JP2016506711A - 安全な露出導体電力分配システム - Google Patents

Abstract

ソースからのエネルギー輸送を調節する電力分配システムは、ソース端子の両端電圧を示す信号を含むフィードバックを提供するソースセンサに応答するソース制御器と、ソース端子へソースを電気的に接続するまたは電気的に切断するためのソース制御器からの制御信号に応答するソース切断装置であって、ソース制御器は、電圧がソース端子の両端で測定されるときにソース切断装置を開放することにより電力の供給を遮断する、ソース切断装置と、負荷端子から負荷を電気的に切り離すための負荷切断装置と、ソースとソース端子間の電気的接続を遮断するために前記ソース切断装置が開放されるかどうかを、時間に関してのソース端子の両端電圧の変化が所定範囲から外れるかどうかを含む所定の一組の条件に基づき判断するための前記ソース制御器内の論理装置とを含む。

Description

本発明は、電力分配システム安全保護装置、例えば電気的障害または安全性欠陥の場合、特に個人が露出導体に接触する場合の電力を検知し切断するための電子監視を有する電力分配システムに関する。本発明は、一般的電力分配、より具体的には電気自動車充電、遠隔通信または代替エネルギー電力システムに適用可能である。

典型的な電力分配用途では、中心ソースからの電力は多くの分岐回路を通って負荷装置へ分配される。分岐回路は回路遮断器またはヒューズなどの保護装置を備える。短絡などの電気的障害中、保護装置は、異常に高いレベルの電流を検出するとともに、電力分配システムに損傷または火災を引き起こす前にソースを負荷から切断または遮断するように設計される。

特定の分岐回路内の相電流間の不平衡を検出することにより地絡遮断器（ＧＦＩ：Ｇｒｏｕｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ）付き感電死保護を電力分配システムへ導入することは、電流が別の接地経路を流れており、場合により個人を感電死させようとしているということを示す。

しかし、従来の電力分配保護方法には著しい欠点がある。例えば、依然として火災が接触不良から発生する可能性がある。この場合、ライブ接続の抵抗は増加し、周囲の材料を発火させる点まで加熱する。この発熱は分岐回路保護装置のトリップ点をはるかに下回る電流において発生する可能性がある。ＧＦＩ保護の場合、ＧＦＩ回路は、個人が一方の手でライブ導体に接触し他方の手でシンク蛇口に接触すればそうなるだろう線路導体と地絡点の両方に接触する個人だけを保護し得る。個人がライブ導体と戻り経路との両方に（家庭用コンセントの「ホット」導体と中性導体にわたって）なんとか接触すれば、ＧＦＩは起動しなく、人は衝撃を受けるであろう。

別の重要な概念は、感電の致死性と人体中を流れる電流パルスの持続時間および大きさとを関係付けるために使用されるメトリックである。電気生理学者がこの関係を記述するために使用する１つのメトリックは、クロナキシー（技術者がシステム時間定数と呼ぶものと同様な概念）として知られている。電気生理学者は、長いパルスを使用することにより、神経細胞をトリガする最小の電流量を発見することにより神経のクロナキシーを判断する。連続試験では、同パルスは短くされる。同電流のより短いパルスは神経をトリガする可能性が小さい。クロナキシーは、最初の非常に長いパルスから判断された電流の２倍で細胞をトリガするための最小刺激長として、定義される。所与の電流のクロナキシー未満のパルス長は神経細胞をトリガしない。本開示の発明は、エネルギーパケットの大きさと持続時間を、感電死を引き起こすであろうレベル未満に安全に維持するためにクロナキシー原理を活用し得る。

感電死は、心室細動（ＶＦ：ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ）に起因する電気的衝撃による心拍静止の誘発である。ＶＦは心臓の正常なリズムの乱れである。死は心臓の鼓動が不規則になると起こり得、血流は最小になるまたは完全に停止する。ＭｃＤａｎｉｅｌらは“Ｃａｒｄｉａｃ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｎｅｕｒｏｍｕｓｃｕｌａｒ Ｉｎｃａｐａｃｉｔａｔｉｎｇ Ｄｅｆｅｎｓｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｐａｃｉｎｇ ａｎｄ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ ２８，Ｎｕｍｂｅｒ １，Ｊａｎｕａｒｙ ２００５において、開示された本発明のものと同様な条件下でＶＦを誘発するのに必要な最小電荷を推定するための保守的基準を提供している。本研究は、暴力的な容疑者を無能力化するために司法当局により一般的に使用される電気的神経筋無効化装置（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｅｕｒｏｍｕｓｃｕｌａｒ ｉｎｃａｐａｃｉｔａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）の安全面を調査するために行われた。ＭｃＤａｎｉｅｌは、動物の胸部に印加される複数の短い（１５０μｓ）電気的パルスに対する一連の豚の反応を測定した。これらの試験では、７２０μＣの閾値電荷が３０ｋｇの動物のＶＦを誘発することができた。棘付き矢が、心臓に極近接した動物の表面に置かれ、皮膚の正常な絶縁隔壁をバイパスするのに十分なだけ表面に侵入された。これは４００オームほどの低い身体抵抗を生じる。比較として、米国職業安全健康局（ＯＳＨＡ：Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｈｅａｌｔｈ Ａｇｅｎｃｙ）は湿った人肌の抵抗が約１０００オームであると記載している。

ソースにより負荷装置へ送られる電気的エネルギーの輸送を注意深く監視することにより、外部短絡回路または衝撃を受ける人などの他のある機構がエネルギー輸送に影響を与えたかどうかを判断し得る。このとき、エネルギー輸送は装置または要員を保護するために遮断され得る。電流パルスの期間が筋クロナキシー未満であれば、人の骨格筋または心臓筋はパルスによりそれほど影響を受けない。建物または装置火災の回避もまた極めて重要であるが、火災を引き起こすエネルギーのレベルは通常、心拍静止を引き起こすであろうものよりはるかに小さい。開示された発明は、エネルギー輸送を小さな増分単位で監視し制御することができ、したがって回路遮断器と地絡遮断器の組み合わせにより提供され得るものも越える追加の安全性を提供することができる。

