(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流経路（２）における故障電流の発生後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置（１）を開放するために、電流経路に配置された交流用電気開閉装置を制御するための方法であって、電流経路の電流を検出すること、および所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することによって当該半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させ、
電流値を故障電流の発生後の交流の２つの連続する半波の電流検出により決定し、これらのピーク電流値を互いに比較すること、および、上記半波に対応し且つ２つのピーク電流値のうちの最小値の半波と同一の信号を有する、交流の半波の間に電流経路の電流を遮断し、上記半波後の交流のゼロ交差時に遮断を完了するように電気開閉装置を制御することを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも１つのピーク電流値を電流の検出に基づいて決定し、この値を上記所定の限界値と比較し、この比較に基づいて電気開閉装置の開放を制御することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電流経路（２）における故障電流の発生後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置（１）を開放するために、電流経路に配置された交流用電気開閉装置を制御するための方法であって、電流経路の電流を検出すること、および所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することによって当該半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させ、
故障電流の発生後の交流の連続するゼロ交差の間の時間周期を測定すること、および、この時間周期と交流の時間周期とを比較すること、および、上記の半波に対応し且つ交流の時間周期の所定の割合未満の時間間隔によって隔てられた２つのゼロ交差によって定義された、未来の半波の直後に電流を遮断するように開閉装置を制御することを特徴とする方法。
【請求項４】
上記割合は５５％であるすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記割合は５０％であるすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
電流経路に並行して接続された２つのブランチを具備した電気開閉装置（１）について電流経路の電流を遮断するための制御を行い、第一のブランチは開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部（５，７，８）を有する第一の接触部材を具備し、第二のブランチは少なくとも遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一方向に流れる電流を伝導する能力を有する部分（１１，１２）を具備し、開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第二の接触部材が当該部分と直列接続されており、当該開閉装置はさらに、上記部分が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は上記部分に電流を送るために当該第一の接触部材が開くように制御し、上記部分が交流のゼロ交差後にそこを流れる電流を遮断する状態にある時は、半波の直後に当該開閉装置の電流を遮断し且つ遮断を永久化するために、当該第二の接触部材が開くように制御することによって、上記電流検出に基づいて当該電流経路の電流の遮断を制御することができるユニット（２０）も具備することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
電流経路上の２の接続点間に、互いに並行に接続され、各々が少なくとも２つの接触部材（２８，２９，３０，３１）を有する上ブランチ（２６）と下ブランチ（２７）と、
当該ブランチにおける２つの接触部材の中間点（３３、３４）間に接続され、前記下ブランチから前記上ブランチに向かって流れる電流を遮断する能力を有する半導体装置（３２）と、
を有する、前記電気開閉装置を制御する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記中間点から見て第１の接続点側にある、前記上ブランチの接触部材（第１上ブランチ接触部材（２９））と、中間点から見て第２の接続点側にある、前記下ブランチの接触部材（第２下ブランチ接触部材（３０））とを開放して、
前記中間点から見て前記第２の接続点側にある、前記上ブランチの接触部材（第２上ブランチ接触部材（２８））と、前記半導体装置（３２）と、中間点から見て前記第１の接続点側にある、前記下ブランチの接触部材（第１下ブランチ接触部材（３１））とを通って電流を流すようにする工程と、
前記半導体装置が電流を遮断する状態にある時に、前記第２上ブランチ接触部材（２８）と、前記第１下ブランチ接触部材（３１）とを開放して、
前記開閉装置を流れる電流を永久的に遮断する工程と、
を有し、
前記電流を永久的に遮断するする工程は、前記半波が終了する交流のゼロ交差時に完了するように制御されることを特徴とする方法。
【請求項８】
交流が多相交流であり、別個に制御可能な電気開閉装置が各相の電流経路に配設されており、各相の電流経路の電流を遮断する時間は、各電気開閉装置を独立に開放しこれにより位相電流を遮断するために、各交流相について個別に決定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
