。
图6是图4A-4B的EV断路器的顶层程序的流程图。
图7是图4A-4B的EV断路器的接近逻辑程序的流程图。
图8是图4A-4B的EV断路器的接地故障检测程序的流程图。
图9是图4A-4B的EV断路器的故障和闭锁逻辑程序的流程图。
图10是图4A-4B的EV断路器的接地故障跳闸时间随电流变化的曲线图。
图11是根据本公开概念的另一实施例的单相售电机(PVM)断路器的简化框图。
图12是图11的PVM断路器的相对更加详细的框图。
图13是图11的PVM断路器的进一步简化框图。
图14是图11的EV附加模块的相对更加详细的框图。
图15是根据本公开概念的另一实施例的太阳能或光伏(PV)附加模块的框图。
图16是根据本公开概念的另一实施例的HVAC附加模块的框图。
图17是根据本公开概念的另一实施例的通用输入/输出(I/O)附加模块的框图。
图18A-18C是根据本公开概念的另一实施例的断路器和附加模块的简化平面图。
图19是根据本公开概念的另一实施例的包括作为本地控制器和网关或与本地控制器和网关结合运行的主断路器，以及多个PVM断路器和附加模块的PVM系统的框图。
图20是根据本公开概念的另一实施例的断路器和附加模块的分解等距视图。
图21是根据本公开概念的另一实施例的包括每个电力导体单组可分离触点和熔断器的PVM断路器的框图。
图22是根据本公开概念的另一实施例的包括每电力导体单组可分离触点的PVM断路器的框图。
具体实施方式
如本文中采用的，术语“数量”将意为一或大于一的整数(即多个)。
如本文中采用的，术语“处理器”将意为可存储，检索并且处理数据的可编程模拟和/或数字装置；计算机；工作站；个人计算机；微处理器；微控制器；微计算机；中央处理单元；主机计算机；小型计算机；服务器；网络处理器；控制电子装置；逻辑电路；或任何适当的处理装置或设备。
如本文中采用的，将两个或更多部件“连接”或“耦接”到一起的陈述将意为将部件直接连接到一起或通过一个或多个中间部件连接。进一步，如本文中采用的，将两个或更多部件“附接”的陈述将意为将部件直接连接到一起。
尽管本公开的概念适用于广泛电负载(例如但不限于电动车辆)的具有任意适当数量的极的广泛断路器，但是结合用于电负载的具有一，二或三极的断路器描述本公开的概念。
参考图1，示出负载告知断路器2。可与电动车辆(EV)4(以虚线图示出)结合使用的断路器2包括：热磁过载断路功能6，充电电路中断装置(CCID)功能8，以及诸如示例EV联锁功能10的负载告知功能。断路器2包括用于线路(L)12，中性线(N)14和接地(G)16的输入端子，以及用于负载(例如火线/线路)18和负载中性(例如中性线)20的输出端子。
示例1
断路器2可例如且不限于使用SAE J1772TM对示例EV 4充电，但同样可提供可控点以提供如将结合图11-13所讨论的更通用的售电能力。可通过车载，附加或远程软件附加条件(参见示例28)控制断路器2，而不是诸如传统远程可控断路器仅采用断开/闭合信号。
示例2
示例性断路器2可采用任何适当的形状因子(例如但不限于微型断路器；模制外壳断路器；任何其它适当电路中断器的形状因子)。在该示例中，断路器2是单极断路器。在需要IEC的领域中，可采用单极断路器(例如以DIN导轨可安装形状因子)。
示例3
尽管采用如将结合图22所讨论的每个导体仅具有一个断路元件构造断路器2，但是将示例热磁过载断路功能6与提供用于EVSE应用的人员保护的CCID功能8分离。
例如对于EV 4，CCID功能8从接地系统的所有载流导体中的接地故障传感器(例如电流互感器(CT)52)连续监测差分电流，并且在差分电流超过充电电路中断装置的额定值(例如但不限于5mA；20mA)的条件下迅速中断电路。CCID功能8可包括基本绝缘，双重绝缘，接地监测器，具有中断器的绝缘监测器，隔离监测(取决于其是否接地)和/或泄漏电流监测器的任意适当组合。作为替代，对于非EV负载应用，GFCI功能可具有人员保护或设备保护。
示例4
示例EV联锁功能10：(1)控制CCID功能8；(2)产生并且监测示例导引信号22(图4A)，其用作到负载的信号器(例如但不限于示例导引信号22告知到EV 4的所允许电流流动的确定量)并且接收来自或代表EV 4(例如作为代表EV 4的代理(例如独立监督控制系统))的回到断路器2’(图4A-4B)的其电流状态的确认)；(3)基于在断路器2和可兼容下游EV 4之间导引信号22的“握手”状态，产生“联锁”(例如直到达到合适的状态前，CCID功能8的可分离触点24不闭合并且不向EV4提供电力)；(4)从CCID功能8接收是否检测故障条件的信号；以及(5)输入例如用于导引信号22的EVSE连接器28(图4B)的线终端点26以向EV 4告知状态并且从EV 4接收状态。
作为替代，这可告知通过可移动触点24被施加到电负载的所允许的电压最大和/或最小值，通过可移动触点24流到电负载或从电负载流到可移动触点24的电力方向(即前向或反向)，用于电负载的所允许最小电力因子，以及电负载所允许的最小转换效率，而不是告知通过可分离触点24流到电负载(例如EV 4)的所允许电流最大值(例如可用线电流(ALC))。
示例5
示例EV联锁功能10可提供一个或多个下述可选功能：(1)可在断路器2中或与其一起采用其它计量，分配，认证，通信和/或额外保护功能(例如参见示例20-24)；(2)通过EVSE连接器28(图4B)和车辆入口32采用另一线终端点30以告知其接近度并且成功锁入插孔(例如图4B的28)；(3)如在IEC标准中所使用的处理接近度的附加逻辑以进一步限制何时允许联锁来闭合以及断路器2所允许的电流的量(例如结合图7示出线缆接近线感测)；(4)在特别是接地故障或导引误差的所检测故障的预定时间之后自动重设(即重新闭合)(例如结合图6示出自动重新闭合)；以及(5)基于握手状态内的电流和时间量，改变接地故障跳闸时间(例如结合图8和10示出的，如果由于接地泄漏(例如由浪涌电流，充电的电容器或电感器产生)的可能性其立即接地故障，则断路器2并不立即在闭合上跳闸；断路器2可允许一些接地泄漏电流，并且改变其跳闸时间同时保持在电流随时间变化的曲线以下；对于20mA到100mA的故障条件，响应时间小于或等于100mS，对于100mA到308mA的故障条件，响应时间(T)小于或等于(20/T)1.43mS，并且对于大于308mA的故障条件，响应时间小于或等于20mS)。
示例6
用于导引信号22的可选SAE J1772TM导引信号说明是实现信号器/联锁功能的一种示例方式。可采用发电机/监测器或其它适当的通信路径(例如但不限于可选电力线载波(PLC))以形成相似但不同的信息编码以便：(a)传递通过部件或控制器的额定值所确定的(电力电路的)可用线电流；(b)传递(断路器2或EV 4的)准备就绪/状态/条件；(c)传递(断路器2或EV 4的)保护功能；和/或(d)将负载特征传递回断路器2(或EV 4)。通信可提供例如但不限于具有从诸如2的断路器到诸如EV 4的负载的告知和联锁的售电(例如电力计量，传送，控制和管理)能力(示例20-24)。这采用装置对装置的电力线上的数字通信替代导引信号22。
