JPH11297170A - 直流消弧方法及び装置 - Google Patents
直流消弧方法及び装置Info
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- JPH11297170A JPH11297170A JP11035786A JP3578699A JPH11297170A JP H11297170 A JPH11297170 A JP H11297170A JP 11035786 A JP11035786 A JP 11035786A JP 3578699 A JP3578699 A JP 3578699A JP H11297170 A JPH11297170 A JP H11297170A
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- H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
- H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
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- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
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- H03K17/08142—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in field-effect transistor switches
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 機械的電路スイッチのもつ欠点を排した、高
電力直流配電系統に適する直流消弧の方法及び装置を提
供する。 【解決の手段】 電力用半導体電路スイッチは電路遮断
素子としてはたらき、数の固体転流スイッチ１８，２
０，２２，２４，２６及びエネルギー散逸器としてはた
らく種々の構成の抵抗器２８からなる抵抗転流回路が並
列接続される。消弧装置においては、転流回路の固体ス
イッチは消弧装置の共通端子と、また抵抗器の一連のタ
ップを通して抵抗器と接続され、抵抗器はもう一方の消
弧装置端子に接続される。あるいは、転流回路はそれぞ
れ抵抗器と直列接続された固体スイッチを有する分岐転
流回路からなり、各分岐回路は電路遮断器と並列に接続
される。あるいは、電源と負荷との間の電路は複数の平
行ケーブルからなり、各ケーブルは抵抗転流回路が並列
接続された固体電路スイッチを有する。
電力直流配電系統に適する直流消弧の方法及び装置を提
供する。 【解決の手段】 電力用半導体電路スイッチは電路遮断
素子としてはたらき、数の固体転流スイッチ１８，２
０，２２，２４，２６及びエネルギー散逸器としてはた
らく種々の構成の抵抗器２８からなる抵抗転流回路が並
列接続される。消弧装置においては、転流回路の固体ス
イッチは消弧装置の共通端子と、また抵抗器の一連のタ
ップを通して抵抗器と接続され、抵抗器はもう一方の消
弧装置端子に接続される。あるいは、転流回路はそれぞ
れ抵抗器と直列接続された固体スイッチを有する分岐転
流回路からなり、各分岐回路は電路遮断器と並列に接続
される。あるいは、電源と負荷との間の電路は複数の平
行ケーブルからなり、各ケーブルは抵抗転流回路が並列
接続された固体電路スイッチを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は消弧方法及び装置に
関し、特に直流（ＤＣ）電路における電流遮断の方法及
び装置に関する。本発明はまた交流電路に対しても同様
に利点を提供する。
関し、特に直流（ＤＣ）電路における電流遮断の方法及
び装置に関する。本発明はまた交流電路に対しても同様
に利点を提供する。
【０００２】
【従来の技術】インダクタンスを含むＤＣ電路の遮断に
は、この電路内に貯えられた誘導性エネルギーを遮断器
により散逸させるか、あるいは遮断器内に貯えなければ
ならない。遮断器の多くは、様々な手法によって遮断時
に前記電路の抵抗を高めることにより、電路に貯えられ
た前記エネルギーを遮断時に散逸させるように設計され
ている。前記抵抗が高くなるにつれて、系統電流は減少
してゼロとなり遮断が完了する。
は、この電路内に貯えられた誘導性エネルギーを遮断器
により散逸させるか、あるいは遮断器内に貯えなければ
ならない。遮断器の多くは、様々な手法によって遮断時
に前記電路の抵抗を高めることにより、電路に貯えられ
た前記エネルギーを遮断時に散逸させるように設計され
ている。前記抵抗が高くなるにつれて、系統電流は減少
してゼロとなり遮断が完了する。
【０００３】関連先行技術では、電路内の通常の機械接
点を前記遮断器として利用し、機械的あるいは電子的ス
イッチ（例えば液体金属陰極切換え管、交叉電磁界切換
え管等）を、前記遮断器の開路後前記電路エネルギーを
吸収するために大きな抵抗を引き続いて挿入するための
転流スイッチとして備える。ペイス（Ｐａｉｃｅ）の米
国再発行特許第２７，５５７号は、抵抗器及びノーマリ
ークローズ・スイッチからなる転流回路を並列接続した
機械的消弧装置を開示している。遮断時には、機械的電
路接点が開いて電流を前記転流回路に転流し、続いて前
記転流スイッチが順次開いて転流回路抵抗を高め、最後
のスイッチが開いた時には、残余電路エネルギーがサー
ジ抑制用抵抗−容量回路に吸収される。本特許およびル
ッツ（Ｌｕｔｚ）等の米国特許第３，６６０，７２３
号、ライアン（Ｌｉａｎ）等の米国特許第３，６４１，
３５８号、Ｋ．Ｔ．ライアンの米国特許第３，５３４，
２２６号、ルッツの米国特許第３，６１１，０３１号等
のようなその他の関連先行技術は、高電圧ＤＣ電力の送
電に適している。しかしこのような装置は、スイッチ素
子の機械的性質による、長い遮断所要時間、衝撃過敏
性、アーク放電、接点焼損、及び雑音のような機械的電
路スイッチの欠点を有している。
点を前記遮断器として利用し、機械的あるいは電子的ス
イッチ（例えば液体金属陰極切換え管、交叉電磁界切換
え管等）を、前記遮断器の開路後前記電路エネルギーを
吸収するために大きな抵抗を引き続いて挿入するための
転流スイッチとして備える。ペイス（Ｐａｉｃｅ）の米
国再発行特許第２７，５５７号は、抵抗器及びノーマリ
ークローズ・スイッチからなる転流回路を並列接続した
機械的消弧装置を開示している。遮断時には、機械的電
路接点が開いて電流を前記転流回路に転流し、続いて前
記転流スイッチが順次開いて転流回路抵抗を高め、最後
のスイッチが開いた時には、残余電路エネルギーがサー
ジ抑制用抵抗−容量回路に吸収される。本特許およびル
ッツ（Ｌｕｔｚ）等の米国特許第３，６６０，７２３
号、ライアン（Ｌｉａｎ）等の米国特許第３，６４１，
３５８号、Ｋ．Ｔ．ライアンの米国特許第３，５３４，
２２６号、ルッツの米国特許第３，６１１，０３１号等
のようなその他の関連先行技術は、高電圧ＤＣ電力の送
電に適している。しかしこのような装置は、スイッチ素
子の機械的性質による、長い遮断所要時間、衝撃過敏
性、アーク放電、接点焼損、及び雑音のような機械的電
路スイッチの欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、先行
技術の前記欠点を排した、高電力直流（ＤＣ）配電系統
に適したＤＣ消弧の方法及び装置を提供することであ
る。
技術の前記欠点を排した、高電力直流（ＤＣ）配電系統
に適したＤＣ消弧の方法及び装置を提供することであ
る。
【０００５】本発明の別の目的は、平行ケーブル系統に
おいてモジュール化され、電流及び電力容量が異なる場
合でも容易に調整し得る、ＤＣ消弧の方法及び装置を提
供することである。
おいてモジュール化され、電流及び電力容量が異なる場
合でも容易に調整し得る、ＤＣ消弧の方法及び装置を提
供することである。
【０００６】本発明の別の目的は、従来の手法に比較し
てＤＣ遮断所要時間を短縮することにより通過させるエ
ネルギー量を制限し、装置を損傷させ人間に危害を与え
る可能性を低める、ＤＣ消弧方法及び装置を提供するこ
とである。
てＤＣ遮断所要時間を短縮することにより通過させるエ
ネルギー量を制限し、装置を損傷させ人間に危害を与え
る可能性を低める、ＤＣ消弧方法及び装置を提供するこ
とである。
