JP5519811B2 - サーキットブレーカーパネル - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、発明の名称が「サーキットブレーカーパネルボックス」の米国仮出願番号６１／２９８，０１８号、及び発明の名称が「通信ゲートウェイを備えたサーキットブレーカーパネルボックス」の米国仮出願番号６１／２９８，１０４号の優先権を主張している。上記優先権書類が参照により本願に組み入れられる。

背景技術
サーキットブレーカーには、電気的な流れを中断するために、回路の連続性を遮断することによって故障状態（例えば、過負荷又は短絡）に応答する自動切換え機構が備わっている。アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）及び漏電遮断（ＧＦＣＩ）は、それぞれアーク故障及び漏電の故障状態を検知する比較的新しいサーキットブレーカーの技術である。典型的には、サーキットブレーカーパネルは、多くのサーキットブレーカーを含んでおり、そのそれぞれが、異なる分岐回路を保護している。サーキットブレーカーパネルの異なるサーキットブレーカーのために、異なる故障検知技術を実行することは簡単な仕事ではない。

概要
少なくとも幾つかの実施態様において、システムは、複数のサーキットブレーカーと、そのサーキットブレーカーの外部に連結されたトリップ制御回路とを有している。
このトリップ制御回路によって、各サーキットブレーカーのために、複数の異なる作動オプションが選択可能となる。

少なくとも幾つかの実施態様において、サーキットブレーカーパネルは、そのサーキットブレーカーパネルに関連する複数のサーキットブレーカーの各々の内部に、故障検知回路を有している。サーキットブレーカーパネルは、各故障検知回路に連結されるとともに複数のサーキットブレーカーの外部に配置されたトリップ制御回路も有している。このトリップ制御回路によって、各サーキットブレーカーのために、複数の異なる作動オプションが選択可能となる。

本発明の典型的な実施態様の詳細な説明のために、以下の添付の図が参照される。

本開示の実施態様に従ったシステムを示している。 本開示のもう一つの実施態様に従ったシステムを示している。 本開示の実施態様に従ったサーキットブレーカーのブロック図を示している。 本開示の実施態様に従った方法を示している。

表記及び命名
以下の記載及び特許請求の範囲を通して、幾つかの用語が、特定のシステムの構成要素を参照するために使用される。当業者であれば正しく理解することができるため、会社によってはある構成要素を異なる名称で参照することもある。本明細書では、名称が異なっていても機能が異なっていない構成要素を区別する意図はない。以下の記載及び特許請求の範囲において、用語「含む」及び「有する」は、オープンエンド形式で使用されており、従って、「含むが、これに制限されない」という意味に解釈されるべきである。さらに、用語「連結する」は、間接的な、又は直接的な電気的接続のいずれかを意味する意図である。従って、第一のデバイスが第二のデバイスに連結するという場合、その接続は、直接的な電気的接続によるか、又は他のデバイス及び接続部を介する間接的な電気的接続によるかのいずれでもよい。

詳細な説明
以下の説明は、本願の様々な実施態様を対象にしている。一つ以上のこれらの実施態様が望ましいが、開示される実施態様は、特許請求の範囲を含み開示の範囲を制限するものとして解釈されてはならないし、又は使用されてはならない。さらに、当業者であれば、以下の説明が広い応用範囲を有しており、いずれの実施態様の説明も、その実施態様の単なる例を意味しており、特許請求の範囲を含み開示の範囲がその実施態様に制限されることを公言する意図はない、ということを理解するであろう。

ここで開示されるのは、複数のサーキットブレーカーに対して、作動オプションの動的制御を備えた方法及びシステムである。さらに、ユーザーとサーキットブレーカーとの間、及び／又は、電力プロバイダーとサーキットブレーカーパネルとの間の相互作用を容易にするサーキットブレーカーパネルの形態も、ここで開示される。又、サーキットブレーカーパネルを介して、マルチメディア／インターネット伝送を受けることを可能とするサーキットブレーカーパネルの形態も、ここで開示される。加えて、開示されるサーキットブレーカーパネルの形態の少なくとも幾つかの実施態様は、ユーサーと、サーキットブレーカーパネルを介して電力が供給される電気器具との間の通信用インターフェースを備えている。

少なくとも幾つかの実施態様において、サーキットブレーカーパネルは、８個の分岐回路の保護製品に対する過負荷保護を備えている。サーキットブレーカーパネルは、２０アンペアのサーキットブレーカーを備えた６０アンペアのサービスボックスである。以下の項目が、開示されるサーキットブレーカーパネルに対する基盤を構成している。すなわち、１）６０アンペアを提供する電気パネルボックス、単相サービス、１２０ＶＡＣ／２４０ＶＡＣかつ５０／６０Ｈｚ、２）リモート作動能力を有する、分岐回路の過電流保護デバイス（サーキットブレーカー）、３）バイメタルトリップ作動に基づくスタンドアローン回路保護を備えたサーキットブレーカー、４）漏電事故検知及び／又はアーク故障事故検知のためのサーキットブレーカーに組み入れられるセンサー、５）１２０ＶＡＣ／２４０ＶＡＣ、５０／６０Ｈｚ、２０アンペアが定格の単相デバイスであるサーキットブレーカー、６）８個のサーキットブレーカーを収容するように設計されたプラスチックエンクロージャーにはまるサーキットブレーカー（以下、サーキットブレーカーネストと呼ぶ）、７）本願で記載されたものであって、サーキットブレーカーネストに配置されるであろう測定及び制御ボードに組み入れられる電気バスバー及びシャント測定センサー、８）ユーサーにさらされずにライン側の電気バスバーに接続されるサーキットブレーカー、及び、９）測定及び制御ボードに配置されたリモートセンシング及び制御コネクタと結合するサーキットブレーカー、である。