２つの検知されるべき一次障害モードがある。第１のモードは、図３ａの衝撃を受けている個人により示すように異常な抵抗がソースと負荷間の経路と直列に置かれるインラインすなわち直列障害である。第２の障害モードは図３ｂに示すようなクロスラインすなわち並列障害である。インライン障害は、所与の電流のソース点と負荷点間の電圧の異常低下により検知され得る。開示された発明では、クロスライン障害は、電子的スイッチングによりソースと負荷の両方から絶縁された後の出力導体間のインピーダンスの低下により検知され得る。

電力分配システムの実施形態のブロック図を図１に示す。電力分配システムはソース１から負荷３へのエネルギー輸送を調節する。定期的に、ソース制御器５は「サンプル期間」として知られた所定期間の間Ｓ１切断器７を開く。キャパシタＣ_ｌｏａｄ（４）は負荷端子へ電気的に接続される。同キャパシタは、Ｓ１が開かれる瞬間の直前に存在した負荷端子３２ａ、３２ｂ上に存在する電圧を記憶する。本明細書と特許請求の範囲では「電圧」への参照はまた、電流、および／または電圧とともに変化する他のパラメータを含む。ソース端子間の抵抗はＲ_ｓｒｃ（２）により表される。特定の実施形態では、Ｒ_ｓｒｃは１０Ｋ〜１０Ｍｅｇａオームの値を有する。

正常状態中に、Ｓ１が開かれると、キャパシタＣ_ｌｏａｄの両端電圧は、Ｒ_ｓｒｃを通って負荷に放電するので減衰する。スイッチＳ２（１３）は負荷回路からＣ_ｌｏａｄを絶縁する。Ｓ２は、「発明を実施するための形態」章において後で論述されるように、制御不能ダイオードから制御可能双方向固体スイッチまでの範囲の多くの形態のうちの任意のものを取り得る。この時点で、ソース端子３１ａ、３１ｂと負荷端子３２ａ、３２ｂはソース５と負荷９から電気的に絶縁される。Ｃ_ｌｏａｄにより表されたキャパシタンスの唯一の放電経路はソース端子抵抗Ｒ_ｓｒｃである。しかし、図３ｂに描写されるクロスライン障害中、人体または導電素子などの異物の抵抗が導入され、Ｒ_ｌｅａｋ（６）により表される。Ｒ_ｓｒｃとＲ_ｌｅａｋの並列組み合わせはＣ_ｌｏａｄの電圧減衰速度を著しく増加させる。開かれるＳ１の直前のＣ_ｌｏａｄ上の電圧がソース制御器５により測定される。所定のサンプル期間の終わり（Ｓ１が閉じた（導電）状態へ戻るように指令される直前）に、Ｃ_ｌｏａｄの電圧は再び測定され、サンプル期間の始まる直前になされた測定結果と比較される。

Ｃ_ｌｏａｄの両端電圧が余りにも速くまたは余りにも緩やかのいずれかで減衰すれば、障害が登録され、Ｓ１は閉位置へ戻されない。Ｓ２が制御可能バージョンであれば、Ｓ２もまた開放（非導電）状態のままとなる。高い減衰速度は図３ｂに描写するようなクロスライン障害を示す。低い減衰速度は図３ａに描写するようなインライン障害を示す。ＤＣ電力が輸送されている電力分配システムにおける、正常動作中とクロスライン障害が存在する場合とのＣ_ｌｏａｄ上の電圧減衰速度の差を図４に描写する。ＡＣ電力が輸送されている電力分配システムにおける、正常動作中とクロスライン障害が存在する場合とのＣ_ｌｏａｄ上の電圧減衰速度の差を図５に描写する。

いかなる障害条件も無ければ、Ｓ１は閉じた（導電）状態へ戻るように再び指令され、Ｓ２は制御可能バージョンであれば導通状態へ戻るように指令される。このとき、エネルギーは次のサンプル期間までソースと負荷間で輸送される。サンプル期間の間の放電期間は「輸送期間」と呼ばれる。

図３ａに描写されたインライン障害の追加のチェックは、ソース制御器と負荷制御器がエネルギー輸送期間中図１の感知点３４、３５においてそれぞれの端子電圧を取得する。高度な監視選択肢を取り込んだいくつかの実施形態では、通信リンク１１が実装され、ソース制御器は通信リンクを介し負荷端子電圧を得ることになる。このとき、ソース制御器は２つの測定結果の電圧差を計算する。ソース制御器はまた、電流センサ８を使用することにより、ソース端子を通る電流を取得する。次に、ソース制御器は、オームの法則または関係式を利用することによりソース端子と負荷端子間の線路抵抗を次式のように計算し得る：抵抗＝電圧／電流。計算された線路抵抗は所定の最大値と最小値と比較される。最大値を越えれば、Ｓ１とＳ２（制御可能バージョンであれば）は直ちに開放され、インライン障害が登録される。予想より低い線路抵抗もまた、ハードウェア障害の指標である。

負荷への通信リンク無しにインライン抵抗を測定する別の方法では、ソース制御器が、電流センサ８を使用することにより、感知点３４におけるソース端子電圧とソース端子を通る電流とを測定する。電圧および電流採取は同じエネルギー輸送期間中にほぼ同時になされる。このとき、切断器Ｓ１は開放され、ソース制御器は感知点３４において別の電圧サンプルを採取する。サンプルはＳ１の開放後直ちに採取される。第１と第２の電圧サンプルの大きさの差は線路抵抗に比例する。図８に描写するように、第２の電圧サンプルはＣ_ｌｏａｄ上の電圧が著しく減衰する時間を有する前に採取されるため、第１と第２の電圧サンプルの電圧降下は、サンプル期間の残りの期間に起こる電圧の正常な遅い減衰と無関係である。

安全な電力分配システムの実施形態のブロック図である。 ソース制御器の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 インラインすなわち直列衝撃障害を描写する図である。 クロスラインの並列衝撃障害を描写する図である。 直流（ＤＣ）源を有する電力分配システム出力導体上の電圧を示す図である。 交流（ＡＣ）源を有する電力分配システム出力導体上の電圧を示す図である。 ブロッキングダイオードを有する単方向スイッチ構成を使用して構成されたＤＣ切断器の図である。 双方向スイッチ構成を使用して構成されたＡＣ切断器の図である。 ダイオードだけで構成された単方向ＤＣ切断器の図である。 電力線全体にわたる通信の変調／復調装置を含む別のソース制御器構成の図である。 インライン抵抗計算のための電圧サンプリングを描写するソース電圧波形の図である。 通常のツイストペアケーブル上でユーザデータと電力とを組み合わせるためにセンタータップ絶縁変圧器を使用する図である。

