(57)【要約】【課題】本発明は、直流遮断器およびその遮断方法に関し、従来技術の限界を改善することを課題とする。【解決手段】第１の回路部に通電される直流電流を測定する測定部と、前記直流電流を通電および遮断する前記第１の回路部と、前記第１の回路部から迂回した前記直流電流を通電および遮断し、前記測定部の測定結果に応じて前記第１の回路部の開閉を制御する第２の回路部と、を含み、前記第１の回路部と前記第２の回路部とは、それぞれに含まれたスイッチング素子が並列構造からなるように連結される直流遮断器であって、遮断動作時における高速スイッチング動作を改善するとともに、より安定的かつ効率的に直流を遮断することができる直流遮断器およびその遮断方法を提供する。【選択図】図４
2016127026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を通電および遮断する第１の回路部と、
前記第１の回路部に通電される直流電流を測定する測定部と、
前記第１の回路部から迂回した前記直流電流を通電および遮断し、前記測定部の測定結果に応じて前記第１の回路部の開閉を制御する第２の回路部と、を備え、
前記第１の回路部と前記第２の回路部とは、それぞれに含まれたスイッチング素子が並列構造からなるように連結されていることを特徴とする、直流遮断器。
【請求項２】
前記測定部は、
前記第１の回路部の前段に備えられ、前記直流電流を測定する変流器と、
前記変流器の測定結果に基づいて故障有無を判断する判断部と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項３】
前記第１の回路部および前記第２の回路部のそれぞれに含まれたスイッチング素子は、前記測定部の測定結果に応じてターンオン／ターンオフされる電力用半導体素子であることを特徴とする、請求項１または２に記載の直流遮断器。
【請求項４】
前記電力用半導体素子は、二つの半導体素子が互いに異なる方向に電流を通電させる両方向性構造からなることを特徴とする、請求項３に記載の直流遮断器。
【請求項５】
前記第１の回路部は、
前記直流電流を通電および遮断する第１のスイッチング素子と、
前記第１の回路部を開閉する第１の接点部と、を備え、
前記第１のスイッチング素子と前記第１の接点部とは直列に連結されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の直流遮断器。
【請求項６】
前記第１のスイッチング素子は、前記測定部の測定結果に応じて前記直流電流を遮断して、前記直流電流が前記第２の回路部に迂回されるようにしてあることを特徴とする、請求項５に記載の直流遮断器。
【請求項７】
前記第１の接点部は、通常時には閉路されており、前記第２の回路部に含まれた駆動コイルに電流が流れるときに開路されることを特徴とする、請求項５に記載の直流遮断器。
【請求項８】
前記第２の回路部は、
前記第１の回路部から迂回した前記直流電流を通電および遮断する第２のスイッチング素子と、
電流が流れるときに、前記第１の回路部に含まれた第１の接点部が開路されるようにする駆動コイルと、を備え、
前記第２のスイッチング素子と前記駆動コイルとは直列に連結されていることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の直流遮断器。
【請求項９】
前記第２の回路部は、前記第１の回路部に含まれた第１のスイッチング素子と並列に連結されていることを特徴とする、請求項８に記載の直流遮断器。
【請求項１０】
前記第２のスイッチング素子は、前記第１の接点部が開路された後、迂回した前記直流電流を遮断することを特徴とする、請求項８に記載の直流遮断器。
【請求項１１】
前記第２の回路部は、
前記第２のスイッチング素子にかかる過電圧を防止するためのインピーダンス素子をさらに備えることを特徴とする、請求項８に記載の直流遮断器。
【請求項１２】
前記インピーダンス素子は、正常状態時に、前記第２の回路部のインピーダンスが前記第１の回路部のインピーダンスより高く維持されるようにしてあることを特徴とする、請求項１１に記載の直流遮断器。
【請求項１３】
前記第１の回路部および前記第２の回路部から迂回した前記直流電流を充電する充電部と、
前記充電部の充電が完了されて、前記充電部から放電される電流を制限する制限部と、をさらに備え、
前記充電部と前記制限部とは並列に連結されていることを特徴とする、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の直流遮断器。
【請求項１４】
前記充電部は、
前記第１の回路部と並列に連結されており、
前記第１の回路部および前記第２の回路部から迂回した前記直流電流を充電するキャパシタと、
前記充電部を開閉する第２の接点部と、を備え、
前記キャパシタと前記第２の接点部とは直列に連結されていることを特徴とする、請求項１３に記載の直流遮断器。
【請求項１５】
前記キャパシタは、前記第２の接点部が閉路されるときから、前記第１の接点部が開路されて前記第１の接点部で発生したアークが消滅するときまで、迂回した前記直流電流を充電することを特徴とする、請求項１４に記載の直流遮断器。
【請求項１６】
前記第２の接点部は、通常時には開路されており、前記第２の回路部に含まれた駆動コイルに電流が流れるときに閉路されることを特徴とする、請求項１４に記載の直流遮断器。
【請求項１７】
前記直流電流が入力される入力端および前記直流電流が出力される出力端それぞれにアレスタを備え、
前記アレスタは、前記直流遮断器の遮断動作後に残存する残余電気エネルギーを消去することを特徴とする、請求項１乃至１６の何れか一項に記載の直流遮断器。
【請求項１８】
測定部により第１の回路部に通電される直流電流を測定するステップと、
測定結果に応じて、前記第１の回路部により前記直流電流を遮断するステップと、
前記第１の回路部から迂回した前記直流電流が第２の回路部に通電されるステップと、
前記第２の回路部により、前記第１の回路部が開路されるように制御し、充電部が閉路されるように制御するステップと、
前記第２の回路部により、迂回した前記直流電流を遮断するステップと、
前記第２の回路部から迂回した前記直流電流を前記充電部に充電するステップと、
前記充電部から充電された電流を制限部に放電するステップと、
前記制限部により、放電された電流を制限するステップと、を有することを特徴とする、直流遮断器の遮断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流遮断器およびその遮断方法に関し、より具体的には、並列構造からなるスイッチング素子により、遮断動作時における高速スイッチング動作を改善するとともに、より安定的かつ効率的に直流電流を遮断することができる直流遮断器およびその遮断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統で故障が発生する場合、電力機器および設備を保護するために、遮断器により故障電流を遮断する。系統で故障が発生すると、継電器は、故障状態を判断して開放のためのトリップ信号を遮断器に送信する。遮断器は、トリップ信号を受信した後、駆動装置により、故障電流が流れる遮断器接点を開放して電流を遮断する。この際、遮断器接点の両端にアーク電流が流れることとなり、十分な絶縁条件が確立されないと、アーク電流によって故障電流が流れ続けることになる。ＡＣ系統の場合、一定周期で電流０点を通るため、接点距離が十分である場合には、０点に到達する瞬間にアーク電流が消滅し、故障電流が遮断される。しかし、ＤＣ系統の場合、電流０点がないため、アーク電流の消滅が非常に困難である。通常、３０００Ｖ以下の場合には、アークの拡散によりＤＣ故障電流の遮断が可能であるが、それ以上の場合にはアーク電流の消滅が困難である。そのため、様々な方法を用いて、ＡＣ系統のように電流０点を作って遮断する技術を実現しなければならない。今まで実現されているＤＣ遮断技術としては、上述のように接点で発生するアークを拡散させる逆電圧方式、別の共振回路を構成し直流電流を共振して遮断する共振方式、予め並列キャパシタに電荷を充電させ、故障発生時にアーク電流と反対方向に投入して電流重畳により遮断する逆電流方式、およびターンオン／ターンオフが可能な電力用半導体を用いた遮断器などが開発されている。
【０００３】
このような従来技術の例が図１〜図３に図示されており、これらを参照して従来技術の構成および動作を説明する。
【０００４】
図１は従来の複合型超電導限流器の構成を示した構成図である。
【０００５】
図２は従来の複合型限流器の構成を示した構成図である。
【０００６】
図３は従来の直流遮断器の構成を示した構成図である。
【０００７】
図１に図示された従来の複合型超電導限流器は、超電導体（Ｐ１）および高速スイッチ（Ｐ４）で構成された主回路、前記主回路と並列に連結された高速スイッチ駆動コイル（Ｐ２）、駆動コイル（Ｐ２）と直列に連結され故障電流の遮断を担う電力用半導体（Ｐ１３）、高速スイッチにより迂回される故障電流を制限するＣＬＲ（Ｐ１４）が並列に構成された限流回路で構成されている。
【０００８】
前記複合型超電導限流器の具体的な動作は次のとおりである。
【０００９】
１）系統で故障が発生して、主回路の超電導体（Ｐ１）の臨界電流を超えると、超電導体（Ｐ１）がクエンチして抵抗が発生する。
【００１０】
２）この抵抗により、故障電流は主回路と限流回路とに分流されて駆動コイル（Ｐ２）に流れる。