上記の項目は、基本的な分岐回路の過負荷保護を備えたスタンドアローンシステムとしてテストされる。この形態は、バスバーシステム及び主な電気系統の接続を構成するこれらの要素を除いて、本明細書に記載された測定及び制御ボードの使用には依存しない。サーキットブレーカーパネルの分岐回路の過負荷保護の形態に、様々な補助的な特徴が付加される。これらの補助的な特徴は、以下の項目を含んでいる。すなわち、１ａ）サーキットブレーカーパネルは、制御、測定、センシング、及びインターフェースオプションのために、２つのフル実装基板ボード（測定及び制御ボード、並びにシステム制御ボード）を含むように改良される、１ｂ）漏電遮断（ＧＦＣＩ）及びアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）の能力を組み入れるために、スマートサーキットブレーカーの機能が利用される、２）測定及び制御ボード、並びにシステム制御ボードは、改ざん防止となるようにネスト内で密閉される、３）測定及び制御ボードは、総パワーのための高品質の電力計測機能を提供するとともに、分岐回路の測定／制御が機能的になるのを可能とする、４）システム制御ボードは、ディスプレー（例えば、ＴＦＴタッチスクリーン）を使用して、ヒューマンマシーンインターフェース（ＨＭＩ）を提供する、５）ディスプレーは、各分岐回路を特化させる補助的な特徴を設定及び監視するために利用される統合タッチスクリーンを有する、６）ディスプレーは、状態、時間、電力測定情報、さらに補助的な機能をテストするための手段を提供する、７）ディスプレーは、回路の事象、故障検知、及び故障の特徴付け（例えば、過電流、漏電、アーク故障、ラインスパイク、電圧低下、電力特性）を示す、８）分岐回路の特徴付け（名称、使用など）、分岐回路の優先順位付け、及び分岐回路の使用可能とされる特徴（ＧＦＣＩ、ＡＦＣＩなど）のような機能性を付加する設定者による設定のためのＨＭＩの使用、である。

少なくとも幾つかの実施態様において、開示されるサーキットブレーカーパネル（例えば、システム制御ボード）は、通信プロバイダーから家庭にゲートウェイが提供される。これは、硬銅線接続、光ファイバー、携帯電話の基地局、又は独自の高域ネットワークによってなされる。プロトコルは、リモートログを扱うとともに、接続手段にかかわらず、通信の接続性により制御を行なう。通信ゲートウェイは、通信プロバイダーによって供給される通信モジュールを使用して組み入れられる。この通信モジュールは、例えばＵＳＢ２．０の接続を介して、システム制御ボードに接続する。少なくとも幾つかの実施態様において、通信モジュールは、携帯電話の基地局と互換性のある無線周波数（ＲＦ）インターフェースを完成するために、プロバイダーによって設定される。この機器は、可能であれば、少なくとも３Ｇ、場合によっては４Ｇサービスを提供する。この通信モジュールは、家屋の外に設置され、家屋の壁を通してＵＳＢ２．０を介してシステム制御ボードに接続される。

開示されるサーキットブレーカーパネルによってサポートされる通信の特徴のいくつかは以下のようである。つまり、１）ハイスピードのストリーミングサービス（ＷＡＮ）を提供する、２）通信を、システム制御ボードを介して、ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）にある終端の電気機器に送る、３）ボイスオーバーアイピーのための機能、ストリーミングビデオ、ストリーミングオーディオ、及び／又はインターネット接続を提供する、４）電力プロバイダーからの／への接続を提供する、５）以下の用途のためにユーティリティプロバイダーの機能を追加する。つまり、リモート検針、住宅への電力制御（電力のオン及びオフ）、副次的な電力制御（優先度及び使用量に基づく分岐回路の制御）の要求、使用時間の計測情報の提供、電力プロバイダーが使用する接続・通信プラットフォーム及びフォーマットを確保する仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）及びリモート監視制御システム（ＳＣＡＤＡ）のプロトコルの支援、監視プロトコルを支援し、それによって情報がいずれの方向に送られる、複数の目的のために監視情報の使用を支援し、そのいずれも相互に排他的ではない（例えば、ログ、計測、及び／又は制御）といった機能を追加する、６）通信プロバイダー及び／又は電力プロバイダーによる設定のためのヒューマンマシーンインターフェースの使用、７）通信セットアップ（例えば、経路指定、ＩＰアドレス、ＧＰＳの調整、ＳＩＭの設定、認証、ＶＰＮ、及びホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）の要素）のためのＨＭＩの使用、８）電力の設定（例えば、顧客のアカウント番号、認証、ＶＰＮ、ＳＣＡＤＡ設定）のためのＨＭＩの使用、及び９）、屋内のデバイスへの終端のワイヤレス接続が、システム制御ボードに装着されたサブボード（ワイファイ及び／又はジグビー通信ボード）によって達成される、である。サブボードは、以下の様々な特徴を提供する。つまり、１）サーキットブレーカーネストが有するシステム制御ボードは、家屋内での付加的な終端ワイヤレス情報を可能とする適切なサブボードを用いて設定される、２）ボイスオーバーアイピー（電話）、ストリーミングオーディオ（音楽）、ストリーミングビデオ（ＴＶ）、インターネット接続（ラップトップコンピュータ）、及びスマートボックス接続（ラップトップコンピュータ）を含み、様々な終端情報が支援される、といった特徴を提供する。

図１は、本開示の実施態様に従ったシステム１００を示している。図示のように、システム１００は、バスバーサブシステム１０４に連結された複数のサーキットブレーカー１０６Ａ−１０６Ｈを備えている。各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈに対して、電流センサー回路も備わっている。各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈは、電源１０２から電力を受ける対応する分岐回路１０８Ａ−１０８Ｈに対して故障保護を提供する。