電流経路（２）における故障電流の発生後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置（１）を開放するために、電流経路に配置された交流用電気開閉装置を制御するための装置であって、電流経路の電流を検出することができる部材（１５）と、所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することができるユニットを具備し、当該半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させ、
故障電流の発生後の交流の２つの連続するゼロ交差の間の時間周期を測定する部材（１５）を具備すること、および、部材（２４）はこの時間周期と交流の時間周期とを比較できること、および、ユニット（２０）は、上記の半波に対応し且つ交流の時間周期の所定の部分未満の時間間隔によって隔てられた２つのゼロ交差によって定義された、未来の半波の直後に電流を遮断するように開閉装置を制御できる装置。
【請求項１０】
電流経路（２）における故障電流の発生後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置（１）を開放するために、電流経路に配置された交流用電気開閉装置を制御するための装置であって、電流経路の電流を検出することができる部材（１５）と、所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することができるユニットを具備し、当該半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させ、
上記電流検出により得られた電流値に基づいて故障電流発生後の交流の２つの連続する半波のピーク電流値を決定し、これらのピーク電流値を互いに比較する手段（２３）を具備すること、および、ユニット（２０）は、上記半波に対応し且つ２つのピーク電流値のうちの最小値の半波と同一の信号を有する、交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断し、上記半波後の交流のゼロ交差時に遮断を完了するように電気開閉装置を制御できることを特徴とする装置。
【請求項１１】
ユニット（２０）は交流の時間周期の５０％未満の時間間隔を有する半波直後に交流を遮断するように開閉装置を制御できることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ユニット（２０）は交流の時間周期の５５％未満の時間間隔を有する半波直後に交流を遮断するように開閉装置を制御できることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
電流経路に並行して接続された２つのブランチを具備した電気開閉装置（１）を制御することによって電流経路の電流を遮断することができ、第一のブランチは開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部（５，７，８）を有する第一の接触部材を具備し、第二のブランチは少なくとも遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一方向に流れる電流を伝導する能力を有する部分（１１，１２）を具備し、開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第二の接触部材が当該部分と直列接続されており、当該開閉装置はさらに、上記部分が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は上記部分に電流を送るために当該第一の接触部材が開くように制御し、上記部分が交流のゼロ交差後にそこを流れる電流を遮断する状態にある時は、半波の直後に当該開閉装置の電流を遮断し且つ遮断を永久化するために、当該第二の接触部材が開くように制御することによって、上記電流検出に基づいて当該電流経路の電流の遮断を制御することができるユニット（２０）も具備することを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
電気開閉装置を通る電流経路に配設された少なくとも２つの接触部材と、少なくとも第一の遮断方向に向かってそこを流れる電流を遮断する能力を有する半導体装置と、半導体装置が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は当該半導体装置に開閉装置を通る電流を転流するために第一の接触部材が開くように制御し、半導体装置がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は当該開閉装置の電流を遮断するために当該第二の接触部材が開くように制御することによって、当該開閉装置を通る電流経路の開放を制御することができるユニットとを具備する電気開閉装置を制御することによって電流経路（２）の電流を遮断できること、および、電気開閉装置の接触部材（２８，３１）の総数は、少なくとも４つであり、そのうち２つは上記電流経路に並行に接続された２つのブランチ（２６，２７）のそれぞれに直列接続されていること、および、半導体装置（３２）は各ブランチの２つの接触部材の間の中間点（３３，３４）を相互に接続させることができること、および、電気開閉装置は電気開閉装置を流れる電流の方向を検出できる少なくとも１つの部材（１５）を具備すること、および、制御ユニット（２０）は、半導体装置が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