(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の機械的高速電気スイッチ（５、５’）を具備する電気スイッチ装置であって、
前記第１の機械的高速電気スイッチと並列に第２の電気スイッチ（６）が接続され、該第２の電気スイッチ（６）は、線源（８、８'）と、少なくとも１つの第１のスイッチエレメント（７、７'）とを具備し、
前記少なくとも１つのスイッチエレメント（７、７’）は、直列接続された複数の整流手段（７、７'）を具備し、
前記整流手段（７、７'）は、照射に対して感受性を有して、線源からの照射を受けると導電性となって第１の機械的高速電気スイッチをバイパスするとともに照射を受けない状態では絶縁性を有し、逆バイアスを受ける整流手段であって、線源からの照射を受けると自由電荷キャリアを発生させて導電性を有し、
前記複数の整流手段のうちの少なくとも２つ（７、７'）が相互に逆方向に接続されて、少なくとも１つが正のバイアス方向に接続されたときに少なくとも１つが負のバイアス方向に接続され、
前記複数の整流手段（７、７'）は、中間層であるイントリンジックバルク層（１７）と、中間層の一方の面に形成された複数のｐドープされたアイランド（１８−２０）と、中間層の他の面で前記ｐドープされたアイランドの間の領域に相当する部分を実質的に覆うように形成されたｎドープされたアイランド（２１−２３）とを有して、ｎ型の層からｐ型の層を通って交互に電流の流路を形成する直列接続した複数のｐｉｎダイオードであって、逆方向に向いて連続する２つのダイオードとなる複数のｐｉｎダイオードから構成され、
電気スイッチ装置が、直列接続した第１の機械的高速電気スイッチ（５、５'）を複数有し、そのそれぞれに対して第２の電気スイッチ（６）が並列に接続されたことを特徴とする電気スイッチ装置。
【請求項２】
前記整流手段（７、７'）は整流ダイオードである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ダイオードがｐｎダイオードであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ダイオードがショットキーダイオードであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記整流手段が少なくとも１つのＳｉ層を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記整流手段が少なくとも１つのＳｉＣ層を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記整流手段が少なくとも１つのダイヤモンド層を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記整流手段（７、７'）が光導電性エレメントであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記線源（８、８'）は逆バイアスを受けるすべての整流手段に対して同時に照射を加えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記スイッチエレメントが、３つの積層された半導体層（１２−１４）を有し、２つの外側の層（１２、１４）が第１の導電性を有するようにドープされ、中間層（１３）が第２の導電性を有するようにドープされ、結果として対称的な２つのｐｎ接合を形成して、直列接続された逆のバイアス特性を有する２つの整流手段を構成することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の機械的高速電気スイッチ（５、５'）は、断路器である請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
装置の断路の際に発生する可能性のある磁気的エネルギーを吸収するための少なくとも１つの手段（１１）が第１の機械的高速電気スイッチ（５、５'）およびスイッチングエレメント（７、７'）と並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記磁気的エネルギー吸収手段がバリスタ（１１）である請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記スイッチエレメント（７、７'）と線源（８、８'）が互いに電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
