特許 5669537 電力監視制御装置およびブレーカ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5669537

(24)【登録日】2014年12月26日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】電力監視制御装置およびブレーカ

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/59 20060101AFI20150122BHJP

   H01H 9/54 20060101ALI20150122BHJP

   H01H 69/01 20060101ALI20150122BHJP

   H01H 71/74 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   H01H33/59 D

   H01H9/54 A

   H01H9/54 D

   H01H9/54 H

   H01H9/54 J

   H01H33/59 C

   H01H33/59 H

   H01H69/01

   H01H71/74

【請求項の数】4

【全頁数】46

(21)【出願番号】特願2010-265910(P2010-265910)

(22)【出願日】2010年11月30日

(65)【公開番号】特開2012-119104(P2012-119104A)

(43)【公開日】2012年6月21日

【審査請求日】2013年7月9日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】510086855

【氏名又は名称】松尾博文

(74)【代理人】

【識別番号】100128680

【弁理士】

【氏名又は名称】和智 滋明

(72)【発明者】

【氏名】松尾 博文

(72)【発明者】

【氏名】三野 和明

【審査官】 出野 智之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２３４８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４８０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０００９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０７７８１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０７８００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０６０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１０６８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３３／５９

Ｈ０１Ｈ ９／５４

Ｈ０１Ｈ ６９／０１

Ｈ０１Ｈ ７１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流が流れる直流電流路を切断または導通するブレーカと、
前記ブレーカに母線を接続して電力を供給する発電機を有する発電所との間で通信をするために前記母線に接続される送受信器と、
前記ブレーカと前記送受信器とを制御する制御器と、を備え、
前記ブレーカは、
前記直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、
前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、
前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、
前記直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、
を具備し、
前記スイッチ制御回路は、前記直流電流路を閉路とするに際して、
前記電子的開閉スイッチを閉とし、
前記電子的開閉スイッチが閉とされた後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉とし、
前記スイッチ制御回路は、前記電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに前記直流電流路を開路とするに際して、
前記並列機械的開閉スイッチを開とし、
前記並列機械的開閉スイッチが開とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、前記電子的開閉スイッチを開とし、
前記制御器は、
前記送受信器を介して前記発電所に対して前記ブレーカの許容電流を設定する依頼を送出して、
前記送受信器を介して前記発電所から許容電流の設定許可を受けて、前記ブレーカの許容電流を設定する、
電力監視制御装置。

【請求項2】

直流が流れる直流電流路を切断または導通するブレーカと、
前記ブレーカに母線を接続して電力を供給する発電機を有する発電所との間で通信をするために前記母線に接続される送受信器と、
前記ブレーカと前記送受信器とを制御する制御器と、を備え、
前記ブレーカは、
前記直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、
前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、
前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、
前記直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、
を具備し、
前記スイッチ制御回路は、前記直流電流路を閉路とするに際して、
前記電子的開閉スイッチを閉とし、
前記電子的開閉スイッチが閉とされた後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉とし、
前記スイッチ制御回路は、前記電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに前記直流電流路を開路とするに際して、
前記並列機械的開閉スイッチを開とし、
前記並列機械的開閉スイッチが開とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、前記電子的開閉スイッチを開とし、
前記制御器は、
前記送受信器を介して前記送受信器に対して前記ブレーカの導通時刻を設定する依頼を送出して、
前記送受信器を介して前記発電所から導通時刻の設定許可を受けて、前記ブレーカの導通時刻を設定する、
電力監視制御装置。

【請求項3】

さらに、前記電子的開閉スイッチに対して直列に接続される直列機械的開閉スイッチを備え、
前記スイッチ制御回路は、
前記直流電流路を閉路とするに際して、
前記直列機械的開閉スイッチを閉とし、
前記直列機械的開閉スイッチが閉とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い所定時間後に、前記電子的開閉スイッチを閉とし、
前記電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに前記直流電流路を開路とするに際して、
前記電子的開閉スイッチを開とし、
前記電子的開閉スイッチを開とした後に、前記直列機械的開閉スイッチを開とする、
請求項１または請求項２に記載の電力監視制御装置。

