(57)【要約】【課題】負荷側に接続された直流給電線の両極線とも過電流から保護する直流遮断装置を提供する。【解決手段】直流電源に一方の電極線および他方の電極線を介して接続された負荷への過電流の流入を防止するための直流遮断装置であって、前記直流電源と前記負荷との間の一方の電極側に接続され、前記一方の電極線に流れる電流を検出する検出部と、前記検出された電流値が一定の閾値を上回った場合、前記一方の電極線に流れる電流の遮断を開始する半導体遮断器と、前記直流電源と前記負荷との間の他方の電極側に接続され、前記一定の閾値より大きい電流で前記一方の電極線に流れる電流を遮断する遮断器とを備えた。【選択図】図６
2015011933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に一方の電極線および他方の電極線を介して接続された負荷への過電流の流入を防止するための直流遮断装置であって、
前記直流電源と前記負荷との間の一方の電極側に接続され、前記一方の電極線に流れる電流を検出する検出部と、
前記検出された電流値が一定の閾値を上回った場合、前記一方の電極線に流れる電流の遮断を開始する半導体遮断器と、
前記直流電源と前記負荷との間の他方の電極側に接続され、前記一定の閾値より大きい電流で前記一方の電極線に流れる電流を遮断する遮断器と
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
【請求項２】
前記半導体遮断器に並列に接続され、前記半導体遮断器が前記一方の電極線に流れる電流の遮断を開始する際に生じる逆電圧が印加されるコンデンサを含むスナバ回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断装置。
【請求項３】
前記直流電源と前記半導体遮断器との一方の電極側の接続点と、前記遮断器と前記負荷との他方の電極側の接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記負荷と前記半導体遮断器との一方の電極側の接続点と、前記コンデンサと前記負荷との他方の電極側の接続点との間に接続されたダイオードと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断装置。
【請求項４】
前記直流電源と前記半導体遮断器との一方の電極側の接続点と、前記直流電源と前記遮断器との他方の電極側の接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記負荷と前記半導体遮断器との一方の電極側の接続点と、前記遮断器と前記負荷との他方の電極側の接続点との間に接続されたダイオードと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断装置。
【請求項５】
前記直流電源と前記半導体遮断器との一方の電極側の接続点と、前記直流電源と前記遮断器との他方の電極側の接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記負荷と前記半導体遮断器との一方の電極側の接続点と、前記コンデンサと前記遮断器との他方の電極側の接続点との間に接続されたダイオードと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断装置。
【請求項６】
前記遮断器は、ヒューズであることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の直流遮断装置。
【請求項７】
直流電源に第１の正極線および第１の負極線を介して接続された第１の負荷への過電流の流入を防止し、前記直流電源に第２の正極線および第２の負極線を介して接続された第２の負荷への過電流の流入を防止するための直流遮断装置であって、
前記直流電源と前記第１の負荷との間の負極側に接続され、第１の閾値以上の電流で前記第１の負極線に流れる電流を遮断する第１の半導体遮断器と、
前記直流電源と前記第２の負荷との間の負極側に接続され、第１の閾値以上の電流で前記第２の負極線に流れる電流を遮断する第２の半導体遮断器と、
前記直流電源と前記第１の負荷との間の正極側に接続され、前記第１の閾値より大きい電流で前記第１の正極線に流れる電流を遮断する第１の遮断器と、
前記直流電源と前記第２の負荷との間の正極側に接続され、前記第１の閾値より大きい電流で前記第２の正極線に流れる電流を遮断する第２の遮断器と、
前記第１の半導体遮断器の制御端子および前記第２の半導体遮断器の制御端子に電圧を印加する非絶縁型電源とを備え、
前記直流電源の負極に接続された給電線に流れる電流を非絶縁型電源の入力端子に入力し、前記入力した電流に基づいて非絶縁型電源を駆動させることを特徴とする直流遮断装置。
【請求項８】
直流電源に第１の正極線および第１の負極線を介して接続された第１の負荷への過電流の流入を防止し、前記直流電源に第２の正極線および第２の負極線を介して接続された第２の負荷への過電流の流入を防止するための直流遮断装置であって、
前記直流電源と前記第１の負荷との間の正極側に接続され、第２の閾値以上の電流で前記第１の正極線に流れる電流を遮断する第１の半導体遮断器と、
前記直流電源と前記第２の負荷との間の正極側に接続され、第２の閾値以上の電流で前記第２の正極線に流れる電流を遮断する第２の半導体遮断器と、
前記直流電源と前記第１の負荷との間の負極側に接続され、前記第２の閾値より大きい電流で前記第１の負極線に流れる電流を遮断する第１の遮断器と、
前記直流電源と前記第２の負荷との間の負極側に接続され、前記第２の閾値より大きい電流で前記第２の負極線に流れる電流を遮断する第２の遮断器と、