【０００７】本発明の別の目的は、従来の手法に比較し
てＤＣ遮断所要時間を短縮することにより散逸させなけ
ればならないエネルギー量を制限し、よって消弧装置を
より小さく、より軽く、より費用のかからないようにす
ることができる、ＤＣ消弧の方法及び装置を提供するこ
とである。
てＤＣ遮断所要時間を短縮することにより散逸させなけ
ればならないエネルギー量を制限し、よって消弧装置を
より小さく、より軽く、より費用のかからないようにす
ることができる、ＤＣ消弧の方法及び装置を提供するこ
とである。
【０００８】本発明の別の目的は、従来の手法に比較し
てＤＣ遮断所要時間を短縮することにより通過させるエ
ネルギー量を制限し、よって電力配電系統内の他の系統
構成部品が満たすべき条件を軽減し得る、ＤＣ消弧の方
法及び装置を提供することである。
てＤＣ遮断所要時間を短縮することにより通過させるエ
ネルギー量を制限し、よって電力配電系統内の他の系統
構成部品が満たすべき条件を軽減し得る、ＤＣ消弧の方
法及び装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の上述及びその他
の目的は、複数の抵抗器及び固体スイッチを含む並列接
続された転流回路に電路電流を転流するための固体電路
スイッチを備え、固体電路スイッチが開かれた後、前記
固体スイッチが順次開いて前記転流回路の抵抗を増加さ
せることにより達成される。大電流電路に用いるための
本発明の望ましい一実施の形態においては、電力電路が
複数本の平行ケーブルを含み、各平行ケーブルに固体電
路スイッチ及び並列接続された転流回路が設けられる。
ある条件では前記電路スイッチは閉じた接点をそれぞれ
のケーブルを流れる電流に対して与え、別の条件では前
記スイッチは前記電力電路の遮断に際して電流をそれぞ
れのケーブルの前記並列接続された転流回路に転流す
る。電力電路が遮断されるときは、抵抗器に直列接続さ
れている固体スイッチをさらに含む前記ケーブル転流回
路が順次切られて増加していく抵抗を電力電路に挿入
し、最後の転流回路が切られたときに前記遮断が完了す
る。
の目的は、複数の抵抗器及び固体スイッチを含む並列接
続された転流回路に電路電流を転流するための固体電路
スイッチを備え、固体電路スイッチが開かれた後、前記
固体スイッチが順次開いて前記転流回路の抵抗を増加さ
せることにより達成される。大電流電路に用いるための
本発明の望ましい一実施の形態においては、電力電路が
複数本の平行ケーブルを含み、各平行ケーブルに固体電
路スイッチ及び並列接続された転流回路が設けられる。
ある条件では前記電路スイッチは閉じた接点をそれぞれ
のケーブルを流れる電流に対して与え、別の条件では前
記スイッチは前記電力電路の遮断に際して電流をそれぞ
れのケーブルの前記並列接続された転流回路に転流す
る。電力電路が遮断されるときは、抵抗器に直列接続さ
れている固体スイッチをさらに含む前記ケーブル転流回
路が順次切られて増加していく抵抗を電力電路に挿入
し、最後の転流回路が切られたときに前記遮断が完了す
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に従えば、１つまたはそれ
以上の遮断器が提供され、電路が閉じられるかあるいは
開かれたときに、前記電路の電源側あるいは負荷側にあ
る誘導性エネルギーが有害な電圧を発生することを防ぐ
ためのエネルギー散逸装置を各遮断器が有している。本
発明の種々の実施の形態は、（絶縁ゲート・バイポーラ
・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属−酸化物−半導体電
界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、ゲート・ターン
−オフ（ＧＴＯ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）等
のような）開閉能力を有する制御可能な固体スイッチ素
子のいずれをも前記遮断器として利用し、また同様のス
イッチ素子として前記エネルギー散逸装置としての抵抗
器とともに利用する。エネルギー散逸装置は、消弧時に
有害な電圧を発生させずに急速に電路抵抗を増加させる
ために、前記固体スイッチが順次開かれるように制御さ
れる。以降、本説明では制御可能な固体スイッチ素子の
いずれをも“スイッチ”と称する。
以上の遮断器が提供され、電路が閉じられるかあるいは
開かれたときに、前記電路の電源側あるいは負荷側にあ
る誘導性エネルギーが有害な電圧を発生することを防ぐ
ためのエネルギー散逸装置を各遮断器が有している。本
発明の種々の実施の形態は、（絶縁ゲート・バイポーラ
・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属−酸化物−半導体電
界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、ゲート・ターン
−オフ（ＧＴＯ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）等
のような）開閉能力を有する制御可能な固体スイッチ素
子のいずれをも前記遮断器として利用し、また同様のス
イッチ素子として前記エネルギー散逸装置としての抵抗
器とともに利用する。エネルギー散逸装置は、消弧時に
有害な電圧を発生させずに急速に電路抵抗を増加させる
ために、前記固体スイッチが順次開かれるように制御さ
れる。以降、本説明では制御可能な固体スイッチ素子の
いずれをも“スイッチ”と称する。
【００１１】図１は、集中系統インダクタンス６及び負
荷６と直列接続されたＤＣ電圧源２を含むＤＣ電力配電
系統を示す簡単な回路図である。この電路にはまた、ス
イッチ１０で表される短絡回路の遮断のための、電力線
端子Ｐ及び負荷端子Ｍを有する、本発明に従う消弧装置
８もある。
荷６と直列接続されたＤＣ電圧源２を含むＤＣ電力配電
系統を示す簡単な回路図である。この電路にはまた、ス
イッチ１０で表される短絡回路の遮断のための、電力線
端子Ｐ及び負荷端子Ｍを有する、本発明に従う消弧装置
８もある。
【００１２】図２に示す本発明の代表的な実施の形態に
おいては、前記電力線端子Ｐと負荷端子Ｍとの間を結ぶ
導線１２が、導線１２を端子ＰとＭの間で切り離す電路
スイッチ１６を含む。５個の転流スイッチ１８，２０，
２２，２４，及び２６が前記電力線端子Ｐと多段タップ
３０，３２，３４，３６，及び３８を有する抵抗器２８
との間に接続され、抵抗器２８は前記電路スイッチ１６
に並列に前記端子Ｍに接続される。前記タップ３０〜３
８は、タップ対ごとに同じかあるいは異なる抵抗値を与
えるように配置される。前記転流スイッチ１８〜２６の
それぞれは、対応する並列接続緩衝コンデンサ１８ａ〜
２６ａを有する。望ましければ、本実施の形態は前記転
流回路内にスイッチ、コンデンサ、及び抵抗器をいくつ
設けてもよい。
おいては、前記電力線端子Ｐと負荷端子Ｍとの間を結ぶ
導線１２が、導線１２を端子ＰとＭの間で切り離す電路
スイッチ１６を含む。５個の転流スイッチ１８，２０，
２２，２４，及び２６が前記電力線端子Ｐと多段タップ
３０，３２，３４，３６，及び３８を有する抵抗器２８
との間に接続され、抵抗器２８は前記電路スイッチ１６
に並列に前記端子Ｍに接続される。前記タップ３０〜３
８は、タップ対ごとに同じかあるいは異なる抵抗値を与
えるように配置される。前記転流スイッチ１８〜２６の
それぞれは、対応する並列接続緩衝コンデンサ１８ａ〜
２６ａを有する。望ましければ、本実施の形態は前記転
流回路内にスイッチ、コンデンサ、及び抵抗器をいくつ
設けてもよい。
【００１３】前記消弧装置が切られ、電源と前記負荷の
間に電路が与えられている時は、前記電路スイッチ１６
は閉じ転流スイッチ１８から２６は開かれている。故障
状態で、あるいはそうではない場合でも、有害な電圧を
発生させることなく前記導線１２を遮断するためには、
電路スイッチ１６が開かれ、一方転流スイッチ１８〜２
６が電路スイッチ１６の開路と同時に閉じられて、前記
端子Ｍと抵抗器２８のタップ３０との間の抵抗と実質的
に等しい抵抗を前記電路に挿入する。この抵抗値は、前
記スイッチ素子の定格をこえる電圧の発生を避けるよう
な遮断条件について選ばなければならない。次いで、前
記電源と負荷との間の抵抗値はスイッチ１８からスイッ
チ２６へと次々に前記転流スイッチを開くことにより順
次高められる。前記抵抗値が高くなるとともに、系統電