は半導体装置を通じて一時的な電流経路に電流を転送するために、電流の流れる方向から見て中間点より手前に位置する第一のブランチの第一の接触部材が開くように制御し、且つ、半導体装置を通る一時的な電流経路に配設された開閉装置の少なくとも１つの接触部材を開放することによって半導体装置がそこを流れる電流を遮断する状態にある時は開閉装置を通る電流経路の電流の遮断を永久化するために、電流の流れる方向から見て中間点より後ろに位置する第二のブランチの第二の接触部材が開くように制御することによって、電流経路の電流の遮断を制御でき、および、当該制御ユニットは、どのブランチが第一のブランチであるべきかを電流検出部材からの情報に基づいて選択し、上記電流の流れる方向に基づいて電流経路の電流の遮断を制御することができ、よって半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
交流が多相交流であり、別個に制御可能な電気開閉装置（１）が各相の電流経路に配設されており、各電気開閉装置を独立に開放しこれにより位相電流を遮断するために、上記故障発生後に検出された交流値に基づいて、各交流相について個別に各相の電流経路の電流を遮断する時間を決定することができる部材（２６）を具備することを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
電気開閉装置の開放を実施できる電気的に制御された駆動部材（１３）を具備することを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
駆動部材（１３）は、電磁機械であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
駆動部材（１３）は、電気モータであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
駆動部材（１３）を制御できる電気ユニットの形態の制御ユニット（２０）を具備することを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれか1項に記載の装置。
【請求項２０】
工場内、供給網ないしは送電網への電気供給のための開閉装置の電流経路で電気開閉装置を制御するための、請求項９ないし１９のいずれか１項に記載の装置の使用方法。
【請求項２１】
１ないし５２ｋＶの間の電圧を有することができる電流経路で電気開閉装置を制御するための、請求項９ないし１９のいずれか１項に記載の装置の使用方法。
【請求項２２】
特に１ｋＡ好適には少なくとも２ｋＡの作業電流を受け取ることができる電気開閉装置を制御するための、請求項９ないし１９のいずれか１項に記載の装置の使用方法。
【請求項２３】
電流経路（２）における故障電流の発生後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置（１）を開放するために、電流経路に配置された交流用電気開閉装置を制御するための構造であって、電流経路の電流を検出するプログラム指示を実行でき、且つ、所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することができる少なくとも１つのプロセッサを含むプログラムモジュールを具備し、よって半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させることができ、
故障電流の発生後の交流の２つの連続するゼロ交差の間の時間周期を測定する部材（１５）を具備すること、および、部材（２４）はこの時間周期と交流の時間周期とを比較できること、および、ユニット（２０）は、上記の半波に対応し且つ交流の時間周期の所定の部分未満の時間間隔によって隔てられた２つのゼロ交差によって定義された、未来の半波の直後に電流を遮断するように開閉装置を制御できる構造。
【請求項２４】
電流経路（２）における故障電流の発生後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置（１）を開放するために、電流経路に配置された交流用電気開閉装置を制御するためのコンピュータプログラムであって、電流経路の電流の検出が起こるようにプロセッサに影響を与え、且つ、所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するように電気開閉装置を制御する指示を具備し、よって半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させることができ、
故障電流の発生後の交流の２つの連続するゼロ交差の間の時間周期を測定する部材（１５）を具備すること、および、部材（２４）はこの時間周期と交流の時間周期とを比較できること、および、ユニット（２０）は、上記の半波に対応し且つ交流の時間周期の所定の部分未満の時間間隔によって隔てられた２つのゼロ交差によって定義された、未来の半波の直後に電流を遮断するように開閉装置を制御できるコンピュータプログラム。
【請求項２５】
インターネット等のネットワークを通じて少なくとも部分的に供給される請求項２３に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２６】
ディジタルコンピュータの内臓メモリに直接ロード可能であって、コンピュータで動作する時に請求項１ないし８のいずれか１項に記載のステップを実施するソフトウェアコード部分を具備しているコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流経路に配置された交流のための電気開閉装置を制御し、電流経路において故障電流が発生した後に電流経路の電流を遮断するために該電気開閉装置を開放するための装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