前記第１の半導体遮断器の制御端子および前記第２の半導体遮断器の制御端子に電圧を印加する非絶縁型電源とを備え、
前記直流電源の正極に接続された給電線に流れる電流を非絶縁型電源の入力端子に入力し、前記入力した電流に基づいて非絶縁型電源を駆動させることを特徴とする直流遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流遮断装置に関し、より詳細には、短絡の際に発生する過電流から回路を保護する直流遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化社会の進展に伴い、通信設備やデータセンタにおいて設置されているＩＣＴ（Information and Communication Technology：情報通信技術）装置の保守管理の効率化が要請されている。ＩＣＴ装置とは、例えば、ルータやサーバなどをいう。
【０００３】
ＩＣＴ装置への電力の供給方法の一つに直流で給電する方法がある。ＩＣＴ装置への電力は、直流電源からケーブルを介して供給される。従来から、直流電源からＩＣＴ装置への電力供給の際の、短絡、地絡、過負荷による過電流からＩＣＴ装置およびケーブルを守る遮断装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の遮断装置で用いられる遮断器は、直流電源と負荷であるＩＣＴ装置との間に設置され、短絡や過負荷などによって発生する過電流からＩＣＴ装置やケーブルを保護する。遮断器は、過電流が発生した場合に電流が流れる経路を開放することで電流を遮断する。遮断器にはヒューズやブレーカ、半導体素子を用いた遮断器などがある。
【０００５】
本明細書では、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）やバイポーラトランジスタなどのトランジスタからなるスイッチング素子を用いた遮断器のことを「半導体遮断器」という。
【０００６】
半導体遮断器を利用した直流給電回路に短絡が発生すると、短絡電流を検出する装置が検出し、検出する装置から半導体遮断器の制御端子（例えばゲート）に電圧信号が印加され、半導体遮断器のスイッチング素子によって電流の遮断が開始される。
【０００７】
直流給電システムにおいて半導体遮断器を利用すると、過電流を検出する装置と半導体遮断器をON/OFF制御する制御装置を設置することにより、遠隔から制御を行うことが可能となる。
【０００８】
また半導体遮断器における過電流発生時に回路を遮断するまでの時間は、ヒューズやＭＣＣＢ（Molded Case Circuit Breaker：配線用遮断器）の遮断時間より短い。したがって半導体遮断器を利用すると、過電流発生時に直流給電システムの電圧を安定化するためのコンデンサ容量を、ヒューズやＭＣＣＢを利用するよりも小さくすることができるなどのメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２２２４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
直流給電システムでは、ＩＣＴ装置に接続される給電線の正極線と負極線のいずれも地面と高抵抗で接続され、もしくは絶縁されている。直流給電システムにおいて、短絡および地絡が発生するケースは、主に次の４つの場合がある。
（１）遮断器よりも直流電源側において正極線と負極線が短絡する場合  
（２）遮断器よりも直流電源側の正極線の地絡と同時期に負荷側の負極線の地絡が発生する場合  
（３）遮断器よりも負荷側の正極線の地絡と同時期に直流電源側の負極線の地絡が発生する場合  
（４）遮断器よりも負荷側において正極線と負極線が短絡する場合  
【００１１】
（１）の場合では遮断器よりも負荷側において短絡電流が流れることがないため、遮断器よりも負荷側のケーブルが焼損する恐れはない。
【００１２】
（２）と（３）の場合は、異なる地点において給電線の２箇所が同時期に地絡する場合である。給電線の正極線と負極線のいずれも地面と高抵抗で接続され、もしくは絶縁されている場合、正極線もしくは負極線の一方が地絡した際には大きな電流が流れないため、給電を継続することが可能である。また、地絡を検知する装置を利用し、地絡の発生を検出した際には、地絡部の取り外しを行うことで地絡から復旧させることが可能である。しかし、（２）と（３）の場合は、地絡が発生してから地絡から復旧させるまでの復旧作業時間において、別箇所で地絡が発生する場合である。この場合には、正極線と負極線は接地を介して短絡することになるため、遮断器よりも負荷側において短絡電流が流れる。
【００１３】
（４）遮断器よりも負荷側において正極線と負極線が短絡する場合は、遮断器よりも負荷側において短絡電流が流れる。
【００１４】
（２）、（３）、（４）の場合では遮断器よりも負荷側のケーブルに短絡電流または地絡電流が流れるため、遮断器でケーブルを保護することが求められる。
【００１５】
図１に従来の遮断器を含む直流給電システムを示す。図１に示す直流給電システムは、第１の負荷１３１および第２の負荷１３２に直流電力を供給する直流電源１０１と、直流電源１０１から２つに分岐された正極線のそれぞれに接続された第１の遮断器１１１および第２の遮断器１１２と、第１の遮断器１１１に接続された第１の負荷１３１および第２の遮断器１１２に接続された第２の負荷１３２とを備える。
【００１６】