流は対応して減少し、最後のスイッチ２６が開いて遮断
が完了する。前記転流スイッチ１８から２６を連続して
開いていく時間間隔も、前記スイッチ素子定格をこえる
電圧の発生を避けるように選ばなければならない。
間に電路が与えられている時は、前記電路スイッチ１６
は閉じ転流スイッチ１８から２６は開かれている。故障
状態で、あるいはそうではない場合でも、有害な電圧を
発生させることなく前記導線１２を遮断するためには、
電路スイッチ１６が開かれ、一方転流スイッチ１８〜２
６が電路スイッチ１６の開路と同時に閉じられて、前記
端子Ｍと抵抗器２８のタップ３０との間の抵抗と実質的
に等しい抵抗を前記電路に挿入する。この抵抗値は、前
記スイッチ素子の定格をこえる電圧の発生を避けるよう
な遮断条件について選ばなければならない。次いで、前
記電源と負荷との間の抵抗値はスイッチ１８からスイッ
チ２６へと次々に前記転流スイッチを開くことにより順
次高められる。前記抵抗値が高くなるとともに、系統電
流は対応して減少し、最後のスイッチ２６が開いて遮断
が完了する。前記転流スイッチ１８から２６を連続して
開いていく時間間隔も、前記スイッチ素子定格をこえる
電圧の発生を避けるように選ばなければならない。
【００１４】前記消弧装置を閉じるべきときには、前記
電路スイッチ１６が再び閉じられる。あるいは、スイッ
チ２６からスイッチ１８まで次々に閉じ、よって前記回
路抵抗を順次低下させることにより、有害な電圧の発生
を避けるように消弧装置を切ることもできる。引き続い
て、電路スイッチ１６が閉じられ、前記転流スイッチは
次の遮断に備えて再び開かれる。この“軟”消弧装置再
閉方法はまた、故障がまだ前記系統内に存在するかどう
かを見極め、よって再閉過程を停止し前記電路スイッチ
が閉じられて短絡が生じることを防ぐために上述の遮断
過程を開始するかどうかを決めるためにも用いられる。
電路スイッチ１６が再び閉じられる。あるいは、スイッ
チ２６からスイッチ１８まで次々に閉じ、よって前記回
路抵抗を順次低下させることにより、有害な電圧の発生
を避けるように消弧装置を切ることもできる。引き続い
て、電路スイッチ１６が閉じられ、前記転流スイッチは
次の遮断に備えて再び開かれる。この“軟”消弧装置再
閉方法はまた、故障がまだ前記系統内に存在するかどう
かを見極め、よって再閉過程を停止し前記電路スイッチ
が閉じられて短絡が生じることを防ぐために上述の遮断
過程を開始するかどうかを決めるためにも用いられる。
【００１５】図２に示したタイプの直列抵抗転流回路を
使用する代わりに、図３に示すタイプの並列抵抗転流回
路を有する、本発明の別の実施の形態を用いることもで
きる。本実施の形態においては、前記電力線端子Ｐと負
荷端子Ｍの間を結ぶ導線４０が端子ＰとＭの間の導線４
０を遮断するための電路スイッチ４６を含む。５個の転
流スイッチ５０，５２，５４，５６，及び５８が、電力
線端子Ｐと節点Ｘとの間でそれぞれ５本の抵抗器５０
ｂ，５２ｂ，５４ｂ，５６ｂ，及び５８ｂと直列接続さ
れる。抵抗器５０ｂ〜５８ｂの抵抗値は、同じかあるい
は異なっていてよい。転流スイッチ５０〜５８のそれぞ
れは、対応する並列接続された緩衝コンデンサ５０ａ〜
５８ａを有する。ダイオード６４及び並列抵抗器６２を
含む緩衝回路が前記節点Ｘと負荷端子Ｍとの間に接続さ
れる。ダイオード６４は、電路遮断後に前記スイッチ・
コンデンサ５０ａ〜５８ａにより引きおこされるかもし
れない発振を防止する。前記抵抗器６２は消弧後に前記
コンデンサ及びスイッチにかかる電圧を、消弧中に前記
電路に存在する電圧の残余分ではなく、系統電圧に復帰
させる。望ましければ、本実施の形態は前記転流回路内
にスイッチ、コンデンサ、及び抵抗器をいくつ設けても
よい。
使用する代わりに、図３に示すタイプの並列抵抗転流回
路を有する、本発明の別の実施の形態を用いることもで
きる。本実施の形態においては、前記電力線端子Ｐと負
荷端子Ｍの間を結ぶ導線４０が端子ＰとＭの間の導線４
０を遮断するための電路スイッチ４６を含む。５個の転
流スイッチ５０，５２，５４，５６，及び５８が、電力
線端子Ｐと節点Ｘとの間でそれぞれ５本の抵抗器５０
ｂ，５２ｂ，５４ｂ，５６ｂ，及び５８ｂと直列接続さ
れる。抵抗器５０ｂ〜５８ｂの抵抗値は、同じかあるい
は異なっていてよい。転流スイッチ５０〜５８のそれぞ
れは、対応する並列接続された緩衝コンデンサ５０ａ〜
５８ａを有する。ダイオード６４及び並列抵抗器６２を
含む緩衝回路が前記節点Ｘと負荷端子Ｍとの間に接続さ
れる。ダイオード６４は、電路遮断後に前記スイッチ・
コンデンサ５０ａ〜５８ａにより引きおこされるかもし
れない発振を防止する。前記抵抗器６２は消弧後に前記
コンデンサ及びスイッチにかかる電圧を、消弧中に前記
電路に存在する電圧の残余分ではなく、系統電圧に復帰
させる。望ましければ、本実施の形態は前記転流回路内
にスイッチ、コンデンサ、及び抵抗器をいくつ設けても
よい。
【００１６】本実施の形態の消弧装置の開閉に関する前
記電路スイッチ４６及び転流スイッチ５０〜５８の動作
は、前記抵抗器５０ｂ〜５８ｂが同じ抵抗値をもつ場合
には転流スイッチの開閉順序が任意でよいことを除け
ば、図２に関して上述した実施の形態の直列抵抗転流回
路と同じである。
記電路スイッチ４６及び転流スイッチ５０〜５８の動作
は、前記抵抗器５０ｂ〜５８ｂが同じ抵抗値をもつ場合
には転流スイッチの開閉順序が任意でよいことを除け
ば、図２に関して上述した実施の形態の直列抵抗転流回
路と同じである。
【００１７】図２及び３の消弧装置に関し、前記転流回
路のパラメータ、すなわち構成部品数、抵抗値、容量
値、及び連続するスイッチの順次動作間の時間間隔は、
ある与えられた電流に対して前記スイッチの電圧及び電
流定格をこえることのない最短の遮断所要時間を得られ
るように設計される。図２及び３に示したタイプの消弧
装置の動作は実質的に同じであるが、消弧中の前記転流
スイッチにおける電圧及び電流特性は異なる。図１２
は、図２及び３に示したタイプの直列及び並列抵抗転流
回路装置に関する、消弧中の前記電路スイッチ及び転流
スイッチの状態を示す。
路のパラメータ、すなわち構成部品数、抵抗値、容量
値、及び連続するスイッチの順次動作間の時間間隔は、
ある与えられた電流に対して前記スイッチの電圧及び電
流定格をこえることのない最短の遮断所要時間を得られ
るように設計される。図２及び３に示したタイプの消弧
装置の動作は実質的に同じであるが、消弧中の前記転流
スイッチにおける電圧及び電流特性は異なる。図１２
は、図２及び３に示したタイプの直列及び並列抵抗転流
回路装置に関する、消弧中の前記電路スイッチ及び転流
スイッチの状態を示す。
【００１８】望ましければ、前記転流回路を直接前記電
路スイッチに並列に接続する代わりに、系統のインダク
タンスがどこにあるかにより、電路スイッチの電源側ま
たは負荷側あるいは両側で電路の正導線と負導線の間に
接続してもよい。さらに、酸化金属バリスタ、アーク間
隙、アバランチ抑制器等のような受動電圧クランプ素子
を、系統異常の間有害な電圧から前記実施の形態のスイ
ッチ部品をさらに保護するために、前記消弧装置全体に
並列に、あるいは各スイッチに並列に接続してもよい。
路スイッチに並列に接続する代わりに、系統のインダク
タンスがどこにあるかにより、電路スイッチの電源側ま
たは負荷側あるいは両側で電路の正導線と負導線の間に
接続してもよい。さらに、酸化金属バリスタ、アーク間
隙、アバランチ抑制器等のような受動電圧クランプ素子
を、系統異常の間有害な電圧から前記実施の形態のスイ
ッチ部品をさらに保護するために、前記消弧装置全体に
並列に、あるいは各スイッチに並列に接続してもよい。
【００１９】図２及び３に示した消弧装置は、利用でき
る固体スイッチ素子の定格により課される限界に依存す
る。前記スイッチにかかる電圧は、選ばれたスイッチの
定格遮断電圧より低く保たれなければならず、よって系
統電圧が制限される。また電路電流は、前記電路スイッ
チが正常時には全系統電流を流すことにより、スイッチ
素子が単独で扱える定格電流より小さくしておかなけれ
ばならない。しかし電流に関する前記制限は、高電力配
電系統で一般的なように、多重平行ケーブルを利用して
系統電流を分配し消弧装置を設けることで克服すること
ができる。上記の配置においては、各平行ケーブルが同
等の消弧装置を含み、よって全系統が保護される。図４
は、多重平行ケーブル７０，７２，７４，７６，及び７
８を有し、各ケーブルはそれぞれ対応するインダクタン