【００１１】
３）この際、駆動コイル（Ｐ２）で発生する磁場により高速スイッチ（Ｐ４）の電磁気反発板に逆起電力が誘導され、リンク（Ｐ５ａ）で連結された高速スイッチ接点（Ｐ５）が開放される。
【００１２】
４）高速スイッチ接点（Ｐ５）が開放されることで、主回路電流は遮断され、故障電流は限流回路に流入する。
【００１３】
５）その後、高速スイッチの開放状態が制御器（Ｐ６ａ）により確認されると、通電状態の電力用半導体（Ｐ１３）をターンオフして故障電流をＣＬＲ（Ｐ１４）に迂回させ、故障電流エネルギーを減少させることで、限流が行われる。
【００１４】
図２に図示された従来の複合型限流器は、故障電流を検出する事故検知部（Ｐ１０）、事故検知部と直列に連結された高速スイッチ（Ｐ２０）の接点部（Ｐ２５）、ターンオフが可能な電力用半導体（Ｐ３０）で構成された主回路と、前記主回路と並列に連結されて故障電流を充電するキャパシタ（Ｐ４０）と、前記キャパシタ（Ｐ４０）の充電が完了された後に故障電流を限流するＣＬＲ（Ｐ５０）と、で構成されている。
【００１５】
前記複合型限流器の具体的な動作は次のとおりである。
【００１６】
１）系統で故障が発生すると、事故検知部（Ｐ１０）が故障を検出して開放トリップ信号を高速スイッチ（Ｐ２０）の電源部に伝達する。
【００１７】
２）開放トリップ信号が受信されると、高速スイッチの電源部の電力用半導体（Ｐ２１）をターンオンし、予め充電された内部キャパシタ（Ｐ２２）により電流を通電させて高速スイッチ（Ｐ２０）の駆動ドライバー（Ｐ２３）を励磁させ、電磁気反発板（Ｐ２４）を高速で駆動させて、高速スイッチの接点（Ｐ２５）を開放する。
【００１８】
３）接点（Ｐ２５）の開放に伴い、制御器（Ｐ２６）は、電力用半導体（Ｐ３０）にターンオフトリップ信号を送信して主回路の電流を遮断する。
【００１９】
４）これにより、故障電流は主回路と並列に連結されたキャパシタ（Ｐ４０）に通電される。この際、機器の両端で発生する電圧は、高速で開放された高速スイッチ接点（Ｐ２５）の両端に印加され、電力用半導体（Ｐ３０）には電圧が印加されない。
【００２０】
５）キャパシタ（Ｐ４０）が充電されると、ＣＬＲ（Ｐ５０）側に事故電流が流れることにより、故障電流エネルギーが減少して限流される。
【００２１】
図３に図示された従来のＤＣ遮断器は、図１および図２に図示された従来技術と類似の構成を有しており、高速スイッチ（Ｐ３００）および電力用半導体（Ｐ４００）で構成された主回路と、主回路と並列に連結されたキャパシタ（Ｐ５００）と、前記回路と並列に連結されてエネルギーを消去するアレスタ（Ｐ６００）と、で構成されている。
【００２２】
前記ＤＣ遮断器の具体的な動作は次のとおりである。
【００２３】
１）系統で故障が発生すると、電力用半導体（Ｐ４００）がターンオフされ、これと略同時に高速スイッチ（Ｐ３００）が開放される。
【００２４】
２）主回路の電流が遮断され、並列に連結されたキャパシタ（Ｐ５００）側に通電されてキャパシタが充電される。
【００２５】
３）高速スイッチ（Ｐ３００）が高速で開放され、キャパシタ（Ｐ５００）が充電されると、系統内の残留エネルギーがアレスタ（Ｐ６００）により消去される。
【００２６】
４）残留エネルギーの消去が完了されると、電流が遮断される。
【００２７】
図１に図示された従来技術の場合、主回路に超電導体を用いるため、高価の冷却システムが必要であるという問題がある。また、主回路における超電導体がクエンチするときに発生するインピーダンスと、並列に連結された限流回路の駆動コイル（Ｐ２）のインピーダンスと、の差により故障電流が分流される。超電導体（Ｐ１）がクエンチするときに発生するインピーダンスが小さい場合、限流回路側に迂回される電流が小さくなるため、駆動コイル（Ｐ２）に流れる電流が低く、高速スイッチの駆動が遅れるおそれがあるという欠点がある。
【００２８】
図２および図３に図示された従来技術の場合、高速スイッチの接点が開放されるときに、不意にキャパシタ回路側に電流が流れることとなって、接点距離が絶縁に十分に至る前にキャパシタが充電される可能性があるという問題がある。
【００２９】
このように、従来技術は、既存の超電導体の使用による電流の分流により、駆動ドライバーに十分な磁場が発生しないという問題、超電導体を適用することで、極低温冷却システムが必要となり、これにより発生するコストの問題、さらに、通電電流が増加すると損失も大きくなるため、冷却コストが大きく増加するという問題により、高速スイッチの適用が容易ではないという限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
したがって、本明細書は、従来技術の限界を改善することを課題とし、遮断動作時における高速スイッチング動作を改善するとともに、高速スイッチの適用が容易であり、安定的かつ効率的に遮断動作が行われることができる直流遮断器およびその遮断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上述の課題を解決するための本明細書に開示された直流遮断器は、直流電流を通電および遮断する第１の回路部と、前記第１の回路部に通電される直流電流を測定する測定部と、前記第１の回路部から迂回した前記直流電流を通電および遮断し、前記測定部の測定結果に応じて前記第１の回路部の開閉を制御する第２の回路部と、を備え、前記第１の回路部と前記第２の回路部とは、それぞれに含まれたスイッチング素子が並列構造からなるように連結されている。
【００３２】
一実施例において、前記測定部は、前記第１の回路部の前段に備えられ、前記直流電流を測定する変流器と、前記変流器の測定結果に基づいて故障有無を判断する判断部と、を備えるようにしてもよい。
【００３３】
一実施例において、前記判断部は、判断結果に応じて、前記第１の回路部および前記第２の回路部のそれぞれに含まれたスイッチング素子の動作の根拠となる開閉信号を生成し、その開閉信号を前記第１の回路部および前記第２の回路部のそれぞれに含まれたスイッチング素子に伝達するようにしてもよい。
【００３４】
一実施例において、前記第１の回路部および前記第２の回路部のそれぞれに含まれたスイッチング素子は、前記測定部の測定結果に応じてターンオン／ターンオフされる電力用半導体素子であってもよい。
【００３５】
一実施例において、前記電力用半導体素子は、二つの半導体素子が互いに異なる方向に電流を通電させる両方向性構造からなるようにしてもよい。
【００３６】
一実施例において、前記第１の回路部は、前記直流電流を通電および遮断する第１のスイッチング素子と、前記第１の回路部を開閉する第１の接点部と、を備え、前記第１のスイッチング素子と前記第１の接点部は直列に連結されるようにしてもよい。
【００３７】
一実施例において、前記第１のスイッチング素子の一端が前記直流電流が入力される入力端に連結され、前記第１の接点部の他端が前記直流電流が出力される出力端に連結されるようにしてもよい。
【００３８】
一実施例において、前記第１のスイッチング素子は、前記測定部の測定結果に応じて前記直流電流を遮断して、前記直流電流が前記第２の回路部に迂回されるようにしてもよい。
【００３９】
一実施例において、前記第１の接点部は、通常時には閉路されており、前記第２の回路部に含まれた駆動コイルに電流が流れるときに開路されるようにしてもよい。
【００４０】
一実施例において、前記第２の回路部は、前記第１の回路部から迂回した前記直流電流を通電および遮断する第２のスイッチング素子と、電流が流れるときに、前記第１の回路部に含まれた第１の接点部が開路されるようにする駆動コイルと、を備え、前記第２のスイッチング素子と前記駆動コイルとは直列に連結されるようにしてもよい。
【００４１】
一実施例において、前記第２の回路部は、前記第１の回路部に含まれた第１のスイッチング素子と並列に連結されるようにしてもよい。
【００４２】
一実施例において、前記第２のスイッチング素子の一端が前記第１のスイッチング素子の一端と連結され、前記駆動コイルの他端が前記第１のスイッチング素子の他端と連結されるようにしてもよい。
【００４３】
一実施例において、前記第２のスイッチング素子は、前記第１の接点部が開路された後、迂回した前記直流電流を遮断するようにしてもよい。
【００４４】
一実施例において、前記第２の回路部は、前記第２のスイッチング素子にかかる過電圧を防止するためのインピーダンス素子をさらに備えるようにしてもよい。
【００４５】
一実施例において、前記インピーダンス素子は、一端が前記第２のスイッチング素子の他端と連結され、他端が前記駆動コイルの一端と連結されるようにしてもよい。
【００４６】
一実施例において、前記インピーダンス素子は、正常状態時に、前記第２の回路部のインピーダンスが前記第１の回路部のインピーダンスより高く維持されるようにしてもよい。
【００４７】
一実施例において、前記第１の回路部および前記第２の回路部から迂回した前記直流電流を充電する充電部と、前記充電部の充電が完了されて、前記充電部から放電される電流を制限する制限部と、をさらに備え、前記充電部と前記制限部とは並列に連結されているようにしてもよい。
【００４８】
一実施例において、前記充電部は、前記第１の回路部と並列に連結されており、前記第１の回路部および前記第２の回路部から迂回した前記直流電流を充電するキャパシタと、前記充電部を開閉する第２の接点部と、を備え、前記キャパシタと前記第２の接点部とは直列に連結されていることができる。