図２に、図１に示す直流給電システムにおける、（２）の場合の地絡時の過電流の流れを示す。図２では、地絡点Ｅ２１から発生した地絡電流は、第１の負荷１３１側の負極のケーブルを介して直流電源１０１へ向かい、直流電源１０１側の正極のケーブルを介して地絡点Ｅ２２に到達する。図２に示すように遮断器を正極のみに設置すると直流電源１０１側で正極線が地絡し、第１の負荷１３１側で負極線が地絡した場合に第１の負荷１３１側の負極の細いケーブルを保護することができない。したがって、正極と負極の両極に遮断器を設ける必要がある。
【００１７】
しかしながら両極にヒューズのみを利用すると、過電流時に遮断したあとに遮断器の交換が必要となるため、別途遮断器を交換するための機構を設ける必要があるという問題があった。
【００１８】
両極に半導体遮断器を用いると、遮断後の遮断器の交換が不要となるが、絶縁型電源を利用する必要がある。
【００１９】
半導体遮断器は、スイッチのＯＮ/ＯＦＦで半導体に電圧が印加され、スイッチがＯＮすると電流が流れ、スイッチがＯＦＦすると電流の流れを遮断する。図３にＮ−ＭＯＳタイプのスイッチング素子を利用した場合であって、正極線と負極線に接続された半導体遮断器と、各スイッチング素子の制御に利用するスイッチ制御用電源とを含んだ直流電源システムの構成例を示す。図３に示す直流電源システムは、負極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ３１、Ｔｒ３２をスイッチ制御する第１の制御用電源３１１と、正極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ３３、Ｔｒ３４をスイッチ制御する第２の制御用電源３１２とで、スイッチ制御用電源を一括化した構成になっている。
【００２０】
しかしながら図３に示す構成では、第４のスイッチ３２４に接続される第２の制御用電源３１２の基準の電位を定める負極線が別の系統に接続されているため、直流電源３０１側のスイッチの状況や、負荷側の配線状況によって、第４のスイッチ３２４に所望の電圧を印加できるか分からない。
【００２１】
図４に正極線と負極線に接続された半導体遮断器と、各スイッチング素子の制御に利用するスイッチ制御用電源とを含み、正極線に接続された２つの半導体遮断器Ｔｒ３３、Ｔｒ３４にスイッチ制御用電源をそれぞれ設けた場合の直流電源システムの構成例を示す。図４に示す構成によって、図３に示す構成と比較して各スイッチに所望の電圧を印加することが可能となるが、それぞれの正極に接続された半導体遮断器の数と同数の電源を用意する必要が生じる。また制御用電源の入力（図示しない）に、スイッチング素子よりも上位、若しくは別の箇所を接続しない限り、スイッチング素子がＯＦＦの時は制御用電源の入力がＯＦＦになってしまうため、制御用電源は電圧を出力することができない。よって両極に半導体遮断器を用いる場合、非絶縁型電源を使用することを避けて、絶縁型電源を使用せざるを得なくなる。
【００２２】
したがって両極に半導体遮断器を用いると、トランス部を含む絶縁型電源を利用する必要があることから、遮断装置が大型化、高コスト化するという問題があった。
【００２３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、負荷に接続された直流給電線の両極線を過電流から保護する直流遮断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、半導体遮断器を片極に設置し、他方の極には過電流発生時に遮断するヒューズを搭載することを特徴とする遮断器である。
【００２５】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直流電源に一方の電極線および他方の電極線を介して接続された負荷への過電流の流入を防止するための直流遮断装置であって、前記直流電源と前記負荷との間の一方の電極側に接続され、前記一方の電極線に流れる電流を検出する検出部と、前記検出された電流値が一定の閾値を上回った場合、前記一方の電極線に流れる電流の遮断を開始する半導体遮断器と、前記直流電源と前記負荷との間の他方の電極側に接続され、前記一定の閾値より大きい電流で前記一方の電極線に流れる電流を遮断する遮断器とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、直流電源側で正極もしくは負極が地絡し、負荷側で他方の極で地絡が発生した際にもケーブルを保護することが可能となる。また、短絡時、過負荷時に遮断器を交換する回数を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の直流給電システムを示す構成図である。
【図２】図１に示す直流給電システムにおける、地絡時の過電流の流れを示す図である。
【図３】正極線に接続された２つの半導体遮断器に１つのスイッチ制御用電源を用いる従来の直流遮断装置を示す構成図である。
【図４】正極線に接続された２つの半導体遮断器にスイッチ制御用電源をそれぞれ用いる従来の直流遮断装置を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図９】本発明の第４の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態にかかる直流遮断装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２９】
（発明の基本構成）  