示例7
例如对于示例4的第三选项的联锁，直到读取电阻器值之前，联锁不闭合所保护的电力电路。电阻器的值表示在对应工业标准中预定义的不同额定电流。如更具体的示例，用于对EV充电的IEC方法具有在两侧具有EV连接器的可拆卸线缆。每个EV连接器具有从接近度(例如图4B的36)连接到接地的与线缆的额定电流承载能力相匹配的电阻器。例如如果将12A线缆连接到16A EVSE，并且然后连接到具有上拉30A能力的EV，则EVSE将其PWM占空比从对应于常规的16A降低到对应于12A，其然后被传送到EV，从而导致EV仅吸收最大12A。这确保系统采用所有部件的最低额定值以确保安全并且将设备保持在其额定极限内。
示例8
例如对于示例4的第二选项，断路器2包括用于来自EVSE连接器28(图4B)的接近电路导体36的终端点34(图4A)。例如这可监测释放闩锁的按压，或者该相同的接近电路可同样被超驰为输入方法，该输入方法具体用于通过结合导引电路监测接近电路值来重置故障。利用仍然通过导引信号22的状态连接EV线缆的知识，如果接近电路形成开路，那么可将其理解为无需任何附加导体或通信的重置指令。作为替代，可将导体36电连接到远程重置按键(未示出)。
通过监测接近导体36而将EV连接器闩锁按键用作重置，可对断路器2编程，以便当按压按键时，接近电路断开并且断路器2执行如按下本地测试/重置按键46(图4A)时的相同功能。
示例9
通过适当指示器(例如但不限于指示灯；LED；颜色；标志)，断路器2可包括状态的本地指示。示例状态包括准备，充电和故障。如图4A所示出的，在断路器可分离触点48’闭合并且可提供电力的任何时候，准备指示器38(例如AC存在)开启。充电指示器40是联锁指示器，并且其在接触器/继电器44的触点24’闭合以及电力在EVSE连接器28处可用(图4B)的任何时候开启。在断路器2’进入故障状态的任何时候，点亮故障指示器42。另外，可采用不同闪烁模式以提供额外用户界面反馈。例如故障指示器42可具有告知何物发生准确故障的确定闪烁模式。
示例10
图4A-4B的断路器2’可包括用于测试和重置的本地输入46(例如但不限于断路器2’上的按键)。如将结合图5描述的，测试将相对小的已知电流泄漏到地，并且验证接地故障检测电路正常运行。测试仅在电力电路断开时进行。测试一般刚好在接触器/继电器44闭合之前完成，并且接触器/继电器44在整个测试过程中应当断开。如果测试失败，那么其防止接触器/继电器44闭合。该测试仅用于确保断路器2’在对于用户安全的情况下仍可检测接地故障而进行。如果闭合电力电路，那么断路器2’仍监测接地故障但永不注入电流。对于手动测试(通过按压按键)，断开电力电路，实施测试，并且如果测试通过那么继续正常操作。无论测试通过或失败，接触器/继电器44都应当在其完成时断开。如果测试失败，那么断路器2’保持断开并且进入不能通过再次按压测试/重置按键46重置继电器44的服务状态。除非连接EV 4并且接触器/继电器44从实际故障或先前测试中断开，按键46将一直执行其“测试”功能。在这种情况下，将执行“重置”功能并且将闭合接触器/继电器44。
示例11
图1的热磁过载断路功能6包括第一可分离触点48以及热和磁过载保护机构50。CCID功能8包括第二可分离触点24，CT 52和处理器(例如μC或控制电子器件68)，优选采用可定制的跳闸设定，其从CT 52中接收差分电流信号53，并且采用控制信号54控制第二可分离触点24。CCID功能8和示例EV联锁功能10两者使用μC或控制电子器件68。通过中性抽头56输入中性(N)14。示例EV联锁功能10通过接地抽头58输入接地(G)16，并且包括脉冲宽度调制(PWM)产生和感测逻辑60以及用于导引信号22的终端点26。
示例12
图2和4A-4B示出单相两线双极断路器2’，其可与EV 4结合使用。断路器2’包括双极热磁过载断路功能6’，双极CCID功能8’，以及示例EV联锁功能10。断路器2’进一步包括两条线路L112’和L212”的输入和接地(G)16，以及用于负载的输出终端(例如火线/线路118和火线/线路220)。在该示例中，不采用中性线。通过交流到直流电源69(图4A)向控制电子器件68供电。
对于双极热磁过载断路功能6’，在进入断路器2’的任意火线或未接地导体上采用热磁装置。相反，对于图1的具有线路(L)12和中性线(N)14终端的单极断路器2，采用单热磁装置50。例如对于过流热磁装置，其额定值为最大连续负载的125％，或任何本地代码和标准所需要的额定值，断路器2将提供(例如但不限于对于32A EVSE的40A断路器)。
图2的双极CCID功能8’可采用图4A所示出的双极继电器44。继电器44可以是数字控制的断路额定继电器或接触器。在进入断路器2’的任意火线或未接地导体上采用双极继电器44。相反，对于图1的具有线路(L)12和中性线(N)14终端的单极断路器2，采用单极继电器。除此之外，断路器2’一般与图1的断路器2相似。
示例13
图3示出三相，三极断路器2”，其可与适当EV(未示出)结合使用。断路器2”包括三极热磁过载断路功能6”，三极CCID功能8”，以及示例EV联锁功能10。断路器2”进一步包括三相A 12A，B 12B和C 12C的输入，接地(G)16和中性线(N)14，以及用于三相负载的输出终端18A，18B，18C。除此之外，断路器2”一般与图1的断路器2相似。
示例14
图4A-4B示出图2的断路器2’的更加详细版本，其包括具有接地引脚16’，导引引脚26和接近引脚30的EVSE连接器28。按照惯例，导体62穿过电流互感器64并且结合接地故障自检测试的性能模拟接地电流的泄漏。测试/重置按键46作为测试/清除临时故障按键有效地运行，其具有通过对于预定时间期间致动来清除闭锁或重启的适当支持。
断路器2’可支持下列示例故障类别：(1)断路器跳闸；(2)永久故障；(3)闭锁故障；以及(4)临时故障。每个示例故障同样具有对应的重置：(1)重置物理断路器操作手柄66；(2)重启控制电子器件68的软件；(3)清除闭锁故障；以及(4)清除临时故障。
重置断路器操作手柄66重启软件，清除闭锁，并且清除临时故障。重启软件清除闭锁，并且清除临时故障。清除闭锁同样清除临时故障。拔出负载(例如EV 4)同样清除闭锁并且清除临时故障。
响应于短路或其它过载电流条件，热磁过载断路功能6’以通过跳闸断开两个示例可分离触点48’和断路器操作手柄66的常规方式发生故障。
在表1中，继电器44可针对任意下述原因跳闸(此外，例如但不限于其可检测电弧故障)：
表1
表2示出闭锁故障：
表2
故障编号 闭锁故障
0 “无故障”
1 “在闲置期间导引故障”
2 “在运行期间导引故障”
3 “检测到接地故障”
4 “检测到过流”
5 “发生断开”
6 “发生临时故障闭锁(采用插入会话循环重置)”
7 “接地阻抗故障(未使用)”
8 “接触器故障”
9 “接地故障测试失败”
10 “二极管故障”
11 “超过主故障计数(需要重置)”
12 “固件校验和故障”
13 “校准无效”
14 “系统时钟故障”
16 “导引频率超出容限”
17 “系统资源不可用”