【００４９】
一実施例において、前記キャパシタは、一端が前記第１の回路部に含まれた第１のスイッチング素子の一端と連結され、前記第２の接点部は、他端が前記第１の回路部に含まれた第１の接点部の他端と連結されることができる。
【００５０】
一実施例において、前記キャパシタは、前記第２の接点部が閉路されるときから、前記第１の接点部が開路されて前記第１の接点部で発生したアークが消滅するときまで、迂回した前記直流電流を充電するようにしてもよい。
【００５１】
一実施例において、前記第２の接点部は、通常時には開路されており、前記第２の回路部に含まれた駆動コイルに電流が流れるときに閉路されるようにしてもよい。
【００５２】
一実施例において、前記直流電流が入力される入力端および前記直流電流が出力される出力端それぞれにアレスタを備え、前記アレスタは、前記直流遮断器の遮断動作後に残存する残余電気エネルギーを消去するようにしてもよい。
【００５３】
また、上述の課題を解決するための本発明の一実施例による直流遮断器の遮断方法は、測定部により第１の回路部に通電される直流電流を測定するステップと、測定結果に応じて、前記第１の回路部により前記直流電流を遮断するステップと、前記第１の回路部から迂回した前記直流電流が第２の回路部に通電されるステップと、前記第２の回路部により、前記第１の回路部が開路されるように制御し、充電部が閉路されるように制御するステップと、前記第２の回路部により、迂回した前記直流電流を遮断するステップと、前記第２の回路部から迂回した前記直流電流を前記充電部に充電するステップと、前記充電部から充電された電流を制限部に放電するステップと、前記制限部が放電された電流を制限するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、遮断動作時における高速スイッチング動作を改善することができるとともに、高速スイッチの適用が容易であり、直流電流の遮断を安定的かつ効率的に行うことができる。
【００５５】
また、本発明によれば、既存の超電導体を用いる場合のように、主回路の超電導体がクエンチし、そのときに生じる抵抗差により分流される故障電流によって発生する高速スイッチの駆動力に比べ、主回路の電力用半導体がターンオフされることで故障電流全体を駆動回路に伝達することができる。そのため、同一の故障電流に対して、超電導体を用いた駆動方式に比べさらに高速の性能を実現することができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、高速スイッチの遮断接点と機械的に連動して並列キャパシタ回路に投入接点を追加することで、正常状態および不所望の状態でキャパシタが充電されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の複合型超電導限流器の構成を示した構成図である。
【図２】従来の複合型限流器の構成を示した構成図である。
【図３】従来の直流遮断器の構成を示した構成図である。
【図４】本明細書に開示の直流遮断器の構成を示した構成図である。
【図５】図４に図示された直流遮断器の実施例による構成を示した構成図である。
【図６Ａ】本明細書に開示の直流遮断器の実施例によるスイッチング素子の例を示した例示図である。
【図６Ｂ】本明細書に開示の直流遮断器の実施例によるスイッチング素子の例を示した例示図である。
【図７】図４に図示された直流遮断器の実施例による構成を示した構成図である。
【図８】本明細書に開示の直流遮断器の構成を示した構成図である。
【図９】図８に図示された直流遮断器の実施例による構成を示した構成図である。
【図１０】本明細書に開示の直流遮断器の遮断方法の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本明細書に開示の発明は、直流遮断器およびその遮断方法に適用することができる。しかし、本明細書に開示の技術はこれに限定されず、本発明の技術的思想を適用することができる既存の遮断器、開閉器、継電器、サージ吸収器、電子接触器および遮断器などの全ての保護機器や、保護機器に含まれた電流制限器回路にも適用することができる。
【００５９】
本明細書で用いられる技術的用語は、単に特定の実施例を説明するために用いられたものであり、本明細書に開示された技術の思想を限定するためのものではないことに留意しなければならない。また、本明細書で用いられる技術的用語は、本明細書で特に他の意味に定義しない限り、本明細書に開示の技術が属する分野において通常の知識を有する者にとって一般的に理解される意味として解釈されるべきであり、過度に包括的な意味として解釈したり、過度に縮小した意味として解釈してはならない。
【００６０】
また、本明細書で用いられる技術的用語が、本明細書に開示された技術の思想を正確に表現していない誤った技術的用語である場合、当業者が正しく理解できる技術的用語に直して理解されるべきである。また、本明細書で用いられる一般的な用語は、辞書に定義されている通りに、または前後文脈に照らして解釈されるべきであり、過度に縮小した意味として解釈してはならない。
【００６１】
また、本明細書で用いられる単数の表現は、文脈から明らかでない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「構成される」または「含む・備える」などの用語は、明細書上に記載された様々な構成要素または様々な段階の全てを必ず備えるという意味で解釈されてはならず、それらの一部の構成要素または一部の段階を備えないこともあり、または追加の構成要素または段階をさらに備えることもあるという意味として解釈されるべきである。
【００６２】
以下、添付図面を参照して本明細書に開示の実施例を詳細に説明するが、図面符号にかかわらず同一または類似の構成要素には同一の参照番号を付し、その重複説明は省略する。
【００６３】
また、本明細書に開示の技術を説明するにあたり、係る公知技術についての具体的な説明が本明細書に開示の技術の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、添付図面は、本明細書に開示された技術の思想を容易に理解させるためのものであり、添付図面によりその技術の思想が制限されると解釈されてはならないことに留意するべきである。
【００６４】
先ず、図４から図９を参照して、本明細書に開示の直流遮断器について説明する。
【００６５】
図４は本明細書に開示の直流遮断器の構成を示した構成図である。
【００６６】
図５は図４に図示された直流遮断器の実施例による構成を示した構成図である。
【００６７】
図６Ａは本明細書に開示の直流遮断器の実施例によるスイッチング素子の例を示した例示図である。
【００６８】
図６Ｂは本明細書に開示の直流遮断器の実施例によるスイッチング素子の例を示した例示図である。
【００６９】
図７は図４に図示された直流遮断器の実施例による構成を示した構成図である。
【００７０】
図８は本明細書に開示の直流遮断器の構成を示した構成図である。
【００７１】
図９は図８に図示された直流遮断器の実施例による構成を示した構成図である。
【００７２】
前記直流遮断器１００は、図４に図示されたように、第１の回路部２０に通電される直流電流を測定する測定部１０と、前記直流電流を通電および遮断する前記第１の回路部２０と、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を通電および遮断し、前記測定部１０の測定結果に応じて前記第１の回路部２０の開閉を制御する第２の回路部３０と、を備え、前記第１の回路部２０と前記第２の回路部３０とは、それぞれに含まれたスイッチング素子が並列構造からなるように連結されている。
【００７３】
前記直流遮断器１００は、ＨＶＤＣなどをはじめとする直流系統で用いられる遮断器とすることができる。
【００７４】
前記直流遮断器１００は、直流系統で発生する事故や故障などから系統および機器を保護する遮断器とすることができる。
【００７５】
前記直流遮断器１００は、直流系統の電源と機器または負荷の前段との間に設けられ、前記直流電流が通電されるようにしてもよい。
【００７６】
前記直流遮断器１００において、前記測定部１０は、前記直流電流の電流値を測定し、前記第１の回路部２０は、前記直流電流を機器または負荷に通電し、前記第２の回路部３０は、前記直流遮断器１００の遮断動作を制御することが可能である。
【００７７】
前記直流遮断器１００において、前記測定部１０は事故や故障を検出する機能を、前記第１の回路部２０は前記直流電流を通電する主回路の機能を、前記第２の回路部３０は前記直流遮断器１００の遮断動作を制御する機能を、それぞれ担うことができる。
【００７８】
前記直流遮断器１００の実施例による構成は、図５に図示されたとおりである。
【００７９】
以下、図５を参照して前記直流遮断器１００の実施例を説明する。
【００８０】
前記測定部１０は、前記第１の回路部２０に通電される前記直流電流を測定する。
【００８１】
前記測定部１０は、測定された前記直流電流の電流値に基づいて、事故や故障を検出することができる。
【００８２】
例えば、測定された前記直流電流の電流値が定格電流値以上である場合、直流系統で発生した事故や故障によって前記直流電流の電流値が定格電流値以上になったと判断して、事故や故障を検出することができる。
【００８３】