本発明の様々な態様の前述および他の特徴および利点は、本発明のより広い範囲内の様々な概念および特定の実施形態のより詳細な説明から明らかになる。先に導入され、以下により詳細に論述される主題の様々な態様は、本主題が実施形態のいかなる特定のやり方にも限定されないので、多くのやり方のうちの任意のやり方で実施され得る。特定の実施形態およびアプリケーションの例は、主として例示目的のために提供される。

本明細書で別途規定され、使用され、特徴付けられない限り、本明細書で使用される用語（技術および科学用語を含む）は、関連技術の文脈内で受け入れられるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されてはならない。

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためであり、例示的実施形態を制限するようには意図されていない。本明細書で使用されるように、文脈が明示しない限り単数形の不定冠詞などの単数形式は複数形式も同様に含むように意図されている。加えて、用語「含む」は、上述の要素または工程の存在を規定するものであるが、１つまたは複数の他の要素または工程の存在や追加を排除しない。

図１のＳ１切断器７とＳ２切断器１３を構成するための多くの業界標準方法がある。一実施形態では、Ｓ１とＳ２の構造はシステムがＤＣまたはＡＣ電力を分配しているかどうかと、負荷側スイッチが制御可能であるかまたは単純なダイオードであるかに基づき判断される。負荷制御器がＳ２の動作を制御することができるＤＣ電力分配では、図６ａのＤＣ切断器構成３７が使用され得る。この構成では、電流はダイオード３９を遮断することにより負−正方向に遮断される。

正−負方向の電流の流れは、制御信号４０の印加に従って内部スイッチ３８により制御される。制御可能スイッチ３８は、不正な電力源が負荷端子に接続された場合またはソース制御器が誤動作し、ソース１からの電力をもはや遮断できない場合に、電力を遮断する能力を負荷制御器に与える。バッテリ充電などの用途では、制御されない過充電はバッテリ損傷または発火を生じ、したがって制御可能負荷切断器が有利となる。内部スイッチ３８に使用されるトランジスタタイプは電圧および電流要件に基づき選択される。使用され得る業界標準トランジスタとしては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはＩＧＣＴが挙げられる。内部スイッチ３８の導通を制御するための制御信号４０の電気的実施形態はトランジスタのタイプに依存するが、パワーエレクトロニクスの当業者によく知られている。

負荷制御器９が負荷端子への電力を遮断する能力を有する必要が無い場合、内部スイッチ３８は、負荷回路から負荷キャパシタＣ_ｌｏａｄ（４）内に逆流する電流を遮断するために、ダイオード３９だけを使用することにより図６ｃに示すように構成され得る。

ＡＣ電力分配のためには、図６ｂのＡＣ切断器構成４１が使用され得る。この構成では、独立に動作する内部スイッチ４３または４６は、各スイッチの反対方向の電流の流れがバイパスダイオード４２または４５により許容されるので、ただ１つの方向の電流を遮断し得る。しかし、オン／オフ制御信号４４、４７の組み合わせ動作により、切断器４１を通る電流はいずれかの方向または両方向に遮断され得る。両方向の電流の流れを遮断するために、制御信号４４、４７は両方ともオフ状態に設定され、内部スイッチ４３、４６を開放状態（非導通状態）にする。負−正方向の流れを遮断する一方で正−負方向の電流の流れを許容するために、内部スイッチ４６は閉じた（導電）状態に置かれる。このとき、電流は、自由に正端子からバイパスダイオード４２を通り、内部スイッチ４６を通って流れ、負端子から出る。逆に、正−負方向の流れを遮断する一方で負−正方向の電流の流れを許容するために、内部スイッチ４３は閉じた（導電）状態に置かれる。このとき、電流は、自由に負端子からバイパスダイオード４５を通り内部スイッチ４３を通り、正端子から出る。内部スイッチ４３、４６を実現するために使用されるトランジスタタイプは電圧および電流要件に基づき選択される。使用され得る業界標準トランジスタとしては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはＩＧＣＴが挙げられる。内部スイッチ４３、４６の導通を制御するための制御信号４４、４７の電気的実施形態は、使用されるトランジスタのタイプに依存するが、パワーエレクトロニクスの当業者によく知られている。

図２に示すように、ソース制御器５は、マイクロプロセッサ２０、通信ドライバ１７、２２、信号調整回路２４、２６、２８を含む。図１の負荷制御器９はソース制御器に構造が似ているが、以下の「動作シーケンス」の章で説明される機能を行うために様々なオペレーティングソフトウエアで構成される。図１を参照すると、動作を開始する前に、セルフチェックおよび初期化工程が工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で行われる。Ｓ１切断スイッチ７とＳ２切断スイッチ１３（制御可能であれば）は、初期化中開放（非導電）状態のままであるように指令される。