そのような装置および方法は、工場内、供給網ないしは送電網への電気供給のための開閉装置等における故障電流の発生時に電流経路を遮断する電気開閉装置の使用に関する全ての分野に適用可能である。そのような故障電流が発生した場合には、当該電流経路に接続された様々な種類の装置に損傷を与えないように、電気開閉装置はできるだけ速やかに電流経路を開放し当該電流を遮断する必要が生じる一方で、交流が遮断される前に、当該交流の方向を変更しゼロ交差を発生させることが不可欠である。しかし、当該故障の発生時には、通常、電圧の位相位置と当該故障の発生時刻における負荷に応じて定まる振幅を有する直流成分を交流は受け取り、この直流成分は交流に重畳するために、最悪の場合、交流の振幅が減少する場合にはゼロ交差が発生する前に交流が数周期持続する場合がある。
【０００３】
「電気開閉装置」とは、広義の意味で使用しており、電流経路において２つの部分を物理的に分離して開放するために異なる部分間を機械的に移動する電気開閉装置や、停止状態となってそこを流れる電流を遮断することによって開放するＩＧＢＴまたはこれと同種なものその他の半導体装置も含まれる。「電気開閉装置」は、いわゆる切り替えスイッチを具備する。電流経路における故障電流の発生時には、このスイッチによって電流経路における電流を遮断し、他の電流経路において負荷等へ切り替えることができる。
【０００４】
図１は、純粋誘導負荷の場合に電流経路の電圧Ｕと電流Ｉが互いに対して９０度に配置される態様が概略的に図示されている。ここで、電圧Ｕが最大で電流がゼロであるｔ１時に電流経路に沿って短絡が発生したと仮定する。すると、ゼロ線に対して対称的であり且つ交流減衰つまり経時的な振幅の減少を有する電流Ｉ１が故障後に発生することを意味している。しかし、電圧Ｕがゼロで電流Ｉが最大であるｔ２時に短絡が発生した場合、非対称性が最大に、つまり電流Ｉ２の直流成分が最大となる。この直流成分は経時的な減衰も有する。しかし、直流成分の減衰が当初に存在している交流減衰より遅い場合には、ゼロ交差が生じ故障電流の遮断が実施されるまでに、大量の時間周期がかかるかもしれない。
【０００５】
図２は、非対称性が最大になる故障の場合、電流全体Ｉｔｏｔが時間ｔにわたってどのように変化し、直流成分が経時的にどのように減少するかをいくらか詳細に図示している。典型的には、これは交流３周期の間に約１／３まで沈む。
【０００６】
交流がそのように非対称的であることの不利益は、遮断がいわゆる交流の「長半半波」の間に発生しうることつまり最大のピーク値を有する電流の半波に続くゼロ交差で遮断が完了されることを考慮に入れる必要が現在まであったため、電気開閉装置は、存在する可能性のある非常に高いピーク電流を考慮するような大きさでなくてはならなかった点である。開閉装置をそのような大きさに設計しないで済ます可能性として、直流成分には十分に減少する時間があるように、遮断が発生する前に、大幅な遅延（おそらくは交流の３ないし４周期）を導入することが挙げられる。従って、例えば直流成分との関係で最も望ましくない時刻に故障が発生した場合などは、故障が発生してから交流のゼロ交差に関連する遮断が遂行されるまでに長時間の待ち時間が生じ、直流成分が比較的低レベルに下降していた。当然、このように待ち時間が長いことは、遮断がより早期に発生した場合に比べて当該装置が損傷を受ける差し迫った危険がより大きいことを意味している。早期すぎる遮断も避けねばならずそのためかなりの安全域がなくてはならないため、交流を遮断するための当該遮断は、当然、ほとんどの場合複数のゼロ交差が発生した後に発生するものである。しかし、上記故障電流の発生後直後に電流がほぼ対称的である場合等は、この長い遮断時間が長すぎる場合がある。
【０００７】
従って、交流遮断は、それが可能な適時になるべく早く実施することが望ましい。
【０００８】
従来の遮断器において電流の遮断を必要以上に遅くすることなくアーク時間を十分に制御することが可能となることは興味深く、本発明が全ての種類の電気開閉装置の電流経路を開放するために使用することができる点は留意されるべきであるが、本発明が対象とするのは、特にスウェーデン特許出願第９９０４１６４−２号（出願未公開、本願出願人が出願）に記載された種類のいわゆるハイブリッド遮断器である。注目すべきは、当該開閉装置を通る通常の電流経路において整流子を具備する一のブランチと、少なくとも一つの遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一つの方向に流れる電流を伝導する能力とを有する部分を具備する他のブランチとからなる電流経路に並行して接続された２つのブランチと、当該部分と直列接続された遮断接触部材とを有する当該ハイブリッド遮断器において、整流時に非常に制御された小さな火花が発生するように整流子の接触開放を制御することができるという点である。当該部分は、接触部材を通じた電流の遮断がゼロ交差時に発生しうるように遮断をなす必要があるから、当該部分を整流ダイオードの形態で使用する場合には、整流子を交流のゼロ交差の発生時まで開放してはならないことが条件となる。転流とそれにより生じる遮断が故障電流の発生の比較的直後に起きる場合には、ダイオードは、そこを伝導しうる比較的高い電流を受け取るような大きさでなければならず、これによってダイオードに費用がかかる。またはそうしない場合、故障電流発生後の電流の遮断がかなり遅延し上記に記載した不利益を伴うことを我慢しなければならない。類似の問題は、スウェーデン特許出願第９９０４１６６−７号（出願未公開、本願出願人が出願）に記載の電気開閉装置にも該当する。
【０００９】