図５に本発明の一実施形態にかかる直流遮断装置を示す。本発明の一実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源５０１から第１の負荷５３１に直流電力を供給する正極線に接続された第１の半導体遮断器５１１と、直流電源５０１から第２の負荷５３２に直流電力を供給する正極線に接続された第２の半導体遮断器５１２とを備える。また本発明の一実施形態にかかる直流遮断装置は、第１の負荷５３１から直流電流が出力される負極線に接続された第１のヒューズ５２１と、第２の負荷５３２から直流電流が出力される負極線に接続された第２のヒューズ５２２とを備える。
【００３０】
図５では、第１のヒューズ５２１と第１の負荷５３１との間で生じた地絡点Ｅ５１から発生した地絡電流は、第１の負荷５３１側の負極のケーブルを介して直流電源５０１へ向かおうとする。しかし第１のヒューズ５２１によって遮断され、第１の半導体遮断器５１１と第２の半導体遮断器５１２との接続点と、直流電源５０１との間に生じた地絡点Ｅ５２に到達しない。
【００３１】
本構成では正極に半導体遮断器、負極にヒューズを利用しているが、正極にヒューズ、負極に半導体遮断器を利用しても良い。また本構成にかかる半導体遮断器は、スイッチング素子を含むが、これに限定されず、例えば正極線と負極線の間に遮断時にスイッチング素子に発生する過電圧を抑制する回路などが具備されていても良い。
【００３２】
（第１の実施形態）  
図６に本発明の第１の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第１の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源６０１から負荷６３１に直流電力を供給する正極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ６と、負荷６３１から直流電力が出力される負極線に接続されたヒューズＦ６（遮断器）とを備える。また本発明の第１の実施形態にかかる直流遮断装置は、正極線に流れる電流を検出し、検出した電流が閾値を超えた場合に信号を制御部６５１に送信する検出部６４１と、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ６を制御する制御部６５１とを備える。
【００３３】
通常状態において、半導体遮断器Ｔｒ６をONにすることで通電をして、半導体遮断器Ｔｒ６をOFFにすることで電流を遮断する。
【００３４】
半導体遮断器Ｔｒ６が電流の遮断を開始する電流値は、ヒューズＦ６が溶断する電流値より低く設定されている。
【００３５】
正極線と負極線で短絡が発生した場合において、正極線と負極線は同じ量の電流が流れるため、半導体遮断器Ｔｒ６が先に動作を開始する。半導体遮断器Ｔｒ６が遮断するまでの時間は非常に短く、ヒューズＦ６に発生する熱は小さくヒューズＦ６は、溶断しないであろう。したがって、過負荷や短絡が発生したとしても、ヒューズＦ６を交換することなくＩＣＴ装置を保守管理することができる。また、半導体遮断器Ｔｒ６がショートモードで故障した場合においてもヒューズＦ６が溶断するためにケーブルの焼損を防止することができる。
【００３６】
半導体遮断器Ｔｒ６よりも負荷６３１側の正極線の地絡とヒューズＦ６よりも直流電源６０１側の負極線の地絡が発生した場合においては、直流電源６０１からの電流は検出部６４１によって検出される。検出された電流値が閾値を超えた場合、検出部６４１は、制御部６５１に対して信号を送信し、制御部６５１は、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ６に制御信号を送信する。半導体遮断器Ｔｒ６は制御信号に基づいて電流を遮断する。したがって半導体遮断器Ｔｒ６は電流を遮断するためケーブルは焼損しない。また、ヒューズＦ６は溶断しないため、地絡を解除すればヒューズＦ６の交換をすることなく利用することができる。
【００３７】
半導体遮断器Ｔｒ６よりも直流電源６０１側の正極線の地絡とヒューズＦ６よりも負荷６３１側の負極線の地絡が発生した場合においては、地絡点Ｅ６４から地絡電流が直流電源６０１の負極に向かって流れようとする。地絡電流がヒューズＦ６の電流閾値を超えた場合、ヒューズＦ６は溶断し地絡電流が遮断され、負荷側の負極線が保護される。
【００３８】
本実施形態では正極に半導体遮断器、負極にヒューズを利用しているが、正極にヒューズ、負極に半導体遮断器を利用しても良い。また本実施形態にかかる半導体遮断器は、スイッチング素子を含むが、これに限定されず、例えば正極線と負極線の間に遮断時にスイッチング素子に発生する過電圧を抑制する回路などが具備されていても良い。
【００３９】
（第２の実施形態）  
図７に本発明の第２の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第２の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源７０１から負荷７３１に直流電力を供給する正極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ７と、半導体遮断器Ｔｒ７に並列に接続され抵抗素子Ｒ７およびコンデンサＣ７で構成されたスナバ回路７６１とを備える。また本発明の第２の実施形態にかかる直流遮断装置は、負荷７３１から直流電力が出力される負極線に接続されたヒューズＦ７と、正極線に流れる電流を検出し、検出した電流が閾値を超えた場合に制御信号を制御部７５１に送信する検出部７４１と、受信した制御信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ７を制御する制御部７５１とを備える。
【００４０】