動作シーケンス
ａ）図１を参照すると、ソース制御器５は、電流センサ８により報告されるように、点３３におけるソース電圧が所定の期待値以内であるということと、ソース電力導体中に流れる電流が無いということとを検証する。ソース制御器５はまた、当該業界で一般的であるように、そのハードウェアおよびファームウェアが適切に機能しているということを検証するために内蔵の試験アルゴリズムを実行する。
ｂ）実施形態が高度な監視選択肢を取り込んでいれば、通信チェックは、負荷制御器９への通信リンク１１を介しソース制御器により行われる。確実なエネルギー輸送を実現する配送システムでは、ソース制御器５は、エネルギー輸送が開始される前に、電力を受け取ることにソースおよび負荷装置が電気的に適合しかつ認証されたということを保証するために、所定値に一致するデジタル検証コードを予期する。例えば、エネルギーが購入されているアプリケーションには検証コードが必要であり得る。ソース制御器５は、その状態を要求する負荷制御器９へ要求を、通信リンク１１を介し送信する。負荷制御器９は、その導体上の電圧と電流の値と任意の障害コードに応答する。ソース制御器５は、負荷電圧が所定値以内であるということと、負荷電力導体内に流れる電流が無いということ（これは、ソース切断の考えられる故障、電流センサ故障、または他のハードウェア問題を示す）とを検証する。負荷制御器９はまた、当該業界で一般的であるように、そのハードウェアおよびファームウェアが正しく機能しているということを検証するために内蔵の試験アルゴリズムを実施する。登録された障害が無ければ、シーケンスは工程（ｃ）に進む。障害が登録されていれば、工程（ａ）で始まるシーケンスを繰り返す。
ｃ）ソース制御器５は、エネルギーがソースから負荷へ輸送される輸送期間の持続時間を判断するために、点３３においてソース電圧の別の測定を行う。ソース電圧が高ければ高いほど、あり得る障害電流は大きく、したがって輸送期間はより短くなる。ソース電圧測定結果は、輸送期間の安全な持続時間値を判断するために、ソース制御器５のプロセッサ内の内部テーブルまたは関数に適用される。可変輸送期間の使用は開示された本発明の動作に必須ではないが、可変輸送期間の長さに基づき測定の数を最大化することができ、スイッチングインスタンスの量を最小限にすることができるので、エネルギー輸送をより効率的にし、かつ誤警報を起こしにくくする。代替案は、最大可能ソース電圧とワーストケース安全条件のために設定された固定持続輸送期間を維持することである。
ｄ）輸送期間の判断に続いて、ソース制御器５はスイッチＳ１を閉じる。負荷回路が制御可能切断器を内蔵していれば、負荷制御器９は点３５において電圧センサにより測定されたキャパシタＣ_ｌｏａｄ（４）の両端電圧の急速な増加を感知し、スイッチＳ２（１３）を直ちに閉じることになる。負荷回路が切断器としてダイオードを使用していれば、いかなるアクションも必要無い。制御器５、９の両方はそれぞれの端子における電圧と電流を測定し続ける。
ｅ）輸送期間が終わるとサンプル期間が始まる。ソース制御器５は点３４におけるＣ_ｌｏａｄの両端電圧を測定し、次にスイッチＳ１を開く。負荷回路が制御可能切断器を内蔵していれば、負荷制御器９はＳ１が開放されるとＣ_ｌｏａｄの両端電圧の急低下を感知し、スイッチＳ２を直ちに開く。負荷制御器９が切断器としてダイオードを採用していれば、負荷制御器９からのいかなるアクションも必要無い。
ｆ）Ｓ１が開放された後直ちに、ソース制御器は、電流センサ８を使用して、点３４におけるＣ_ｌｏａｄの両端電圧とソース端子を通る電流とを測定する。電流値がほぼ零でなければ、ハードウェア障害が登録され、切断器Ｓ１は開状態のままにされ、シーケンスは工程（ｊ）へスキップする。障害が登録されていなければ、動作シーケンスは工程（ｇ）へ続く。
ｇ）ソース制御器５は、「発明の概要」章で上に述べた２つの方法のうちの１つを使用することにより、工程（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）において取得された電圧サンプルと電流サンプルから線路抵抗を計算する。ソース制御器と負荷制御器間で採用されるシリアル通信が無ければ、線路抵抗を計算するために、Ｓ１が開放される前とその直後の図１の点３４における電圧の差が電流で除算される。ソース制御器と負荷制御器５、９がシリアル通信を備えていれば、ソース制御器５は、ソース側と負荷側間の電圧差を計算するために負荷制御器９から負荷電圧を読むことを要求し得る。電圧差を電流で除算することにより線路抵抗の値を戻す。線路抵抗が所定最大値より大きければ、インライン障害がソース制御器５により登録される。所定最小値未満の計算線路抵抗はハードウェア障害を示す。障害が登録されていれば、ソース制御器５はＳ１を直ちに開放し、工程（ｊ）へ進む。登録された障害が無ければ、シーケンスは工程（ｈ）へ進む。
ｈ）スイッチＳ１はサンプル期間の終了まで開状態のままである。サンプル期間の終わりであるが、Ｓ１が再び閉じられる前に、ソース制御器は、点３４におけるＣ_ｌｏａｄの電圧を測定し、電圧読み取りとサンプル期間の始めに取得された電圧読み取りとを比較する。電圧が第１の所定値未満になるまでに余りに急速に減衰すれば、クロスライン障害が登録される。電圧が余りに緩やかに減衰し、第２の所定値未満まで低下していなければ、これは、線路抵抗が余りに高いまたはハードウェア障害が存在するという指標である。障害が登録されれば、シーケンスは工程（ｊ）へスキップする。登録された障害が無ければ、動作シーケンスは工程（ｉ）へ続く。
ｉ）登録された障害が無ければ、動作シーケンスは工程（ｃ）で始まる工程を繰り返し、そうでなければ、シーケンスは以下の工程（ｊ）へ続く。
ｊ）電力分配システムは、インライン障害、クロスライン障害、またはハードウェア障害により障害状態となる。特定の実施形態では、システムは、障害状態からの自動復帰または手動リセットのいずれかの構成を許容する。システムが手動リセット用に構成されていれば、システムは、外部システムまたはオペレータが再スタートを開始するまでＳ１スイッチが開放されたままとなる。次に、システムは工程（ａ）から動作シーケンスを再開する。システムが自動リスタート用に構成されていれば、依然として電力分配導体と接し得る装置または要員へのストレスを制限するために、ソース制御器により遅延期間が実施される。特定の実施形態では、この期間は１〜６０秒である。次に、システムは工程（ａ）から動作シーケンスを再開する。追加のレベルの安全性に関し、Ｓ１またはＳ２のいずれかが誤動作した場合に冗長切断として働くために機械的接触器がＳ１および／またはＳ２に直列に含まれ得る。

概要、影響と範囲
本明細書では、伝統的な回路保護装置と地絡遮断器の欠陥を克服する一方でエネルギーをソースから負荷へ安全に輸送し得る新規な電力分配システムについて説明する。

その最も単純な形態では、本発明は、個人が両方のリンク導体に同時に接触すれば発生するだろうクロスライン障害だけを感知するように構成され得る。この場合、図１の位置３４のソース端子の両端電圧だけが障害を認識するために測定される。