18 “导引信号的过度噪声”
19 “低线电压”
表3示出EVSE状态：
表3
示例15
图5示出用于图4A-4B的断路器2’的控制电子器件68的测试/重置程序100。程序100响应于正被按压的测试/重置按键46在102开始。然后在104，确定断路器2’是否跳闸。如果断路器没有跳闸，那么在106，确定是否存在故障状态。如果不存在故障状态，那么在108，连同任何其它合适的自测试运行接地故障测试。如果接地故障测试通过，那么在112确定负载是否连接(即闭合继电器44)。如果未连接负载，那么在114向用户提供测试成功的适当指示(例如但不限于指示灯；LED；颜色；标志)。然后，在116继续正常断路器操作。除此之外，如果连接负载，那么在118执行要发生的实际接地故障导致的测试和图9中的故障程序500。实际接地故障发生的原因是因为在接地故障测试期间没有暂停图6的检测到故障的状态217。该状态217将正确地检测接地电流并且导致故障发生。如果未检测到接地故障，那么测试在图5的110失败，并且在126进入永久故障，紧接着进入124。
另一方面，如果在104确定断路器跳闸，那么在120断路器跳闸(例如响应于图6示出的短路或其它过载条件)。然后响应于图4A的断路器手柄66的重置121，在116继续正常断路器操作。
如果确定在106存在故障，那么确定在122是否存在临时故障状态。如果故障状态不是临时的，那么在124存在永久故障。然后直到存在适当重置(示例14)前不做任何事，这导致在125控制电子器件软件的重启，之后在116继续正常断路器操作。
如果确定在110测试未通过，那么在126进入永久故障，紧接着进入124。
如果在122存在临时故障状态，那么在128确定是否发生闭锁。如果发生，那么在130进入闭锁状态，并且直到存在适当重置(示例14)前不做任何事。响应于在131的插入会话结束或清除闭锁，在116继续正常断路器操作。
另一方面，如果在128无闭锁发生，那么在132重置故障，紧接着在116继续正常断路器操作。
示例16
图6示出图4A-4B的断路器2’的顶层程序200，其可实施例如且不限于SAE J1772TM。响应于上电条件，程序200在202开始。然后，在203自检执行作为恒定运行过程204的一部分。如果自检在205通过，那么程序200在206等待负载连接。当在207连接负载时，那么在208验证连接。当连接被验证时，在209插入会话开始。下一步，在210告知可用线电流(ALC)并且程序200等待负载以指示其准备好接收电力。当在211负载通知其为准备好供电时，程序200使继电器44闭合并且在212出售或以其它方式使电力对负载可用。然后，如果负载(临时地)通知其供电完成时，那么在210再次断开接触器/继电器44。除非失去电力，发生故障，或拔出负载，否则永不停止告知ALC。响应于正被拔出的负载，208，210，212，222，224中的任意一个可转换到206。
如果自检203在214失败，那么在215进入永久故障。仅可通过202的上电重启，或通过216的软件重启而重新启动自检203。
同样，响应于故障检测，206，208，210，212中的任意一个可转换到检测到故障的状态217。状态217在218确定故障类型。然后在219，确定故障类型的性质。如果故障类型是临时的，那么在220确定临时故障的数量是否大于闭锁限制。如果达到闭锁限制，那么在222进入闭锁状态。从状态222起，在223拔出负载或者清除闭锁以便重新进入状态206并且等待负载连接。除此之外，如果在220没有超过闭锁限制，那么在状态224等待手动重置或自动再次闭合。如果拔出负载其后重新进入状态206以等待负载连接则在226退出状态224，或响应于临时故障重置或自动再次闭合其后重新进入状态210以告知ALC则在228退出状态224。
图4A的控制电子器件68包括监视计时器(例如过程204)，如果该监视计时器对于提供监测故障的附加同步过程变得无响应则断开接触器/继电器44以及重启软件，并且检测负载何时结束接收电力或拔出。控制电子器件68通过监测电路230输入导引信号22，并且调整PWM信号作为到EV4的导引信号22的一部分。控制电子器件68同样断开和闭合接触器/继电器44以提供AC电力(L1和L2或中性)。EV充电控制器232调整充电器234以仅吸引如在导引信号22上告知的ALC。控制电子器件68同样输出到指示器40，42，并且通过通信接口236通信。
示例17
图7示出图2和4A-4B的断路器2’的控制电子器件68的接近逻辑程序300。响应于到在图6的209正被验证的车辆的连接，在302确定车辆连接。然后，确定是否通过可配置硬件或软件设定在304支持额定接近。如果支持，那么在306通过确定是否存在从图4B的接近引脚30到接地16’的闭合电路电阻，确定是否检测到额定接近。如果检测到，那么通过确定闭合电路电阻并且使该值与标准安培容量相匹配，在308读取额定接近。然后在310，将最大负载告知设定为最小额定成分(例如图7中所讨论的)。然后在312，执行诸如检测EV二极管或认证用户的附加负载验证或开始插入会话。
除此之外，如果在304不支持额定接近，那么执行312。
如果在306未检测到额定接近，那么在314确定是否需要额定接近。如果需要，那么在316进入故障状态。除此之外，执行312。
示例18
图8示出接地故障检测程序400。这例如且不限于实施图10的曲线图402。图4A的控制电子器件68包括接地故障电流监测电路(未示出)以及电流互感器64。这些部件具有已知的采样率，接触器/继电器44具有已知的断开时间期间，并且程序400具有用于处理和发送控制信号的已知时间。
在402检测到接地故障之后，在404确定所感测到的接地故障电流是否高于最大允许接地故障电流。如果接地故障电流大于该值(例如但不限于350mA)，那么在405检测到故障并且执行图9的故障程序500。最终，这将使得继电器44断开并且导致在图6的215的永久故障。对于相对高的故障电流，不存在自动重置，但相反存在需要插入会话重置的闭锁故障。除此之外，如果在404未超过最大允许接地故障电流，那么在406，伴随经过时间确定基于接地故障电流的跳闸所需时间。一般来说，可变接地故障跳闸工作的方式是，如果接地故障监测电路感测低于图10的电流-时间曲线402的相对小的电流，并且如果存在充分时间以采用接地故障电流的另一样本并且最终仍及时跳闸，那么采用另一样本。除此之外，如果电流过高并且不存在充分时间，那么立刻接地故障跳闸。
然后在408，如果自初始测量起存在充分剩余时间以采取另一测量，并且如果接地故障电流保持恒定时仍跳闸断开继电器44，那么在410采用另一测量。另一方面，如果在408不存在充分时间，那么在405检测到故障并且执行图9的故障程序500。
在410之后，在412，如果接地故障电流读数是零，那么不存在接地故障并且在414继续正常断路器操作。否则，如果电流读数为非零，那么在经过时间的量上的平均电流用于计算跳闸的剩余时间并且重复步骤404。直到在405之后接地故障监测电路导致跳闸，或者接地故障电流变成零并且在414继续正常断路器操作，过程继续。
示例19