ス７０ａ〜７８ａを、端子Ｐ及びＭを有する消弧装置７
０ｂ〜７８ｂと直列に含む、ＤＣ電力配電系統を示す簡
単な回路図である。この回路は、ＤＣ電源１０２により
平行ケーブル７０〜７８を通して負荷１０６に供給して
いる。平行ケーブル７０〜７８にある、端子Ｐ及びＭを
有する本発明の消弧装置７０ｂ〜７８ｂは、スイッチ１
０８で表される短絡回路を遮断する。
る固体スイッチ素子の定格により課される限界に依存す
る。前記スイッチにかかる電圧は、選ばれたスイッチの
定格遮断電圧より低く保たれなければならず、よって系
統電圧が制限される。また電路電流は、前記電路スイッ
チが正常時には全系統電流を流すことにより、スイッチ
素子が単独で扱える定格電流より小さくしておかなけれ
ばならない。しかし電流に関する前記制限は、高電力配
電系統で一般的なように、多重平行ケーブルを利用して
系統電流を分配し消弧装置を設けることで克服すること
ができる。上記の配置においては、各平行ケーブルが同
等の消弧装置を含み、よって全系統が保護される。図４
は、多重平行ケーブル７０，７２，７４，７６，及び７
８を有し、各ケーブルはそれぞれ対応するインダクタン
ス７０ａ〜７８ａを、端子Ｐ及びＭを有する消弧装置７
０ｂ〜７８ｂと直列に含む、ＤＣ電力配電系統を示す簡
単な回路図である。この回路は、ＤＣ電源１０２により
平行ケーブル７０〜７８を通して負荷１０６に供給して
いる。平行ケーブル７０〜７８にある、端子Ｐ及びＭを
有する本発明の消弧装置７０ｂ〜７８ｂは、スイッチ１
０８で表される短絡回路を遮断する。
【００２０】図４の消弧装置７０ｂ〜７８ｂは、図２及
び３の前述の実施の形態のいずれのタイプであってよ
い。消弧装置を選ばれたケーブルの電流定格にあわせて
設計でき、配電系統における連続及び遮断電流レベルを
増加あるいは減少させるために同等のケーブル及び対応
する消弧装置を前記系統に加えるかあるいは系統から取
り除くことができることから、本消弧装置はモジュール
設計となる。本消弧装置はまた、消弧装置を前記系統の
条件にあわせて調整することにより、電路遮断に必要な
エネルギー散逸容量を最小限にまで抑えることができる
という利点も有する。ケーブルにあわせて消弧装置を調
整できるという能力により、遮断器の標準定格より少な
い容量しか必要としない用途に寸法及び重量が過大な前
記遮断器を使用しなくともすむ。図４の消弧装置は、そ
れぞれのケーブルの状態にのみ基づいて互いに独立に、
前述したように動作させることができる。あるいは前記
消弧装置は、前記平行ケーブルのいずれか１本またはそ
の組合せの状態に基づいて一斉に動作するように協調さ
せることができる。
び３の前述の実施の形態のいずれのタイプであってよ
い。消弧装置を選ばれたケーブルの電流定格にあわせて
設計でき、配電系統における連続及び遮断電流レベルを
増加あるいは減少させるために同等のケーブル及び対応
する消弧装置を前記系統に加えるかあるいは系統から取
り除くことができることから、本消弧装置はモジュール
設計となる。本消弧装置はまた、消弧装置を前記系統の
条件にあわせて調整することにより、電路遮断に必要な
エネルギー散逸容量を最小限にまで抑えることができる
という利点も有する。ケーブルにあわせて消弧装置を調
整できるという能力により、遮断器の標準定格より少な
い容量しか必要としない用途に寸法及び重量が過大な前
記遮断器を使用しなくともすむ。図４の消弧装置は、そ
れぞれのケーブルの状態にのみ基づいて互いに独立に、
前述したように動作させることができる。あるいは前記
消弧装置は、前記平行ケーブルのいずれか１本またはそ
の組合せの状態に基づいて一斉に動作するように協調さ
せることができる。
【００２１】図４に示す回路は、端子Ｐ及びＭを有する
前記消弧装置のそれぞれの内部に、図５に示す消弧回路
を代わりに用いてもよい。図５に示す本発明の代表的な
実施の形態においては、電力線端子Ｐと負荷端子Ｍとの
間を結ぶ導線８０が、端子ＰとＭとの間で導線８０を遮
断する電路スイッチ８２を含む。並列緩衝コンデンサ８
４ａを有する転流スイッチ８４が電力線端子Ｐと抵抗器
８６との間に接続され、ダイオード８８及び並列抵抗器
９０からなる緩衝回路が抵抗器８６と負荷端子Ｍとの間
に接続される。ダイオード８８は、電路遮断後におこる
かもしれない発振を防止する。抵抗器９０は、消弧後に
前記コンデンサ及びスイッチにかかる電圧を電路遮断期
間中の残余電圧ではなく系統電圧に復帰させる。図４の
ケーブル７０〜７８のそれぞれには、図５に描かれた、
それぞれ同じ抵抗値及び容量値を有する同等の消弧装置
が設けられる。
前記消弧装置のそれぞれの内部に、図５に示す消弧回路
を代わりに用いてもよい。図５に示す本発明の代表的な
実施の形態においては、電力線端子Ｐと負荷端子Ｍとの
間を結ぶ導線８０が、端子ＰとＭとの間で導線８０を遮
断する電路スイッチ８２を含む。並列緩衝コンデンサ８
４ａを有する転流スイッチ８４が電力線端子Ｐと抵抗器
８６との間に接続され、ダイオード８８及び並列抵抗器
９０からなる緩衝回路が抵抗器８６と負荷端子Ｍとの間
に接続される。ダイオード８８は、電路遮断後におこる
かもしれない発振を防止する。抵抗器９０は、消弧後に
前記コンデンサ及びスイッチにかかる電圧を電路遮断期
間中の残余電圧ではなく系統電圧に復帰させる。図４の
ケーブル７０〜７８のそれぞれには、図５に描かれた、
それぞれ同じ抵抗値及び容量値を有する同等の消弧装置
が設けられる。
【００２２】図４に表した多重平行ケーブルを含む配電
系統内の、図５に示した実施の形態の消弧回路を多数用
いる消弧装置の動作は以下の通りである。消弧装置が閉
じ、前記電源と負荷の間に電流路が提供されていると
き、各電路スイッチ８２は閉じ、各転流スイッチ８４は
開いている。故障状態で、あるいはそうでなくとも、有
害な電圧を発生させずに系統内の電流を遮断するため
に、前記ケーブル７０〜７８の各電路スイッチ８２が開
き、一方各転流スイッチ８４は電路スイッチ８２の開と
同時に閉じて、抵抗器８６の値を平行ケーブル数（この
場合は５）で割った値に実質的に等しい抵抗を電路に挿
入する。この抵抗値は、スイッチ素子の定格をこえる電
圧の発生を避けるような遮断条件について選ばなければ
ならない。次いで、前記電源と負荷との間の抵抗の大き
さは、各転流スイッチ８４を次々に開くことにより順次
高められる。抵抗が高くなるとともに系統電流は対応し
て減少し、最後の転流スイッチの開により消弧が完了す
る。連続する転流スイッチを開くときの時間間隔も、ス
イッチ素子の定格をこえる電圧の発生を避けるように選
ばなければならない。
系統内の、図５に示した実施の形態の消弧回路を多数用
いる消弧装置の動作は以下の通りである。消弧装置が閉
じ、前記電源と負荷の間に電流路が提供されていると
き、各電路スイッチ８２は閉じ、各転流スイッチ８４は
開いている。故障状態で、あるいはそうでなくとも、有
害な電圧を発生させずに系統内の電流を遮断するため
に、前記ケーブル７０〜７８の各電路スイッチ８２が開
き、一方各転流スイッチ８４は電路スイッチ８２の開と
同時に閉じて、抵抗器８６の値を平行ケーブル数（この
場合は５）で割った値に実質的に等しい抵抗を電路に挿
入する。この抵抗値は、スイッチ素子の定格をこえる電
圧の発生を避けるような遮断条件について選ばなければ
ならない。次いで、前記電源と負荷との間の抵抗の大き
さは、各転流スイッチ８４を次々に開くことにより順次
高められる。抵抗が高くなるとともに系統電流は対応し
て減少し、最後の転流スイッチの開により消弧が完了す
る。連続する転流スイッチを開くときの時間間隔も、ス
イッチ素子の定格をこえる電圧の発生を避けるように選
ばなければならない。
【００２３】前記消弧装置を切るべきときには、前記平
行ケーブル７０〜７８の各電路スイッチ８２が同時に再
び閉じられる。あるいは消弧装置は、有害な電圧の発生
を避けるように前記転流スイッチ８４を次々に閉じて、
電路抵抗を順次減少させることもできる。引き続いて、
各電路スイッチ８２は同時に再び閉じられ、転流スイッ
チは次の遮断に備えて再び開かれる。本消弧装置は、系
統の平行ケーブルに組込まれた転流回路を提供する。組
込転流回路装置により、図２及び３に示したタイプの複
数の直列または並列抵抗器をもつ転流回路を用いる装置
と比べて総部品点数を少なくすることができる。最適な
消弧装置及び方法は、前記組込転流回路の方法と前記直
列または並列抵抗転流回路装置及び方法との組合せを含
むこともあるであろう。