本発明の目的は、各個別事例に最適且つ出来る限り速い時間に電流経路の電流を遮断することを可能とする、冒頭部において定義された種類の装置と方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、電流経路の電流を検出することができる部材と、所定の電流限界値未満のピーク電流を有する交流の半波の直後に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することができるユニットを具備する装置を提供し、当該半波が終了する交流のゼロ交差時に遮断を完了させることによって達成される。
【００１１】
このように、電流を検出し、遮断の完了に先行する半波の間の交流のピーク電流に応じて電流経路の電流を遮断することによって、可能となったらすぐに電流経路の電流を遮断することが可能となり、各個別事例において必要以上に遮断を遅延させなくてもよい。つまり、従来の遮断器において対称電流またはより低い電流を得るために遅延を導入する必要がなくなるので、遮断時間を短くすることができる。
【００１２】
本発明の好適な実施態様によると、本装置は、故障電流の発生後に上記の電流検出により得られた電流値に基づいて交流の２つの連続する半波のピーク電流値を決定し、これらのピーク電流値を相互に比較することができる手段を具備し、ユニットは、上記半波に対応し且つ２つのピーク電流値のうちの最小値の半波と同一の信号を有する、交流の半波の間に電流経路の電流を遮断するために電気開閉装置を制御することができる。このようにいわゆる「短半波」の完了後に遮断を実行することを確実化することによって、従来の遮断器で発生したアークエネルギーは電流経路開放時に最小化されうる。そして、「長半波」の間に遮断を起こす危険性がある場合に考えられるよりも早い時間に電流の遮断が可能となる。アークエネルギーがより小さくなると、その結果、電気寿命が長くなり、性能が向上する。上記に記載の種類のハイブリッド遮断器では、ダイオード等の整流半導体装置であってもよい上記経路は電流の長半波に耐えうるような大きさに設計する必要がないので、本発明のこの実施態様はさらに魅力的である。つまり、上記部分をかなり安価に製造することができる。
【００１３】
本発明の他の好適な実施態様によると、本装置は、故障電流の発生後に上記検出部材によって検出された交流の２つの連続するゼロ交差の間の時間を測定することができる部材を具備し、当該部材はこの時間周期と交流の時間周期とを比較することができ、ユニットは、上記の半波に対応し且つ交流の時間周期の所定の割合未満の時間間隔によって隔てられた２つのゼロ交差によって定義された、未来の半波の直後に電流を遮断するように開閉装置を制御することができる。交流の２つの連続したゼロ交差の間の時間周期をこのように測定することによって、故障電流後の交流の対称の程度を決定し、個別の事例において最も適切である時に電流経路の電流を遮断するように電気開閉装置を制御することができる。交流の時間周期との上記の比較は非常に純粋に架空のものであり、所定の時間間隔よりも短い上記時間間隔の時に電流経路を開放するように電気開閉装置を制御することを予め設定してもよい（そのような制限時間の事前の設定は、交流の時間周期を考慮して最初に決定されている）。
【００１４】
本発明の他の好適な実施態様によると、ユニットは、交流の時間周期の５０％未満の上記時間間隔を有する半周期の間に開閉装置を開放するように制御することができる。このようにいわゆる「短半波」の間に開放を確実に実施することの利益は、本発明の他の好適な実施態様に関する上記の記載から明らかであろう。
【００１５】
本発明の他の好適な実施態様によると、本装置は、上記割合の大きさと故障電流の発生以降の時間の長さとに基づいて開閉装置の開放の遅延時間を計算することができる部材を具備する。これにより、上記割合が小さい場合、これは従来の遮断器にとってはアーク時間が短く、上記の種類のいわゆるハイブリッド遮断器の上記部分を流れる電流が低いことを意味するので、交流の直流レベルが依然比較的高いまま、開閉装置を開放し、それによって電流をより早期に遮断することが可能となる。
【００１６】
本発明の好適な実施態様によると、当該装置は、電流経路の電流を遮断するために、電流経路に並行して接続された２つのブランチを具備した電気開閉装置の制御を可能とし、第一のブランチは開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第一の接触部材を具備し、第二のブランチは少なくとも遮断方向に流れる電流を遮断する能力と少なくとも一方向に流れる電流を伝導する能力を有する部分を具備し、開閉のために互いに対して可動的な２つの接触部を有する第二の接触部材が当該部分と直列接続されており、当該開閉装置はさらに、上記部分が伝導状態であるまたはそうなりつつある時は上記部分に電流を送るために当該第一の接触部材が開くように制御し、上記部分が交流のゼロ交差後にそこを流れる電流を遮断する状態にある時は、半波の直後に当該開閉装置の電流を遮断し且つ遮断を永久化するために、当該第二の接触部材が開くように制御することによって、上記電流検出に基づいて当該電流経路の電流の遮断を制御することができるユニットも具備する。上記にすでに記載したように、これによってダイオード等の上記部分を最大限省略し、出来る限り早期に電流を遮断することが可能となる。このことはまた、本出願人のスウェーデン特許出願第９９０４１６６−７号（出願未公開）に記載の種類の電気開閉装置を制御するために設計された請求項２１に記載の装置にも当てはまる。
【００１７】