图9示出图4A的断路器2’的控制电子器件68的故障和闭锁逻辑程序500。首先在502，通过图6的顶层程序200检测到故障。然后在504确定故障类型。在506，如果故障类型是永久508，那么在510进入永久故障状态510。响应于软件重启512退出该状态510，其导致进入非故障状态514。除此之外，如果在506确定临时故障516，那么在518确定故障是否处于初始插入窗口内(例如但不限于在插入负载之后的初始时间期间；可配置时间量；大约1秒；任意适当时间)。如果故障不处于初始插入窗口内，那么在520累加闭锁计数器。然后在522，确定是否达到闭锁故障阈值。如果达到，那么在524进入闭锁状态。在525通过结束插入会话或清除闭锁退出该状态，其后进入非故障状态514。除此之外，如果在522没有达到闭锁故障阈值，那么在526开始自动重置计时器。在527直到自动重置计时器过期，用户清除临时故障或插入会话结束前，该状态存在，其后进入非故障状态514。响应于故障528离开非故障状态514，其使得在502进入检测到故障的状态。
示例20
如以下将讨论的，结合图11-13，售电机(PVM)断路器600可通过PVM断路器针对消耗能量向用户开账单。例如，计量功能602(图11)使用逻辑电路604(图11和12)在存储器610的持久数据库608中存储具有时间戳的能量值606。计量功能602和逻辑电路604两者都处于PVM断路器600的外壳内。在确定的时间戳期间，可将能量值606“标记”为属于若干具体用户，这为每个该若干具体用户提供能量分配。例如，当插入诸如EV 4(图4B)的电负载612(以虚线图示出)时，可适当地分配能量(例如但不限于，针对EV的车辆识别码(VIN)或针对用于允许充电的刷过的RFID标记，这将为对应用户分配能量；针对与EV或用户相关联的任意数量的分组)。断路器600同样为其具体电力电路分配能量(例如针对在端子614，616的电负载612(在图11中以虚线图示出))。
当诸如电力企业618的电源(在图11和12中以虚线图示出)准备好向用户开账单时，其可通过经由扩展端口624(图12)进行的通信，或可选地通过内建无线接口(例如但不限于Wi-Fi；蓝牙)以各种方式这样做，其中该电源在控制板或负载中心(未示出)提供电力到断路器穿针620(例如从火线或母线条(未示出))和中性抽头622(例如到中性条(未示出))。一种示例方法是在从对应控制板或负载中心(未示出)的主断路器(未示出，但除其具有相对更大额定电流值外，其可以与断路器600基本上相同或相似)读取时的总能量的“计量表读数”。“计量表读数”的值与来自例如先前月份的读数的“计量表读数”的值相比较，并且对差值记账。
作为替代，电力企业618可全面地下载诸如600的每个断路器的数据库608，适当地查询能量值606，进而使用时间戳，具体电路和任意分配标志应用适当的费率结构。
如将讨论的，示例21-23(图11-13)示出示例可控的PVM断路器600，其可包括用于通信和/或若干不同附加模块626的可选支持。
示例21
参考图11，示例PVM断路器600可包括若干可选附加模块626。在电源618和负载612之间穿过PVM断路器600的交流(AC)电路径包括热磁保护功能628，计量功能602以及可控可分离触点630。AC-DC电源632向例如逻辑电路604和通信电路634提供DC电力。作为替代，可将DC电源632放置到PVM断路器600外侧并且为其提供DC电力。若干可选附加模块626可提供具体逻辑和/或/I/O功能以及通信电路636。可选远程软件功能638，640可以可选地与通信电路634，636通信。
示例22
图12示出示例PVM断路器600的更多细节，其包括与热磁跳闸功能628协作以便断开，闭合和/或重置对应可分离触点629(图13)的外部断路器手柄642，通过逻辑电路604控制的OK指示器644，以及输入到逻辑电路604的测试/重置按键646。
在该示例中，对于每条线路或电力导体存在沿着对应电流传感器648，649，电压传感器650，651和可分离触点630A，630B穿过PVM断路器600的火线和中性线。计量功能602的电力计量电路652从电流传感器648，649和电压传感器650，651输入，并且输出对应电力值到逻辑电路604，该电力计量电路使用计时器/时钟功能654以在存储器610的数据库608中提供对应的具有时间戳的能量值606。电流传感器648，649可与相应的可分离触点630A，630B串联电连接，可以是耦接到电力线的电流互感器，或者可以是任何适当的电流感测装置。电压传感器650，651可被电连接到与相应的可分离触点630A，630B串联的相应电力线，可以是电压互感器，或者可以是任何适当的电压感测装置。
示例23
图13是示例PVM断路器600的示例单线图。尽管示出一相(例如火线或中性线)，所公开的概念适用于具有任意数量相位或极的PVM断路器。通过终端620接收火线到母线条(未示出)。电流流过热磁过载保护功能628的第一断路元件629，并且流过一组可控可分离触点630(对于火线在该示例中仅示出一组)到负载端子614。第一电流互感器(CT)648提供电流感测和具有可定制跳闸设定的接地故障检测。从负载中性的负载端子616返回到电连接的中性抽头622，例如返回到控制板或负载中心(未示出)的中性条，来提供来自负载612(图11)的返回电流路径。第二CT649提供电流感测和具有可定制跳闸设定的接地故障检测。通过控制可控可分离触点630的逻辑电路604输入CT 648，649的输出。电源632从火线和中性线接收电力。逻辑电路通信电路634同样输出到扩展端口624的通信终端点656(图12)。
示例24
图14示出图11的若干附加模块626的一种示例，其可以是EV附加模块700。除了从断路器600到模块700移动的某些功能外，图11-13的PVM断路器600和图14的EV附加模块700可与本文中描述的断路器2，2’，2”以相同或基本上相同的方式运行。示例模块700加入合适的EV通信协议的硬件和软件实现，相对低阈值的接地故障检测，以及可控可分离触点630(图12)的控制。更具体地，模块700(针对NEMA市场)执行SAE J-1772TM或(在可应用地区)执行IEC 62196的功能，并且在连接外部用户接口706之外提供导引信号702(和可选的接近信号704)的输出和输入。模块700控制PVM断路器600以执行适当的电力联锁并且符合合适的标准。其将计量信息分配给插入会话历史并且可执行分析功能(例如但不限于使用基于能量的限制；智能调度)。模块700例如针对VIN分配用量和记账，这可用于收集来自燃油购买的损失税收，启动油门调节(例如控制费率)，以及面板协调(例如与其它可控PVM断路器协调以减少或管理用于整个面板或公共设施的全部需求用量)以便避免需求费。
模块700包括用于到PVM断路器600的第一火线的第一导体指状物708，以及用于到该PVM断路器的第二火线或中性线的第二导体指状物710。将导体指状物708，710电连接到电负载715的相应端子712，714。这些端子用于提供AC电力到EV连接器内(例如图4B的32)。对于单极EV断路器，这些是火线和中性线。对于二极EV断路器，这些是两条火线。对于三极EV断路器，这些是三条火线。