図１において、各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈはトリップ制御回路１２４と連結する。少なくとも幾つかの実施態様において、トリップ制御回路１２４は、測定及び制御ボード１２０に搭載される。この測定及び制御ボード１２０は、例えば、測定及び故障検知インターフェース１２２を含んでおり、この測定及び故障検知インターフェース１２２を通して、電力検知信号及び故障検知信号はサーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈから受信される。

トリップ制御回路１２４は、各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈに対して、デフォルト（例えば、過負荷）作動オプション、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）作動オプション、漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプション、ＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプションを提供するように機能する。少なくとも幾つかの実施態様において、各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈに対する作動オプションは、トリップ制御回路１２４と連通しているユーザーインターフェース（例えば、タッチスクリーン１３２）を介してユーザーによって選択可能である。各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈに対する作動オプションは、トリップ制御回路１２４と通信するように設定されているローカル又はリモートコンピューティングデバイスを介して選択することも可能である。

図示のように、測定及び制御ボード１２０は、ユーティリティグレード計測回路１２６も備えており、このユーティリティグレード計測回路１２６は、システム１００に対する電力消費情報を決定するとともに、ユーティリティ計測収集サイト（図示なし）への電力消費情報を構築し規格化しかつ選択的に伝送する。測定及び制御ボード１２０は、システム１００の異なる要素に対して異なる電圧レベルを出力するパワー供給インターフェース１２８も備えている。例えば、トリップ制御回路１２４及びユーティリティグレード計測回路１２６は、異なる電圧レベルを使用して動作することもできる。パワー供給インターフェース１２８は、測定及び制御ボードと通信するシステム制御ボード１４０のコンポーネントに電力を提供することもできる。少なくとも幾つかの実施態様において、測定及び制御ボード１２０とシステム制御ボード１４０とは、ＲＳ−２３２インターフェースを介して通信する。さらに、複数の測定及び制御ボード１２０が、付加的なサーキットブレーカーを支援するために、必要に応じて、（例えば、ＲＳ−４８５インターフェースを介して）デイジーチェーン１３０化される。このように、システム１００におけるサーキットブレーカーの総数は、付加的なサーキットブレーカーのための測定及び制御ボード１２０の操作（トリップ制御ループ機能性）を複製することにより、必要に応じて増やすことができる。仮に、測定及び制御ボード１２０の数が増えたとしても、システム１００には一つのシステム制御ボード１４０のみの使用が必要なだけである。

図示されているように、システム制御ボード１４０は、タッチスクリーン１４２（例えば、ＴＦＴタッチスクリーン又は他の立ちスクリーン技術）を備えている。タッチスクリーン１４２は、ユーザーに情報を表示するとともに、ユーザーがシステム１００の制御機構と情報のやりとりをすることを可能とし、及び／又はシステム１００に関する情報を要求することを可能とする。上述したように、ユーザー／管理者は、各サーキットブレーカー１１０Ａ−１１０Ｈに対して、デフォルト作動オプション、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）作動オプション、漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプション、及び、ＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプションを設定することが（かつ、動的に更新が）できなければならない。システム制御ボード１４０は、タッチスクリーン１４２を照明するために使用されるバックライトの強さを調整することと可能にする、パルス幅変調（ＰＷＭ）のバックライト表示回路１５８をも備えている。

システム制御ボード１４０は、以下を含む複数の通信インターフェースをも備えている。つまり、測定及び制御ボード１２０との通信を支援するためのＲＳ−２３２インターフェース１４４、メディア・インデペンデント・インターフェース（ＭＩＩ）又はリデュースト・メディア・インデペンデント・インターフェース（ＲＭＩＩ）を備えた１０／１００Ｅ−ＭＡＣポート１４６、メモリースティックの互換性を備えたＵＳＢ２．０のホストポート１４８、ＷｉＦｉドーターボードへの付加的な通信のためのＵＳＢ２．０のホストポート１５０、セキュア・デジタル（ＳＤ）カードのマルチメディアカード（ＭＭＣ）インターフェース１５２、広域ネットワーク（ＷＡＮ）接続のためのＵＳＢ２．０ホストポート１６０、システム１００の制御ソフトウェア／ファームウェアの設定及びインストールのためのＵＳＢ２．０デバイスポート１６２、システム１００のソフトウェア／ファームウェアをデバッグするためのＲＳ−２３２と互換のユニバーサル・アシンクロナス・レシーバー／トランスミッター（ＵＳＡＲＴ）ポート１６４、及び、テスト及びデバッグ操作のためのＪ−ＴＡＧポート１６６、である。システム制御ボード１４０は、システム制御ボード１４０の異なるコンポーネントのために電源供給の電圧レベルを調整するために、電源供給インターフェース１５６をも備えている。さらに、システム制御ボード１４０は、システム制御ボード１４０の様々なハードウェアコンポーネントと同期をとるために、バッテリー支援のリアルタイムクロック（ＲＴＣ）１５４を備えている。

測定及び制御ボード１２０のコンポーネント及びシステム制御ボード１４０は単なる例であり、開示の実施態様を特定の通信インターフェース又は制御方式に制限する意図ではない。一般的に、各測定及び制御ボード１２０は、サーキットブレーカーの所定数（例えば、８個のサーキットブレーカー）用のトリップ制御ループを一つ備えている。このトリップ制御ループには、サーキットブレーカーのトリガー作動に使用することもできる故障状態の全てを検知することの可能なサーキットブレーカーが組み入れられる。複数の故障状態を検知することが可能なサーキットブレーカーに対して作動状態をカスタマイズするために、サーキットブレーカーによって検知された故障検知信号及び電源検知信号は、トリップ制御ループに渡される。そして、それによって、各サーキットブレーカーに対して特定の作動状態を個別に管理する。このように、複数のサーキットブレーカー（例えば、１１０Ａ−１１０Ｈ）の各々に対する作動状態を、異なる分岐回路（例えば、分岐回路１０８Ａ−１０８Ｈ）に対して故障保護を提供することで、必要に応じてカスタマイズ及び更新することができる。