【請求項4】

直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、
前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、
前記電子的開閉スイッチに対して直列に接続される直列機械的開閉スイッチと、
前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチと前記直列機械的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、
前記電子的開閉スイッチと前記直列機械的開閉スイッチとの直列接続回路に対して逆バイアスとなるように並列に接続され、または、前記直列機械的開閉スイッチに対して逆バイアスとなるように並列に接続される回生ダイオードと、
前記直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、を備え、
前記スイッチ制御回路は、前記直流電流路を閉路とするに際して、
前記直列機械的開閉スイッチを閉とし、
前記直列機械的開閉スイッチが閉とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い所定時間後に、前記電子的開閉スイッチを閉とし、
前記電子的開閉スイッチが閉とされた後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉とし、
前記スイッチ制御回路は、前記電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに前記直流電流路を開路とするに際して、
前記並列機械的開閉スイッチを開とし、
前記並列機械的開閉スイッチが開とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、前記電子的開閉スイッチを開とし、
前記電子的開閉スイッチを開とした後に、前記直列機械的開閉スイッチを開とする、
ブレーカ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電流路を流れる電流を監視して制御する電力監視制御装置と過電流を検出して直流電流路を切断するブレーカとに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来は，同期発電機を用いた交流電力系統（商用電源）から交流電力が一般家庭に供給されている。一方、近年では、太陽光発電、風力発電、燃料電池発電などによる分散型電源が注目され、一般家庭でも用いられるようになってきている。これらの分散型電源から発電される電力は、直流電力である場合が多い。このような分散電源からの電力を一般家庭、オフイス等に供給する直流給電が社会に受け入れられつつある。

【0003】

従来の交流配電系統においては、各家庭、各工場、各施設等の入り口においてブレーカが設置されている。ブレーカは、過電流を検出して電流路に予定以上の電流が流れるのを防止するための器具である。最も一般的なブレーカの内部には、２種類の熱膨張係数が異なる金属板を貼り合わせたバイメタルと呼ばれる金属の板が組み込まれており、バイメタルは電気を流すと発熱し、湾曲する。ブレーカには、定格電流が定められており、連続して電気を流すことのできる定格電流を超える大きな電流が流れると、ブレーカ内部のバイメタルの発熱量も湾曲量も大きくなり、ブレーカ内部の電流路の電気接点を引き外して、電流路を切断する。このような従来のブレーカはスイッチの一種であるが、発熱作用によって電流路を遮断する点において特徴がある。

【0004】

ブレーカをスイッチとしての観点から見た場合には、交流配電系統におけるスイッチと直流配電系統におけるスイッチとは、その要求される特性には大きな異なりがある。直流スイッチ（直流電力の導通、切断を行うスイッチ）に要求される特性は、従来の交流スイッチ（交流電力の導通、切断を行うスイッチ）に要求される特性とは大きく異なる。上述したようにブレーカとして用いる交流スイッチとしては、従来から、種々の小型のものが普及している。しかしながら、そのような小型の交流スイッチを直流電流が流れる電流経路（以下直流電流路の用語を用いる）で使用すると、切断できる電流量は極端に小さな電流に限定される。その理由は、直流の場合には、交流のように電流が零となる時刻がないため、直流スイッチの機械的接点を開く際に生じたアークが停止せずに持続的に生じる。そして、アークの発生によってアーク電流が流れ続けるためである。このような現象によって、一旦アークが発生すると、接点自体は離間しても、離間した接点の間をアーク電流が流れ続けて、実質的に機械的接点を開の状態（スイッチの切断状態）とはできない。また、アークによる発熱のためにブレーカとして機能する直流スイッチの接点の焼損が発生する事態も生じ得る。そして、アークによる発熱に耐えて接点を開くことを可能とするスイッチは極端に大型化する。

【0005】

直流スイッチとしては、特許文献１に記載のものが提案されているが、直流電流路に用いるブレーカ、より広くは、直流用の電力監視制御装置については、未だその技術は提供されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−２１３８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したような分散電源の普及の動きに合わせて、交流電力系統に代えて直流電力系統（直流電力を広域に供給する電力系統）の採用が検討されている。従来の交流電力系統においては、ブレーカは交流電流路における過負荷を検出して電流路を遮断する機器として広く用いられている。直流電力系統においても同様の機能を有するブレーカを、直流電力系統と家庭の屋内配線とのとの間に介在させて、安全を図る必要がある。しかしながら、上述した、アークの発生を理由として、従来の発熱特性を利用した交流スイッチを用いた小型のブレーカを、直流電源から供給される直流電力で動作するブレーカとして採用することはできない。