若干电流传感器716感测可向逻辑电路720输出故障信号和其它电流信息的接地故障保护电路718的差分电流。逻辑电路720依次可通过通信电路722在外部通信到第一扩展端口724(例如但不限于向PVM断路器600提供跳闸信号)和/或到第二扩展端口726以便与其它本地或远程装置(未示出)通信。以下结合图20讨论扩展端口724，726的细节。
逻辑电路720同样与存储器728和可包括若干指示灯730和重置按键732的外部用户接口706通信。为了支持各种EV接口功能，逻辑电路720进一步与在端子736处与导引信号702连接的DC，PWM输出和传感器功能734通信，以及在用于IEC类型EV附加模块的端子740处与可选接近信号704(或接近电阻器(未示出))连接的可选接近电路738通信。模块700同样包括为接地端子744提供接地的接地抽头742。
示例模块700可与PVM断路器600或本文中公开的馈送合适的电负载的任意合适的断路器一起采用。通过该断路器实施的示例保护功能可包括过流，接地故障，过压，负载联锁和/或安全自动重置。示例控制功能包括到模块700的接口，用于负载(例如EV)的适当算法以及负载(例如EV)的状态管理。
通过模块700实施的示例认证功能包括允许本地或远程地访问断路器的电力或控制(即向负载售电)的验证，以及额外逻辑和联锁设定。如示例，这些功能包括确定是否允许用户为负载使用电力(例如为EV充电)，或确定用户是否为允许控制断路器的管理员。
通过PVM断路器600实施的示例分配功能包括通过部门，电路或用户追踪能量使用，限制能量使用量，以及通用等级能量计量(例如0.2％的计量精度)。
在PVM断路器600中可通过模块700实现的示例可选和额外的保护和控制功能包括可互换的通信接口，远程控制和附加跳闸曲线。
示例25
图15示出即插即用的太阳能系统(未示出)的包括“PV-准备电路”所需功能的太阳能或光伏(PV)附加模块800。太阳能或PV附加模块800提供具有自诊断的太阳能发电的自动委任和许可。除了消除电流传感器716，接地故障保护电路718，重置按键732和其它EV相关部件外，模块800在某种程度上与图14的模块700相似。在该示例中，端子712，714用于电连接到逆变器806，并且通信电路722’还连接到逆变器通信端口802以便与逆变器806通信，并且该通信电路722’同样还连接到公用通信端口804以便与电力企业(例如图11的电源618)通信。
所公开的断路器2，2’，2”和模块800可提供DC串保护器(例如具有改进的DC过流/反向电流保护，接地故障检测，和电弧故障电路中断的电子断路器)和PV模块关闭开关监测系统，其连同围绕最大功率点追踪的最大电力的相对小窗口I-V曲线监测PV串电流和电压。
对于太阳能发电系统(未示出)，所公开的模块800实现具有自动电许可和检查的简单设施以取代对电许可和检查的需要。整个即插即用PV系统的单电列表用于允许标准PV插头将PV逆变器806连接到附加模块800而无需附加允许或检查并且具有自动结构许可和检查。附加模块800包括诸如逆变器通信端口802的适当通信接口，以通知太阳能设施的管辖权(AHJ)并且最大程度地自动委任和许可设施而无需检查员访问站点。附加模块800进一步包括诸如公用通信端口804的适当通信接口，以便通过通告太阳能设施的企业以及自动将设施提供反馈到电网中来允许自动电网互连。
附加模块800的其它可选特征可包括：(1)电网支持通信功能(例如但不限于状态检查/自诊断，其使用基于人工神经网络的模式识别技术检查逆变器806及对应PV模块(未示出)的单个部件的状态；(2)自配置/自修复，以便当部件存在问题时，断路器仍可运行以向电网安全地提供电力直到系统被修复(例如跛行回家能力(limp home capability))；(3)性能监测和对于劣化部件性能监测的寿命预期，包括抢先替换通知；(4)通过使用智能/灵活/连接的逆变器(经由附加模块800)的伏特/var支持以执行电网稳定性功能(这允许逆变器改进电网电压或功率因子)；(5)公用电力需求/频率控制(例如企业可能不期望连接的PV逆变器806或可能需要相对低的电力)；(6)通过借助在PV模块面板(未示出)中的其它负载将负载作为源；以及(7)GridEyeTM或其它适当的电力质量监测器或传感器，其发送效用，频率，电压和相位角信息以及PV逆变器电力质量信息。GridEyeTM覆盖三个北美电网的广域电网监测网络。这在诸如风电场的计划可再生发电场所提供额外监测点，以便在可再生资源的安装之前和之后表征系统的动态行为。这产生动态系统行为数据用于洞悉可再生发电资源如何改变电网的动态行为。这些数据同样可用于估计动态建模参数以便计划和操作。
如果在PV模块面板(未示出)中使用，不同的附加模块800可替代地执行具有实用孤岛效应的自动转换开关(ATS)功能。例如，如果存在公用电力，则主断路器(未示出)和发电系统(未示出)的软件联锁可允许反馈。除此之外，当检测到公用电力丢失时，附加模块800将：(1)命令断开主断路器(未示出)；(2)命令闭合发电/能量存储电路(未示出)；以及(3)向诸如柴油发电机的房屋发电源发送信号以开始电力供给从而能够提供电力。在房屋中允许负载电路以孤岛模式运行。在装配有PV模块的场所保持电力的同时，这将房屋安全地电孤立从而保护公用线上的工人。该ATS和孤岛效应功能可以是不同的附加模块800(用于其它不是太阳能的能量源)，但不具有特定PV特征。
示例26
进一步到示例25，示例附加模块800启用相对快且简易的PV部件的安装，以便安全地实施整个过程而无需专业电气服务或现场许可。实现预安装的基础设施(例如仪表；负载中心；断路器；通信网关)来支持PV部件的未来安装。在购买之后，该PV设备无缝地连接到现有基础设施而无需检查。可针对预期进行预安装，以安装包括PV的任意新型灵活电网实现的设备，以及电动车辆供电设备(EVSE)，本地能量存储，智能热水器或在广泛智能电网基础上合法的其它装置。该预安装方法可潜在地与智能仪表首次展示和用于改进升级的电力驱动家用能量管理程序相关联，或将其植入到新结构的要求。另外，为了完成这些任务，电力公司和AHJ的内部连通性和外部连通性两者对于确保安全安装，连续操作和维护是关键的。
示例27
图16示出HVAC附加模块900。除了消除电流传感器716，接地故障保护电路718，重置按键732和其它EV相关部件外，模块900在某种程度上与图14的模块700相似。在该示例中，端子712，714用于电连接到HVAC设备916，并且通信电路722”同样通过接口连接到无线通信电路902。替代EV相关部件，加入包括恒温器904，输出到用于HVAC信号的多个示例按压端子908的多个固态继电器906，以及阻尼器端子910，912的各种HVAC相关部件，该HVAC信号诸如：RH，W1，Y1，Y2，G，C，*(例如W3(第三级加热)，E，HUM(加湿)，DEHUM(除湿))，OB(橙色或蓝色；橙色是换向阀，通电以制冷(在热泵上从热转变为冷)；蓝色有时是变压器的公共侧(在一些电子恒温器上或如果存在指示灯时需要)，或换向值(通电以加热为橙色)，或一些供应商有时使用(B)作为公共)，RC和AUX/W2，在表4A(传统(legacy)系统)和表4B(热泵和分级系统)中分别示出。逻辑电路720通过接口连接到若干用户接口按键914并且与通信电路722”，恒温器904和固态继电器906协作从而控制和监测HVAC设备916。