一方、システム制御ボード１４０は、サーキットブレーカーシステム又はパネルの役割を強化するために、ユーザーインターフェースオプション及び通信機能を提供する。例えば、システム制御ボード１４０のユーザーインターフェース機能は、電力消費情報、電気機器管理、サーキットブレーカー管理を、システム１００のユーザー／管理者に提供するために使用される。一方、システム制御ボード１４０の通信機能によって、テスト、デバッグ、電気機器との終端通信、電気レセプタクルとの通信、及び／又はホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）のためのマルチメディアサービスの受信（例えば、インターネット、ＶＯＩＰ、テレビ、ストリーミングラジオ／オーディオ、等）が可能となる。

幾つかの実施態様において、測定及び制御ボード１２０のトリップ制御ループのコンポーネントは、ユーザーインターフェース機能及び／又は単一制御ボード上のシステム制御ボード１４０の通信機能と組み合わされることも可能である。一般的には、本願に記載のトリップ制御ループコンポーネント、ユーザーインターフェース機能、及び通信機能は、システム１００の操作を変えることなく、異なる方法で複数の制御ボードに拡張することも可能である。さらに、本願に記載のユーザーインターフェース機能及びシステム制御ボード１４０は、システム１００の制御回路と通信するように設定される個別のコンピュータシステム又はポータブル制御デバイスを使用してシステム１００の機能を管理する可能性を排除しない。言い換えると、システムのユーザー／管理者は、予め統合されたユーザーインターフェース（例えば、タッチスクリーン１４２）、個別のユーザーインターフェース（例えば、適切なソフトウェアが動作しているコンプーターデバイス）、又はその両方を使用して、システム１００の機能を管理することも可能である。

少なくとも幾つかの実施態様において、システム１００の機能の管理は、ユーザーによる管理機能と管理者による管理機能とに分けることも可能である。言い換えると、エンドユーザー（例えば、自宅の所有者）だけがアクセス可能とすべきであるようなシステム１００の機能が存在してもよい。例えば、ユーザーは、ＨＭＩのために、色及びスタイルのオプションを選択したり、重要性の低いイベント（例えば、宣伝）のための音による通知を可／不可にしたり、分岐回路及び全システムに対する電力消費に関してフィードバックの基準を設定してもよい。さらに、システムインストーラーだけが（例えば、電気工事請負業者）アクセス可能にすべきであるシステム１００の他の機能があってもよい。例えば、システムインストーラーが分岐回路に名前を付ける、分岐回路の優先度を設定する、及び／又は各分岐回路に対して作動オプションを設定する、といった機能である。さらに、通信プロバイダーだけがアクセス可能にすべきであるシステム１００の他の機能があってもよい。例えば、通信プロバイダーは、タイムゾーン情報、ＧＰＳの座標、ネットワーク・タイム・プロトコル、ＶＰＮオプション、通信プロバイダーのための認証情報を設定し、システムの機能（火事／警察／緊急応答のオプション）を可／不可にすることができる。さらに、電力プロバイダーだけがアクセス可能にすべきであるシステム１００の他の機能があってもよい。例えば、電力プロバイダーは、アカウント番号、ＳＣＡＤＡアクセス情報、後のアクセスのための認証情報（ユーザー名／パスワード）、通信のための経路情報（例えば、ＶＰＮオプション）を設定することができる。

少なくとも幾つかの実施態様において、電力プロバイダーは、電力消費情報を収集し、及び／又は、システム１００のサーキットブレーカーを選択的に作動させるためにシステム１００を遠隔よりアクセスすることができる。少なくとも幾つかの実施態様において、電力プロバイダーがサーキットブレーカーを作動した場合、トリップ制御回路１２４によってサーキットブレーカーは作動し続け（サーキットブレーカーのマニュアルリセットは無効となる）、これは電力プロバイダーから、作動されたサーキットブレーカーの使用が許可されたという信号がトリップ制御回路１２４に送られるまで続く。このように、電力プロバイダーは、システム１００を誤って使用すること、又は個別のサーキットブレーカー及びそれらの対応する分岐回路を誤って使用することを防止することができる。

図２は、本開示の他の実施態様に応じたシステム２００を示している。図２のシステム２００は、図１のシステム１００と同様であるが、付加的な通信機能を示している。図２では、システム２００は、広域ネットワーク（ＷＡＮ）の接続のために、ＵＳＢ２．０のホストポート１６０に連結されたアンテナ２０６を備えたＷＡＮ通信モジュール２０４を有している。このように、ＷＡＮ通信モジュール２０４及びアンテナ２０６によって、ＷＡＮプロバイダー２０８との通信が可能となる。

システム２００は、アンテナ１６０を備えたＷｉＦｉワイヤレスサブボード１５８を、システム制御ボード１４０に付加していることも示している。ＷｉＦｉワイヤレスサブボード１５８によって、ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）のサービス用の通信が可能となる。システム２００は、アンテナ１６４を備えたジグビーワイヤレスサブボード１６２の付加も示しており、互換可能な電気機器及びレセプタクルとの通信が可能となる。

図３は、本開示の実施態様に従ったサーキットブレーカー３０２のブロックダイヤグラムを示している。サーキットブレーカー３０２は、分岐回路３０６の連続性を選択的に中断する機械部品３０４を備えている。少なくとも幾つかの実施態様において、機械部品３０４は、無線でラインバスバー及びニュートラルバスバーと連結する（すなわち、上記少なくとも幾つかの機械部品３０４に対応した導体間の、並びにラインバスバー及びニュートラルバスの両方との直接的接触が可能である）。機械部品３０４は、電気制御信号を使用してトリガーが可能なソレノイド３１４によって作動する。ソレノイド３１４を励起することによって、機械部品３１４が一旦“作動”（分岐回路３０６の連続性を中断する）されると、分岐回路３０６への連続性を復帰させるためには、機械部品３０４は手動でリセットされなければならない。