負荷切断装置が上の「発明の概要」章で述べたように制御可能である好適な実施形態では、「サンプル期間」は図１のソース切断器Ｓ１（７）を開くことにより開始される。負荷制御器９は、Ｓ１が開放されるとＣ_ｌｏａｄ上の急速な電圧降下を感知し、サンプル期間を開始するために切断器Ｓ２（１３）を直ちに開く。通信リンク１１を利用することで、Ｓ２を開放するアクションは、負荷切断装置を開放するために負荷制御器９にＣ_ｌｏａｄ上の電圧降下をトリガとして感知させるよりもむしろ、ソース制御器５が通信命令を負荷制御器９へ送信することにより、および負荷制御器９が負荷切断装置を開状態または閉状態へ移るように命じることにより、開始され得る。

図１の部品Ｃ_ｌｏａｄ（４）とＲ_ｓｒｃ（２）はそれぞれ、スイッチＳ１（７）とＳ２（１３）が開放（非導通状態）の場合のソース３１ａ、３１ｂと負荷端子３２ａ、３２ｂにおいてわかるように、キャパシタンスと抵抗を表す。特定の実施形態では、これらの部品はソース端子導体と負荷端子導体間に置かれた既知値の個別部品である。しかし、導体のキャパシタンスと抵抗は、個別部品が存在しなくても、それらの物理的構造に起因する抵抗およびキャパシタンスの固有の抵抗値とキャパシタンス値を有する。いくつかの場合には、システムは、ソース制御器５をこれらの固有の値でプログラムすることにより動作され得、したがって個別の抵抗器およびキャパシタ部品を実装する必要を無くす。

いくつかのアプリケーションでは、太陽光アレイなどの代替エネルギー源を有する家庭など「グリッド接続」アプリケーションにおいて例示されるように、エネルギーは負荷装置３からソース装置１へ流れ得る。夜間、家庭は、電力グリッドをエネルギー源として、負荷装置３として働くであろうが、日中、家庭は、グリッドへ売り戻される太陽電気を生成するときには負荷３というよりむしろソース１になり得る。このようなケースでは、システムの動作は上の「発明を実施するための形態」において説明したものとほぼ同じである。ソース制御器５と負荷制御器９は電力分配システム内の電流と電圧の大きさと極性の両方を検知するので、ソース制御器５はこの新しい動作モードを必然的に実行し始める。例えば、「発明を実施するための形態」において説明したように、電力分配システム導体における電圧降下はライン電流にワーストケース線路抵抗を乗算することにより計算される。負荷が電力を吸い込むよりもむしろ電力を供給し始めると、電流の極性は反転することになるが、線路電圧降下計算は依然として有効である。

ソース制御器５と負荷制御器９は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックデバイス、または制御アルゴリズムを実行するのに好適な他のデジタル回路などの論理装置を含み得る。負荷制御器９は、システムの負荷側に関連するデータを収集する単純なセンサノードの形態を取り得、必ずしもマイクロプロセッサを必要としない。

制御器５と９はコンピュータ装置であり得、本開示のシステムと方法はコンピュータシステム環境において実施され得る。本システムと方法と共に使用するのに好適であり得る周知のコンピュータシステム環境とその部品の例としては、限定するものではないが、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、携帯型またはラップトップ装置、タブレット装置、スマートフォン、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースシステム、セットトップボックス、プログラム可能民生電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記システムまたは装置の任意のものを含む分散コンピュータ環境などが挙げられる。典型的なコンピュータシステム環境とそれらの動作と部品については多くの既存特許に説明されている（例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社所有の米国特許第７，１９１，４６７号明細書）。

本方法はプログラムモジュールなどの非一時的コンピュータ実行可能命令を介し行われ得る。一般的に、特定のタスクを行う、または特定タイプのデータを実装するプログラムモジュールとしては、ルーチン、プログラム、オブジェクト、部品、データ構造などが挙げられる。本方法はまた、通信ネットワークを介しリンクされる遠隔処理装置によりタスクが行われる分散コンピュータ環境内で実施され得る。分散コンピュータ環境では、プログラムモジュールは、記憶装置を含むローカルコンピュータ記憶媒体と遠隔コンピュータ記憶媒体の両方内に配置され得る。

本明細書に記載の方法と機能は、コンピュータ内のソフトウェア命令の形式で非一時的に格納され得る。コンピュータの部品としては、限定するものではないが、コンピュータプロセッサ、メモリとして働くコンピュータ記憶媒体、メモリを含む様々なシステム部品をコンピュータプロセッサへ結合するシステムバスが挙げられる。システムバスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、様々なバスアーキテクチャのうちの任意のものを使用するローカルバスを含むいくつかのタイプのバス構造のうちのいずれかであり得る。

コンピュータは通常、プロセッサによりアクセス可能な１つまたは複数の多種多様なコンピュータ可読媒体を含み、揮発性および不揮発性媒体と着脱可能および着脱不能媒体との両方を含む。一例として、コンピュータ可読媒体はコンピュータ記憶媒体と通信媒体を含み得る。

コンピュータ記憶媒体は、ソフトウェアとデータを非一時的状態で格納し得る。コンピュータ記憶媒体としては、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどのソフトウェアとデータを記憶するための任意の方法または技術で実現される揮発性および不揮発性と着脱可能および着脱不能の両方の媒体が挙げられる。コンピュータ記憶媒体としては限定するものではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、または所望の情報を格納するために使用されプロセッサによりアクセスおよび実行され得る他の任意の媒体が挙げられる。

メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性および／または不揮発性メモリの形式のコンピュータ記憶媒体を含む。起動中などにコンピュータ内の要素間で情報を転送するのを支援する基本ルーチンを含む基本入／出力システム（ＢＩＯＳ：ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）は通常、ＲＯＭ内に格納される。ＲＡＭは通常、プロセッサにより直ちにアクセス可能なおよび／または現時点で操作されているデータおよび／またはプログラムモジュールを含む。