行ケーブル７０〜７８の各電路スイッチ８２が同時に再
び閉じられる。あるいは消弧装置は、有害な電圧の発生
を避けるように前記転流スイッチ８４を次々に閉じて、
電路抵抗を順次減少させることもできる。引き続いて、
各電路スイッチ８２は同時に再び閉じられ、転流スイッ
チは次の遮断に備えて再び開かれる。本消弧装置は、系
統の平行ケーブルに組込まれた転流回路を提供する。組
込転流回路装置により、図２及び３に示したタイプの複
数の直列または並列抵抗器をもつ転流回路を用いる装置
と比べて総部品点数を少なくすることができる。最適な
消弧装置及び方法は、前記組込転流回路の方法と前記直
列または並列抵抗転流回路装置及び方法との組合せを含
むこともあるであろう。
【００２４】共通母線から供給される複数の負荷を含む
電力配電系統においては、前記負荷回路のいずれをも遮
断するために、図２または３に示したタイプの転流回路
をただ１つ与えることができる。本消弧装置は、負荷に
電流を供給する導線のそれぞれに電路スイッチを用い、
各電路スイッチの負荷側とただ１つの転流回路の負荷側
との間にさらにスイッチが接続される。次いで前記転流
回路の電力線側が前記共通母線に接続され、これにより
転流回路を負荷回路導線の各電路スイッチと並列接続す
る。本装置の動作は、負荷回路が遮断されるべきとき
に、該負荷回路導線の電路スイッチ及び該導線を転流ス
イッチとともに作動する転流回路に接続するスイッチの
みが遮断されることを除いて、上述した装置の動作と同
様である。
電力配電系統においては、前記負荷回路のいずれをも遮
断するために、図２または３に示したタイプの転流回路
をただ１つ与えることができる。本消弧装置は、負荷に
電流を供給する導線のそれぞれに電路スイッチを用い、
各電路スイッチの負荷側とただ１つの転流回路の負荷側
との間にさらにスイッチが接続される。次いで前記転流
回路の電力線側が前記共通母線に接続され、これにより
転流回路を負荷回路導線の各電路スイッチと並列接続す
る。本装置の動作は、負荷回路が遮断されるべきとき
に、該負荷回路導線の電路スイッチ及び該導線を転流ス
イッチとともに作動する転流回路に接続するスイッチの
みが遮断されることを除いて、上述した装置の動作と同
様である。
【００２５】図３及び５の消弧装置に示したダイオード
と抵抗器の並列接続からなる緩衝回路は、回路遮断後の
リンギングが気にならないか、あるいは転流スイッチに
並列な緩衝コンデンサが電路の発振を減衰し得る以上の
大きさであれば、取り除くことができる。さらに、図２
に示した消弧装置に緩衝回路を付加することもできる。
と抵抗器の並列接続からなる緩衝回路は、回路遮断後の
リンギングが気にならないか、あるいは転流スイッチに
並列な緩衝コンデンサが電路の発振を減衰し得る以上の
大きさであれば、取り除くことができる。さらに、図２
に示した消弧装置に緩衝回路を付加することもできる。
【００２６】利用できる固体スイッチにより課せられる
前記電圧制限もまた、各消弧装置内で多数のスイッチを
直列で使用するか、あるいは消弧装置を直列に結合して
用いることにより克服することができる。直列スイッチ
素子の使用により、系統及び遮断電圧をより高くできる
電圧拡張性が得られる。逆方向に電流を流すことができ
る本発明の消弧装置の別の構成は、前記電路スイッチを
に並列接続される逆並列ダイオードを含む。双方向通電
及び双方向回路遮断を行うためには、前記消弧装置をダ
イオード・ブリッジに入れるか、あるいは単方向スイッ
チの逆並列接続のような種々の手法によりスイッチを双
方向性にするか、あるいはこれらの方法の組合せを用い
る。
前記電圧制限もまた、各消弧装置内で多数のスイッチを
直列で使用するか、あるいは消弧装置を直列に結合して
用いることにより克服することができる。直列スイッチ
素子の使用により、系統及び遮断電圧をより高くできる
電圧拡張性が得られる。逆方向に電流を流すことができ
る本発明の消弧装置の別の構成は、前記電路スイッチを
に並列接続される逆並列ダイオードを含む。双方向通電
及び双方向回路遮断を行うためには、前記消弧装置をダ
イオード・ブリッジに入れるか、あるいは単方向スイッ
チの逆並列接続のような種々の手法によりスイッチを双
方向性にするか、あるいはこれらの方法の組合せを用い
る。
【００２７】電路が開のときの前記固体スイッチからの
漏洩電流を容認できない場合には、いかなる性能劣化に
も苦しむことなく完全な電気的絶縁を得るために、一組
の機械接点を消弧装置に用いる。必要であれば、機械接
点は電路スイッチ及び転流回路と直列に入れられ、手動
あるいは消弧制御システムのいずれによっても制御され
る。機械接点は全電流を扱えるだけの定格をもち、電路
遮断後開かれ、消弧装置が再び切られる前に閉じられ
る。機械接点の開閉に対する時間間隔は電路の遮断及び
接続に関して問題にはならない。前記接点はミリアンペ
ア程度の漏洩電流条件下でのみ開かれるから、アーク放
電接点より小さく、保守もそれほど必要としない。多重
平行ケーブルを有する配電系統に対しては、ただ一組の
接点をケーブルが結合する配電母線に用いるか、あるい
は該消弧装置の前記モジュール性の面を維持するために
一組の接点を各ケーブルに入れる。
漏洩電流を容認できない場合には、いかなる性能劣化に
も苦しむことなく完全な電気的絶縁を得るために、一組
の機械接点を消弧装置に用いる。必要であれば、機械接
点は電路スイッチ及び転流回路と直列に入れられ、手動
あるいは消弧制御システムのいずれによっても制御され
る。機械接点は全電流を扱えるだけの定格をもち、電路
遮断後開かれ、消弧装置が再び切られる前に閉じられ
る。機械接点の開閉に対する時間間隔は電路の遮断及び
接続に関して問題にはならない。前記接点はミリアンペ
ア程度の漏洩電流条件下でのみ開かれるから、アーク放
電接点より小さく、保守もそれほど必要としない。多重
平行ケーブルを有する配電系統に対しては、ただ一組の
接点をケーブルが結合する配電母線に用いるか、あるい
は該消弧装置の前記モジュール性の面を維持するために
一組の接点を各ケーブルに入れる。
【００２８】
【実施例】図６は、図１に示したような電力配電系統の
模擬短絡遮断時の、図２に示したタイプの直列抵抗転流
回路における系統電流（Ａ）及び消弧装置電圧（Ｖ）の
時間に対する変化を示す。この場合、図２に示すように
配列された５個の転流スイッチを有する消弧装置が１，
０００アンペアの短絡電流を１ミリ秒未満で遮断した。
図の例では、短絡が５ミリ秒で発生し、電流が１，００
０アンペアに達したときに遮断を開始した。前記系統は
１００マイクロヘンリーのインダクタンスを有し、系統
電圧は７００ボルトであった。転流を維持している間に
消弧装置にかかる電圧は、利用できる固体スイッチ素子
の定格より低い値のほぼ９００ボルトであった。図６に
示すように、系統電流は遮断が完了するまでほぼ一定の
減衰率でゼロにされた。図７は、上述と同じ系統パラメ
ータを有する図１に示した電力配電系統の模擬短絡遮断
時の、図３に示したタイプの並列抵抗転流回路における
同様の動作を示す。
模擬短絡遮断時の、図２に示したタイプの直列抵抗転流
回路における系統電流（Ａ）及び消弧装置電圧（Ｖ）の
時間に対する変化を示す。この場合、図２に示すように
配列された５個の転流スイッチを有する消弧装置が１，
０００アンペアの短絡電流を１ミリ秒未満で遮断した。
図の例では、短絡が５ミリ秒で発生し、電流が１，００
０アンペアに達したときに遮断を開始した。前記系統は
１００マイクロヘンリーのインダクタンスを有し、系統
電圧は７００ボルトであった。転流を維持している間に
消弧装置にかかる電圧は、利用できる固体スイッチ素子
の定格より低い値のほぼ９００ボルトであった。図６に
示すように、系統電流は遮断が完了するまでほぼ一定の
減衰率でゼロにされた。図７は、上述と同じ系統パラメ
ータを有する図１に示した電力配電系統の模擬短絡遮断
時の、図３に示したタイプの並列抵抗転流回路における
同様の動作を示す。
【００２９】図８及び９は、図４に示したタイプの電力
配電系統−ただし本系統は１０本の平行ケーブルと１０
個の消弧装置を用いた−の模擬短絡遮断における系統電
流（Ａ）及び消弧装置電圧（Ｖ）の時間に対する変化を
示す。電路遮断は系統電流が１０，０００アンペアに達
したときに開始させた。図８は図２に示したタイプの直
列抵抗転流消弧装置を１０個用いたときの結果を示し、
図９は図３に示したタイプの並列抵抗転流消弧装置を１
０個用いたときの結果を示す。図６及び図７に比べて図