前記測定部１０は、前記第１の回路部２０の前段に備えられ、前記直流電流を測定する変流器１１と、前記変流器１１の測定結果に基づいて故障有無を判断する判断部１２と、を備えたものとできる。
【００８４】
前記変流器１１は、前記第１の回路部２０に通電される前記直流電流の電流値を測定するＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）とすることができる。
【００８５】
前記変流器１１は、前記測定結果を前記判断部１２に伝達することができる。
【００８６】
前記判断部１２は、前記測定結果に基づいて事故や故障の発生有無を判断する故障検出器とすることができる。
【００８７】
前記判断部１２は、前記測定結果に基づいて、測定された前記直流電流の電流値が定格電流値以上である場合、直流系統で発生した事故や故障によって前記直流電流が定格電流値以上になったと判断して、事故や故障の発生を判断することができる。
【００８８】
前記判断部１２は、判断結果に応じて、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれたスイッチング素子を動作させることができる。
【００８９】
前記判断部１２は、前記判断結果に応じて、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１の動作の根拠となる開閉信号を生成し、その開閉信号を前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１に伝達することができる。
【００９０】
前記開閉信号は、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１が開路動作または閉路動作するように制御する信号とすることができる。
【００９１】
すなわち、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１は、前記判断部１２で生成された前記開閉信号に応じて開閉動作することができる。
【００９２】
前記判断部１２は、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１のそれぞれに対して前記開閉信号を生成し、それぞれ生成された前記開閉信号を、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０それぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１に伝達することができる。
【００９３】
例えば、前記第１の回路部２０に含まれた第１のスイッチング素子２１には開路動作の信号を、前記第２の回路部３０に含まれた第２のスイッチング素子３１には閉路動作の信号を伝達することができる。
【００９４】
前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１は、前記開閉信号に基づいて開閉動作することができる。
【００９５】
前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１が開路動作する場合は、前記直流電流を遮断することになり、閉路動作する場合は、前記直流電流を通電することになる。
【００９６】
すなわち、前記判断部１２は、前記判断結果に応じて、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０で前記直流電流を通電または遮断させることができる。
【００９７】
前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０のそれぞれに含まれた第１のスイッチング素子２１および第２のスイッチング素子３１は、前記測定部１０の測定結果に応じてターンオン／ターンオフされる電力用半導体素子とすることができる。
【００９８】
前記電力用半導体素子のターンオンは、閉路動作を意味するものとできる。
【００９９】
前記電力用半導体素子のターンオフは、開路動作を意味するものとできる。
【０１００】
前記電力用半導体素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＣＴ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）などのように、ターンオン／ターンオフが可能な半導体素子とすることができる。
【０１０１】
前記電力用半導体素子は、２つの半導体素子が互いに異なる方向に電流を通電させる両方向性構造からなることが可能である。
【０１０２】
前記電力用半導体素子は、２つの半導体素子が直列または並列構造からなり、互いに異なる方向に電流を通電させる両方向性構造からなることが可能である。
【０１０３】
例えば、図６Ａに図示されたように、２つの半導体素子が直列に連結された両方向性構造からなっていてもよく、または、図６Ｂに図示されたように、２つの半導体素子が並列に連結された両方向性構造からなっていてもよい。
【０１０４】
前記電力用半導体素子が両方向性構造からなることで、前記直流遮断器１００の遮断動作により、図４および図５に図示されたような順方向だけでなく、逆方向の事故電流または故障電流も遮断できることになる。
【０１０５】
ここで、逆方向の事故電流または故障電流とは、直流系統の電源側で発生した事故または故障でなく、負荷側で発生した事故または故障による電流を意味する場合がある。
【０１０６】
または、前記直流遮断器１００に含まれた各構成の内部動作により発生するサージ、故障、電磁力、または逆起電力などによる逆方向電流を含む意味である場合もある。
【０１０７】
すなわち、前記直流遮断器１００は、両方向性構造からなるスイッチング素子により、直流系統の電源側だけでなく、負荷側、または前記直流遮断器１００の内部的な問題により発生する事故や故障からも、系統および機器を保護することができる。
【０１０８】
前記第１の回路部２０は、前記直流電流を通電および遮断する第１のスイッチング素子２１と、前記第１の回路部２０を開閉する第１の接点部２２と、を備えたものとできる。
【０１０９】
前記第１のスイッチング素子２１と前記第１の接点部２２は、直列に連結させることができる。
【０１１０】
前記第１のスイッチング素子２１は、一端を前記直流電流が入力される入力端に連結させることができる。
【０１１１】
前記第１の接点部２２は、他端を前記直流電流が出力される出力端に連結させることができる。
【０１１２】
前記第１のスイッチング素子２１は、上述の前記電力用半導体素子とすることができる。
【０１１３】
前記第１のスイッチング素子２１は、開閉動作により前記直流電流を通電および遮断することができる。
【０１１４】
例えば、前記第１のスイッチング素子２１は、閉路動作（ターンオン）して前記直流電流を通電し、または開路動作（ターンオフ）して前記直流電流を遮断することができる。
【０１１５】
前記第１のスイッチング素子２１は、通常時に閉路動作（ターンオン）して前記直流電流を通電することができる。
【０１１６】
前記第１のスイッチング素子２１が閉路動作する通常時には、前記直流電流が前記第１の回路部２０を介してのみ通電されるようにすることができる。
【０１１７】
前記第１のスイッチング素子２１は、前記測定部１０の測定結果に応じて前記直流電流を遮断することで、前記直流電流が前記第２の回路部３０に迂回されるようにすることができる。
【０１１８】
前記第１のスイッチング素子２１は、開路動作（ターンオフ）により前記直流電流を高速で遮断することができる。
【０１１９】
前記第１のスイッチング素子２１は、前記測定部１０の測定結果に基づいて、前記直流電流が事故や故障によって定格電流値以上になったと判断されると、前記測定部１０から前記開閉信号を受信して開路動作（ターンオフ）することで、前記直流電流を遮断することができる。
【０１２０】
前記第１のスイッチング素子２１は、前記直流電流を遮断することで、前記直流電流が前記第２の回路部３０に迂回されるようにすることができる。
【０１２１】
すなわち、前記第１のスイッチング素子２１を介して前記第１の回路部２０に通電されていた前記直流電流が、前記第１のスイッチング素子２１が開路動作（ターンオフ）することで、前記第１の回路部２０への通電が遮断されて、前記第２の回路部３０に迂回されることになる。
【０１２２】
前記第１の接点部２２は、通常時には閉路されており、前記第２の回路部３０に含まれた駆動コイル３２に電流が流れるときに開路されるようにすることができる。
【０１２３】
前記第１の接点部２２は、開閉が行われる接点スイッチを意味するものとできる。
【０１２４】
前記第１の接点部２２は、電子式スイッチとすることができる。
【０１２５】
前記第１の接点部２２は、前記駆動コイル３２により動作が行われる電子式スイッチとすることができる。
【０１２６】
前記第１の接点部２２は、前記駆動コイル３２に電流が流れて前記駆動コイル３２で発生した電磁力により動作が行われる電子式スイッチとすることができる。
【０１２７】
前記第１の接点部２２を、通常時には閉路されており、前記駆動コイル３２で発生した電磁力により開路させることができる。
【０１２８】
前記第１の接点部２２は、前記第１の回路部２０の通電経路を回路上において完全に遮断する機能を担うことができる。
【０１２９】