【0008】

よって、直流電力系統から直流電力を給電するという社会の要求を満たすために直流電流路に用いるブレーカ、より広くは直流用の電力監視制御装置に関する技術の提供が期待されている。本発明は、このような要望を満たすブレーカ、より広くは直流用の電力監視制御装置に関する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

かかる課題を解決するため、本発明の電力監視制御装置は、直流が流れる直流電流路を切断または導通するブレーカと、前記ブレーカを制御する制御器と、を備え、前記ブレーカは、前記直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、前記直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、
を具備し、前記ブレーカの前記スイッチ制御回路は、前記直流電流路を閉路とするに際して、前記電子的開閉スイッチが閉路とされた後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉路とし、前記スイッチ制御回路は、前記電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに前記直流電流路を開路とするに際して、前記並列機械的開閉スイッチを開路とし、前記並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、前記電子的開閉スイッチを開路とする。

【0010】

かかる課題を解決するため、本発明のブレーカは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、前記直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、を備え、前記スイッチ制御回路は、前記直流電流路を閉路とするに際して、前記電子的開閉スイッチが閉路とされた後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉路とし、前記スイッチ制御回路は、前記電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに前記直流電流路を開路とするに際して、前記並列機械的開閉スイッチを開路とし、前記並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、前記電子的開閉スイッチを開路とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、直流電流路に流れる電流の監視と制御をする電力監視制御装置の実現を可能とする技術を提供できる。また、直流電流路に過電流が生じた場合において直流電流路を安全に切断するブレーカを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の電力監視制御装置を示す図である。

【図2】第１実施形態のブレーカを示す図である。

【図3】第１実施形態のブレーカにおける、並列機械的開閉スイッチおよび電子的開閉スイッチの開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。

【図4】図２に示すブレーカの詳細な実施例を示す図である。

【図5】第２実形態のブレーカを示す図である。

【図6】第２実形態のブレーカにおける、並列機械的開閉スイッチ、電子的開閉スイッチ、直列機械的開閉スイッチの開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。

【図7】第３実施形態のブレーカを示す図である。

【図8】ブレーカの第１変形例を示す図である。

【図9】ブレーカの第２変形例を示す図である。

【図10】ブレーカの第３変形例を示す図である。

【図11】ブレーカの第４変形例を示す図である。

【図12】ブレーカの第５変形例を示す図である。

【図13】ブレーカの第６変形例を示す図である。

【図14】ブレーカの第７変形例を示す図である。

【図15】第４実施形態のブレーカを示す図である。

【図16】第４実施形態におけるタイミングチャートを示す図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0013】

発明を実施するための最良の形態の電力監視制御装置は、直流電流路を切断または導通するブレーカと、ブレーカを制御する制御器と、を備える。ブレーカは、電子的開閉スイッチと、機械的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチおよび機械的スイッチを制御するスイッチ制御回路と、直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、を具備する。制御器は、ブレーカの許容電流またはブレーカの導通する時間を制御し、電流検出器が過電流を検出したときに、電子的開閉スイッチと、機械的開閉スイッチと制御して、アークが発生しないようにブレーカを切断する。

【0014】

発明を実施するための最良の形態のブレーカは、電子的開閉スイッチと、機械的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチおよび機械的スイッチを制御するスイッチ制御回路と、直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、を備え、電流検出器が過電流を検出したときに、電子的開閉スイッチと、機械的開閉スイッチと制御して、アークが発生しないようにブレーカを切断する。

【0015】

［電力監視制御装置の構成の概略］
発明を実施するための実施形態の電力監視制御装置について、図面を参照して以下に説明をする。

【0016】

図１は電力監視制御装置１とその周辺に接続される装置を示す図である。発電所１１に備えられた直流発電機１０から発生される直流電力が供給される電力系統に電力監視制御装置１の入力側は接続される。電力監視制御装置１は、各家庭、各工場、各施設等に設置される。図１に示す電力監視制御装置１は、ブレーカ２、入力電力・出力電力計３、制御器４、送受信器５を備える。

【0017】

図１では、電力監視制御装置１を介して、直流発電機１０から負荷Ｌ１、負荷Ｌ２、負荷Ｌ３、負荷Ｌ４の各々に直流電力が供給される。直流電力は、プラス側の母線１２およびマイナス側の母線１３によって、直流発電機１０から各負荷まで電力が供給される。また、太陽光パネルＴｔによって得られた電力が負荷Ｌ１〜負荷Ｌ４、または、直流発電機１０を末端に備える直流の電力系統に対して供給される。