半導体遮断器Ｔｒ７が過電流の遮断が開始したとき、電流を流し続けようとして、直流電源７０１のトランス部や給電線に逆起電力が生じ、半導体遮断器Ｔｒ７のスイッチング素子に非常に高い逆電圧がかかってしまう。そこで、この逆起電力を相殺するためにスナバ回路７６１を接続した。したがってスナバ回路７６１により、過電流の遮断時に半導体遮断器Ｔｒ７のスイッチング素子が過電圧により故障することを防止することが可能となる。
【００４１】
正極線と負極線で短絡が発生した場合において、正極線と負極線は同じ量の電流が流れるため、半導体遮断器Ｔｒ７が先に動作を開始する。半導体遮断器Ｔｒ７が遮断するまでの時間は非常に短く、ヒューズＦ７に発生する熱は小さくヒューズＦ７は、溶断しないであろう。したがって、過負荷や短絡が発生したとしても、ヒューズＦ７を交換することなくＩＣＴ装置を保守管理することができる。また、半導体遮断器Ｔｒ７がショートモードで故障した場合においてもヒューズＦ７が溶断するためにケーブルの焼損を防止することができる。
【００４２】
半導体遮断器Ｔｒ７よりも負荷７３１側の正極線の地絡とヒューズＦ７よりも直流電源７０１側の負極線の地絡が発生した場合においては、直流電源７０１からの電流は検出部７４１によって検出される。検出された電流値が閾値を超えた場合、検出部７４１は、制御部７５１に対して信号を送信し、制御部７５１は、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ７に制御信号を送信する。半導体遮断器Ｔｒ７は制御信号に基づいて電流を遮断する。したがって半導体遮断器Ｔｒ７は電流を遮断するためケーブルは焼損しない。また、ヒューズＦ７は溶断しないため、地絡を解除すればヒューズＦ７の交換をすることなく利用することができる。
【００４３】
半導体遮断器Ｔｒ７よりも直流電源７０１側の正極線の地絡とヒューズＦ７よりも負荷７３１側の負極線の地絡が発生した場合においては、地絡点から地絡電流が直流電源７０１の負極に向かって流れようとする。地絡電流がヒューズＦ７の電流閾値を超えた場合、ヒューズＦ７が溶断され地絡電流が遮断され、負荷側の負極線が保護される。
【００４４】
本実施形態では正極に半導体遮断器、負極にヒューズを利用しているが、正極にヒューズ、負極に半導体遮断器を利用しても良い。また本実施形態にかかる半導体遮断器は、これに限定されず、例えばスナバ回路にダイオードが追加で具備されるなど類似のスナバ回路を具備していても良い。
【００４５】
（第３の実施形態）  
図８に本発明の第３の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第３の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源８０１から負荷８３１に直流電力を供給する正極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ８と、負荷８３１から直流電流が出力される負極線に接続されたヒューズＦ８とを備える。また本発明の第３の実施形態にかかる直流遮断装置は、半導体遮断器Ｔｒ８と直流電源８０１とを接続する正極線における半導体遮断器Ｔｒ８近傍と、ヒューズＦ８と負荷８３１とを接続する負極線との間に接続されたコンデンサＣ８と、半導体遮断器Ｔｒ８と負荷８３１とを接続する正極線における半導体遮断器Ｔｒ８近傍にカソードが接続され、ヒューズＦ８と負荷８３１とを接続する負極線とコンデンサＣ８との接続点近傍にアノードが接続されたダイオードＤ８とを備える。
【００４６】
さらに本発明の第３の実施形態にかかる直流遮断装置は、正極線に流れる電流を検出し、検出した電流が閾値を超えた場合に制御信号を制御部８５１に送信する検出部８４１と、受信した制御信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ８を制御する制御部８５１とを備える。
【００４７】
短絡が起きる前におけるコンデンサＣ８には、直流電源８０１からの電流が流入し、コンデンサＣ８は、充電されている。
【００４８】
半導体遮断器Ｔｒ８よりも負荷８３１側において正極線と負極線が短絡した場合、コンデンサＣ８は放電し、正極線と負極線に流れる電流が増加し、増加した電流は検出部８４１によって検出される。電流が閾値を超えた場合、検出部８４１は、制御部８５１に対して信号を送信し、制御部８５１は、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ８に制御信号を送信する。半導体遮断器Ｔｒ８は制御信号に基づいて過電流の遮断を開始する。
【００４９】
半導体遮断器Ｔｒ８が過電流の遮断を開始すると、正極線に流れる電流は減少し、コンデンサＣ８に電流が流入し、コンデンサＣ８は、充電される。コンデンサＣ８が充電されると正極線に流れる電流はさらに減少する。
【００５０】
一方、半導体遮断器Ｔｒ８よりも負荷８３１側において正極線と負極線が短絡した場合、ダイオードＤ８によって１つの電路が形成され、負荷８３１に流れる電流は、ほぼ一定となる。正負極線が持つ抵抗により電力が消費されるため電流は、次第に減少する。
【００５１】
また、半導体遮断器Ｔｒ８のスイッチング素子による遮断を行った際には、直流電源８０１のトランス部や給電線に逆起電力が生じ、遮断時に流れる電流がコンデンサＣ８とダイオードＤ８に転流する。したがって、適切に過電流を遮断することが可能となる。
【００５２】
さらにコンデンサＣ８が故障により短絡した場合においても、ヒューズＦ８を図８に示す位置に配置することで、直流電源８０１から流れる電流の遮断を行うことができ、信頼性を向上することができる。
【００５３】