すなわち、前記第１の接点部２２は、通常時には閉路されて前記第１の回路部２０の通電経路を維持し、前記駆動コイル３２に電流が流れるときに開路されて、前記第１の回路部２０の通電経路を遮断することができる。
【０１３０】
すなわち、前記第１の回路部２０において、前記第１のスイッチング素子２１は前記直流電流が迂回されるようにして１次的に遮断する機能を、前記第１の接点部２２は２次的に前記第１の回路部２０の通電経路を遮断する機能を、それぞれ担うことができる。
【０１３１】
前記第２の回路部３０は、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を通電および遮断する第２のスイッチング素子３１と、電流が流れるときに前記第１の回路部２０に含まれた前記第１の接点部２２が開路されるようにする前記駆動コイル３２と、を備えたものとできる。
【０１３２】
前記第２のスイッチング素子３１と前記駆動コイル３２は、直列に連結させることができる。
【０１３３】
前記第２のスイッチング素子３１は、一端を前記第１のスイッチング素子２１の一端と連結させることができる。
【０１３４】
前記駆動コイル３２は、他端を前記第１のスイッチング素子２１の他端と連結させることができる。
【０１３５】
すなわち、前記第２のスイッチング素子３１および前記駆動コイル３２は、直列に連結され、前記第１のスイッチング素子２１と並列に連結されることが可能である。
【０１３６】
すなわち、前記第１のスイッチング素子２１と前記第２のスイッチング素子３１を、並列構造からなるものとできる。
【０１３７】
前記第２のスイッチング素子３１は、上述の前記電力用半導体素子とすることができる。
【０１３８】
前記第２のスイッチング素子３１は、開閉動作により前記直流電流を通電および遮断することができる。
【０１３９】
例えば、前記第２のスイッチング素子３１は、閉路動作（ターンオン）して前記直流電流を通電し、または開路動作（ターンオフ）して前記直流電流を遮断することができる。
【０１４０】
前記第２のスイッチング素子３１は、通常時に閉路動作（ターンオン）するが、前記駆動コイル３２のインピーダンスによって前記直流電流が通電されないようにすることができる。
【０１４１】
すなわち、前記第２のスイッチング素子３１が閉路動作する通常時にも、前記直流電流を前記第１の回路部２０を介してのみ通電させることができる。
【０１４２】
前記第２のスイッチング素子３１は、開路動作（ターンオフ）により前記直流電流を高速で遮断することができる。
【０１４３】
前記第２のスイッチング素子３１は、前記第１の回路部２０によって前記直流電流が迂回されると、迂回した前記直流電流を通電することができる。
【０１４４】
前記第２のスイッチング素子３１は、前記第１のスイッチング素子２１が開路動作（ターンオフ）することで、前記第１の回路部２０への通電が遮断され、迂回した前記直流電流を前記第２の回路部３０に通電することができる。
【０１４５】
前記第２のスイッチング素子３１は、前記第１の回路部２０から前記直流電流が迂回されると、迂回した前記直流電流を通電することで、前記駆動コイル３２に電流が流れるようにすることができる。
【０１４６】
前記駆動コイル３２は、前記第１の回路部２０を迂回して前記第２のスイッチング素子３１を介して通電することになった前記直流電流が流れるときに、前記第１の接点部２２が開路されるようにすることができる。
【０１４７】
前記駆動コイル３２は、電子式スイッチの開閉を制御するリレーとすることができる。
【０１４８】
前記駆動コイル３２は、前記電子式スイッチをはじめとする開閉スイッチの動作を制御することができる。
【０１４９】
前記駆動コイル３２は、電流が流れるときに発生する電磁力（電磁気反発力）により開閉スイッチの開閉を制御することができる。
【０１５０】
前記駆動コイル３２は、前記第１の回路部２０の前記第１の接点部２２が開路されるように制御して、前記第１の回路部２０の通電経路が遮断されるようにする機能を担うことができる。
【０１５１】
すなわち、前記駆動コイル３２は、迂回した前記直流電流が流れるときに発生する電磁力（電磁気反撥力）により前記第１の接点部２２が開路されるように制御して、前記第１の回路部２０の通電経路が遮断されるようにすることができる。
【０１５２】
前記第２のスイッチング素子３１は、前記駆動コイル３２により前記第１の接点部２２が開路された後、迂回した前記直流電流を遮断することができる。
【０１５３】
すなわち、前記駆動コイル３２に電流が流れ、前記駆動コイル３２が前記第１の接点部２２を開路されるように制御して、前記第１の回路部２０の通電経路が遮断された後、前記第２のスイッチング素子３１は、迂回した前記直流電流を遮断することができる。
【０１５４】
すなわち、前記第２の回路部３０において、前記第２のスイッチング素子３１は、迂回した前記直流電流を通電させて前記駆動コイル３２に流れるようにし、前記駆動コイル３２によって前記第１の回路部２０の通電経路を遮断させた後、迂回した前記直流電流を遮断する機能を、前記駆動コイル３２は、２次的に前記第１の回路部２０の通電経路を遮断する機能を、それぞれ担うことができる。
【０１５５】
上述のような前記直流遮断器１００の具体的な動作過程を、前記直流電流の通電観点で説明すれば次のとおりである。
【０１５６】
先ず、通常時には前記直流電流を前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０１５７】
前記直流電流は、前記第１のスイッチング素子２１の閉路動作（ターンオン）により通電され、前記第１のスイッチング素子２１を経て閉路された前記第１の接点部２２を介して流れることで、前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０１５８】
この場合、前記第２の回路部３０の前記第２のスイッチング素子３１も閉路動作（ターンオン）しているが、前記駆動コイル３２のインピーダンスにより、前記直流電流を、相対的に低いインピーダンスを有する前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０１５９】
すなわち、通常時の前記直流電流は、前記第１のスイッチング素子２１および前記第１の接点部２２の順に通電させることができる。
【０１６０】
直流系統で事故や故障が発生して前記直流電流が定格電流値以上になると、前記測定部１０がそれを判断し、それに対する開閉信号を前記第１のスイッチング素子２１に伝達する。前記第１のスイッチング素子２１は、前記開閉信号に応じて開路動作（ターンオフ）して前記直流電流を遮断する。前記第１のスイッチング素子２１の開路動作（ターンオフ）によって、前記第１の回路部２０のインピーダンスが前記第２の回路部３０より高くなることで、前記直流電流が前記第１の回路部２０を迂回して前記第２の回路部３０に通電されることになる。
【０１６１】
前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流が前記第２の回路部３０に通電されると、前記第２のスイッチング素子３１が閉路動作（ターンオン）中であるため、迂回した前記直流電流が、前記第２のスイッチング素子３１を介して前記駆動コイル３２に流れることになる。
【０１６２】
すなわち、迂回した前記直流電流を、前記第２のスイッチング素子３１および前記駆動コイル３２の順に通電させることができる。
【０１６３】
前記駆動コイル３２に電流が流れると、前記駆動コイル３２で発生した電磁力によって前記第１の回路部２０の前記第１の接点部２２が開路され、前記第１の回路部２０の通電経路が完全に遮断される。前記第１の接点部２２が開路された後、前記第２のスイッチング素子３１が開路動作（ターンオフ）して、迂回した前記直流電流を前記第２のスイッチング素子３１により遮断させることができる。
【０１６４】
すなわち、通常時には前記第１の回路部２０に通電されていて、事故や故障が発生したときに前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を、前記第２の回路部３０に通電させて、前記駆動コイル３２が前記第１の回路部２０の前記第１の接点部２２を開路制御するようにし、その後、前記第２のスイッチング素子３１の開路動作（ターンオフ）により前記第２の回路部３０への通電を遮断させることができる。
【０１６５】
上述のような動作が行われる前記直流遮断器１００は、図７に図示されたような構成からなってもよい。
【０１６６】
前記直流遮断器１００における前記第２の回路部３０は、図７に図示されたように、前記第２のスイッチング素子３１にかかる過電圧を防止するためのインピーダンス素子３３をさらに備えたものとできる。
【０１６７】
前記第２のスイッチング素子３１が前記電力用半導体からなる場合、動作のためには一定の電圧が必要であるが、前記第２のスイッチング素子３１に過電圧がかかると、前記第２のスイッチング素子３１に損傷が与えられるおそれがある。これを防止するために、前記第２のスイッチング素子３１にかかる過電圧を分圧することができる前記インピーダンス素子３３を前記第２の回路部３０に備えることができる。
【０１６８】
前記インピーダンス素子３３は、抵抗とすることができる。
【０１６９】
前記インピーダンス素子３３は、一定の抵抗値を有するインピーダンス素子とすることができる。
【０１７０】
前記インピーダンス素子３３は、抵抗値が変わる可変抵抗であってもよい。
【０１７１】