本発明の好適な実施態様によると、本装置は、多相交流の形態の交流の各相の電流経路に配設された別個に制御可能な電気開閉装置を具備し、上記部材は、各電気開閉装置を独立に開放しこれにより位相電流を遮断するために、それぞれについて上記故障が発生した後に検出された交流値に基づいて、各交流相について個別に各相の電流経路の電流を遮断する時間を決定することができる。これによって、比較的初期の小さな直流成分を有する相の相電流を遮断できるだけではなく、いわゆる「短半波」後に電流の遮断を完了させることによって、かなりの電流の直流成分を有する相の相電流についても、問題の開閉装置をかなり初期に開放することができる。
【００１８】
本発明の好適な実施態様によると、本装置は、電気開閉装置を開放するための電気的に制御可能な駆動部材を具備しており、特に駆動部材が電気モータの形態の電磁的機械である場合は有利である。そのような駆動部材を使用することによって、電気開閉装置の一または複数の可動部分の動作を非常に正確に制御し、交流の非常に特定の位相位置において２つの接触部を確実に分離することが可能となるので、所望の上記交流半波の直後に遮断は完了する。電気ユニットの形態での装置の制御ユニットが駆動部材を制御できる場合にはさらなる利点が生じる。この実施態様は、電流の未来のゼロ交差など、開閉装置を流れる電流の未来の変化を予測する場合と協同する場合に適しており、このような予測と電流の遮断を調和させて、例えば電流を遮断する能力を有する半導体装置のみがいわゆる短半波の間に電流を伝導させることを確実にするために適している。
【００１９】
本発明はまた特許請求の範囲の使用請求項に従った上記の本装置の有利な使用方法に関する。
【００２０】
本発明は、請求項に記載の構造、コンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品にも関する。方法に関する請求項に定義された本発明の方法が当該プログラムステップを具備するコンピュータプログラムが影響するプロセッサからのプログラム指示によって実施されるのに適していることは容易に理解されるであろう。本発明は、添付の方法請求項のいずれかに記載の方法と組み合わされた、上記の構造、コンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品を具備する。このコンピュータプログラムは、好ましくは、インターネット等のネットワークを通じて少なくとも部分的に供給される。そして、コンピュータプログラム製品は、好ましくは、ディジタルコンピュータの内臓メモリに直接ロード可能であって、コンピュータで動作する時に上記方法を実施するソフトウェアコードを具備する。
【００２１】
本発明の利点および有利な特徴は特許請求の範囲および以下の詳細な説明から明らかになる。
【００２２】
以下においては、図面を参照しながら例示的にすぎない実施例について説明し、本発明について詳述する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、上記のスウェーデン特許出願第９９０４１６４−２号（出願公開されていない）の種類のハイブリッド遮断器の機能と構成を、本発明の理解を容易にするために、および本発明がそのような電気開閉装置に特に有利であることにより、概説する。図４ないし６を参照しながら説明する。
【００２４】
電気開閉装置１は、電流経路２を迅速に開くことにより当該経路の電流を遮断することができるように電流経路２に接続されている。位相ごとにそのような開閉装置１つが設けられているので、三相のネットワークは、全く同一の場所にそのような開閉装置を３つ有する。当該開閉装置は、軸４の周りに回転し可動接触部分５を有する内側シリンダ３を具備する。第二シリンダ６は、シリンダ３の外側に配置されており、可動部分５の動作経路に沿って設けられ且つ可動部分５と接触している間良好な電気接触を生じさせる４つの接触部７ないし１０を具備する。開閉装置には各２つの外側接触部７と１０を通じて電流が導通される
【００２５】
外側接触部から隣接接触部の方向に伝導するダイオード１１、１２の形態の半導体装置が２つの外側接触部と次の隣接内側接触部との間に接続されている。また、ダイオードを外側接触部の方向へ伝導させてもよい。
【００２６】
さらに、開閉装置は、内側シリンダ３を回転させて可動接触部分５を他の接触部分７ないし１０に対して移動させるための駆動構造を有する。当該駆動構造は、本事例の場合、概略的に図示された統合電気モータ１３によって構成されているが、他の異なる種類のものであってもよい。
【００２７】
電気開閉装置を制御するための本発明の装置１４が、そこに接続されている。当該装置は、電流経路における電流の方向と大きさを検出し、それにより電流のゼロ交差の時間を検出することもできる部材１５（概略的に図示）を有する。当該検出部材は、アナログ信号をディジタル信号に変換するためのアナログ／ディジタル変換器１６へ、電流に関する情報を有する信号を送信することができる。ノイズ信号、特に高周波のノイズ信号を検出部材１５からの信号から除去するために、フィルタ１７および１８が変換器の前後の信号経路に設けられている。電流情報は、検出部材によって検出された電流値に基づいて、ユニット２０によって制御される電気開閉装置を開放し電流経路の電流を遮断する時間を決定するために使用される計算を実施することができる手段１９へさらに送信される。
【００２８】
ここでは制御ユニット２０は、可動部分５を軸４の周りに回転するように駆動させる電気モータの形態の電気的に制御された駆動部材１３を制御することができる電気ユニットによって構成されている。電気モータの形態の電気的に制御された駆動部材と、これと連携する電気ユニットとを使用することによって、可動部分５の動作は非常に正確に制御され、電流の遮断をそれが望まれている時つまり上記半波の直後に確実に起こすことができる。そのような電気モータと電気ユニットを使用すると、電流の未来のゼロ交差の予測との連携も非常にうまくなされる。
【００２９】
以下に詳細を説明する様々な方法によって、電流経路の電流を遮断するための最適時間を計算するように上記手段を設計することができる。