制御ユニット（９）が第１の機械的高速電気スイッチと第２の電気スイッチに接続されて、当該制御手段に到達する情報に基づいて第１の機械的高速電気スイッチと第２の電気スイッチの機能を制御することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
過電流を検出する手段（１０）が制御ユニットに接続され、過電流に関する情報をこれに供給することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記制御ユニット（９）は、断路の際に、第２の電気スイッチ（６）を制御して照射によってスイッチエレメントに導電性の電流の流路を形成させ、次に、第１の機械的高速電気スイッチを遮断させることを特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
対象物（２）を発電所又は発電所に含まれる他の設備の電源ネットワーク（４）から高速に接続又は遮断し、前記第１の機械的高速電気スイッチと第２の電気スイッチは対象物とネットワーク又は設備の間のライン（３）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
５ｋＶ以上の中電圧又は高電圧、特に１０ｋＶ以上の電圧、好ましくは２０ｋＶ以上、さらに好ましくは４０ｋＶ、一層好ましくは７２ｋＶ以上の電圧に使用されることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
発電所内、電力ネットワークあるいは発電所に含まれる他の設備から対象物を接続および遮断するために、前記請求項１ないし１８のいずれかに記載された電気スイッチ装置を使用する方法。
【請求項２１】
直列に接続した複数の第１の機械的高速電気スイッチ（５、５'）によって、負荷（２）の電気的遮断、特に、高電圧下での遮断を行うための方法であって、
前記第１の機械的高速電気スイッチとそれぞれ並列に接続された第２の電気スイッチ（６）であって、線源（８、８'）と、照射に反応する直列接続された複数の整流手段（７、７'）を具備して、線源から照射を受けると良導電性となって電気絶縁状態から良導電性の状態に変化して、第１の機械的高速電気スイッチをバイパスするスイッチエレメントとを有する第２の電気スイッチを使用して、第１の機械的高速電気スイッチによって遮断する方法において、
前記複数の整流手段のうちの少なくとも２つ（７、７'）が相互に逆方向に接続されて、少なくとも１つが正のバイアス方向に接続されたときに少なくとも１つが負のバイアス方向に接続され、
前記複数の整流手段（７、７'）は、中間層であるイントリンジックバルク層（１７）と、中間層の一方の面に形成された複数のｐドープされたアイランド（１８−２０）と、中間層の他の面で前記ｐドープされたアイランドの間の領域に相当する部分を実質的に覆うように形成されたｎドープされたアイランド（２１−２３）とを有して、ｎ型の層からｐ型の層を通って交互に電流の流路を形成する直列接続した複数のｐｉｎダイオードであって、逆方向に向いて連続する２つのダイオードとなる複数のｐｉｎダイオードから構成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、機械的高速電気スイッチを具備する電気スイッチ装置に関する。当該装置は、基本的に、過電流を生じたような場合に大出力電流を遮断することを目的とする。
【０００２】
本発明はまた、添付の方法に関する請求項の前提部分に記載された電気的負荷の遮断方法に関するものである。
【０００３】
本発明にかかる装置は、より正確には、発電所又は電力ネットワークにおける対象物の接続及び遮断、および、発電設備あるいは接続された対象物から特定の部分を電気的に接続又は切断することに関するものである。ここで「対象物」とは、極めて広い意味で使用しており、発電設備と電力ネットワークに含まれる全ての装置と機器、及び、発電設備および／または電力ネットワークの各部分を含む概念として使用する。
【０００４】
例えば、対象物とは、発電機、変圧器あるいはモータのように磁気回路を有する装置である。あるいは、対象物の別の例は、送電線、スイッチギア装置等である。本発明は中電圧及び高電圧において使用することを意図したものである。ＩＥＣ標準に基づけば、中電圧とは、１−７２．５ｋＶ、高電圧とは７２．５ｋＶよりも高い電圧をいう。したがって、送電、配電、分電の電圧レベルはこれに含まれる。
【０００５】