前記インピーダンス素子３３は、抵抗値の調節が可能なインピーダンス素子とすることができる。
【０１７２】
前記インピーダンス素子３３は、前記第２のスイッチング素子３１にかかる過電圧を防止することができる抵抗値を有することができる。
【０１７３】
また、前記インピーダンス素子３３は、前記第２のスイッチング素子３１にかかる電圧を安定させることができる抵抗値を有することができる。
【０１７４】
前記第２のスイッチング素子３１が前記電力用半導体からなる場合、動作のためには一定の電圧が必要であるが、前記第１の回路部２０のインピーダンス、前記第２のスイッチング素子３１自体のインピーダンス、または前記駆動コイル３２によって動作するために必要な電圧が不安定にかかるおそれがあるため、これを防止するために前記第２の回路部３０は前記インピーダンス素子３３を備えたものとできる。
【０１７５】
前記インピーダンス素子３３は、一端を前記第２のスイッチング素子３１の他端と連結させ、他端を前記駆動コイル３２の一端と連結させることができる。
【０１７６】
すなわち、前記第２のスイッチング素子３１、前記インピーダンス素子３３、および前記駆動コイル３２を、直列に連結させることができる。
【０１７７】
前記インピーダンス素子３３は、正常状態時に前記第２の回路部３０のインピーダンスを前記第１の回路部２０のインピーダンスより高く維持させることができる。
【０１７８】
すなわち、前記インピーダンス素子３３は、前記第２のスイッチング素子３１にかかる過電圧を防止することができ、且つ前記第２の回路部３０のインピーダンスが前記第１の回路部２０のインピーダンスより高く維持されるようにする抵抗値を有することができる。
【０１７９】
前記インピーダンス素子３３は、また、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を制限することができる。
【０１８０】
前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流は大電流であるため、迂回した前記直流電流により、前記第２の回路部３０に損傷が与えられるおそれがある。これを防止するために、前記インピーダンス素子３３により迂回した前記直流電流を制限して、迂回した前記直流電流の前記第２の回路部３０への通電が安全に行われるようにすることができる。
【０１８１】
前記インピーダンス素子３３は、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を制限し、且つ前記駆動コイル３２が正常動作できる大きさに制限可能な大きさの抵抗値を有することができる。
【０１８２】
すなわち、前記インピーダンス素子３３は、前記第２のスイッチング素子３１にかかる過電圧を防止し、前記第２のスイッチング素子３１にかかる電圧が安定になるようにし、正常状態時の前記第２の回路部３０のインピーダンスが前記第１の回路部２０のインピーダンスより高く維持されるようにし、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を制限する機能を担うことができる。
【０１８３】
上述のような前記測定部１０、前記第１の回路部２０、および前記第２の回路部３０は、前記直流遮断器１００の基本構成であり、上述のような動作により前記直流電流を遮断することができる。
【０１８４】
以下に、前記直流遮断器１００のより具体的な実施例について説明する。
【０１８５】
前記直流遮断器１００は、前記測定部１０と、前記第１の回路部２０と、前記第２の回路部３０と、を備え、図８に図示されたように、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電する充電部４０と、前記充電部４０の充電が完了された後、前記充電部４０から放電される電流を制限する制限部５０と、をさらに備えたものとできる。
【０１８６】
前記充電部４０と前記制限部５０は、並列に連結させることができる。
【０１８７】
前記充電部４０および前記制限部５０は、前記第１の回路部２０と並列に連結させることができる。
【０１８８】
すなわち、前記充電部４０および前記制限部５０の一端を前記第１の回路部２０の一端と連結させ、前記充電部４０および前記制限部５０の他端を前記第１の回路部２０の他端と連結させることができる。
【０１８９】
前記充電部４０は、前記第１の回路部２０で１次的に遮断されて前記第２の回路部３０に迂回した後、前記第２の回路部３０で２次的に遮断されて迂回した前記直流電流を充電することで、前記直流電流を制限する機能を担うことができる。
【０１９０】
前記制限部５０は、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流が前記充電部４０に充電完了された後、前記充電部４０から放電される電流を制限することで、前記直流電流を最終的に制限する機能を担うことができる。
【０１９１】
前記充電部４０および前記制限部５０を含む前記直流遮断器１００の具体的な構成は、図９に図示されたとおりである。
【０１９２】
前記充電部４０は、図９に図示されたように、前記第１の回路部２０と並列に連結されており、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電するキャパシタ４１と、前記充電部４０を開閉する第２の接点部４２と、を備えたものとできる。
【０１９３】
前記キャパシタ４１と前記第２の接点部４２は、直列に連結させることができる。
【０１９４】
前記キャパシタ４１は、一端が前記第１の回路部２０に含まれた前記第１のスイッチング素子２１の一端と連結され、前記第２の接点部４２は、他端が前記第１の回路部２０に含まれた前記第１の接点部２２の他端と連結されたものとできる。
【０１９５】
前記キャパシタ４１は、キャパシタンス値を有する素子を意味するものとできる。
【０１９６】
前記キャパシタ４１は、キャパシタンス値に応じて電流を充電および放電することができる容量性素子とすることができる。
【０１９７】
前記キャパシタ４１は、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電することができるキャパシタンス値を有することができる。
【０１９８】
前記キャパシタ４１は、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電し、充電が完了された後、充電された電流を前記制限部５０に放電することができる。
【０１９９】
前記キャパシタ４１は、前記第２の接点部４２が閉路されるときから、前記第１の接点部２２が開路されて前記第１の接点部２２で発生したアークが消滅するときまで、迂回した前記直流電流を充電することができる。
【０２００】
すなわち、前記キャパシタ４１は、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０の遮断動作が行われて完了する間に、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電して前記直流電流を制限することができる。
【０２０１】
前記第２の接点部４２は、開閉が行われる接点スイッチを意味するものとできる。
【０２０２】
前記第２の接点部４２は、電子式スイッチとすることができる。
【０２０３】
前記第２の接点部４２は、前記駆動コイル３２により動作が行われる電子式スイッチとすることができる。
【０２０４】
前記第２の接点部４２は、前記駆動コイル３２に電流が流れて前記駆動コイル３２で発生した電磁力により動作が行われる電子式スイッチとすることができる。
【０２０５】
すなわち、前記第２の接点部４２は、前記第１の接点部２２と同様の電子式スイッチとすることができる。
【０２０６】
前記第２の接点部４２は、通常時には開路されており、前記第２の回路部３０に含まれた前記駆動コイル３２に電流が流れるときに閉路させることができる。
【０２０７】
すなわち、前記第２の接点部４２は、前記第２の回路部３０に迂回した前記直流電流が通電されるときに前記駆動コイル３２によって閉路されて、前記キャパシタ４１に前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電するようにすることができる。
【０２０８】
前記第２の接点部４２は、前記充電部４０の通電経路を連結する機能を担うことができる。
【０２０９】
すなわち、前記第２の接点部４２は、通常時には開路されて前記充電部４０の通電経路を遮断させ、前記駆動コイル３２に電流が流れるときに閉路されて前記充電部４０の通電経路を連結させることができる。
【０２１０】
すなわち、前記充電部４０において、前記キャパシタ４１は前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電および放電する機能を、前記第２の接点部４２は前記充電部４０の通電経路を連結して前記キャパシタ４１の充電および放電が行われるようにする機能を、それぞれ担うことができる。
【０２１１】
前記充電部４０において、前記キャパシタ４１は前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電し、充電が完了されると、前記キャパシタ４１は充電された電流を前記制限部５０に放電して、放電された電流が前記制限部５０により制限されるようにすることができる。
【０２１２】
前記制限部５０は、前記充電部４０から放電された電流を制限することができる。