【0018】

負荷Ｌ１に対してはブレーカ２１、負荷Ｌ２に対してはブレーカ２２、負荷Ｌ３に対してはブレーカ２３、負荷Ｌ４に対してはブレーカ２４の各々が接続されている。各ブレーカは、各負荷に対する電力をオンとオフ（切断と導通）し、過電流を検出した場合には負荷に供給する電力を切断するためのものである。ここで、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４は、電力監視制御装置１のブレーカ２の出力側（出力端子Ｃ１、出力端子Ｄ１）に対して各々のブレーカの入力側（入力端子Ａ２１、入力端子Ｂ２１、入力端子Ａ２２、入力端子Ｂ２２、入力端子Ａ２４、入力端子Ｂ２４）が接続されている。一方、ブレーカ２３は、電力監視制御装置１のブレーカ２の入力側（入力端子Ａ１、入力端子Ｂ１）に対してブレーカ２３の入力側（入力端子Ａ２３、入力端子Ｂ２３）が並列に接続されている。また、太陽光パネルＴｔに対してはブレーカ２５の入力側（入力端子Ａ２５、入力端子Ｂ２５）が接続され、ブレーカ２５の出力側（出力端子Ｃ２５、出力端子Ｄ２５）に対しては、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４の入力側が接続されている。

【0019】

図１に示すように、ブレーカ２の入力側には、入力電力・出力電力計３が接続される。なお、上述したように、ブレーカ２の出力側には、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、およびブレーカ２５が接続されている。しかしながら、ブレーカ２の入力側に直接に電力系統を接続し、ブレーカ２の出力側に直接に負荷Ｌ１、負荷Ｌ２、負荷Ｌ４の各負荷および太陽光パネルＴｔを接続してもブレーカ２の機能は変わるものではない。

【0020】

入力電力・出力電力計３は、直流発電機１０から負荷に向かう入力電力を検出する電力計と、太陽光パネルＴｔからの余剰電力であって直流発電機１０に向かう出力電力を検出する電力計と、の両方を有する電力計である。

【0021】

送受信器５は、直流発電機１０が備えられる発電所１１と電力監視制御装置１との間において相互に送受信の通信をするための装置である。送受信は、プラス側の母線１２とマイナス側の母線１３を用いた有線通信によっておこなわれる。

【0022】

制御器４は、ブレーカ２と入力電力・出力電力計３と送受信器５とを制御し、さらに、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、ブレーカ２５を制御する。制御器４は、中央演算装置（ＣＰＵ）とラム（RAM）とロム（ROM）と周辺機器およびバスライン２６とのインターフェイス回路とを有して構成されている。

【0023】

制御器４と各ブレーカとの間の通信はバスライン２６を通じておこなわれる。具体的には、制御器４は、ブレーカ２に対して、ブレーカ２の電流設定（何アンペア（Ａ）の電流を過電流であるとしてブレーカが動作するかの設定）をおこなう。また、ブレーカ２の状態、すなわち、過電流が発生してブレーカ２が切断した状態、ブレーカ２を制御器４が意図的に切断した状態、ブレーカ２が導通している状態のいずれの状態であるかを検出する。また、制御器４は、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、ブレーカ２５に対する制御も同様におこなう。制御器４は、所定時間毎の割り込み処理によって、ブレーカ２、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、ブレーカ２５の状態を定期的に監視する。

【0024】

制御器４と各ブレーカとの通信は、バスライン２６を介しておこなわれる。電流信号Ｉ２ｓはブレーカ２の直流電流路を流れる直流電流の大きさを示す信号である（図２を参照）。電流信号Ｉ２ｓはデジタル信号であり、電流信号Ｉ２ｓを検出する電流検出器１４３は直接にバスライン２６に接続される。電流信号Ｉ２１ｓ、電流信号Ｉ２２ｓ、電流信号Ｉ２３ｓ、電流信号Ｉ２４ｓ、電流信号Ｉ２５ｓについても同様にしてバスライン２６を介して制御器４に送られる。

【0025】

バスライン２６を介して制御器４との間で、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２１ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２２ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２３ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２４ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２５ｓの各々は双方向に送受される。