少なくとも幾つかの実施態様において、サーキットブレーカー３０２は、ＧＦＣＩ／ＡＦＣＩセンサー３２２、及び分岐回路３０６に沿ったパワーセンサー３２４を備えている。ＧＦＣＩ／ＡＦＣＩセンサー３２２は、高ＳＮ比（ＳＮＲ）で低インピーダンスの回路３１８を介して、故障検知信号をＧＦＣＩ／回路３２０に提供するように設定される。高ＳＮ比（ＳＮＲ）で低インピーダンスの回路３１８は、サーキットブレーカー３０２のための故障検知の性能を改善する。一方、パワーセンサー３２４は、電力検知信号をＧＦＣＩ／回路３２０に直接供給する。パワーセンサー３２４からの電力検知信号及びＧＦＣＩ／ＡＦＣＩセンサー３２２から出力される故障検知信号によって、ＧＦＣＩ／回路３２０は、過負荷、ＡＦＣＩ回路の故障、及びＧＦＣＩ回路の故障を含んだ故障を認識することができる。ＧＦＣＩ／回路３２０が故障を認識した場合、対応する故障信号は、このＧＦＣＩ／回路３２０によって出力される。ＧＦＣＩ／回路３２０によって出力される故障信号に直接基づいたソレノイドを励起する代わりに、サーキットブレーカー３２０によって、ＧＦＣＩ／回路３２０によるいかなる故障信号も検知制御インターフェース３１６に向けられ、それによって、ＧＦＣＩ／回路３２０によって出力される故障信号を、トリップ制御ループ（例えば、測定及び制御ボード１２０上のトリップ制御回路１２４）に伝達する。サーキットブレーカー３０２の外側にあるトリップ制御回路１２４は、サーキットブレーカー３０２用に選択された作動オプション（例えば、デフォルト（例えば、過負荷）作動オプション、ＡＦＣＩ作動オプション、ＧＦＣＩ作動オプション、及びＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプション）に従ってサーキットブレーカーを作動するか否かを決定する。サーキットブレーカー３０２に対する作動オプションは、トリップ制御回路１２４を設定することによって、必要に応じて（サーキットブレーカー３０２の故障検知能力外及び個別に）調整することができる。言い換えると、サーキットブレーカー３０２は、利用可能な作動オプションの全てに対して故障状態を検知することができるが、しかしながら、検知された故障を無視するか、又は検知された故障に応答して機械部品３０４を作動させるかを決定するのは、（サーキットブレーカーの外側にある）トリップ制御ループである。

例えば、（サーキットブレーカー３０２の外側にある）トリップ制御回路１２４は、サーキットブレーカー３０２がデフォルト作動オプションを使用して作動することを可能とするように設定される。デフォルト作動オプションによって、ＧＦＣＩ回路３２０によって検知される全ての故障状態（過負荷、ＧＦＣＩ、ＡＦＣＩ）は、トリップ制御回路１２４に向けられる。これに応答して、トリップ制御回路１２４によって、ソレノイド３１２が過負荷検知に対して励起されることを可能とするが、しかしながら、ＧＦＣＩの検知に対して、及びＡＦＣＩの検知に対しては励起されない。ＡＦＣＩ作動オプションによって、ＧＦＣＩ回路３２０によって検知される全ての故障状態は、トリップ制御回路１２４に向けられる。これに応答して、トリップ制御回路１２４によって、過負荷検知に対して、及びＡＦＣＩの検知に対して、ソレノイド３１２が励起されることを可能とするが、ＧＦＣＩの検知に対しては励起されない。ＧＦＣＩ作動オプションによって、ＧＦＣＩ回路３２０によって検知される全ての故障状態は、トリップ制御回路１２４に向けられる。これに応答して、トリップ制御回路１２４によって、過負荷検知に対して、及びＧＦＣＩの検知に対して、ソレノイド３１２が励起されることを可能とするが、ＡＦＣＩに対しては励起されない。ＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプションによって、ＧＦＣＩ回路３２０によって検知される全ての故障状態は、トリップ制御回路１２４に向けられる。これに応答して、トリップ制御回路１２４によって、過負荷検知、ＡＦＣＩの検知、又はＧＦＣＩの検知に対して、ソレノイド３１２の励起が可能となる。

図示されているように、サーキットブレーカー３０２は、検知制御インターフェース３１６に連結された自己診断回路３１２も備えている。この自己診断回路３１２によって、テスト信号が検知制御インターフェース３１６を介してトリップ制御回路１２４に伝達され、サーキットブレーカー３０２及びトリップ制御回路１２４の全ての機能がテストされる。自己診断回路３１２は、サーキットブレーカー３０２の外面上にあるボタン又は他のアクセス可能な他のコンタクトを押圧することによって作動される。サーキットブレーカー３０２の外面は、ラインバスバー及びニュートラルバスバーのためのコンタクトポイント（例えば、スライドコネクタ及び／又はスクリューコネクタ）も含んでいる。