発電設備においては、対象物を接続したり遮断したりするために、通常、例えばＳＦ６ブレーカと称する、オイルブレーカ又はいわゆるバキュウムブレーカのような既知のブレーカが使用されている。まれではあるが、極めて高速に作動する要請が有る場合には、例えば、サイリスタやＩＧＢＴのような半導体「ブレーカ」が使用される。
【０００６】
これらの回路ブレーカはいずれも、２つの金属接点（アーチ接点）の間を流れる電流を遮断する際、遮断すべき電流がアーチとなって流れ続けることがおきる。そこで、電流がゼロになったとき、つまり、５０Ｈｚの電力供給網であれば２０ミリ秒に２回づつ発生する極性が変化する瞬間に、電流をゼロにする。したがってこの種のブレーカは交流に対しては使用することができるが、電流がゼロになる瞬間がない直流電流に対しては使用することができない。
【０００７】
上述のような構造を有する回路ブレーカは、大部分の場合が相当する中程度の電流、いわゆるオペレーション電流のみならず、大きな過電流、故障電流の遮断が可能なように再設計する必要がある。
【０００８】
回路遮断機は、端子間にアークを形成して流れる過電流の大きなエネルギーを遮断することができるように設計する必要がある。アークが再生しないように、つまり、遮断の継続を保証するためには、電流の遮断に成功した後、極めて短い時間の間に、端子間の空間に非常に高い絶縁性を与える必要がある。
【０００９】
例えば、ＳＦ６ブレーカのようなオイルブレーカあるいはいわゆる真空ブレーカは、短時間の間に同じ位置で、大きな熱的負荷と電気的負荷に耐える必要が有るため、構造が比較的複雑になり遮断までの時間が比較的長くなる。
【００１０】
ここで過電流とは、基本的に、スイッチで接続されている対象物の絶縁システムが喪失したときにおきる短絡時の大電流のようなものを念頭においている。このような喪失は、外部のネットワーク／装置の短絡電流（ショート電流）がアークとして流れることを意味する。その結果、非常に大きな損傷が発生することになる。スウェーデンの電力ネットワークで想定している短絡電流（故障電流）は６３ｋＶである。短絡電流（故障電流）は、実際は、４０−５０Ａとなる。
【００１１】
上述の回路ブレーカの問題は遮断までの時間が長いことである。遮断が完全に実行されるまでの遮断時間（ＩＥＣ−標準）は１５０ｍｓである。現在の設備ではこの遮断時間を９０−１３０ｍｓ程度より短くすることは非常に困難である。その結果、回路遮断機が遮断を行うまでの時間の間、極めて大きな電流が対象物を流れることになる。外部の電源ネットワークの全出力がこの時間流れることは、接続された対象物にとっては非常に大きな負荷である。この間ネットワークの作動も阻害され、同じネットワークに接続された他の機器も大幅な外乱や、損傷を受けることになる。接続された対象物が、損傷や壊滅的な被害を受けることが無いようにするためには、回路遮断器の遮断時間中に流れる短絡電流／故障電流がほとんど記載するほどの損傷を与えないようにこれらを処理することが必要になる。接続される対象物を、短絡電流／故障電流がかなりの時間流れても良いように設計することは、コストの増大と性能の低下を招くことになる。ネットワークとそれに接続された機器が受ける外乱に関しては、現在のところネットワークには保護が設けられていないために、製造者は敏感な装置には「バックアップ」とネットワーク安定化装置を設けることが必要である。通信及びコンピュータシステムのようなマイクロプロセッサに基づく、より敏感なシステムは、大きな費用のかかるリスタートが頻繁に必要になる。
【００１２】
サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのような半導体電力装置は、単独では上述の電圧を負担することができないために、複数のコンポーネントを直列接続することが必要である。高電圧設備の場合には、この種のコンポーネントを数百個直列接続することが必要になる。このために確実に作動させるためには、例えば、電圧と電力が構成要素に対して均一に分配されるように、複雑な制御が必要になる。シリコンからなる半導体コンポーネントは、さらに比較的損失が大きいために、コンポーネントを熱障害によって損壊させないためには効率的な冷却が必要になる。制御、規制と冷却部を含む全システムの、コンポーネントをそれぞれ固有の電圧に直列接続するシステムは非常に複雑であり、全体のコストが非常に高くなる。