【００３０】
図示された種類の開閉装置の機能は、上記に記載のスウェーデン特許出願第９９０４１６４‐２号により詳細に記載されているが、ここで概要を示す：電流経路２に沿った短絡が原因で発生する電流経路２の非常に高い電流を検出部材１５が検出したことなどによって電流経路２で遮断要請が生じた場合、交流の方向を検出し、シリンダ３を回転させることによりこの回転に従属する可動接触部分５も回転させることによって、できる限り早く遮断を実施することができるけれども、本発明においては、早さよりも遮断する瞬間の非常に高い正確性を優先させている。図４の閉鎖状態では、開閉装置を通じた電流の全体は、外側接触部７と１０との間を、ガルバニックにこれらを相互接続している可動部分５を通じて流れる。図１に図示された時計周りの方向に内側シリンダ３を回転させることによって遮断を実施するとの決定がなされたと仮定すると、目立った程度のアークを生じずに遮断をするために、接触部７と８によって形成された接触部材を交流のゼロ交差によって開放しなくてはならない。且つ、交流をダイオード１１へ切り替えるためにダイオードが順方向にバイアスされた時に遮断を実施しなくてはならない。
【００３１】
開閉装置上の電圧が方向を変更させた時、ここを通じて電流は全く流れないが、電圧がダイオード１１上に増加し、そして逆方向にバイアスされ、可動接触部分の回転動作が以前と同じ方向に継続されるので、接触部８と接触部１０の間のガルバニック接続が遮断される。接触地点を通じて交流は流れないので、この遮断はアークを全く起こさずに実施しうる。これにより、図６の完全に開放した状態が得られ、電流が永久的に遮断される。
【００３２】
上記手段１９は主要な役割として、いわゆる主波（長い半波）または小波（短半波）に交流が存在するか否かを決定し、対象の位相の電流経路の電流を短半波後に遮断することを確実にしなければならない。しかし、この基本概念は断念されることもある。最も重要なことは、必ず交流の大きな非対称性を有する相の長半波後に遮断が実施されないことを確実にし、それによって、もし実施されてしまった場合に発生しうるようなピーク電流を受け取れるほどの大きさにダイオード１１と１２を設計せずに済む点である。しかし、あらゆる相のほぼ対称的な交流においては、ほとんどの場合半波の後に開放が実施されうる。従って、上記手段は好適には、故障電流の発生後に上記検出部材によって検出された交流の２つの連続するゼロ交差の間の時間を測定し、且つこの時間周期と交流の時間周期とを比較することができ、ユニットは、上記の半波に対応し且つ交流の時間周期の所定の割合未満の時間間隔によって隔てられえた２つのゼロ交差によって定義された、未来の半波の直後に電流を遮断するように開閉装置を制御することができる。よってこの比率は約５０％以上であってもよく、例えば５５％まで許容されうる。しかし、このことは非対称性が大きい時に遮断の完了が短半波後に起こることが確実であることを意味している。
【００３３】
しかし、連続するゼロ交差の間の時間を測定する代わりに、ピーク値が長半波の後に遮断することを許容するのに十分低いか否かを決定するため、または半波後の遮断について判断をするためにどちらの半波が小さい波かを決定するために、交流のピーク電流値と、所定の電流限界値および／またはそのようなピーク電流の連続的な値とを比較し、電流経路の電流の遮断に最適な時間を計算する手段２３を設けることも可能である。
【００３４】
時間ｔ０において故障電流が発生した後の三相の交流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の推移が図３に図示されている。三相電流全てが非常に非対称であることがわかり、従って、半波の間に対象のダイオードによって電流を転流し、該半波の後に遮断を完了することが重要である。円２１と２２は、図示された三相の遮断を引き起こす可能性がある時間間隔である。しかし、各相電流の非対称性つまりその直流成分は、交流減衰が存在すると同時に経時的に減少することが指摘され、このことはどの円の中で遮断が起きるのかを決定する時に考慮される。従来の遮断器を開放し各相で短半波後に電流を遮断することによって最適なアーク時間が得られ、上記のハイブリッド遮断器では、電流経路の電流の遮断時に上記ダイオード１１等の部分を通る電流は低くなる。本発明の方法によって導入される遅延は、交流の時間周期が２０ミリ秒の場合、最大でちょうど当該時間周期と同一なる。これは、実施時には、図４ないし６に図示された種類の電気開閉装置の場合、ダイオード１１と１２を電流の長半波に耐え得るような大きさに設計する必要がないことを意味する。２５ｋＡの遮断器の場合、ダイオードは５０ｋＡでなく３５ｋＡのオーダーのピーク電流にさえ耐えればよいことを意味するので、かなりの費用を節約できる。
【００３５】
上記に記載のスウェーデン特許出願第９９０４１６６−７号による電気開閉装置の全体構造図が図７に概略的に図示されている。この装置は電流経路２に接続されこれを迅速に開閉する。相ごとにそのような開閉装置１つが設けられているので、三相のネットワークは、全く同一の位置にそのような開閉装置を３つ有する。開閉装置は、電流経路と並行して接続され、それぞれが、直列に接続された少なくとも２つの機械的接触部材２８−３１を有する、２つのブランチ２６、２７を具備する。ダイオードの形態の半導体装置３２が、各ブランチの２つの接触部材の間の中間点３３と３４を相互に接続するために設けられている。
【００３６】
電気開閉装置を制御および操作するための本発明の装置１４は開閉装置に接続されており、その構造は、図４ないし６の実施態様について上記に記載されたものと同一である。
【００３７】