示例模块900可替代传统恒温器并且将所有HVAC接线放置到负载中心(未示出)。对于商业建筑(未示出)，这可包括控制(例如但不限于致动器；阻尼器)。可贯通建筑放置若干通信温度传感器(未示出)以便为HVAC附加模块900提供温度输入(例如通过扩展或无线通信端口726，902)，并且同样可用于调节温度设定。模块900同样可实施行动以节省能量(例如但不限于循环压缩机；设定加热和制冷计划)。
表4A
表4B
示例28
图17示出通用I/O附加模块1000。除了消除HVAC相关部件和无线通信电路902外，模块1000在某种程度上与图16的模块900相似。在该示例中，端子712，714用于电连接到任意适当负载(未示出)，并且逻辑电路720通过接口连接从多个示例按压端子1004输入和/或输出到该多个示例按压端子1004的处理器I/O扩展电路1002。
模块1000可提供模拟输入(例如用于控制信号)，模拟输出，数字输出(例如用于外部系统；继电器；控制信号)或数字输入(例如用于数字开关)。模拟或数字输入可通过本文中所公开的诸如2，2’，2”，600的示例断路器通信，并且可提供该断路器的程序控制(例如但不限于太阳能收集；数字开关；分流跳闸；继电器命令)。
进一步到示例1，附加模块1000可采用逻辑电路720使用其输入和输出执行布伦代数和基本条件判断功能，和/或可用作为具有指示器灯730的二进制状态指示器(例如但不限于指示主断路器断开或闭合)。
附加模块1000可采用可控通用I/O端子1004的组，其能力可包括例如且不限于方向(例如可使用启用掩码将端子配置为输入或输出)；启用/禁用；输入值可读(例如但不限于高＝1，低＝0)；输出值可写/可读；并且输入值可用作中断请求线(例如但不限于用于唤醒事件)。
附加模块1000可采用直接存储器读取(DMA)将相对大数量的数据有效地移动到模块内或移出模块，或提供可提供硬件协议的软件仿真的“位拆裂(bitbanging)”的支持。
示例通用I/O附加模块1000可实现具有负载(未示出)的通用串行通信。通过提供具有嵌入式智能和通信的诸如示例断路器的对应装置，这可提供连接该装置到“智能电网”的接口。该通信的非限制性示例包括从企业后勤办公室通过该附加模块1000并且下至负载(例如但不限于洗衣机；烘干机；洗碗机)发送公共事业计费费率和分时电价费率结构，以便装置可决定何时是执行其功能的最优时间(例如在能量最便宜时打开它们)。
示例29和30(图18A-18C和19)示出用于将附加模块耦接到断路器的各种非限制性示例实施例。
示例29
图18A示出耦接到二极断路器1102一端的二极附加模块1100。
图18B示出在其之间采用跨接线1108耦接到二极断路器1106一侧的二极附加模块1104。
图18C示出耦接到二极主断路器1112一端或可选地耦接到分离的本地控制器(未示出)的相对小的搭锁二极附加模块1110，其可以可选地用作其它断路器1114，1116的聚合器。
示例30
图19示出包括用作本地控制器和/或网关(未示出)或与其结合的主断路器1202和多个PVM断路器1204的PVM系统1200。八个示例PVM断路器1204中的六个包括附加模块1206，并且这六个PVM断路器1206中的一个包括进一步“堆叠”附加模块1208。“堆叠”附加模块1208允许将多个具有不同功能的附加模块的特征合并到诸如1204的相同断路器以及其对应的电力电路(未示出)上。例如，与RFID认证附加模块1208结合的EV附加模块1206认证将在每个充电会话之前要充电的与EV在操作上相关联的用户。例如，通过两个PVM断路器1204，通过五个附加模块1206，以及通过“堆叠”附加模块1208在主断路器1202和PVM断路器1204之间进行通信。
例如，多个断路器1204和/或附加模块1206，1208通过扩展端口(例如图12中的624，图14中的726)以菊花链连接到面板或附件(未示出)的控制器1202，使得控制器用作网关，数据的中央资源库，更大网络的代理装置和/或本地独立控制器。使用适当通信协议(例如但不限于RS-485上的SMARTWIRE-DTTM)可将每个装置的扩展端口以菊花链一起耦接到公共串行总线上。一个装置可用作为“主”而所有其它装置是独立可寻址的从。主装置可具有其本身的控制器逻辑和/或附加通信接口以用作在另一通信协议上的网关。
示例31
图20示出使用适当串行接口1306将断路器1302电连接到附加模块1304的扩展端口电连接1300的示例。电连接1300包括在断路器1302一端的扩展端口引脚1308，在附加模块1304一端的扩展端口插孔1310，以及在附加模块1304反向端的扩展端口引脚1312。所公开的扩展端口包括八个示例导体：信号接地1314，中性1316，COMM+1318，控制PWR+1320，状态1322，接触控制1324，COMM-1326和控制PWR-1328。状态1322和接触控制1324分别报告断路器1302的可分离触点(未示出，但参见图11的PVM断路器600的可控触点630)的状态或控制该可分离触点。这些信号1322，1324参考信号接地1314。COMM+1318和COMM-1326提供在断路器1302和附加模块1304之间的通信，或通过附加模块1304引导断路器1302的COMM+1318和COMM-1326信号。控制PWR+1320和控制PWR-1328向附加模块1304提供来自断路器1302的电力。
通过COMM+1318和COMM-1326提供的示例串行端口交换开/关控制，提供用于外部和/或远程通信的接口，报告状态信息(例如但不限于开/关/跳闸；故障原因；故障时间；直到重置时的时间；操作的数量；序列号；时钟；固件版本；时间/时钟)，并且报告计量值(例如但不限于具有时间戳的值；电压；电流；负载所消耗的电力；产生并馈入面板的电力)。具有时间戳的值可包括净能量(瓦特-小时)(例如通过真实，有效和反应类型所分解的，其中每个类型包含前向，反向，净余和总体)；以及峰值需求(瓦特)(例如在可配置时间窗口尺寸内计算并且在可配置时间间隔重置)。如以上结合图19所讨论的，示例串行端口包括适当的串行总线以便经过在多个断路器和附加模块之间的通信。
扩展端口控制PVM断路器600(图12)的可控可分离触点630，报告该可分离触点的状态，并且可用于从外部电源提供电力到嵌入式电子器件。
电力插脚或穿针(例如图14的708，710)安装入断路器1302的终端点(例如图12的614，616)，以便提供电力信号到附加模块1304。附加模块1304在另一侧上具有对应的终端点712，714(图14)，用于电负载(未示出)或可添加的额外“堆叠”附加模块(例如图19的1208)。