【０２１３】
前記制限部５０は、電流を制限する電流制限器、限流器、または電流制限インピーダンス素子とすることができる。
【０２１４】
前記制限部５０は、制限対象電流に応じてインピーダンス値が変わる電流制限器とすることができる。
【０２１５】
前記制限部５０は、電流を制限することができる少なくとも一つのインピーダンス素子を備えたものとできる。
【０２１６】
前記制限部５０は、正常状態時に、または前記充電部４０の充電が行われるときに、前記直流電流が通電されないように、前記第１の回路部２０、前記第２の回路部３０、および前記充電部４０のインピーダンスより高いインピーダンスを有することができる。
【０２１７】
すなわち、正常状態では、前記制限部５０に電流が流れず、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０が遮断され、前記充電部４０の充電が完了された状態となった後に前記制限部５０に電流が流れるようにすることができる。
【０２１８】
前記直流遮断器１００は、また、前記直流電流が入力される入力端および前記直流電流が出力される出力端のそれぞれに、アレスタ６０ａ、６０ｂを備えたものとできる。
【０２１９】
前記アレスタ６０ａ、６０ｂは、前記直流遮断器１００の遮断動作後、前記直流遮断器１００の内部に残存する残余電気エネルギーを消去することができる。
【０２２０】
前記アレスタ６０ａ、６０ｂは、また、急激に発生した事故や故障による電流が前記直流遮断器１００に急激に流入することを防止することができる。
【０２２１】
すなわち、前記アレスタ６０ａ、６０ｂは、前記直流遮断器１００の内部または外部の問題から前記直流遮断器１００を保護する機能を担うことができる。
【０２２２】
前記直流遮断器１００の構成における追加的な特徴として、図９に図示されたように、前記第１の接点部２２、前記第２の接点部４２、および前記駆動コイル３２を連動して動作させることができる（ＳＷ）。
【０２２３】
すなわち、前記駆動コイル３２に電流が流れると、前記駆動コイル３２で発生した電磁力により、前記第１の接点部２２は閉路状態から開路状態に、前記第２の接点部４２は開路状態から閉路状態にすることができる。
【０２２４】
すなわち、前記駆動コイル３２は、前記第１の接点部２２および前記第２の接点部４２の動作を制御することができる。
【０２２５】
このような動作は、前記駆動コイル３２の電磁力が発生した時点に高速に行われ、各接点部の動作は、同時に行われてもよく、各接点部の動作特性によって所定の時間差を置いて行われてもよい。
【０２２６】
上述のような構成からなる前記直流遮断器１００の具体的な動作過程を説明すれば、次のとおりである。
【０２２７】
先ず、通常時には、前記直流電流を前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０２２８】
前記直流電流は、前記第１のスイッチング素子２１の閉路動作（ターンオン）により通電され、前記第１のスイッチング素子２１を経て閉路された前記第１の接点部２２を介して流れることで、前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０２２９】
この場合、前記第２の回路部３０の前記第２のスイッチング素子３１も閉路動作（ターンオン）しているが、前記駆動コイル３２のインピーダンスにより、前記直流電流が相対的に低いインピーダンスを有する前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０２３０】
また、前記充電部４０の前記第２の接点部４２は開路された状態であり、前記制限部５０は高いインピーダンスを有するため、前記直流電流を、相対的に低いインピーダンスを有する前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０２３１】
すなわち、通常時の前記直流電流を、前記第１の回路部２０において前記第１のスイッチング素子２１および前記第１の接点部２２の順に通電させることができる。
【０２３２】
直流系統で事故や故障が発生して前記直流電流が定格電流値以上になると、前記測定部１０がそれを判断し、それに対する開閉信号を前記第１のスイッチング素子２１に伝達する。前記第１のスイッチング素子２１は、前記開閉信号に応じて開路動作（ターンオフ）して前記直流電流を遮断する。前記第１のスイッチング素子２１の開路動作（ターンオフ）によって、前記第１の回路部２０のインピーダンスが前記第２の回路部３０より高くなることで、前記直流電流が前記第１の回路部２０を迂回して前記第２の回路部３０に通電されることになる。
【０２３３】
前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流が前記第２の回路部３０に通電されると、前記第２のスイッチング素子３１が閉路動作（ターンオン）中であるため、迂回した前記直流電流が、前記第２のスイッチング素子３１を介して前記駆動コイル３２に流れることになる。
【０２３４】
この場合、前記充電部４０の前記第２の接点部４２は開路された状態であり、前記制限部５０は高いインピーダンスを有するため、前記直流電流を、相対的に低いインピーダンスを有する前記第２の回路部３０を介して通電させることができる。
【０２３５】
すなわち、迂回した前記直流電流を、前記第２の回路部３０において前記第２のスイッチング素子３１および前記駆動コイル３２の順に通電させることができる。
【０２３６】
前記駆動コイル３２に電流が流れると、前記駆動コイル３２で発生した電磁力によって前記第１の回路部２０の前記第１の接点部２２が開路され、前記第１の回路部２０の通電経路が完全に遮断される。また、前記充電部４０の前記第２の接点部４２が閉路されて、前記充電部４０の通電経路を連結させることができる。
【０２３７】
前記第１の接点部２２が開路された後、前記第２のスイッチング素子３１が開路動作（ターンオフ）して、迂回した前記直流電流が前記第２のスイッチング素子３１により遮断され、前記第２のスイッチング素子３１から迂回した前記直流電流を前記充電部４０に通電させて、前記キャパシタ４１に充電させることができる。
【０２３８】
すなわち、通常時には前記第１の回路部２０に通電されていて、事故や故障が発生したときに前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流が前記第２の回路部３０に通電されて、前記駆動コイル３２が前記第１の回路部２０の前記第１の接点部２２を開路、また前記充電部４０の前記第２の接点部４２を閉路制御するようになっている。その後、前記第２のスイッチング素子３１の開路動作（ターンオフ）により前記第２の回路部３０への通電が遮断され、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を前記キャパシタ４１に充電させることができる。
【０２３９】
前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流は、前記第２の接点部４２が閉路されるときから、前記第１の接点部２２が開路されて前記第１の接点部２２で発生したアークが消滅するときまで、前記キャパシタ４１に充電させることができる。
【０２４０】
すなわち、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流が前記キャパシタ４１に充電されることで、前記直流電流を前記制限部５０により制限される前まで一時的に制限させることができる。
【０２４１】
前記キャパシタ４１への充電が完了すると、前記キャパシタ４１から充電された電流が前記制限部５０に放電され、前記制限部５０により前記キャパシタ４１から放電された電流を制限することができる。
【０２４２】
前記キャパシタ４１から放電された電流は、前記キャパシタ４１により充電および放電させることで一時的に制限され、前記第１の回路部２０および前記第２の回路部３０から迂回した状態に比べ大きさを減少させることができる。
【０２４３】
前記制限部５０は、前記キャパシタ４１から放電された電流を制限して、前記直流電流を最終的に制限することができる。
【０２４４】
前記直流電流が前記制限部５０により最終的に制限されることで、前記直流遮断器１００の遮断動作を最終的に行うことができる。
【０２４５】
前記直流遮断器１００が前記アレスタ６０ａ、６０ｂをさらに含む場合、前記アレスタ６０ａ、６０ｂにより、遮断動作後に残存する残余電気エネルギーを消去することができる。
【０２４６】
以下、図１０を参照するとともに、図８をさらに参照して、本明細書に開示の直流遮断器の遮断方法について説明する。
【０２４７】
図１０は本明細書に開示の直流遮断器の遮断方法の手順を示したフローチャートである。
【０２４８】
前記直流遮断器の遮断方法（以下、遮断方法という）は、上述の前記直流遮断器１００の遮断方法とすることができる。
【０２４９】
前記遮断方法は、第１の回路部２０に通電される直流電流を測定する測定部１０と、前記直流電流を通電および遮断する前記第１の回路部２０と、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を通電および遮断し、前記測定部１０の測定結果に応じて前記第１の回路部２０の開閉を制御する第２の回路部３０と、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を充電する充電部４０と、前記充電部４０の充電が完了して、前記充電部４０から放電される電流を制限する制限部５０と、を備える直流遮断器１００の遮断方法とすることができる。