当該電気開閉装置の機能は、以下のとおりである：電流経路２に沿った短絡が原因の非常に高い電流を検出部材１５が検出することなどによって、電流経路２で遮断要請が生じた場合、各電気開閉装置によって電流を遮断する最適時は、検出結果を通じて上記に記載の方法によって決定される。任意の電気開閉装置を開放しなければならないと判断されると、制御ユニット２０はまず、半導体装置３２を通じて一時的な電流経路を確立するために、どの２つの接触部材（ここでは接触部材２９および３０（図８参照））が開放されるべきかについて決定を行う。従って、この決定は、その時に電流が電流経路のどの地点を流れているのかに応じて異なる。図７の状態では、開閉装置を通じた電流全体は、２つのブランチ２６と２７を通じて流れ、ダイオードを通ってはいない。遮断を実施しなければならない場合には、電流は代わりにダイオードを通じて流れるようにできるだけ早く転送されなくてはならない。ダイオードをその方向に順方向バイアスさせる直前とダイオードを次回に逆方向バイアスさせる時との間の交流周期の間に、電流を、ある方向からダイオードへ切り替えることができる。実際は約２０ミリ秒の全一周期の間に、ゼロ交差の約２ミリ秒前から次のゼロ交差時まで、図８のような前方バイアス方向への接触部材の開放が続く。この仮定に従って接触部材２９と３０を開放するために交流の誤った半周期が存在する場合、接触部材２８と３１は代わりにその一時的な電流経路を確立するために直ちに開放されうる。従って、そこを流れる電流を止めるために開閉装置を開放する必要性と可能性を検出した後、この一時的な電流経路は即時に確立される。
【００３８】
図８に図示された一時的な閉状態は、接触部材２９と３０を開放することによって得られ、小さな火花がそれぞれの接触部材の接触部の間の間隙に発生し、この結果、通常１２ないし１５Ｖの電圧が発生し、ダイオード３２を通じて電流が転流する。開閉装置を流れる電流が方向を変更した時、そこには電流は一切流れないが、電圧はダイオード３２に増加し、逆方向にバイアスされる。そして、今、他の２つの接触部材２８と３１の少なくとも１つは開放されているので、一時的な電流経路は開放され、ここで、開放の瞬間に電流が接触場所を流れることはないので、当該開放は、アークを発生させることなく起こる。図９に示した、開閉装置が完全に開放した状態はこのようにして得られ、この状態では、そこを流れる電流は永久に遮断される。当該開放の永久化で重要なことは、それが非常に早く起こるため、ダイオード３２の電圧は再び方向を変更せずに、該ダイオードが伝導を開始する点である。同一の半導体装置を、一時的電流経路において、電流が開閉装置を流れる方向とは関係なく使用することによって、この種類のすでに知られた開閉装置に対して、半導体装置の数を大幅に減少させることができるので、費用を非常に節約できる。
【００３９】
本装置は、各位相に適した時間に様々な相の遮断を実施しうるから、個別に制御可能な電気開閉装置が各相の電流経路に配設された多相交流に特に適している。
【００４０】
有利には、本発明の装置は、工場内、供給網ないしは送電網への電気供給のための開閉装置の電流経路の交流のゼロ交差を予測するために使用され、好適には、電流経路の電圧は、中間電圧レベルつまり１ないし５２ｋＶの間の電圧である。しかし、本発明は、これらのレベルの交流電圧に限定されない。
【００４１】
さらに、本発明は、特に１ｋＡ好適には少なくとも２ｋＡの作業電流を受け取ることができる電気開閉装置に使用できる。
【００４２】
本発明は、上記に記載の好適な実施態様に制限されないが、上記の特許請求の範囲に定義された本発明の基本的な概念から逸脱することなくこれらを変更しうることは、当業者にとって明らかであろう。
【００４３】
本発明は、すでに記載したように、遮断機能を有する全ての種類の電気開閉装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電流経路に沿って短絡が発生する時間までの経時的な電圧Ｕと電流Ｉの推移と、異なる２つ短絡時間に関する、短絡後の電圧の経時的な推移を図示する。
【図２】  最大非対称性を有する短絡発生後の経時的な直流成分の推移と総電流の概略図である。
【図３】  三相交流網の３つの異なる相の交流の、短絡など電流経路に沿った故障が発生した後の推移を図示し、本発明によるそれぞれの相についての電気開閉装置の開放が有利に実施されていることが図示されている。
【図４】  電流経路に配設された交流用電気開閉装置を制御するための、本発明の好適な実施態様による装置の概略図である。
【図５】  電流経路に配設された交流用電気開閉装置を制御するための、本発明の好適な実施態様による装置の概略図である。
【図６】  電流経路に配設された交流用電気開閉装置を制御するための、本発明の好適な実施態様による装置の概略図である。
【図７】  それぞれ閉じられた状態、一時的に閉じられた状態、および開放された状態の電流経路に配設された交流用電気開閉装置を制御するための装置を図示する概略された回路図である。
【図８】  それぞれ閉じられた状態、一時的に閉じられた状態および開放された状態の電流経路に配設された交流用電気開閉装置を制御するための装置を図示する概略された回路図である。
【図９】  それぞれ閉じられた状態、一時的に閉じられた状態および開放された状態の電流経路に配設された交流用電気開閉装置を制御するための装置を図示する概略された回路図である。
【図１】
0004906223.tif 000002
【図２】
0004906223.tif 000003
【図３】
0004906223.tif 000004
【図４】
0004906223.tif 000005
【図５】
0004906223.tif 000006
【図６】
0004906223.tif 000007
【図７】
0004906223.tif 000008
【図８】
0004906223.tif 000009
【図９】
0004906223.tif 000010