そのコストとは回路ブレーカのコストをはるかに上回り、そのために、ここで述べるような発電設備や送電網に半導体コンポーネントを使用することは一般に行われていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、より良好なスイッチングを実現して、接続された対象物に加わる負荷を低減し、かつ、ネットワークが受ける外乱とネットワークに接続された他の機器の損傷を低減することことができる、コスト的にも魅力的な装置と方法とを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明に基づくこの目的は、添付の請求項１の前提部分に記載した装置によって達成される。第２のスイッチが、以降シャントエレメントと呼ぶスイッチングエレメントが、電気接点を有する第１の電気スイッチと並列に機械的高速電気スイッチの形で接続されている。シャントエレメントは、例えば光や電子ビームの照射を受けたときに導電性を有するように設計されている。切断つまり遮断を行うときは、シャントエレメントに対して照射を行い、このことによってシャントエレメントが導電状態になり、機械的スイッチが熱又は電気的負荷無しに遮断を実行する。好ましくは、ブレーカが開の状態になったときに、シャントエレメントへの照射を停止して当該エレメントを絶縁状態に戻す。
【００１５】
照射を受けない時は逆バイアスを受け、線源からの照射を受けることによって自由電化キャリアを発生させて電流を流す整流手段をスイッチングエレメントとして使用することによって、対象物を電源ネットワークあるいはそれに類するものから所望の時間内に極めて高速に遮断され、スイッチングエレメントが照射を受けなくなると、当該エレメントは逆バイアスに戻って即座に導電性を失う。また、整流手段が照射を受けて装置が導電状態のときに、機械的電気スイッチをトランジエント無しで閉とすることもできるので、従来のものに比較して非常に大きな利点を有する。
【００１６】
したがって、本発明は機械的な操作に基づいて回路の開閉を行うだけでなく、コストが高く損失が大きい従来の電力半導体を使用せず、機械的な電気スイッチとシャントエレメントを有し、スイッチング装置の導電性を照射によって制御する原理に基づくものである。機械的な接点を電気的負荷と熱的負荷から開放することによって、極めて高速な遮断を実行することが可能になる。
【００１７】
好ましい実施例に拠れば、前記の制御手段は整流ダイオードである。この装置の第２の電気スイッチとして逆バイアスを受けるダイオードを使用することは、必要であれば照射によって制御することが容易で信頼も高く、絶縁状態にあるときは効率的に電圧を阻止するので好ましい。さらに、この種のダイオードは、市場で広くかつ、低額で購入することができる。P. Roggwiler  とR. SittigによるＣＨ１６１６−２・８０・００００−０６４６  ５００．７５、１９８０年ＩＥＥＥによれば、逆バイアスをかけサイリスタとアンチパラレルに接続されて、逆バイアスがかかっていたダイオードに照射を当てて自由マイノリティー電化キャリアを発生させることによって導電性にすることで、サイリスタをオフにするフォトコンダクティブダイオードが開示されている。ダイオードが導電性を有する時間が十分長ければ、サイリスタはスイッチオフされる。しかし、本発明はそのような整流ダイオードの新しい使用、つまり、機械的高速電気スイッチを有してスイッチング装置を流れる電流の大部分を取り扱い、電気スイッチが回路を断とすることで、従来のものに比較して特に大電力の場合に、電気スイッチ装置を流れる電流をはるかに高速に遮断することができるスイッチへの使用を提案するものである。
【００１８】
ダイオードは、照射によって制御されるものであれば、考えられるもの全てを含み、ｐｎ−ダイオード、ｐｉｎダイオード、ショットキーダイオードはそれぞれ異なる実施例に対応する。このようなダイオードはこの観点からは低いコストで市場で入手可能である。
【００１９】
本発明の１つの実施例によれば、整流手段は、ＳｉＣからなる少なくとも１つの層とダイヤモンドからなる少なくとも１つの層を有する。このような、ＳｉＣあるいはダイヤモンドからなる整流手段は、これらの材料が有する特性に起因して電気スイッチ手段としてきわめて優れた特性を示す。これらの材料は何れも極めて高い絶縁破壊電圧を有し、従来の半導体を使用した整流手段に比較して、顕著に高い阻止電圧を有する。このことは、従来の整流手段であれば多くのものを直列に使用しなければならないような状況で、もっと数の少ない整流手段を直列に使用すれば足りることを意味している。さらに、ＳｉＣとダイヤモンドは、１０００Ｋに達する非常な高温でも安定であり、この点も高電圧を扱う場合には大きな利点となる。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施例によれば、整流手段は光電導エレメントである。このことによって、整流手段の制御がきわめて容易になる。