半導体遮断器Ｔｒ８よりも負荷８３１側の正極線の地絡とヒューズＦ８よりも直流電源８０１側の負極線の地絡が発生した場合においては、直流電源８０１からの電流は検出部８４１によって検出される。検出された電流値が閾値を超えた場合、検出部８４１は、制御部８５１に対して信号を送信し、制御部８５１は、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ８に制御信号を送信する。半導体遮断器Ｔｒ８は制御信号に基づいて電流を遮断する。したがって半導体遮断器Ｔｒ６は電流を遮断するためケーブルは焼損しない。また、ヒューズＦ８は溶断しないため、地絡を解除すればヒューズＦ８の交換をすることなく利用することができる。
【００５４】
半導体遮断器Ｔｒ８よりも直流電源８０１側の正極線の地絡とヒューズＦ８よりも負荷８３１側の負極線の地絡が発生した場合においては、地絡点から地絡電流が直流電源８０１の負極に向かって流れようとする。地絡電流がヒューズＦ８の電流閾値を超えた場合、ヒューズＦ８は溶断し地絡電流が遮断され、負荷側の負極線が保護される。
【００５５】
本実施形態では正極に半導体遮断器、負極にヒューズを利用しているが、正極にヒューズ、負極に半導体遮断器を利用しても良い。
【００５６】
（第４の実施形態）  
図９に本発明の第４の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第４の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源９０１から負荷９３１に直流電力を供給する正極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ９と、負荷９３１から直流電流が出力される負極線に接続されたヒューズＦ９とを備える。また本発明の第４の実施形態にかかる直流遮断装置は、半導体遮断器Ｔｒ９と直流電源９０１との接続点とを接続する正極線における半導体遮断器Ｔｒ９近傍と、ヒューズＦ９と直流電源９０１とを接続する負極線におけるヒューズＦ９近傍との間に接続されたコンデンサＣ９と、半導体遮断器Ｔｒ９と負荷９３１とを接続する正極線における半導体遮断器Ｔｒ９近傍にカソードが接続され、ヒューズＦ９と負荷９３１とを接続する負極線におけるヒューズＦ９近傍にアノードが接続されたダイオードＤ９とを備える。
【００５７】
さらに本発明の第４の実施形態にかかる直流遮断装置は、正極線に流れる電流を検出し、検出した電流が閾値を超えた場合に制御信号を制御部９５１に送信する検出部９４１と、受信した制御信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ９を制御する制御部９５１とを備える。
【００５８】
本発明の第４の実施形態の動作は、半導体遮断器Ｔｒ９より負荷９３１側で正極線と負極線が短絡した場合には本発明の第３の実施形態の動作と同様に、短絡が発生した時に直流遮断装置に搭載しているコンデンサＣ９から電流が流れる。よって、短絡が起こっていない他の直流給電系統の電圧変動を抑制することができる。
【００５９】
さらに、本発明の第４の実施形態にすることで、ヒューズＦ９の位置が回路と同一のところにあるため、半導体スイッチが電流遮断後には、コンデンサＣ９およびダイオードＤ９に転流した電流が流れることがなく小容量のヒューズＦ９であっても利用することが可能となる。
【００６０】
また、半導体遮断器Ｔｒ９のスイッチング素子による遮断を行った際には、直流電源９０１のトランス部や給電線に逆起電力が生じ、遮断時に流れる電流がコンデンサＣ９とダイオードＤ９に転流する。したがって、適切に過電流を遮断することが可能となる。
【００６１】
半導体遮断器Ｔｒ９よりも負荷９３１側の正極線の地絡とヒューズＦ９よりも直流電源９０１側の負極線の地絡が発生した場合においては、直流電源９０１からの電流は検出部９４１によって検出される。検出された電流値が閾値を超えた場合、検出部９４１は、制御部９５１に対して信号を送信し、制御部９５１は、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ９に制御信号を送信する。半導体遮断器Ｔｒ９は制御信号に基づいて電流を遮断する。したがって半導体遮断器Ｔｒ９は電流を遮断するためケーブルは焼損しない。また、ヒューズＦ９は溶断しないため、地絡を解除すればヒューズＦ９の交換をすることなく利用することができる。
【００６２】
半導体遮断器Ｔｒ９よりも直流電源９０１側の正極線の地絡とヒューズＦ９よりも負荷９３１側の負極線の地絡が発生した場合においては、地絡点から地絡電流が直流電源９０１の負極に向かって流れようとする。地絡電流がヒューズＦ９の電流閾値を超えた場合、ヒューズＦ９は溶断し地絡電流が遮断され、負荷側の負極線が保護される。
【００６３】
本実施形態では正極に半導体遮断器、負極にヒューズを利用しているが、正極にヒューズ、負極に半導体遮断器を利用しても良い。
【００６４】
（第５の実施形態）  
図１０に本発明の第５の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第５の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源１００１から負荷１０３１に直流電力を供給する正極線に接続された半導体遮断器Ｔｒ１０と、負荷１０３１から直流電流が出力される負極線に接続されたヒューズＦ１０とを備える。また本発明の第５の実施形態にかかる直流遮断装置は、半導体遮断器Ｔｒ１０と直流電源１００１とを接続する正極線における半導体遮断器Ｔｒ１０近傍と、ヒューズＦ１０と直流電源１００１とを接続する負極線との間に接続されたコンデンサＣ１０と、半導体遮断器Ｔｒ１０と負荷１０３１とを接続する正極線における半導体遮断器Ｔｒ１０近傍にカソードが接続され、ヒューズＦ１０と直流電源１００１とを接続する負極線とコンデンサＣ１０との接続点近傍にアノードが接続されたダイオードＤ１０とを備える。