【０２５０】
前記遮断方法は、前記測定部１０により前記直流電流を測定するステップ（Ｓ１０）と、測定結果に応じて前記第１の回路部２０により前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ２０）と、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を前記第２の回路部３０に通電させるステップ（Ｓ３０）と、前記第２の回路部３０により、前記第１の回路部２０が開路されるように制御し、前記充電部４０が閉路されるように制御するステップ（Ｓ４０）と、前記第２の回路部３０により迂回した前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ５０）と、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を前記充電部４０に充電するステップ（Ｓ６０）と、前記充電部４０により充電された電流を前記制限部５０に放電するステップ（Ｓ７０）と、前記制限部５０により放電された電流を制限するステップ（Ｓ８０）と、を有する。
【０２５１】
先ず、通常時には、前記直流電流を前記第１の回路部２０を介して通電させることができる。
【０２５２】
前記測定部１０により前記直流電流を測定するステップ（Ｓ１０）では、通常時に前記第１の回路部２０を介して通電される前記直流電流の大きさを測定することができる。
【０２５３】
前記測定部１０により前記直流電流を測定するステップ（Ｓ１０）では、測定された前記直流電流の電流値に基づいて、事故や故障を検出することができる。
【０２５４】
例えば、測定された前記直流電流の電流値が定格電流値以上である場合、直流系統で発生した事故や故障により前記直流電流の電流値が定格電流値以上になったと判断し、事故や故障を検出することができる。
【０２５５】
前記測定部１０により前記直流電流を測定するステップ（Ｓ１０）では、前記測定結果、測定された前記直流電流の電流値が定格電流値以上である場合、直流系統で発生した事故や故障により前記直流電流が定格電流値以上になったと判断し、事故や故障の発生を判断することができる。
【０２５６】
測定結果に応じて前記第１の回路部２０により前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ２０）では、前記測定部１０により前記直流電流を測定するステップ（Ｓ１０）による測定結果に基づき、前記直流電流が事故や故障により定格電流値以上になったと判断された場合、前記測定部１０から前記開閉信号を受信して開路動作（ターンオフ）することで、前記直流電流を遮断することができる。
【０２５７】
測定結果に応じて前記第１の回路部２０により前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ２０）では、前記直流電流を遮断することで、前記直流電流が前記第２の回路部３０に迂回するようにすることができる。
【０２５８】
前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流が前記第２の回路部３０に通電されるステップ（Ｓ３０）では、測定結果に応じて前記第１の回路部２０により前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ２０）により前記直流電流が遮断され、前記第１の回路部２０から迂回した前記直流電流を、前記第２の回路部３０に通電させることができる。
【０２５９】
前記第２の回路部３０により、前記第１の回路部２０が開路されるように制御し、前記充電部４０が閉路されるように制御するステップ（Ｓ４０）では、迂回した前記直流電流が前記第２の回路部３０に通電されて前記第２の回路部３０に含まれた駆動コイルに電流が流れることとなり、このように前記駆動コイルに電流が流れることにより前記駆動コイルで発生した電磁力によって、前記第１の回路部２０が開路されるように制御し、前記充電部４０が閉路されるように制御することができる。
【０２６０】
前記第２の回路部３０により迂回した前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ５０）では、前記第２の回路部３０により、前記第１の回路部２０が開路されるように制御し、前記充電部４０が閉路されるように制御するステップ（Ｓ４０）によって、前記第１の回路部２０が開路されるようにし、前記充電部４０が閉路されるようにした後、迂回した前記直流電流を遮断することができる。
【０２６１】
前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を前記充電部４０に充電するステップ（Ｓ６０）では、前記第２の回路部３０により迂回した前記直流電流を遮断するステップ（Ｓ５０）によって前記第２の回路部３０が遮断され、迂回した前記直流電流が前記充電部４０に通電され、前記充電部４０を充電させることができる。
【０２６２】
前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を前記充電部４０に充電するステップ（Ｓ６０）では、前記充電部４０が閉路されるときから、前記第１の回路部２０の開路が完全に完了するときまで、前記第２の回路部３０から迂回した前記直流電流を前記充電部４０に充電することができる。
【０２６３】
前記充電部４０により充電された電流を前記制限部５０に放電するステップ（Ｓ７０）では、前記充電部４０の充電が完了した後、充電された電流を前記制限部５０に放電することができる。
【０２６４】
前記制限部５０により放電された電流を制限するステップ（Ｓ８０）では、前記充電部４０により充電された電流を前記制限部５０に放電するステップ（Ｓ７０）により放電された電流を、前記制限部５０が制限することができる。
【０２６５】
前記制限部５０により放電された電流を制限するステップ（Ｓ８０）では、前記キャパシタ４１から放電された電流を制限して、前記直流遮断器１００が遮断しようとする前記直流電流を最終的に制限することができる。
【０２６６】
本明細書に開示の直流遮断器およびその遮断方法は、本発明の技術的思想が適用され得る既存の遮断器、開閉器、継電器、サージ吸収器、電子接触器および遮断器などの全ての保護機器、保護機器に含まれた電流制限器回路に適用されて実施されてもよい。
【０２６７】
本明細書に開示の直流遮断器およびその遮断方法は、遮断動作時における高速スイッチング動作を改善することができるとともに、高速スイッチの適用が容易であり、直流電流の遮断を安定的かつ効率的に行せることができる。
【０２６８】
また、本明細書に開示の直流遮断器およびその遮断方法は、既存の超電導体を用いる場合のように、主回路の超電導体がクエンチして、そのときに生じる抵抗差により分流される故障電流によって発生する高速スイッチの駆動力に比べ、主回路の電力用半導体がターンオフされることで故障電流全体を駆動回路に伝達することができるため、同一の故障電流に対して、超電導体を用いた駆動方式に比べさらに高速の性能を実現することができる。
【０２６９】
さらに、本明細書に開示の直流遮断器およびその遮断方法は、高速スイッチの遮断接点と機械的に連動して並列キャパシタ回路に投入接点を追加することで、正常状態および不所望の状態でキャパシタが充電されることを防止することができる。
【０２７０】
以上で説明した本発明の好ましい実施例は、技術的課題を解決するために開示されたものであって、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者（当業者）であれば、本発明の思想および範囲内で多様な修正、変更、付加などが可能であり、このような修正および変更などは、添付の特許請求の範囲に属するとみなすべきである。
【０２７１】
例えば、本発明の一実施例では、第２の回路部３０が、第２のスイッチング素子３１にかかる過電圧を防止するためのインピーダンス素子３３を含む構成について説明したが、本発明はこれに制限されない。本発明の他の実施例では、第１の回路部２０も、第１のスイッチング素子２１にかかる過電圧を防止するためのインピーダンス素子を、第１のスイッチング素子２１と第１の接点部２２との間に含むことができる。
【０２７２】
前記インピーダンス素子は抵抗とすることができる。また、前記インピーダンス素子は、一定の抵抗値を有するインピーダンス素子とすることができる。さらに、前記インピーダンス素子は、抵抗値が変わる可変抵抗であってもよい。
【図１】
2016127026.tif 000003
【図２】
2016127026.tif 000004
【図３】
2016127026.tif 000005
【図４】
2016127026.tif 000006
【図５】
2016127026.tif 000007
【図６Ａ】
2016127026.tif 000008
【図６Ｂ】
2016127026.tif 000009
【図７】
2016127026.tif 000010
【図８】
2016127026.tif 000011
【図９】
2016127026.tif 000012
【図１０】
2016127026.tif 000013