【0026】

制御器４は、入力電力・出力電力計３から得られる、入力電力と出力電力とを検出する。制御器４は、入力電力、出力電力、ブレーカ２、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、ブレーカ２５の状態、その他の情報を、取捨選択して、送受信器５を介して発電所１１に送る。また、制御器４は発電所１１からの指令を、送受信器５を介して受け取る。

【0027】

「ブレーカの構成」

【0028】

後述する第１実施形態のブレーカは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、を備える。そして、スイッチ制御回路は、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とする。そして、スイッチ制御回路は、電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際して、並列機械的開閉スイッチを開路とし、並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、電子的開閉スイッチを開路とするものである。

【0029】

後述する第２実施形態のブレーカは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチとこの並列機械的開閉スイッチとに対して直列に接続される直列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備える。そして、スイッチ制御回路は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際して、直列機械的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを閉路とし、最後に並列機械的開閉スイッチを閉路とする。そして、電流検出器で検出する直流電流が所定の許容電流の値を超えたときに直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際して、並列機械的開閉スイッチを開路とし、並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、電子的開閉スイッチを開路とし、最後に直列機械的開閉スイッチを開路とするものである。

【0030】

後述する第３実施形態のブレーカは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチに直列に接続される直列機械的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチとこの直列に接続される機械的開閉スイッチとで形成される直列接続回路に対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、直流電流路に流れる直流電流の大きさを検出する電流検出器と、を備える。そして、スイッチ制御回路は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際して、直列機械的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを閉路とし、最後に並列機械的開閉スイッチを閉路とする。また、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際して、並列機械的開閉スイッチが開路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを開路とし、最後に直列機械的開閉スイッチを開路とするものである。

【0031】

実施形態の変形の形態（以下実施形態の変形例と記載する）のブレーカは、第１実施形態ないし第３実施形態のブレーカに対して、さらには、電子的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチのみを有するブレーカに対して転流ダイオードの付加、または、回生ダイオードの付加をするものである。転流ダイオードの付加は、ブレーカを切断した直後における逆起電圧の発生を防止することを解決課題とする。回生ダイオードの付加は、負荷であるモータに生じた電力を、ブレーカを介して電力回生をおこなうことを解決課題とする。

【0032】

以下に第１実施形態ないし第３実施形態、さらには、これらの実施形態の変形の形態について詳細に説明をするが、第１実施形態では並列機械的開閉スイッチ、第２実施形態および第３実施形態では並列機械的開閉スイッチ、直列機械的開閉スイッチをブレーカの一構成要素とし、実施形態の変形例においても、これらを一構成要素としているのでこれらの機械的開閉スイッチについてまず説明をする。

【0033】

機械的開閉スイッチは、導電体で形成された２つの接点を有し、電流が流れる経路である直流電流路に機械的開閉スイッチは挿入され、機械的開閉スイッチの各々の接点は２つに分断された直流電流路に各々接続されている。２つの接点が相互に接触して閉状態となることによって直流電流路が形成され、２つの接点が離間して開状態となることによって直流電流路が切断されるようになされている。

【0034】

以下に図を引用して具体的な実施形態について説明をする。図１に示す電力監視制御装置１における、ブレーカ２、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、ブレーカ２５の各々は、以下の実施形態に示すような種々の構成とすることができる。そして、用途に合わせて、以下の、ブレーカ２０ａ、ブレーカ２０ｂ、ブレーカ２０ｃ、ブレーカ２０ｄ、ブレーカ２０ｅ、ブレーカ２０ｆ、ブレーカ２０ｇ、ブレーカ２０ｈ、ブレーカ２０ｉ、ブレーカ２０ｊのいずれをも適宜に用いることができる。