【００２１】
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記第２の電気スイッチは、直列に接続した整流手段を複数有し、電圧が非常に高い場合にも十分に作動する。
【００２２】
本発明に別の好ましい実施例の場合には、上述の最後に述べた構成をさらに改良したものに相当し、前記の複数の整流手段のうちの少なくとも２つは互いに反対の極性に接続されており、一方が正の方向で有り他方が負の方向を向いている。この実施例は、前記複数とは２つであり、この２つの整流手段が互いに逆向きに接続された構成が特に強調されている。この種のスイッチ装置は、常に少なくとも１つの整流装置が逆向きであり、この整流装置が照射によって導通するようにされ、必要なら第２の電気スイッチが電流の大部分を流すようにすることができるので、交流電流を極めて高速に遮断するのに使用される。２つ以上の整流装置を使用するときは、スイッチエレメントが導電状態になるためには、すべての整流手段に逆バイアスがかかることが必要であり、このことは、前記の線源が逆バイアスを加えられたすべての整流手段に同時に照射するように構成された本発明のさらに別の実施例において説明されている。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施例では、装置は前出の機械的高速電気スイッチを複数直列にし、そのそれぞれと並列に第２の電気スイッチが接続されている。この種の装置は、極めて大きな電力を取り扱うために使用するもので、機械的高速電気スイッチは第２の電気スイッチ同様に、同時に制御されるのが好ましい。
【００２４】
本発明の別の好ましい実施例によれば、スイッチエレメントは３を含む数の積層された半導体を有し、そのうちの最外層の２つは第１の導電性ｎまたはｐが他にドープされて、中間層は第２の導電性にドープされて同じ数の直列接続されて極性が互いに逆向きの整流手段を形成する２つのｐｎ接合を構成している。この種のスイッチエレメントは、交流電流を、位相の状態にかかわらず高速に遮断するために好適に使用することができる。
【００２５】
本発明の別の好ましい実施例によれば、当該スイッチエレメントは、中間の本質的なバルク層と、当該中間層の一方の面に設けられたｐドープ層のアイランドと、前記中間層の反対側の面の、前記アイランドのあいだの空間に対応する位置を実質的に覆うように設けられたｎドープ層とを具備し、ｎ型層から他のｐ型層に連続的な交流電流の流路を構成し、反対の極性を有する２つの連続したダイオードを有する複数のｐｉｎダイオードを構成する。この種のスイッチエレメントは、極めて高い電圧に対して好適に使用することができ、その「バイポーラ」型の構造に起因して交流電圧を高速に切り替えることができる。
【００２６】
本発明のさらに別の実施例によれば、前記第１の電気スイッチとスイッチエレメントに少なくとも１つのバリスタが並列に接続される。遮断時の誘導負荷のためにバリスタ内に誘導電流を発生し、バリスタによって磁界によるエネルギが吸収される。したがって、バリスタは電気スイッチに蓄積される可能性のある磁界のエネルギを消費する。
【００２７】
本発明の別の好ましい実施例によれば、上述のいずれかの電気スイッチ装置を対象物を発電設備に対して接続又は切り離しを行い、電力ネットワークを形成しあるいは他の装置を発電所に接続することを行う。高速で対象物の接続および遮断を行うことが重要な場合には、これはこの種のスイッチ装置の好ましい用途である。
【００２８】
本発明はさらに、第１の機械的な電気スイッチと並列に接続された第２の電気スイッチと、線源と、照射に反応するスイッチエレメント、スイッチ素子が線源の照射を受けるとスイッチエレメントは絶縁状態から導電状態に移行して、優れた導電性を示して、第１の電気スイッチを阻止する機械的高速電気スイッチを具備する手段によって、特に大きな電力の負荷の遮断を行う方法を含む。この方法によって極めて高速の遮断を行うことができるので、電気的負荷を遮断する好ましい方法である。
【００２９】
本発明のさらに別の利点と好ましい特性については、以下の記載および他の従属請求項から明らかになる。添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例について以下に記述する。