附加模块扩展端口插孔1310具有与扩展端口引脚1312相同的通信格式，然而是与断路器扩展端口引脚1308相匹配的反向凸凹面。
示例32
图21和22(分别是示例33和34)分别示出与图11-13的PVM断路器600相似的断路器1400和1450。主要差别是这些断路器1400和1450每个导体(例如但不限于火线；中性)包括单组可分离触点1406A，1604B或1452，1454。出于开/关控制以及可选地出于接地故障保护的目的，使用图14的附加模块700或逻辑电路604控制可分离触点1406。然而，不提供通过另一组可分离触点的热磁保护。
与示例3相反，热磁保护反而是在例如且不限于逻辑电路604的控制电子器件固件中实现，因此某种程度上与如何提供接地故障保护相似。
例如，具有通过单个电子器件切换装置所提供的所有保护和电负载(例如EV)功能的单组可分离触点1406A，1406B每个可以是固态的。
图4A所公开的继电器44优选足够小以安装在断路器1400，1450内侧，并且处理在正常条件下的电流值(例如额定电流)的负载下的切换。然而继电器44不能够在十倍额定电流的故障条件下断开而不造成损害。因此，在该示例中，示例热磁保护与图4A的第二组可控可分离触点24’串联使用。
尽管公开了可分离触点24’，1406A，1406B，但是可采用合适的固态可分离触点。例如，所公开的断路器2包括诸如通过继电器44的操作机构断开和闭合的可分离触点24’的适当电路中断器机构，尽管所公开的概念适用于广泛的电路中断机构(例如但不限于类似FET或IGBT器件的固态开关；接触器触点)和/或基于固态的控制/保护装置(例如但不限于驱动器；软件起动机；DC/DC转换器)和/或操作机构(例如但不限于电气，机电，或机械机构)。
示例33
在图21的PVM断路器1400中，通过开/关按键1402和熔断器1404替换图12的断路器手柄642和热磁保护功能628。其中，可分离触点1406可以是例如其不限于图4A的继电器可分离触点24’，或优选是可处理正常和故障两种条件下的切换的适当的固态切换装置。
在该示例中，消除图13的热磁保护可分离触点(第一断路元件)629。这允许自动重置以及远程控制，即使过流或短路条件导致故障。在火线中通过与可分离触点1406A串联电连接的熔断器1404提供额外短路保护。替代断路器手柄642，通过逻辑电路604输入开/关按键1402，该逻辑电路分别控制每条火线和中性线的单组可分离触点1406A，1406B的开或关状态。
如果采用可重置熔断器1404，那么其可在清除故障之后自动地重置。除此之外，熔断器1404将断开，并且因此需要在故障电流之后更换。在其它所有时间时可使用单组可分离触点1406。
作为替代，如果可足够快的检测到故障，那么刚好在熔断器1404断开前，逻辑电路604的软件可仿真熔断器1404并且跳闸继电器44(未示出，但参见图4A)。
示例34
除未采用熔断器1404外，图22的断路器1450与图21的断路器1400相似。同样，在该示例中，多组可分离触点1452，1454中的每一个是可在正常和故障两种条件下处理切换的适当的固态切换装置。
示例35
因为诸如例如600，1400，1450的PVM断路器可包括广泛的特征，可采用各种不同的附加模块。例如，将EV附加模块700(图14)耦接到具有接地故障保护的PVM断路器600(图11-13)。
示例36-62讨论诸如图11的626的各种不同的附加模块。
示例36
认证附加模块使用例如但不限于RFID或互联网执行用户认证。这可将电力使用分配到例如分组，电力电路和用户中。
示例37
承租人记账软件附加模块从PVM断路器扩展端口624中读取计量信息，并且为产权人执行对承租人的计量/计账。该功能可与认证附加模块(示例36)合并(例如，如图19的附加模块1206和“堆叠”附加模块1208示出)以对个体用户而不是单独的分支电路收费。
示例38
通信/协议附加模块使PVM断路器600能够使用不同协议或语言通信到电力企业，客户或终端装置。这可包括例如且不限于在本地页面上，通过云服务，或在合适的智能手机上控制PVM断路器600或显示使用信息。非限制性通信示例包括：Wi-Fi；蜂窝；以太网；串行；SmartOpenADRTM；BacNETTM；电力线载波(PLC)；SmartWireDT；IEC 61850；以及DNP3。
示例39
计划附加模块执行打开/关闭电负载的调度。这可被用于例如且不限于控制具有日落/日出的外部照明，循环池泵以减少能量使用，并且具有不同且可编程的假期计划。
示例40
模拟/数字输入附加模块允许模拟或数字输入通过诸如600的PVM断路器以及其程序控制(例如但不限于太阳能收集；数字开关；分流跳闸)通信。
示例41
可编程逻辑控制器(PLC)附加模块实施用于控制和/或监测的PLC梯形逻辑。
示例42
专有主断路器附加模块提供附加模块内的对应专有主断路器的所有功能。
示例43
分组控制附加模块允许编程以控制断路器分组以替代仅控制一个断路器。
示例44
照明附加模块提供调度和调光功能。这同样可通过检测电流的对应下降在灯熄灭时提供警报。
示例45
电力标记附加模块对于已知的专用的负载类型提供电压/电流(V-I)曲线的分析，以及确定、通知和/或跳闸发生的任何故障。
示例46
当负载被电连接时，负载ID附加模块识别具体的负载(例如下至序列号)或负载类别(例如依据额定电流或装置类型)。出于识别目的，该模块可采用例如且不限于NFC/RFID(近场通信/RFID)或电力线载波。
示例47
负载告知和电力联锁附加模块提供EV应用的EV接口。
示例48
电涌保护附加模块提供用于单独断路器，用于主断路器或用于整个断路器面板的电涌保护。
示例49
电池管理系统附加模块控制外部逆变器以适当地对电池充电。
示例50
DC逆变器/DC分配系统附加模块将逆变器和DC分配系统放入断路器面板，以便提供来自负载中心的DC电力。这可用于为电子器件充电并且为其它DC装置供电。
示例51
数据存储附加模块增加PVM断路器的存储能力。这可用于例如但不限于存储相对更大数量的计量数据，保持EV附加模块的插入会话历史，或存储针对特定用户的相对更大数量的分配。
示例52
电力管理员-负载协调员附加模块命令负载以协调的形式操作从而基于分时电价或实时价格最小化电力/能量需求和最终成本。
示例53
接地故障附加模块提供具有可调整接地故障电流阈值的接地故障保护。
示例54
电弧故障附加模块提供电弧故障保护。
示例55
建筑物自动化控制器附加模块允许负载中心实施建筑物自动化连接，管理和编程。
示例56
HVAC控制器附加模块控制并且循环压缩机(例如关闭压缩机，但保持风扇运行)，提供增广的学习技术并且节省能量。对于商业建筑，其控制诸如致动器和阻尼器的装置。
示例57
远程控制附加模块控制具有开关或智能电话应用的电力电路。简单变形是控制断路器的干触点。更先进的版本是安全地连接到将从任意远程位置控制的云。
示例58
先进的计量附加模块提供先进的计量功能(例如但不限于谐波；垂度；隆起；功率系数；故障的波形捕捉)。
示例59