８及び図９の遮断所要時間が長くなっていることは、導
線の最大短絡電流の違いによるものである。
配電系統−ただし本系統は１０本の平行ケーブルと１０
個の消弧装置を用いた−の模擬短絡遮断における系統電
流（Ａ）及び消弧装置電圧（Ｖ）の時間に対する変化を
示す。電路遮断は系統電流が１０，０００アンペアに達
したときに開始させた。図８は図２に示したタイプの直
列抵抗転流消弧装置を１０個用いたときの結果を示し、
図９は図３に示したタイプの並列抵抗転流消弧装置を１
０個用いたときの結果を示す。図６及び図７に比べて図
８及び図９の遮断所要時間が長くなっていることは、導
線の最大短絡電流の違いによるものである。
【００３０】図１０は、図４に示した電力配電系統−た
だし本系統は１０本の平行ケーブルで、それぞれが転流
回路を系統のケーブルに組込めるように図５に示したタ
イプの消弧装置を含む−の模擬短絡遮断における系統電
流（Ａ）及び消弧装置電圧（Ｖ）の時間に対する変化を
示す。電路遮断は系統電流が１０，０００アンペアに達
したときに開始させた。本消弧装置及び方法論では、遮
断所要時間は図８及び９の遮断所要時間と同程度になっ
た。転流中の消弧装置電圧にあるディップは、転流スイ
ッチを連続して開いていくときの時間間隔が固定されて
いなければ遮断がより早く完了したはずであることを示
す。図１１は、前記組込転流回路を図１０に描かれた固
定時間間隔に基づくスイッチ切断ではなく消弧装置にか
かる電圧の値に基づいて切り替えたことを除き、図１０
と同じ模擬系統における系統電流（Ａ）及び消弧装置電
圧（Ｖ）の時間に対する変化を示す。本方法論を用いる
と、電路遮断を完了するに必要な時間は０．６５ミリ秒
短縮された。
だし本系統は１０本の平行ケーブルで、それぞれが転流
回路を系統のケーブルに組込めるように図５に示したタ
イプの消弧装置を含む−の模擬短絡遮断における系統電
流（Ａ）及び消弧装置電圧（Ｖ）の時間に対する変化を
示す。電路遮断は系統電流が１０，０００アンペアに達
したときに開始させた。本消弧装置及び方法論では、遮
断所要時間は図８及び９の遮断所要時間と同程度になっ
た。転流中の消弧装置電圧にあるディップは、転流スイ
ッチを連続して開いていくときの時間間隔が固定されて
いなければ遮断がより早く完了したはずであることを示
す。図１１は、前記組込転流回路を図１０に描かれた固
定時間間隔に基づくスイッチ切断ではなく消弧装置にか
かる電圧の値に基づいて切り替えたことを除き、図１０
と同じ模擬系統における系統電流（Ａ）及び消弧装置電
圧（Ｖ）の時間に対する変化を示す。本方法論を用いる
と、電路遮断を完了するに必要な時間は０．６５ミリ秒
短縮された。
【００３１】本発明の消弧装置を用いれば、前記電路ス
イッチを切り同時に前記転流スイッチを入れ、次に転流
スイッチを順次切ることで、遮断所要時間が従来の機械
的遮断器を用いた場合より１桁早くなる、高速動作ＤＣ
回路遮断を達成できる。模擬実験に基づけば、系統パラ
メータに依存して、０．５ないし３ミリ秒の間の遮断所
要時間を達成できる。最終的には、遮断所要時間は系統
パラメータ（系統インダクタンス及び短絡電流）及び消
弧装置構成部品の選択により定まるであろう。例えば、
より高い定格電圧を有する固体スイッチ素子を選択すれ
ば電路遮断中にスイッチにかかる電圧を上げることがで
き、よって電路遮断所要時間をより短くすることができ
る。故障状態をより早く遮断すれば、故障電流の大きさ
を制限でき従って前記系統に貯えられるエネルギー量を
低減できるであろう。貯えられるエネルギーは、（１／
２）Ｌ系統Ｉ2故障である誘導性エネルギーとしての
み、通常は表される。
イッチを切り同時に前記転流スイッチを入れ、次に転流
スイッチを順次切ることで、遮断所要時間が従来の機械
的遮断器を用いた場合より１桁早くなる、高速動作ＤＣ
回路遮断を達成できる。模擬実験に基づけば、系統パラ
メータに依存して、０．５ないし３ミリ秒の間の遮断所
要時間を達成できる。最終的には、遮断所要時間は系統
パラメータ（系統インダクタンス及び短絡電流）及び消
弧装置構成部品の選択により定まるであろう。例えば、
より高い定格電圧を有する固体スイッチ素子を選択すれ
ば電路遮断中にスイッチにかかる電圧を上げることがで
き、よって電路遮断所要時間をより短くすることができ
る。故障状態をより早く遮断すれば、故障電流の大きさ
を制限でき従って前記系統に貯えられるエネルギー量を
低減できるであろう。貯えられるエネルギーは、（１／
２）Ｌ系統Ｉ2故障である誘導性エネルギーとしての
み、通常は表される。
【００３２】本発明の別の利点は、電路遮断時にエネル
ギー貯蔵のための大きく高価なコンデンサを必要とせ
ず、貯えられたエネルギーを散逸させるために抵抗器を
使用することである。さらに抵抗器とともに固体スイッ
チを使用することにより、従来の機械的大気遮断器に比
較して、遮断のための機械接点及びエネルギー散逸のた
めのアーク路の使用を回避でき、費用、大きさ、重量、
耐衝撃性、及び保守性が改善される。本発明はまた、機
械的またはその他の遮断器でしばしば必要となる、遮断
を調整するための電流制限ヒューズの使用を必要としな
い。導電路に固体スイッチを使用することに起因する効
率の低下は、それがいかなるものであっても小さく、前
記系統の総合損失に比較すれば無視可能であろう。従来
の電気機械的遮断器に比べて非常に迅速に故障を検知し
遮断することにより、消弧装置内に散逸させるかあるい
は貯えるために必要な全エネルギーは、他の回路構成部
品に流れる全エネルギーと同様に減少する。これによ
り、消弧装置をより小さく、より軽量に、またより低費
用で作ることができ、他の系統構成部品にかかる短絡条
件の制限をより小さくすることができる。
ギー貯蔵のための大きく高価なコンデンサを必要とせ
ず、貯えられたエネルギーを散逸させるために抵抗器を
使用することである。さらに抵抗器とともに固体スイッ
チを使用することにより、従来の機械的大気遮断器に比
較して、遮断のための機械接点及びエネルギー散逸のた
めのアーク路の使用を回避でき、費用、大きさ、重量、
耐衝撃性、及び保守性が改善される。本発明はまた、機
械的またはその他の遮断器でしばしば必要となる、遮断
を調整するための電流制限ヒューズの使用を必要としな
い。導電路に固体スイッチを使用することに起因する効
率の低下は、それがいかなるものであっても小さく、前
記系統の総合損失に比較すれば無視可能であろう。従来
の電気機械的遮断器に比べて非常に迅速に故障を検知し
遮断することにより、消弧装置内に散逸させるかあるい
は貯えるために必要な全エネルギーは、他の回路構成部
品に流れる全エネルギーと同様に減少する。これによ
り、消弧装置をより小さく、より軽量に、またより低費
用で作ることができ、他の系統構成部品にかかる短絡条
件の制限をより小さくすることができる。
【００３３】本発明を特定の実施の形態に関してここに
説明してきたが、当該分野に熟練した技術者はそこに多
くの変形及び変更を容易に考えつくであろう。従って、
そのような変更及び変形は全て本発明の意図する範囲に
含まれる。
説明してきたが、当該分野に熟練した技術者はそこに多
くの変形及び変更を容易に考えつくであろう。従って、
そのような変更及び変形は全て本発明の意図する範囲に
含まれる。
【図１】本発明に従う直流消弧装置を含む電力配電系統
を示す簡単な回路図
を示す簡単な回路図
【図２】本発明に従う直流消弧装置の代表的な実施の形
態を示す回路図
態を示す回路図
【図３】本発明に従う直流消弧装置の別の代表的な実施
の形態を示す回路図
の形態を示す回路図
【図４】本発明に従う直流消弧装置を含む多重導線を有
する電力配電系統を示す簡単な回路図
する電力配電系統を示す簡単な回路図
【図５】本発明に従う直流消弧装置の別の代表的な実施
の形態を示す回路図
の形態を示す回路図
【図６】図２に示した装置を用いて短絡遮断をしたとき
の系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を示す
グラフ
の系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を示す
グラフ
【図７】図３に示した装置を用いて短絡遮断をしたとき
の系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を示す
グラフ
の系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を示す