コンピュータはまた、（ａ）着脱不能かつ不揮発性磁気媒体から読み出すまたはそれに書き込むハードディスク駆動装置、（ｂ）着脱可能かつ不揮発性の磁気ディスクから読み出すまたはそれに書き込む磁気ディスク駆動装置、（ｃ）ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光学媒体などの着脱可能かつ不揮発性の光ディスクから読み出すまたはそれに書き込む光ディスク駆動装置などの他の着脱可能／着脱不能、揮発性／不揮発性コンピュータ記憶媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は通信インターフェースによりシステムバスと結合され得、通信インターフェースは、例えば部品間でデジタルまたは光信号を送信するための導電配線および／または光ファイバ経路を含み得る。例示的動作環境において使用され得る他の着脱可能／着脱不能、揮発性／不揮発性コンピュータ記憶媒体としては、磁気カセットテープ、フラッシュメモリカード、デジタル多用途ディスク、デジタルビデオテープ、固体ＲＡＭ、固体ＲＯＭなどが挙げられる。

駆動装置とそれに関連するコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、コンピュータ用の他のデータを記憶する。例えば、コンピュータ内または外のハードディスク駆動装置は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムデータを格納し得る。

ソース制御器５と負荷制御器９は、エネルギー輸送量を測定し、その情報をユーザまたは遠隔地へ伝達するために使用され得る。例えば、開示された発明は、電気自動車公衆充電ステーション上で実施され得、電力消費を中央クレジットカードプロセッサへ送信するために利用され得る。情報の転送は、図１に描写するように外部通信リンク１５を介し得る。ユーザはまた、自身の電気自動車から輸送され送電網へ販売される電力の金額を払い込まれ得る。外部通信リンク１５はまた、他の動作情報を転送するために利用され得る。例えば、電気自動車は、降下して道路面内に埋め込まれた充電板への接続をなすコンタクトをシャーシの下に有し得る。通信リンク１５は、充電板の上に自動車が存在するということを示す近接情報を転送し得る。情報は、自動車が正しく配置されなければ充電器板を起動することを禁止し得る。

ソース切断装置７は、ソース切断装置７の障害の場合にバックアップを提供するようにソース１をソース端子から切断する冗長方法を提供する電気機械式リレーまたは「接触器」の追加により補完され得る。負荷切断装置１３は同じやり方で電気機械式リレーまたは接触器により補完され得る。電気機械式接触器活性化コイルは、「監視回路」として当業者に知られたものにより給電され得る。監視回路は、ソース制御器５または負荷制御器９と連続的に通信する、そうでなければ、接触器は自動的に開き、制御器５、９内の「凍結された」ソフトウェアまたは破損された回路に対するフェールセーフ手段を提供する。

ソース制御器５は、ソース１から負荷３へのエネルギー輸送量を調節するためにソース切断装置７が導通していない時間に対するソース切断装置７が導通している時間の比を調整するアルゴリズムによりプログラムされ得る。この方法は、「パルス幅変調」として当業者によく知られている。

データ通信リンク１１および／または外部通信リンク１５は当業者によく知られている様々な方法およびプロトコルを使用することにより実装され得る。通信ハードウェアとプロトコルとしては、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４８５、ＣＡＮバス、ファイヤワイヤ他が挙げられる。通信リンク１１は、ＦＣＣ規則、Ｐａｒｔ １８に記載されたような連邦通信委員会（ＦＣＣ：Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）などの規制者により許容された電磁スペクトルの任意の領域にわたり銅導体、光ファイバ、または無線を使用することにより確立され得る。無線通信は、Ｗｉ−Ｆｉ、ＩＲＤａ、Ｗｉ−Ｍａｘ他を含む当業者によく知られた多くのプロトコルの任意のものを使用することにより確立され得る。データ通信リンク１１は、ソース制御器と負荷制御器間の運転情報を伝達し得る。運転情報は、負荷制御器により取得される負荷端子の両端電圧を示す少なくとも１つの値を含む。

図１の通信リンク１１および／または外部通信リンク１５の機能を実施するための別の選択肢は、「電力線デジタル加入者線：ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ」（ＰＤＳＬ）、「電源線通信：ｍａｉｎｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」または「電力線上ブロードバンド：ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｏｖｅｒ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅｓ」（ＢＰＬ）としても知られる「電力線上通信：ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅｓ」または「通信または電力線キャリヤ：ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｒ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｃａｒｒｉｅｒ」（ＰＬＣ）と当業者では呼ばれるものである。図７の修正版ソース制御器を参照すると、マイクロプロセッサ２０により生成される通信信号は変調／復調装置４８を使用することによりソース端子上で重畳される。変調／復調装置４８のハードウェアおよびソフトウェア方法は当業者によく知られている。ソース制御器が一例として使用されるが、変調／復調装置４８の同一実施形態が負荷制御器内に含まれ得、ソース制御器と負荷制御器間の双方向通信を可能にする。送信側（ソースまたは負荷のいずれか）は、通信信号とソースまたは負荷端子上の電源波形とを組み合わせる。このとき、受信側（ソースまたは負荷のいずれか）が通信信号を電源波形から分離することになる。

同時電力輸送およびユーザデータ通信を可能にするために、図９に描写するようなシステムを構成し得る。一例では、ＣＡＴ５通信ケーブルが、エンドユーザのコンピュータとイーサネット（登録商標）スイッチ間のイーサネット（登録商標）データを転送するために使用され、同ケーブル導線は、本明細書に記載の方法を使用することによりコンピュータ自体へ４００〜６００Ｗの電力を供給するために使用され得る。図９を参照すると、ソース回路５０はソース部品のすべてを含み得る、または、図１を参照すると、ソース回路は、ソース１、ソース制御器５、ソース切断装置７、すべての関連ソース部品を含み得る。負荷回路５１は負荷条件のすべてを表し得る、または、図１を参照すると、負荷回路５１は負荷３、負荷制御器９、負荷切断装置１３、およびすべての関連負荷条件を含み得る。ソース回路５０の出力導体は、同構成のソース側の絶縁変圧器５２および５４のセンタータップ点へ適用される。絶縁変圧器５３および５５上の対応するセンタータップ点は同構成の負荷側にあり、変圧器巻線を介し変圧器５２および５４上の中心点へ電気的に接続される。ソース側では、イーサネット（登録商標）データが、当業者によく知られた平衡導体ペア構成を使用することにより、センタータップ側から電気的に絶縁される変圧器５２および５４の巻線へ印加され得る。負荷側では、同ペアは、電力を含むセンタータップ側から電気的に絶縁される変圧器５３および５５の対応する巻線上に取り出される。電力は本質的に直流であるので、励磁を引き起こすことなくソース側の変圧器を通り負荷側へ至り、したがって、通信線上にも存在するデータを破壊しない。上述のセンタータップ変圧器のハードウェア構成は、ＰｏＥ規格ＩＥＥＥ−８０２．３ａに記載されるようにイーサネット（登録商標）上電力（ＰｏＥ：Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））を実施するために当該業界において一般的に使用される。ＰｏＥは本明細書に記載の安全機構を有しなく、したがって電気的衝撃の可能性を回避するために約４８Ｖに制限される。