【００６５】
さらに本発明の第５の実施形態にかかる直流遮断装置は、正極線に流れる電流を検出し、検出した電流が閾値を超えた場合に制御信号を制御部１０５１に送信する検出部１０４１と、受信した制御信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ１０を制御する制御部１０５１とを備える。
【００６６】
本発明の第５の実施形態の動作は、半導体遮断器Ｔｒ１０より負荷１０３１側で正極線と負極線が短絡した場合には本発明の第３の実施形態の動作と同様に、短絡が発生した時に直流遮断装置に搭載しているコンデンサＣ１０から電流が流れる。よって、短絡が起こっていない他の直流給電系統の電圧変動を抑制することができる。
【００６７】
また、半導体遮断器Ｔｒ１０のスイッチング素子による遮断を行った際には、直流電源１００１のトランス部や給電線に逆起電力が生じ、遮断時に流れる電流がコンデンサＣ１０とダイオードＤ１０に転流する。したがって、適切に過電流を遮断することが可能となる。
【００６８】
さらに、過電流が発生しヒューズＦ１０が遮断を行った場合には、遮断後に電流がコンデンサＣ１０やダイオードＤ１０に転流することがないため、コンデンサＣ１０やダイオードＤ１０の容量を小さくすることができる。
【００６９】
半導体遮断器Ｔｒ１０よりも負荷１０３１側の正極線の地絡とヒューズＦ１０よりも直流電源１００１側の負極線の地絡が発生した場合においては、直流電源１００１からの電流は検出部１０４１によって検出される。検出された電流値が閾値を超えた場合、検出部１０４１は、制御部１０５１に対して信号を送信し、制御部１０５１は、受信した信号に基づいて半導体遮断器Ｔｒ１０に制御信号を送信する。半導体遮断器Ｔｒ１０は制御信号に基づいて電流を遮断する。したがって半導体遮断器Ｔｒ１０は電流を遮断するためケーブルは焼損しない。また、ヒューズＦ１０は溶断しないため、地絡を解除すればヒューズＦ１０の交換をすることなく利用することができる。
【００７０】
半導体遮断器Ｔｒ１０よりも直流電源１００１側の正極線の地絡とヒューズＦ１０よりも負荷１０３１側の負極線の地絡が発生した場合においては、地絡点から地絡電流が直流電源１００１の負極に向かって流れようとする。地絡電流がヒューズＦ１０の電流閾値を超えた場合、ヒューズＦ１０は溶断し地絡電流が遮断され、負荷側の負極線が保護される。
【００７１】
なお本発明の第３の実施形態から第５の実施形態におけるコンデンサとダイオードは、どちらか一方だけの構成であっても良い。
【００７２】
本実施形態では正極に半導体遮断器、負極にヒューズを利用しているが、正極にヒューズ、負極に半導体遮断器を利用しても良い。
【００７３】
（第６の実施形態）  
図１１に本発明の第６の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第６の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源１１０１から第１の負荷１１３１に直流電力を供給する正極線に接続された第１のヒューズＦ１１１と、直流電源１１０１から第１の負荷１１３１に直流電力を供給する負極線に接続された第１の半導体遮断器Ｔｒ１１１とを備える。また本発明の第６の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源１１０１から第２の負荷１１３２に直流電力を供給する正極線に接続された第２のヒューズＦ１１２と、直流電源１１０１から第２の負荷１１３２に直流電力を供給する負極線に接続された第２の半導体遮断器Ｔｒ１１２とを備える。さらに本発明の第６の実施形態にかかる直流遮断装置は、第１の半導体遮断器Ｔｒ１１１を制御する第１の制御回路１１２１と、第２の半導体遮断器Ｔｒ１１２を制御する第２の制御回路１１２２と、第１の制御回路１１２１および第２の制御回路１１２２に信号を供給する制御用電源１１１１とを備える。
【００７４】
第１の半導体遮断器Ｔｒ１１１および第２の半導体遮断器Ｔｒ１１２は、所定の閾値（第１の閾値）で電流を遮断し、第１のヒューズＦ１１１および第２のヒューズＦ１１２は、所定の閾値より大きい閾値で電流を遮断する。
【００７５】
制御用電源１１１１は、非絶縁型電源（例えば、非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ）であり、直流電源１１０１からの負極線から制御用電源１１１１の入力端子に接続され、駆動するように構成される。
【００７６】
本実施形態の構成によれば、複数の直流給電系統に分岐した場合においても、両極に半導体遮断器を必要としないので、絶縁型電源も必要としない。非絶縁型電源である制御用電源１１１１の一つで、複数の半導体遮断器を制御して負極側のケーブルを保護することができ、正極側のケーブルもヒューズによって保護することができる。また負極線に対して正電圧を出力する制御用電源１１１１の一つで全ての半導体遮断器を動作させることが可能となるため、半導体遮断器の小型化と低コスト化を行うことができる。
【００７７】
なお、制御用電源１１１１は遮断器よりも直流電源１１０１側の正極線と負極線を分圧しても良いし、直流電源１１０１側の正極線と負極線の間に電圧変換装置を設けても良いし、外部から制御電源用電圧を入力しても良い。
【００７８】
（第７の実施形態）  