要約すると、システム１００は、サーキットブレーカーパネルのための制御システムである。制御システムは、故障検知回路が各サーキットブレーカー内に備わっており、トリップ制御回路は各サーキットブレーカーの外側に備わるように分割される。少なくとも幾つかの実施態様において、各サーキットブレーカー内の故障検知回路は、過負荷状態、ＡＦＣＩ状態、及びＧＦＣＩ状態を検知することができる。一方、各サーキットブレーカーの外側にあるトリップ制御回路は、検知された故障に応じて、デフォルト作動オプション（過負荷のみ）、ＡＦＣＩ作動オプション（過負荷及びＡＦＣＩのみ）、ＧＦＣＩ作動オプション（過負荷及びＧＦＣＩのみ）、及びＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプション（過負荷、ＡＦＣＩ、及びＧＦＣＩ）を提供することができる。

サーキットブレーカーパネルのための制御システムは、トリップ制御回路と通信するユーザーインターフェースも備えている。このユーザーインターフェースによって、ユーザーは、サーキットブレーカーパネルのために電力消費情報を見ることができ、及び／又は、複数のサーキットブレーカーの各々を調整して、デフォルト作動オプション、ＡＦＣＩ作動オプション、ＧＦＣＩ作動オプション、及びＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプションの内の一つで作動させることができる。サーキットブレーカーパネルのための制御システムは、複数のサーキットブレーカーに接続されたユーティリティ計測インターフェースも備えている。このユーティリティ計測インターフェースは、サーキットブレーカーパネルのための電力消費情報を選択的にユーティリティ会社に伝送し、そのユーティリティ会社が各サーキットブレーカーを選択的に不可にすることを可能にする。サーキットブレーカーパネルのための制御システムは、ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）のためのマルチメディア機能を提供するネットワークインターフェースも備えており、及び／又は、電気機器／レセプタクル及びサーキットブレーカーパネル間の通信を可能にする終端通信インターフェースを備えている。

サーキットブレーカーパネルボックスにおけるサーキットブレーカーの数は、サーキットブレーカーパネルボックスが意図している家庭／ビジネスの大きさ、及び／又は、政府の規制に従って変わる。少なくとも幾つかの実施態様に従って、サーキットブレーカーパネルボックスのモデルは、４、６、８、１２、１６、２０、４０、又はそれより多くのサーキットブレーカーを備えている。サーキットブレーカーを含む数に従って、トリップ制御ループ回路の数量も増加する。言い換えると、本願で記載するトリップ制御ループ回路は、予め決められたサーキットブレーカー数（例えば、８個）に対応する制御チップを組み入れる。サーキットブレーカーの数が予め決められた数よりも大きい場合、制御チップの数は増加する。必要に応じて、複数の制御チップは、サーキットブレーカーパネルボックスに受信される通信又はサーキットブレーカーパネルボックスから伝送される通信に関してデイジーチェーン化される。

サーキットブレーカーパネルボックスの実施態様は、以下に記載するものによって変わる。すなわち、サーキットブレーカーの数、サーキットブレーカーの位置（例えば、垂直又は水平）、ディスプレー及び／又はＬＥＤの使用、ディスプレーの大きさ及び位置、ソフトウェアの設定、クロスバーの位置／形状、計測器の使用、その計測器の位置、ワイヤレス通信のためのアンテナの使用、ワイヤレスの周波数及びプロトコル、及び測定・ログ・サーキットブレーカーのリモート制御のためのユーティリティ会社のデバイスとの通信能力、によって変わる。幾つかの実施態様において、サーキットブレーカーパネルボックスの様々な機能は、顧客により選択できるが、要求はされない。さらに、各サーキットブレーカーに対して、ＡＦＣＩ、及び／又はＧＦＣＩの選択が随意可能である。

幾つかの実施態様において、サーキットブレーカーパネルボックスの制御回路は、本願に記載の全ての機能を支援することができる。しかしながら、全ての機能が各顧客によって選択される必要はなく、従って、サーキットブレーカーパネルボックスの実施も変わる。さらに、顧客は、後でサーキットブレーカーパネルボックスをアップグレードすることを決めることができ、サーキットブレーカーパネルボックスの全てを交換する必要はない。

幾つかの実施態様において、ＴＶ、イーサーネット、及び／又はケーブルは、ユーティリティ会社に無関係に、サーキットブレーカーパネルボックスに接続することができる。例えば、プラグ／ポート及び関連するプロトコルが、サーキットブレーカーパネルに組み入れられ、この付加された機能を得る。さらに、ＴＶ、イーサーネット、及び／又はケーブルのための通信は、電源ライン又はワイヤレスのハードウェア／プロトコルを介して成される。家庭／ビジネスにおいて、適切なアダプター／モデムが信号を変換するために必要に応じて組み入れられる。

少なくとも幾つかの実施態様に従い、サーキットブレーカーパネルボックスの実施態様は、以下に記載の事項を一つ又はそれ以上提供するように設定される。すなわち、１）サーキットブレーカーを無線でホット（ライン）及びニュートラルバスバーの両方に接続することを可能にする設計、２）タッチスクリーン、３）電圧及び安全要求事項（例えば、ＧＦＣＩ／ＡＦＣＩ）を、サーキットブレーカーパネルボックスにあるユーザーインターフェースから各サーキットブレーカーにプログラム化できるようなプログラム可能化、４）活線からのショックの緩和、５）エンドユーザーが電気機器毎の電力消費をリアルタイムでモニターすることができるようにすること、６）全ての有線の経路上に、ＧＦＣＩ及びＡＦＣＩをプログラム化する能力、７）電気機器の電力消費を、サーキットブレーカーパネルボックスで又は遠隔でプログラム化する能力、及び８）再スタート期間中に電力のスパイクを取り除く自動ソフトスタート機能、である。