グラフ
【図８】図２に示した装置を複数用いて短絡遮断をした
ときの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を
示すグラフ
ときの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を
示すグラフ
【図９】図３に示した装置を複数用いて短絡遮断をした
ときの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を
示すグラフ
ときの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を
示すグラフ
【図１０】図５に示した装置を用いて短絡遮断をしたと
きの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を示
すグラフ
きの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対する変化を示
すグラフ
【図１１】図５に示した装置の転流方法を変更して短絡
遮断をしたときの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対
する変化を示すグラフ
遮断をしたときの系統電流及び消弧装置電圧の時間に対
する変化を示すグラフ
【図１２】図２及び３の実施の形態におけるスイッチ状
態の時間に対する変化を示すタイミング図
態の時間に対する変化を示すタイミング図
２，１０２ ＤＣ電圧源 ４ 集中系統インダクタンス ６，１０６ 負荷 ８，７０ｂ，７２ｂ，７４ｂ，７６ｂ，７８ｂ 消弧
装置 １０，１０８ スイッチ １２，４０，８０ 導線 １６，４６，８２ 電路スイッチ １８，２０，２２，２４，２６，５０，５２，５４，５
６，５８，８４転流スイッチ １８ａ，２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，５０ａ，５
２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａ，８４ａ 緩衝コンデ
ンサ ２８，５０ｂ，５２ｂ，５４ｂ，５６ｂ，５８ｂ，６
２，８６，９０抵抗器 ３０，３２，３４，３６，３８ タップ ６４，８８ ダイオード ７０，７２，７４，７６，７８ 平行ケーブル ７０ａ，７２ａ，７４ａ，７６ａ，７８ａ インダク
タンス Ｍ 負荷端子 Ｐ 電力線端子 Ｘ 節点
装置 １０，１０８ スイッチ １２，４０，８０ 導線 １６，４６，８２ 電路スイッチ １８，２０，２２，２４，２６，５０，５２，５４，５
６，５８，８４転流スイッチ １８ａ，２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，５０ａ，５
２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａ，８４ａ 緩衝コンデ
ンサ ２８，５０ｂ，５２ｂ，５４ｂ，５６ｂ，５８ｂ，６
２，８６，９０抵抗器 ３０，３２，３４，３６，３８ タップ ６４，８８ ダイオード ７０，７２，７４，７６，７８ 平行ケーブル ７０ａ，７２ａ，７４ａ，７６ａ，７８ａ インダク
タンス Ｍ 負荷端子 Ｐ 電力線端子 Ｘ 節点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドガー エス サックストン アメリカ合衆国 ロードアイランド州 02808 ブラッドフォード ウェイランド ストリート ３ (72)発明者 ジョン ウォルター アメリカ合衆国 コネティカット州 06357 ナイアンティック サウス エッ ジウッド ロード ６
Claims (31)
- 【請求項１】 電源と負荷の間の電路に接続される消弧
装置において、 前記電路に接続され、閉じている時は前記電源と負荷と
の間を接続し、開いている時は並列接続される転流回路
に電流を転流する固体電路スイッチを含み、前記転流回
路は、 前記消弧装置に並列に接続される複数の転流分岐回路を
含み、前記転流分岐回路のそれぞれは固定転流スイッチ
と前記転流スイッチに並列接続される緩衝コンデンサ及
び前記固体転流スイッチ並びに前記コンデンサに直列接
続される抵抗器を含む、ことを特徴とする消弧装置。 - 【請求項２】 前記転流回路の前記抵抗器のそれぞれが
等しい抵抗値を有することを特徴とする請求項１記載の
消弧装置。 - 【請求項３】 前記転流回路が電路遮断後の電圧振動を
抑制するための並列接続されたダイオード及び抵抗器を
さらに含み、前記ダイオードのカソードは前記消弧装置
の前記負荷側端子に接続され、前記ダイオードのアノー
ドは前記並列接続された前記転流分岐回路の共通節点に
接続されることを特徴とする請求項１記載の消弧装置。 - 【請求項４】 前記固体電路スイッチ及び前記並列接続
された転流回路と直列に接続され、前記消弧装置が動作
状態にあるときに完全な電気的絶縁を与えるために開か
れるように配される機械的接触器をさらに含むことを特
徴とする請求項１記載の消弧装置。 - 【請求項５】 前記固体電路スイッチに並列接続され、
一方向への電流は遮断し逆方向への電流は通過させるこ
とのできる消弧装置を提供する、フリーホイール・ダイ
オードをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の消
弧装置。 - 【請求項６】 前記固体転流スイッチのそれぞれがいず
れの方向にも電流を導通することができ、またいずれの
方向でも電流を遮断できて、よって双方向性消弧装置を
提供することを特徴とする請求項１記載の消弧装置。 - 【請求項７】 ブリッジ整流器を含み、前記消弧装置が
前記ブリッジ整流器端子に並列接続され、よって双方向
性消弧装置を提供することを特徴とする請求項１記載の
消弧装置。 - 【請求項８】 電源と負荷の間の電路に接続される消弧
装置において、 前記電路に接続され、閉じている時には前記電源と負荷
との間を接続し、開いている時には並列接続される転流
回路に電流を転流する固体電路スイッチと、 並列接続された転流回路、を含み、 前記転流回路は、複数の固体転流スイッチ及び前記固体
転流スイッチのそれぞれに並列接続されている緩衝コン
デンサを含み、前記転流スイッチのそれぞれ及び対応す
る緩衝コンデンサの一方の共通端子が前記消弧装置の一
方の共通端子に接続され、前記転流スイッチのそれぞれ
及び対応する緩衝コンデンサのもう一方の共通端子は複
数の抵抗器の１つに接続され、前記複数の抵抗器は互い
に直列に接続され、前記直列接続抵抗器は前記消弧装置
のもう一方の端子に接続されている、ことを特徴とする
消弧装置。 - 【請求項９】 前記転流回路の前記複数の抵抗器が複数
のタップを有するただ１つの抵抗素子を含むことを特徴
とする請求項８記載の消弧装置。 - 【請求項１０】 電路遮断後の電圧振動を抑制するため
の並列接続されたダイオード及び抵抗器をさらに含み、
前記ダイオードのカソードは前記消弧装置の前記負荷側
端子に接続され、前記ダイオードのアノードは前記直列
接続された抵抗器の一端に接続されることを特徴とする
請求項８記載の消弧装置。 - 【請求項１１】 前記固体電路スイッチ及び前記並列接
続された転流回路と直列に接続され、前記消弧装置が動
作状態にあるときに完全な電気的絶縁を与えるために開
かれるように配される機械的接触器をさらに含むことを
特徴とする請求項８記載の消弧装置。 - 【請求項１２】 前記固体電路スイッチに並列接続さ
れ、一方向への電流は遮断し逆方向への電流は通過させ
ることのできる消弧装置を提供する、フリーホイール・
ダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項８記載
の消弧装置。 - 【請求項１３】 前記固体転流スイッチのそれぞれがい
ずれの方向にも電流を導通することができ、またいずれ
の方向でも電流を遮断できて、よって双方向性消弧装置
を提供することを特徴とする請求項８記載の消弧装置。 - 【請求項１４】 ブリッジ整流器を含み、前記消弧装置
が前記ブリッジ整流器端子に並列接続され、よって双方
向性消弧装置を提供することを特徴とする請求項８記載
の消弧装置。 - 【請求項１５】 前記消弧装置の開閉に関する指令信号
に応答する制御手段をさらに含み、 開指令を受けたとき前記固体電路スイッチが開かれ同時
に前記転流回路スイッチは閉じられて、次いで前記転流