したがって、開示された本発明の範囲は記載された例よりもむしろ、添付の特許請求範囲およびそれらの等価物により判断されるべきである。本発明の実施形態を説明する際、明確化のために特定の専門用語が使用された。説明の目的のため、特定の用語は同様な結果を達成するために同様にして動作する技術的および機能的等価物を少なくとも含むように意図されている。加えて、本発明の特定の実施形態が複数のシステム要素または方法工程を含むいくつかの場合には、それらの要素または工程は単一要素または工程で置換され得、同様に、単一要素または工程は、同じ目的を果たす複数の要素または工程で置換され得る。さらに、本発明はその特定の実施形態を参照することにより示され説明されたが、当業者は、形式と詳細の様々な置換と変更が本発明の範囲から逸脱することなくなされ得るということを理解することになる。さらに、他の態様、機能および利点もまた本発明の範囲内であり、本発明のすべての実施形態は、必ずしも利点のすべてを達成するまたは上記特徴のすべてを保有する必要はない。加えて、一実施形態に関連して本明細書で論述された工程、要素、特徴は、他の実施形態と共に同様に使用され得る。さらに、「背景技術」章において特定された部品、工程、特徴は、本開示に不可欠であり、本発明の範囲内の本開示のどこかで説明された部品、工程と共に使用され得る、またはそれらの代わりとなり得る。段階が特定の順番で列挙される方法特許請求項において、参照を容易にするために加えられた順序付き前置文字の有無にかかわらず、段階は、段階が用語と語法により特記または暗示される場合を除き、列挙される順番に時間的に制限されると解釈されてはならない。

Claims (27)