【００３０】
発明の好ましい実施例の詳細な説明
図１は、本発明の第１の実施例に基づく電気スイッチ装置１を極めて概念的に示したものである。この装置は、例えば発電機のような対象物２を具備する発電所に設置されるものである。対象物はライン３によって外部の電力供給ネットワーク４に接続されている。電気スイッチ装置は当該対象物を、電力ネットワーク４に対して対象物２を接続および遮断するために設けられている。しかし、発電設備に他のどのような部位に対しても同様に対象物のスイッチングを行うことができることを強調しておく必要がある。対象物２のネットワークからの遮断は、ネットワークの故障電流から対象物や装置を保護する目的、あるいは、当該対象物に対して流れる大きな故障電流から生じる電圧および作動妨害からネットワークを保護するために行われる。
【００３１】
スイッチ装置は、遮断のためには互いに離れて接続のためには互いに接触する接点を具備する切り離し機又は遮断機である、機械的高速スイッチ形式の第１の電気スイッチ５を具備する。第１のスイッチと並列に接続された第２のスイッチ６は、対象物２がネットワーク４に接続されたときには逆バイアスとなるように配置された光電導ダイオード７の形式のスイッチエレメントを具備する。ネットワーク４はこの例の場合には直流ネットワークである。第２の電気スイッチはさらに、ダイオード７に対して自由電化キャリアを照射して照射を受けている間ダイオード７を導電状態に維持する線源８を有する。スイッチングエレメントは、このエレメントからは電気的に分離した線源によって制御される。
【００３２】
さらに、装置は、線源８と機械的スイッチ５を制御する制御ユニット９を有する。当該ユニットは、ライン３上の過電流を示すパラメータを検出するセンサ１０が接続されている。
【００３３】
機械的スイッチ５と並列にバリスタ１１が接続されており、その機能は以下に説明する。
【００３４】
この電気スイッチは従来の回路ブレーカに比較して極めて高速で、ライン３の故障電流は最大値には到達しないことを意味する。
【００３５】
図２と図３は、センサ１０が過電流を検知し、制御ユニット９がスイッチ装置に対象物２をネットワーク／設備４から遮断させたときに起きる事柄を示すものである。過電流の検出時刻である時刻ｔ１において、機械的スイッチは接点を開くように制御を受け、接点は図２において線ｘで示されるように２つの接点の距離が広がる。同時に光源８がダイオード７に照射を開始するように制御を受け、ダイオードの導電性は図２においてσで表したように変化する。これは、機械的なスイッチが作動する間、機械的なスイッチ５が制御を受ける際のギャップは、実質的には電気あるいは熱的な負荷を受けないことを意味する。電流の経路の遮断は、その代わり、バリスタ１１が磁界のエネルギを吸収するダイオード７（シャントエレメント）で行われている。このように、故障電流に対する遮断は極めて高速に行われる。線源８は、機械的スイッチ５の接点が最大開度となった時刻ｔ２においてダイオード７に照射を与え、ダイオードに対する照射が終了したときは、機械的なスイッチ５は問題なく対象物をネットワーク／設備４から電気的に絶縁する。
【００３６】
図３は、機械的なスイッチ内部において、電流Ｉ１が遮断操作の開始時点であるｔ１から下降するかと、ダイオード７の中を流れる電流Ｉ２がｔ１からｔ２にかけて下がるかを示した図である。
【００３７】
後に対象物２がネットワーク／設備４に対して接続される必要があるときは、電気スイッチ装置は再度制御ユニット９の線源８によってダイオード７に照射を与え、機械スイッチが過渡変化を発生させることなく閉じる。
【００３８】
本発明の第２の好ましい実施例の電気スイッチ装置の部分を図４にきわめて概念的に示した。当該実施例は、スイッチエレメントが逆向きに直列接続された２つのダイオード７，７’を具備する点が図１に示した実施例とは異なっている。各ダイオードに対して、線源８、８’が設けられている。この装置は、照射を受けない限り一方のダイオードが常に逆バイアスとなっているので、交流のスイッチングに適している。過電流が検出され、機械スイッチ５の接点が離されると、その時点で逆バイアスを受けているダイオードに対応する線源が照射を開始して、図２と３で直流電圧に関して説明したのと同様な遮断過程をすすめる。
【００３９】