回路スイッチが順次開かれる；及び、 閉指令を受けたとき前記固体電路スイッチが閉じられ
る；あるいは、 閉指令を受けたとき前記転流スイッチが順次閉じられ、
次いで前記固体電路スイッチが閉じられ前記転流スイッ
チは開かれる、ことを特徴とする請求項１または８記載
の消弧装置。 - 【請求項１６】 前記転流スイッチの順次開あるいは閉
の時間間隔が等しいことを特徴とする請求項１５記載の
消弧装置。 - 【請求項１７】 転流回路電圧あるいは電流の状態を監
視するための検知手段を含み、前記転流スイッチの順次
開あるいは閉の時間間隔が前記検知手段により制御され
ることを特徴とする請求項１５記載の消弧装置。 - 【請求項１８】 電源と負荷との間の電路が複数本の平
行導線を含み、前記導線のそれぞれが遮断回路を含むこ
とを特徴とする消弧装置。 - 【請求項１９】 前記遮断回路のそれぞれが、 前記電路に接続され、閉じている時には前記電源と負荷
との間を接続し、開いている時には並列接続された転流
回路に電流を転流する固体電路スイッチと、 前記固体電路スイッチに並列に接続される複数の転流分
岐回路を含む並列接続された転流回路、を含み、 前記転流分岐回路のそれぞれは固定転流スイッチと前記
転流スイッチに並列接続される緩衝コンデンサ及び前記
固体転流スイッチ並びに前記コンデンサに直列接続され
る抵抗器を含む、ことを特徴とする請求項１８記載の消
弧装置。 - 【請求項２０】 前記複数の平行導線のそれぞれが、 前記電路に接続され、閉じている時には前記電源と負荷
との間を接続し、開いている時には並列接続される転流
回路に電流を転流する固体電路スイッチと、 並列接続された転流回路、を含み、 前記並列接続された転流回路は複数の固体転流スイッチ
及び前記固体転流スイッチのそれぞれに並列接続されて
いる緩衝コンデンサを含み、前記転流スイッチのそれぞ
れ及び対応する緩衝コンデンサの一方の共通端子は前記
消弧装置の一方の共通端子に接続され、前記転流スイッ
チのそれぞれ及び対応する緩衝コンデンサのもう一方の
共通端子は複数の抵抗器の１つに接続され、前記複数の
抵抗器は互いに直列に接続され、前記直列接続抵抗器は
前記消弧装置のもう一方の端子に接続されている、こと
を特徴とする請求項１８記載の消弧装置。 - 【請求項２１】 電源と負荷との間に複数本の平行導線
を含む電路を含む消弧装置において、 閉じている時には電源と負荷との間を接続し、開いてい
る時には並列接続される転流回路に電流を転流するため
に接続された固体スイッチを含む前記平行導線のそれぞ
れの遮断回路と、 転流回路、を含み、 前記転流回路は固体転流スイッチ、前記転流回路に並列
接続される緩衝コンデンサ、及び前記転流スイッチ及び
前記緩衝コンデンサに直列接続される抵抗器を含む、こ
とを特徴とする消弧装置。 - 【請求項２２】 前記転流回路の前記抵抗器が全て等し
い抵抗値を有することを特徴とする請求項２１記載の消
弧装置、 - 【請求項２３】 前記転流回路のそれぞれが電路遮断後
の電圧振動を抑制するための並列接続されたダイオード
及び抵抗器をさらに含み、前記ダイオードのカソードが
前記消弧装置の負荷側端子に接続され、前記ダイオード
のアノードが前記転流スイッチ及び抵抗器に直列に接続
されることを特徴とする請求項２１記載の消弧装置。 - 【請求項２４】 前記固体電路スイッチ及び前記並列接
続された転流回路と直列に接続され、前記消弧装置が動
作状態にあるときに完全な電気的絶縁を与えるために開
かれるように配される機械的接触器をさらに含むことを
特徴とする請求項２１記載の消弧装置。 - 【請求項２５】 前記導線のそれぞれの前記電路固体ス
イッチに並列接続され、一方向への電流は遮断し逆方向
への電流は通過させることのできる消弧装置を提供す
る、フリーホイール・ダイオードをさらに含むことを特
徴とする請求項２１記載の消弧装置。 - 【請求項２６】 前記固体転流スイッチのそれぞれがい
ずれの方向にも電流を導通することができ、またいずれ
の方向でも電流を遮断できて、よって双方向性消弧装置
を提供することを特徴とする請求項２１記載の消弧装
置。 - 【請求項２７】 前記導線のそれぞれにブリッジ整流器
を含み、前記導線のそれぞれの前記消弧装置が対応する
前記ブリッジ整流器端子に並列接続され、よって双方向
性消弧装置を提供することを特徴とする請求項２１記載
の消弧装置。 - 【請求項２８】 前記消弧装置の開閉に関する指令信号
に応答する制御手段をさらに含み、 開指令を受けたとき前記導線のそれぞれの前記固体電路
スイッチが開かれ同時に前記対応する転流回路スイッチ
は閉じられて、次いで前記転流スイッチが順次開かれ
る；及び、 閉指令を受けたとき前記導線の前記固体電路スイッチが
閉じられる；あるいは、 閉指令を受けたとき前記転流回路スイッチが順次閉じら
れ、次いで前記導線の前記固体電路スイッチが閉じられ
前記転流スイッチが開かれる、ことを特徴とする請求項
２１記載の消弧装置。 - 【請求項２９】 前記転流スイッチの順次開あるいは閉
の時間間隔が等しいことを特徴とする請求項２８記載の
消弧装置。 - 【請求項３０】 転流回路電圧あるいは電流の状態を監
視するための検知手段を含み、前記転流スイッチの順次
開あるいは閉の時間間隔が前記検知手段により制御され
ることを特徴とする請求項２８記載の消弧装置。 - 【請求項３１】 共通母線から供給される複数の負荷電
路を含む電力配電系統用消弧装置において、前記負荷電
路のそれぞれに固体電路スイッチを含み、前記母線とそ
れぞれ特定の負荷との間の前記電路の遮断を制御するた
めに前記共通母線に接続される共通転流回路を含むこと
を特徴とする消弧装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/046,075 US6075684A (en) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | Method and arrangement for direct current circuit interruption |
| US046075 | 1998-03-23 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH11297170A true JPH11297170A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=21941465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP11035786A Withdrawn JPH11297170A (ja) | 1998-03-23 | 1999-02-15 | 直流消弧方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
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| US (1) | US6075684A (ja) |
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| JP (1) | JPH11297170A (ja) |
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| JP2012044860A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-03-01 | Tesla Motors Inc | セルレベルでヒューズを設けたバッテリパック及びそれを用いる方法 |
| US8932739B2 (en) | 2010-08-04 | 2015-01-13 | Tesla Motors, Inc. | Battery pack configuration to reduce hazards associated with internal short circuits |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0945983A2 (en) | 1999-09-29 |
| US6075684A (en) | 2000-06-13 |
| EP0945983A3 (en) | 2003-03-05 |
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