少なくとも幾つかの実施態様に従い、各サーキットブレーカーは、以下に記載の事項を一つ又はそれ以上提供するように設定される。すなわち、１）個別の計測及び関連する維持費用を削除する、２）電力消費のリモートモニタリング／表示、３）リモートオン及びリモートオフ、４）家庭レベルにおける電力窃盗に関してユーティリティ会社に警告すること、及び／又は窃盗事件に応じて自動的にシャットダウンするように警告すること、５）ユーティリティ会社が、ブレーカー毎のレベルで家庭レベルにおいて電極消費を制御できるようにすること、６）ブロードバンドオーバーパワーライン（ＢＰＬ）ネットワーク、メッシュネットワーク、又は他の有線若しくは無線ネットワークとの機能性、７）（ユーティリティ会社がアップグレードするかに依存して）ユーティリティ会社が一つ以上の通信インターフェース又は計測器をインストールする場合、異なる計測器を不要にすること、８）ＢＰＬネットワークがインストールされた後、ユーティリティ会社に付加的な収入源を提供して、家庭又はオフィスへのオープンソースゲートウェイの機能を果たすこと、及び９）労働集約的な手動による計測器の読み及び関連費用を排除すること、である。

少なくとも幾つかの実施態様に従い、ブレーカー／計測器・ゲートウェイプロフィットセンターとして動作するサーキットブレーカーパネルボックスは、以下に記載の事項を一つ又はそれ以上提供するように設定される。すなわち、１）家庭又はオフィスへの又は家庭又はオフィスからのオープンソースゲートウェイ、２）いかなる通信ソフトウェアでもそれに適応するオープンアーキテクチャー、３）インターネットプロバイダー又は電話プロバイダーのような通信カスタマーが、サーキットブレーカーパネルボックスに直接つながるように又は電力会社がエンドユーザーに対してサービスを提供できるようにするソフトウェア、４）一旦サーキットブレーカーパネルボックスが接続されると、内部の家庭又はオフィスの配線又はケーブルを取り除くこと、５）エンドユーザーが、ＴＶ、又はコンピューターを標準的な家庭又はオフィスのレセプタクルに接続して、プロバイダーによって供給される通信を受信することを可能にすること、６）サーキットブレーカーパネルボックスのサードパーティーの営利会社への接続機能と同様に、ユーティリティ会社が、ＢＰＬの機能を使用することによって利益を得ることを可能にすること、７）サードパーティーが、家庭又はオフィス内部において無線で家庭にアクセスできるようにすること（システムは、家庭又はオフィスの内部において、標準的な電気配線での通信の伝達を可能とする）、及び８）家庭又はオフィスレベルにおいて、ユーティリティ会社とサードパーティーのアプリケーション間に壁を提供するチャンネル保護を用いて完全な安全性を保ちつつ、サードパーティーからのリモートアップグレードを支援すること、である。

図４は、本開示の実施態様に従った方法４００を示している。この方法４００は、複数のサーキットブレーカーのために制御ループを設定する段階を備えており、この制御ループによって、デフォルト保護オプション、ＡＦＣＩ保護オプション、ＧＦＣＩ保護オプション、及びＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ保護オプションの選択を可能とする（ブロック４０２）。方法４００は、前の設定に従って、制御ループを使用して複数のサーキットブレーカーを制御する段階をも備えている。

少なくとも幾つかの実施態様において、方法４００は、複数のサーキットブレーカーの各々を設定するユーザーインプットを受信して、デフォルト作動オプション、ＡＦＣＩ作動オプション、ＧＦＣＩ作動オプション、及びＡＦＣＩ／ＧＦＣＩ作動オプションの一つを作動する段階を付加的に備えている。付加的に、又は代替的に、方法４００はユーティリティ会社からの通信を受信して、複数のサーキットブレーカーを遠隔でモニター及び制御する段階をも備えている。付加的に、又は代替的に、方法４００はサーキットブレーカーパネルを介して、ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）の通信機能を管理する段階をも備えている。付加的に、又は代替的に、方法４００は、サーキットブレーカーパネルを介して、ユーザーと電気機器との間の通信を管理する段階を備えている。付加的に、又は代替的に、方法４００は、サーキットブレーカーパネルを介して、マルチメディア伝送を受信する段階を備えている。

上記記載は、本願の原理及び種々の実施態様の例を意味している。一旦上記開示を十分に理解すれば、多くの変形及び改良が当業者には明らかになるであろう。以下の特許請求の範囲は、そのような変形及び改良の全てを包含すると解釈されることを意図している。

Claims (15)