能量效率和分析附加模块提供如何节省能量的建议。这可包括例如且不限于在与天气结合的使用(例如下至分支电路)，太阳能输出，以及哪些电路具有可被关闭的虚负载的报告。
示例60
计量表验证附加模块通过从服务中去除断路器，运行通过断路器的已知能量的量，并且与计量表输出比较来验证单独的计量表。这可在计划或需求上采用报告回电力企业或其它设施的结果来实现。
示例61
当从电力企业失去电力时，孤岛主断路器附加模块跳闸主断路器(并且当其被重新建立时将其闭合)，以便安全地允许具有发电能力的局部(home)在公用孤岛模式中具有电力。除此之外，在电力通常不应出现的上游(例如在维修作业期间)出现电力可发生可杀死或严重损伤外部企业工人的严重安全问题。
示例62
断路器附加模块可通过断路器扩展端口624(图12)提供断路器控制和监测。同样，额外逻辑可检查断路器的状态(例如断开；闭合；跳闸；如果可用则指示跳闸类型)并且可超驰可控可分离触点630。在一些实施例中，可通过附加模块在外部控制可控可分离触点630，该附加模块可以：(1)改变跳闸曲线；(2)改变由逻辑电路604存储和建议的联锁机构/逻辑；(3)改变保护性功能并且识别电流和电压标记；(4)确定下游电负载装置的“健康”；(5)通过通信端口(例如图14的726)报告负载健康信息；以及(6)如果健康达到不满意级别，断开可控可分离触点630(图12)。
在已经详细描述本公开概念的具体实施例的同时，本领域的技术人员将理解鉴于本公开的整体教导将可以对那些细节做出各种修改和替代。因此，所公开的特定布置关于所公开概念的范围仅意为说明性的而不是限制，该所公开概念的范围由所附权利要求及其任意和全部等效的全部范围给出。

Claims (11)

1.一种售电断路器(600；1400)，用于电负载(612)，所述售电断路器包括：
多个第一端子(620，622)；
多个第二端子(614，616)；
若干可分离触点(629；630A，630B；1406A，1406B；1452，1454)，所述若干可分离触点中的至少一个在所述第一端子中的一个和所述第二端子中的一个之间电连接；
热磁保护电路(628)，其在所述第一端子中的所述一个和所述第二端子中的所述一个之间与所述若干可分离触点中的所述至少一个串联电连接；
计量电路(602)，其在所述售电断路器内并且在所述第一端子中的所述一个与所述第二端子中的所述一个之间与流过所述若干可分离触点中的所述至少一个的电力在操作上相关联。
机构(44；604)，其被构造为断开或闭合所述若干可分离触点；
处理器(604)，其在所述售电断路器内并且被构造为使所述机构断开或闭合所述若干可分离触点，以输入来自所述计量电路的多个功率值并且确定多个能量值；以及
通信机构(634)，其与所述处理器协作以将所述能量值传送到远程位置(640)。
2.如权利要求1所述的售电断路器(600；1400)，其中所述若干可分离触点包括多个可分离触点(630A，630B)组；其中所述若干可分离触点中的所述至少一个是所述可分离触点组的第一可分离触点(630A)；并且其中所述计量电路包括，在所述第一端子中的所述一个和所述第二端子中的所述一个之间与所述可分离触点组中的所述第一可分离触点串联电连接的第一电流传感器(648)，在所述第一端子中的另一个(622)和所述第二端子中的另一个(616)之间与所述可分离触点组中的第二可分离触点(630B)串联电连接的第二电流传感器(649)，感测与所述可分离触点组的所述第一可分离触点在操作上相关联的第一电压的第一电压传感器(650)，感测与所述可分离触点组中的所述第二可分离触点在操作上相关联的第二电压的第二电压传感器(651)，以及与所述第一电流传感器和第二电流传感器以及所述第一电压传感器和第二电压传感器协作以向所述处理器提供多个功率值的电力计量电路(652)。
3.如权利要求1所述的售电断路器(600；1400)，其中所述通信机构(634)包括与若干附加模块(626)通信的扩展端口(624)。
4.如权利要求3所述的售电断路器(600；1400)，其中所述电负载是电动车辆(715)；并且其中所述若干附加模块是通过接口连接所述电动车辆的电动车辆附加模块(700)，所述电动车辆附加模块被构造为与所述电动车辆通信，检测在所述售电断路器和所述电动车辆之间的电力电路的接地故障，并且通过所述扩展端口控制所述多个可分离触点组。
5.如权利要求3所述的售电断路器(600；1400)，其中所述电负载是逆变器(806)；并且其中所述若干附加模块是通过接口连接所述逆变器的太阳能或光伏附加模块(800)。
6.如权利要求5所述的售电断路器(600；1400)，其中所述太阳能或光伏附加模块包括通过接口连接到所述扩展端口的通信电路(722’)；所述通信电路包括被构造为通过接口连接所述逆变器的第一通信端口(802)，和被构造为通过接口连接电力企业(618)的第二通信端口(804)。
7.如权利要求3所述的售电断路器(600；1400)，其中所述电负载是HVAC设备(916)；并且其中所述若干附加模块是通过接口连接所述HVAC设备的HVAC附加模块(900)，所述HVAC附加模块包括通过接口连接到所述扩展端口的通信电路(722”)，通过接口连接到所述通信电路的无线通信电路(902)，恒温器(904)，多个固态继电器(906)，多个由所述固态继电器驱动的HVAC信号的端子(908，910，912)，以及与所述通信电路，所述恒温器和所述固态继电器协作以便控制和监测所述HVAC设备的处理器(720)。
8.如权利要求3所述的售电断路器(600；1400)，其中所述若干附加模块是包括第一附加模块(1206)和第二附加模块(1208)的多个附加模块(1206，1208)，所述第一附加模块(1206)包括通过接口连接到所述扩展端口的通信电路(722)，所述第二附加模块(1208)通过接口连接到所述第一附加模块。
9.如权利要求8所述的售电断路器(600；1400)，其中所述电负载是电动车辆(715)；其中所述第一附加模块是通过接口连接所述电动车辆的电动车辆附加模块(700)，所述电动车辆附加模块被构造为与所述电动车辆通信，检测在所述售电断路器和所述电动车辆之间的电力电路的接地故障，并且通过所述扩展端口控制所述多个可分离触点组；并且其中所述第二附加模块是被构造为认证与所述电动车辆在操作上相关联的用户的RFID认证附加模块。
10.如权利要求3所述的售电断路器(600；1400)，其中所述售电断路器是二极断路器(1102；1106；1112)；并且其中所述若干附加模块是通过在其之间的多个跨接线(1108)耦接到所述二极断路器的一端或耦接到所述二极断路器的一侧的二极附加模块(1100；1104；1110)。
11.如权利要求3所述的售电断路器(600；1400)，其中所述扩展端口是包括多个导体的第一扩展端口，其用于在所述第一扩展端口和所述附加模块之间的串行通信接口(1306)，信号接地(1314)，中性线(1316)，控制电力(1320，1328)，所述售电断路器的状态(1322)以及所述若干可分离触点的控制(1324)。
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