図５は、ｐｎｐまたはｎｐｎ積層構造半導体層１２−１４構造によって交流用スイッチエレメントを示すものである。最外層１２，１４は同じ導電型ｎまたはｐであり、中間層は逆の型ｐまたはｎにドープされている。したがって、接合面１５，１６では層間にｐｎ接合が形成されており、当該半導体コンポーネントに加わる電圧の方向によっていずれか一方の接合面には逆電圧が加わる。２つの光源８、８'が図４に示した２つのダイオード７、７'と同様に設けられる。例えば、ｐｎ接合１５にバイアス電圧が印加されている状態で、層１２に対して照射を与えると、層１２にマイノリティキャリアを生じ、接合面を通って電流が流れる。
【００４０】
図６は、直流電圧の場合において図１に示した装置を置換しえる装置である。図には、高電圧の場合に、必要に応じて機械的なスイッチ５の中にダイオードの形態をした整流装置が直列接続されている様子を示す。各ダイオードには磁界のエネルギーを吸収してダイオード７、７'が遮断の際の電圧と電力を均等に受け持つように、バリスタ１１が設けられて居る。遮断機は、スイッチエレメント６とネットワーク／設備４との間に設けられて、対象物２をネットワーク／設備から遮断した後に、遮断状態のダイオードから電圧を除去するために、ネットワーク／設備４をダイオードから遮断するように制御を受ける。
【００４１】
図７に示す本発明のさらに別の実施例は、図６に示した実施例と図４に示したものとの組み合わせてある。この場合、２つの機械的なスイッチ５、５'が直列されており、互いに逆向きのダイオード７、７'が各機械スイッチと並列に直列接続されている。当該装置は交流電流の遮断に好適であり、機械的スイッチが直列に接続されているために高圧電流を取り扱うことができる。
【００４２】
図８は、交流電流のスイッチングを行うためのスイッチ装置で使用することができるスイッチエレメントのために複数の整流手段を製作する好ましい方法を示したものである。このスイッチエレメント６は、同一の半導体上に埋めこまれたカスケード接続されたｐｉｎダイオードから構成される。１枚の「半絶縁ウエハ」から例えば１０−４０である多数のダイオードを具備するカスケードを製造することは容易である。上面は第１の導電性を有するように例えばｐ型にドーピングされるか同様の層によって被覆し、下面を逆の例えばｎ型でドーピングする。例えば、層１８−２０はｐ型にドーピングされ、層２１−２３はｎ型にドーピングされる、層１７は実質的にドーピングされていない。図８の右に、ダイオードが構成される様子を示す。各エレメント（ダイオード）が、１ｋＶのスイッチであれば、４０のダイオードが直列接続された場合には全体として２０ｋＶをスイッチングすることができる。この構造は、従来の光電導スイッチとして機能する、つまり、照射を受けたときは導電性で照射を受けないときは絶縁性である。各ダイオードのスイッチング性能は使用される材料、層厚１７とドーピング特性に依存し、層１７にＳｉＣまたは本質的ダイヤモンドを使用することによって、ダイオードは非常に高い電圧、例えば、１０ｋＶあるいはそれ以上の電圧を阻止できる。
【００４３】
本発明は上述の実施例に制限されないことは当然であり、特許請求項の記載によって規定される発明の技術思想の範囲内で多くの変更が可能である。
【００４４】
整流装置、機械的スイッチおよび他の構成要素の数は当然任意である。
【００４５】
線源は、可視光線、ＵＶ光線、ＩＲ光線、電子ビーム、イオンビーム、ｘ線等の照射を行うものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の好ましい実施例に基づいて、電気スイッチ装置の最も基本的な構成を示すものである。
【図２】 図１に示した電気スイッチ装置の機械的電気スイッチの接点間距離ｘと、光電ダイオードの導電性を電気スイッチ装置が負荷を遮断した際の時間経過に対して示したものである。
【図３】 図１に示した構成において、負荷を遮断したときからの経過時間に対して、機械的電気スイッチを流れる電流Ｉ１の大きさと、光導電装置を流れる電流Ｉ２の大きさとを示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施例に基づく電気スイッチ装置の簡略化した図面である。
【図５】 本発明の第２の実施例に基づくスイッチ装置のスイッチエレメントの断面図である。
【図６】 本発明の第３の実施例のスイッチ装置を示す概念図である。
【図７】 本発明の第４の実施例のスイッチ装置を示す概念図である。
【図８】 本発明に基づくスイッチ装置のスイッチエレメントを示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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