1. 複数のサーキットブレーカーと、
   前記サーキットブレーカーの外側に連結されるトリップ制御回路と、
   を備えたシステムであって、
   前記複数のサーキットブレーカーの各々は、対応する電気回路の故障を検知する回路であって、検知された故障を過負荷、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）、又は漏電遮断（ＧＦＣＩ）と特定する故障信号を生成する回路を有しており、
   前記トリップ制御回路は、前記サーキットブレーカーの各々からの故障信号を受信するように構成されており、かつ前記トリップ制御回路は、選択されたサーキットブレーカーからの故障信号を受信し、前記対応する電気回路の故障を特定し、それに応じて、デフォルトの過負荷、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）、漏電遮断（ＧＦＣＩ）、及びアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションの中から、前記選択されたサーキットブレーカー用に予め設定された作動オプションに従って前記受けられた故障信号を処理することによって、前記選択されたサーキットブレーカーの作動を選択的に可能にするように構成されているシステム。
2. 前記トリップ制御回路は、
   前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路の過負荷であると見なされた場合、デフォルトの過負荷作動オプションに従って、選択されたサーキットブレーカーの作動を可能とし、
   前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路のアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）又は過負荷のいずれかであると見なされた場合、前記アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）作動オプションに従って、選択されたサーキットブレーカーの作動を可能とし、
   前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路の漏電遮断（ＧＦＣＩ）又は過負荷のいずれかであると見なされた場合、前記漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションに従って、選択されたサーキットブレーカーの作動を可能とし、
   前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路のアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）、漏電遮断（ＧＦＣＩ）、又は過負荷のいずれかであると見なされた場合、前記アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションに従って、選択された作動サーキットブレーカーの作動を可能とする請求項１に記載のシステム。
3. 故障を検知する前記回路は、
   前記対応する電気回路の過負荷の事象を検知するためのパワーセンサ回路と、
   前記対応する電気回路の故障遮断（ＡＦＣＩ）及び漏電遮断（ＧＦＣＩ）の事象を検知するための故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）センサと、
   前記パワーセンサ回路及び前記故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）センサによって検知された過負荷、故障遮断（ＡＦＣＩ）、又は漏電遮断（ＧＦＣＩ）を特定する回路であって、それに応じて、前記トリップ制御回路に送信するために、対応する故障信号を生成する回路と、
   を有する請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数のサーキットブレーカーに連結されたユーティリティ計測回路をさらに備え、該ユーティリティ計測回路は、前記システムの電力消費情報を決定するとともに、ユーティリティ計測収集サイトへ伝送するために前記情報を形式設定する請求項１に記載のシステム。
5. 前記トリップ制御回路と通信するユーザーインターフェースをさらに備え、該ユーザーインターフェースによって、ユーザーは、前記複数のサーキットブレーカーの各々に対して、デフォルト過負荷作動オプション、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）作動オプション、漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプション、及びアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションの中から一つを選択することができる請求項１に記載のシステム。
6. 前記ユーザーインターフェースに連結された終端通信インターフェースをさらに備え、該終端通信インターフェースによって、ユーザーは、前記ユーザーインターフェースを介して、電気機器又は電気レセプタクルと通信することができる請求項１に記載のシステム。
7. 前記トリップ制御回路に連結された通信インターフェースをさらに備え、該通信インターフェースによって、電力プロバイダーは、前記複数のサーキットブレーカーの各々を個別にリモート作動させることができる請求項１に記載のシステム。
8. 前記システム用のサーキットブレーカーパネルを介して、マルチメディア伝送が受信されることを可能とする通信インターフェースをさらに備えた請求項１に記載のシステム。
9. ライン側のバスバー及びニュートラル側のバスバーをさらに備え、前記複数のサーキットブレーカーは、電線を使用せずに、前記ライン側のバスバー及び前記ニュートラル側のバスバーに直接連結する請求項１に記載のサーキットブレーカーパネル。
10. サーキットブレーカーパネルであって、
    該サーキットブレーカーパネルに使用される複数のサーキットブレーカーの各々の内部にある故障検知回路と、
    前記故障検知回路の各々に連結され、かつ前記複数のサーキットブレーカーの外側に配置されたトリップ制御回路と、
    を備え、
    前記故障検知回路は、対応する電気回路の故障を検知するように作動し、それに応じて、検知された故障を、過負荷、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）、又は漏電遮断（ＧＦＣＩ）と見なす故障信号を生成するように構成されており、
    前記トリップ制御回路は、選択されたサーキットブレーカーから故障信号を受信し、それに応じて、デフォルトの過負荷作動オプション、アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）作動オプション、漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプション、及びアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションの中から、前記選択されたサーキットブレーカー用に予め選択された作動オプションに従って、前記受信した故障信号を処理することによって、前記選択されたサーキットブレーカーの作動を選択的に可能にするように構成されているサーキットブレーカーパネル。
11. 前記トリップ制御回路は、
    前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路の過負荷であると見なされた場合、デフォルトの過負荷作動オプションに従って、選択されたサーキットブレーカーの作動を可能とし、
    前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路のアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）又は過負荷のいずれかであると見なされた場合、前記アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）作動オプションに従って、選択されたサーキットブレーカーの作動を可能とし、
    前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路の漏電遮断（ＧＦＣＩ）又は過負荷のいずれかであると見なされた場合、前記漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションに従って、選択されたサーキットブレーカーの作動を可能とし、
    前記受信した故障信号によって、検知された故障が、前記対応する電気回路のアーク故障遮断（ＡＦＣＩ）、漏電遮断（ＧＦＣＩ）、又は過負荷のいずれかであると見なされた場合、前記アーク故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）作動オプションに従って、選択された作動サーキットブレーカーの作動を可能とする請求項１０に記載のシステム。
12. 故障を検知する前記回路は、
    前記対応する電気回路の過負荷の事象を検知するためのパワーセンサ回路と、
    前記対応する電気回路の故障遮断（ＡＦＣＩ）及び漏電遮断（ＧＦＣＩ）の事象を検知するための故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）センサと、
    前記パワーセンサ回路及び前記故障遮断（ＡＦＣＩ）／漏電遮断（ＧＦＣＩ）センサによって検知された過負荷、故障遮断（ＡＦＣＩ）、又は漏電遮断（ＧＦＣＩ）を特定する回路であって、それに応じて、前記トリップ制御回路に送信するために、対応する故障信号を生成する回路と、
    を有する請求項１１に記載のシステム。
13. ライン側のバスバー及びニュートラル側のバスバーをさらに備え、前記複数のサーキットブレーカーは、電線を使用せずに、前記ライン側のバスバー及び前記ニュートラル側のバスバーに直接連結する請求項１０に記載のサーキットブレーカーパネル。
14. 前記トリップ制御回路に連結されたユーザーインターフェースをさらに備え、該ユーザーインターフェースによって、ユーザーは、前記サーキットブレーカーパネルの電力消費情報を見ることができ、かつ前記複数のサーキットブレーカーの各々が前記異なる作動オプションの一つで動作するように調整することができる請求項１０に記載のサーキットブレーカーパネル。
15. ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）用にマルチメディア機能を備えたネットワークインターフェースと、電気機器及びユーザーの間の通信を可能にする終端通信インターフェースとをさらに備えた請求項１１に記載のサーキットブレーカーパネル。

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