1. ソース端子を含むソース側のソースから負荷端子を含む負荷側の負荷へのエネルギーの輸送を調節する電力分配システムであって、
   ａ）前記ソース端子の両端電圧を示す少なくとも１つの信号を含むフィードバックをソース制御器へ提供するソースセンサに応答する前記電力分配システムの前記ソース側のソース制御器と、
   ｂ）前記ソースを前記ソース端子へ電気的に接続またはそれから電気的に切断するソース制御器からの制御信号に応答するソース切断装置であって、前記ソース制御器は前記ソース切断装置を開放することにより前記負荷への前記電力の供給を定期的に遮断するように構成され、少なくとも前記ソース端子電圧を遮断期間中に測定できるようにする、ソース切断装置と、
   ｃ）前記負荷端子から前記負荷を電気的に切り離すための負荷切断装置と、
   ｄ）前記ソース端子間の電気的接続を遮断するために前記ソース切断装置が開放されるかどうかを、時間に関しての前記ソース端子の両端電圧の変化が所定範囲から外れるかどうかを少なくとも含む所定の一組の条件に基づき判断するためのソース制御器内に実装された論理装置を含む電力分配システム。
2. 前記負荷端子の両端電圧を示す少なくとも１つの信号を含むフィードバックを前記負荷制御器へ提供する荷重センサに応答する電力分配システムの前記負荷側の負荷制御器、をさらに含む請求項１に記載の電力分配システム。
3. 前記ソース制御器と前記負荷制御器間の運転情報の交換用に構成されたデータコミュニケーションリンクであって、前記運転情報は、前記負荷制御器により取得される前記負荷端子の両端電圧を示す少なくとも１つの値を含む、データコミュニケーションリンク、をさらに含む請求項２に記載の電力分配システム。
4. 前記データコミュニケーションリンクは連邦規制当局により許可された電磁スペクトル内の搬送波周波数で動作する無線通信回路を含む、請求項３に記載の電力分配システム。
5. 前記データ通信は、通信信号と前記ソースまたは前記負荷端子上に存在する電圧波形とを組み合わせ、前記通信信号を前記ソースまたは前記負荷端子上に存在する前記電圧波形から後で分離するように動作可能な前記ソース制御器と前記負荷制器内の変調／復調装置により達成され、その結果前記ソース制御器と前記負荷制御器は前記ソースと前記負荷端子間の接続だけを利用して互いに通信できるようになる、請求項３に記載の電力分配システム。
6. 前記データ通信は前記ソースが前記ソース端子から切断されたときだけ達成され、前記通信信号は前記ソース端子から前記負荷端子に流れる電流により妨害されない、請求項５に記載の電力分配システム。
7. 前記ソース制御器と前記負荷制御器は、エネルギー輸送が開始され得る前に、所定値と一致しなければならないデジタル検証コードを交換する、請求項３に記載の電力分配システム。
8. 前記ソース制御器は、前記ソース制御器により取得される前記ソース端子電圧と前記負荷制御器により取得される前記負荷端子電圧間の差を計算し、前記差が所定の上限値と下限値の範囲に入らなければ前記ソース切断装置を開放する命令を発行するように構成される、請求項２に記載の電力分配システム。
9. 前記ソースから前記負荷へ輸送される平均エネルギーを調節するように、前記ソースが前記ソース端子から切断される時間と前記ソースが前記ソース端子に接続される時間との比を変えるために、前記ソース切断装置は前記ソース制御器からの制御信号に応答する、請求項１に記載の電力分配システム。
10. 前記ソース制御器が前記ソースから前記ソース端子に流れる電流を示す信号を取得できるようにする電流センサをさらに含む請求項１に記載の電力分配システムであって、
    前記ソース制御器は、前記電流が所定最大値を越えれば前記ソース切断装置を開放して前記ソースを前記ソース端子から切断するように構成される、電力分配システム。
11. 前記ソース制御器は、ソース端子電圧測定結果とソース電流測定結果とを定期的に乗算して計算瞬時電力値を取得し、全エネルギー値を導出するために連続電力値を積分するように構成される、請求項１０に記載の電力分配システム。
12. 前記ソース制御器はまた、前記ソースから抽出されたエネルギーの金融費用をユーザに請求するように構成される、請求項１１に記載の電力分配システム。
13. 前記負荷切断装置はダイオードを含む、請求項１に記載の電力分配システム。
14. ソースから負荷へのエネルギーの輸送のための電力分配システムを実現する方法であって、前記電力分配システムは、導電性異物または個人が前記電力分配システムの露出導体に接触することを含む安全でない条件を検知するように構成され、前記方法は、
    ａ）ソース切断装置を開放するための応答信号をソース制御器内に生成し、前記ソースと前記ソース端子間の電気的接続の遮断を生じさせる工程と、
    ｂ）前記ソース切断装置の開放に続いて、前記ソース端子電圧センサを使用して前記ソース端子の両端電圧の第１の測定結果を取得し、前記ソース制御器によるアクセスのための第１の電圧測定結果を格納する工程と、
    ｃ）所定時間の経過後、前記ソース端子電圧センサを使用して前記ソース端子の電圧の第２の測定結果を取得し、前記ソース制御器によるアクセスのための第２の電圧測定を格納する工程と、
    ｄ）前記第１の格納された電圧測定結果と前記第２の格納された電圧測定結果との差を計算する工程であって、前記差は前記ソース端子と前記負荷端子にわたるキャパシタンスの放電率を表す、工程と、
    ｅ）前記第１の格納された電圧測定結果と前記第２の格納された電圧測定結果との前記差が所定の上限と下限内に入れば前記ソース切断装置を閉じる信号を前記ソース制御器から生成する工程であって、前記所定の上限と下限外の放電率は、前記ソースまたは前記負荷端子と電気的接触する導電性異物または個人が存在する、または前記電力分配システムハードウェア内に障害があるということを示す、工程とを含む方法。
15. 前記ソース制御器は、光学的通信リンク、導電性通信リンク、無線通信リンクの内の少なくとも１つを使用することにより前記負荷制御器と通信する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ソース制御器は、前記通信リンクを介し前記負荷制御器からデジタル検証コードを取得し、前記デジタル検証コードが前記ソース制御器内のメモリ内に存在する既に格納されたコードと一致しなければ前記ソース切断装置を開状態のままにするように働く、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ソース制御器は、前記ソースから前記負荷へ輸送された前記平均エネルギーが前記ソース制御器により実行されるアルゴリズムに従って調整されるように、前記ソース切断装置の非導電的時間に対する前記ソース切断装置の通電時間を変えるように働く、請求項１４に記載の方法。
18. ｆ）電流センサを使用することにより前記ソース端子を流れる電流の測定結果を取得するために前記ソース制御器内のコードを実行する工程と、
    ｇ）前記測定電流値をソース制御器メモリ内に格納する工程と、
    ｈ）前記電流が所定最大値を越えれば、前記ソース切断装置を開放して、前記ソース端子から前記ソースを切断する工程とをさらに含む請求項１４に記載の方法。
19. 前記ソース端子電圧センサを使用することにより前記ソース制御器により取得された前記ソース端子電圧と前記負荷制御器から前記ソース制御器により取得された前記負荷端子電圧との差を計算するために前記ソース制御器内のアルゴリズムを実行し、前記ソース端子電圧と前記負荷端子電圧との前記差が所定の上限と下限内に入らなければ前記ソース切断装置を開放するように働く工程をさらに含む請求項１４に記載の方法。
20. 前記ソース制御器において、
    ｆ）電流センサを使用して前記ソース端子を流れる電流の測定結果を取得する工程と、
    ｇ）電圧センサを使用して前記ソース端子電圧の測定結果を取得する工程と、
    ｈ）瞬時電力値を導出するために前記ソース端子電圧測定結果に前記ソース電流測定結果を定期的に乗算する工程と、
    ｉ）全エネルギー値を導出するために連続計算電力値を時間で積分する工程とをさらに含む請求項１４に記載の方法。
21. 前記ソースからユーザにより抽出されたエネルギーに対する前記エネルギーの金融費用を前記ユーザに請求する工程をさらに含む請求項２０に記載の方法。
22. 前記ソース制御器は、前記ソース切断手段が閉じている間に電圧センサを使用して前記ソース端子電圧の第１の測定結果を取得し、次に、前記ソース切断が開放された後直ちに前記ソース端子電圧の第２の測定結果を取得し、前記第１と第２の電圧測定結果との差を計算し、前記ソース制御器は、前記電圧差が所定の上限または下限から外れれば前記ソース切断装置を開放するための行動を取る、請求項１４に記載の方法。
23. 前記ソース制御器はまた、前記ソース切断装置が閉じている間前記電流センサを使用して前記ソース端子を流れる電流の測定結果を取得し、前記ソース端子と前記負荷端子間の前記導体の抵抗の値を導出するために前記電圧差を前記電流測定により除算し、前記ソース制御器は、前記抵抗値が所定の上限と下限内に入らなければ前記ソース切断装置を開放するための行動を取る、請求項２２に記載の方法。
24. 第１の絶縁変圧器の二次コイル上のセンタータップ点に第１のソース回路出力導体を接続する工程と第２の絶縁変圧器の二次コイル上のセンタータップ点に第２のソース回路出力導体を接続する工程とをさらに含む請求項１４に記載の方法であって、
    第１の負荷回路入力導体は第３の絶縁変圧器の一次コイル上のセンタータップ点へ接続され、第２の負荷回路入力導体は第４の絶縁変圧器上の一次コイルのセンタータップ点へ接続され、その結果、前記構成は、前記ソース回路から前記負荷回路へ流れる電流に起因する前記４つの変圧器内に生成されるいかなる磁束もほぼ相殺し、前記４つの変圧器の残りの未使用端子は、前記ソース回路から前記負荷回路へ流れる電流と電気的に絶縁されかつ独立したデータを送受信するために使用され得る方法。
25. 前記データはイーサネット（登録商標）技術を使用して転送される、請求項２４に記載の方法。
26. 前記データはデジタル加入者線技術を使用して転送される、請求項２４に記載の方法。
27. 前記ソースに前記負荷の機能を引受けさせ、前記負荷に前記ソースの機能を引受けさせ、システム内のエネルギーの流れを反転させる工程をさらに含む請求項２４に記載の方法。

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