図１２に本発明の第７の実施形態にかかる直流遮断装置の構成図を示す。本発明の第７の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源１２０１から第１の負荷１２３１に直流電力を供給する負極線に接続された第１のヒューズＦ１２１と、直流電源１２０１から第１の負荷１２３１に直流電力を供給する正極線に接続された第１の半導体遮断器Ｔｒ１２１とを備える。また本発明の第７の実施形態にかかる直流遮断装置は、直流電源１２０１から第２の負荷１２３２に直流電力を供給する負極線に接続された第２のヒューズＦ１２２と、直流電源１２０１から第２の負荷１２３２に直流電力を供給する正極線に接続された第２の半導体遮断器Ｔｒ１２２とを備える。さらに本発明の第７の実施形態にかかる直流遮断装置は、第１の半導体遮断器Ｔｒ１２１を制御する第１の制御回路１２２１と、第２の半導体遮断器Ｔｒ１２２を制御する第２の制御回路１２２２と、第１の制御回路１２２１および第２の制御回路１２２２に信号を供給する制御用電源１２１１とを備える。
【００７９】
第１の半導体遮断器Ｔｒ１２１および第２の半導体遮断器Ｔｒ１２２は、所定の閾値（第２の閾値）で電流を遮断し、第１のヒューズＦ１２１および第２のヒューズＦ１２２は、所定の閾値より大きい閾値で電流を遮断する。
【００８０】
制御用電源１２１１は、非絶縁型電源（例えば、非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ）であり、直流電源１２０１からの負極線から制御用電源１２１１の入力端子に接続され、駆動するように構成される。
【００８１】
本実施形態の構成によれば、第６の実施形態と同様に、複数の直流給電系統に分岐した場合においても、両極に半導体遮断器を必要としないので、絶縁型電源も必要としない。非絶縁型電源である制御用電源１２１１の一つで、複数の半導体遮断器を制御して正極側のケーブルを保護することができ、負極側のケーブルもヒューズによって保護することができる。また正極線に対して負電圧を出力する制御用電源１２１１の一つで全ての半導体遮断器を動作させることが可能となるため、半導体遮断器の小型化と低コスト化を行うことができる。
【００８２】
なお制御用電源１２１１は遮断器よりも直流電源１２０１側の正極線と負極線を分圧しても良いし、直流電源１２０１側の正極線と負極線の間に電圧変換装置を設けても良いし、外部から制御電源用電圧を入力しても良い。
【００８３】
本発明の基本構成および第１の実施形態から第７の実施形態では、過電流の遮断にヒューズを用いているが、ＭＣＣＢなどのパッシブな遮断器を使用しても良い。本明細書の「パッシブな遮断器」とは、機械的あるいは物理的に配線を遮断する遮断器をいう。
【００８４】
また本発明の基本構成および第１の実施形態から第７の実施形態の半導体遮断器の遮断電流は負荷装置の規格や配線径に応じて適宜設定できる。
【００８５】
本実施形態によれば、直流電源側で正極もしくは負極が地絡し、負荷側で他方の極で地絡が発生した際にもケーブルを保護することが可能となる。また、短絡時、過負荷時に遮断器を交換する回数を減少させることが可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１０１、１２０１  直流電源
１１１、１２１１  第１の遮断器
１１２、３１２、４１２、５１２、１１１２、１２１２  第２の遮断器
１３１、３３１、４３１、５３１、１１３１、１２３１  第１の負荷
１３２、３３２、４３２、５３２、１１３２、１２３２  第２の負荷
３１１、４１１  第１の制御用電源
３１２、４１２  第２の制御用電源
３１３  第３の制御用電源
３２１、４２１  第１のスイッチ
３２２、４２２  第２のスイッチ
３２３、４２３  第３のスイッチ
３２４、４２４  第４のスイッチ
５１１  第１の半導体遮断器
５１２  第２の半導体遮断器
５２１  第１のヒューズ
５２２  第２のヒューズ
６３１、７３１、８３１、９３１、１０３１  負荷
６４１、７４１、８４１、９４１、１０４１  検出部
６５１、７５１、８５１、９５１、１０５１  制御部
７６１  スナバ回路
１１１１、１２１１  制御用電源
１１２１、１２２１  第１の制御回路
１１２２、１２２２  第２の制御回路
Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０  コンデンサ
Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０  ダイオード
Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０  ヒューズ
Ｆ１１１、Ｆ１２１  第１のヒューズ
Ｆ１１２、Ｆ１２２  第２のヒューズ
Ｒ７  抵抗素子
Ｔｒ６、Ｔｒ７、Ｔｒ８、Ｔｒ９、Ｔｒ１０  半導体遮断器
Ｔｒ３１、Ｔｒ４１、Ｔｒ１１１、Ｔｒ１２１  第１の半導体遮断器
Ｔｒ３２、Ｔｒ４２、Ｔｒ１１２、Ｔｒ１２２  第２の半導体遮断器
Ｔｒ３３、Ｔｒ４３  第３の半導体遮断器
Ｔｒ３４、Ｔｒ４４  第４の半導体遮断器
【図１】
2015011933.tif 000003
【図２】
2015011933.tif 000004
【図３】
2015011933.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015011933.tif 000010
【図９】
2015011933.tif 000011
【図１０】
2015011933.tif 000012
【図１１】
2015011933.tif 000013
【図１２】
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