【0035】

（第１実施形態のブレーカ）
図２は、第１実施形態のブレーカ２０ａを示す図である。図１に示すブレーカ２としてブレーカ２０ａを用いる場合について以下に説明をする。ブレーカ２０ａは、負荷Ｌ１、負荷Ｌ２１、負荷Ｌ２２、負荷Ｌ２４および太陽光パネルＴｔと直流の電力系統との間の電流経路に挿入して用いることができる。図２では、ブレーカ２０ａは、入力端子Ａ１と入力端子Ｂ１と出力端子Ｃ１と出力端子Ｄ１とを有する四端子回路として記載されているが、入力端子Ａ１と出力端子Ｃ１とは電気的には同一箇所であり、出力端子Ｃ１を設けることなく入力端子Ａ１と入力端子Ｂ１と出力端子Ｄ１とを有する三端子回路であっても同様の作用効果を生じる。電力系統は、入力端子Ａ１（＋側）と入力端子Ｂ１（−側）とに対して接続されている。負荷Ｌ１、負荷Ｌ２、負荷Ｌ３、負荷Ｌ４の各負荷は、ブレーカ２１、ブレーカ２２、およびブレーカ２５を介して四端子回路の出力端子Ｃ１（＋側）と出力端子Ｄ１（−側）とに対して接続されている。また、図示はしないが、入力端子（入出力端子）Ａ１と入力端子Ｂ１と出力端子Ｄ１とを有する三端子回路である場合には、入力端子（入出力端子）Ａ１（＋側）と出力端子Ｄ１（−側）とに対して接続される。太陽光パネルＴｔはブレーカ２４を介して四端子回路の入力端子Ａ１（＋側）と入力端子Ｂ１（−側）とに対して接続されている。

【0036】

ブレーカ２０ａは、並列機械的開閉スイッチ１６と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４と、を備えている。そして、この並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５とは並列に接続され、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の並列接続回路が、電力系統と負荷との間の直流電流路に挿入されている。

【0037】

負荷は、電気機器である。電気機器は静止機器（例えば、テレビジョン受像機）のみならず、回転機器（例えば、冷蔵庫のコンプレッサ）であっても良く、回転機器としては、例えば、直流モータ、インバータなどの電力変換器を介して駆動する交流モータが、例として挙げられる。ブレーカ２０ａの並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５は、負荷に対して、直流電流が流れる直流電流路を開路（直流電流路が形成されない状態）または閉路（直流電流路が形成される状態）とするために挿入されている。

【0038】

すなわち、並列接続された並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５は、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５のいずれもが、入力端子Ｂ１の側のマイナス側の母線１３に挿入され電力系統と負荷との間に直列に接続されている。このために、並列機械的開閉スイッチ１６または電子的開閉スイッチ１５のいずれか一方を閉（導通）とすると直流電流路は導通（閉路）とされ、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の両方を開（切断）とすると直流電流路は切断（開路）とされる。この開閉の動作によって、負荷への電力供給を絶ち、または、負荷に電力系統からの電力を供給することができる。なお、図２では並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５が、マイナス側の母線１３に挿入されているが、入力端子Ａ１の側のプラス側の母線１２に挿入しても同様な作用効果を奏する。

【0039】

スイッチ制御回路１４は、並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５との両者の相互の開閉時間差を制御する。このとき、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓは、スイッチ制御回路１４に対して、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の開閉の契機となるトリガー信号を与える。

【0040】

並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の閉（導通）の契機となるトリガー信号であるブレーカ制御信号Ｂ２ｓは、バスライン２６を介して制御器４から出力され、スイッチ制御回路１４に供給される。並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の開（切断）の契機となるトリガー信号である。電流検出器１４３から出力される電流信号Ｉ２ｓは、バスライン２６を介して制御器４に供給される。電流検出器１４３は内部にＡ/Ｄ変換器（エーディ変換器）を有しておりデジタル信号として電流信号Ｉ２ｓはバスライン２６に供給される。

【0041】

図３は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓ、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。図３（Ａ）はブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令が、ブレーカ２０ａが開である切断（切断状態）と閉である導通（導通状態）を示し、図３（Ｂ）は電子的開閉スイッチ１５が開である切断（切断状態）と閉である導通（導通状態）を示し、図３（Ｃ）は並列機械的開閉スイッチ１６が開である切断（切断状態）と閉である導通（導通状態）を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。図３を参照して、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓに対する、電子的開閉スイッチ１５および並列機械的開閉スイッチ１６の開閉の動作を説明する。まず、ブレーカ２０ａによって直流電流路を閉路とする場合の手順を説明する。

【0042】

制御器４がブレーカ制御信号Ｂ２ｓを送出して切断から導通に変化させるトリガーを発生させる（図３（Ａ）の時刻ｔ１を参照）。スイッチ制御回路１４は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５を切断から導通に変化させる（図３（Ｂ）の時刻ｔ１、図３（Ｃ）の時刻ｔ２を参照）。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令が導通（閉）となると、電子的開閉スイッチ１５は、原理的には動作遅れなく、実際の半導体素子ではごく僅かの動作遅れを有して導通（閉）となる。一方、図３（Ｃ）に示すように、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令が導通（閉）となると、並列機械的開閉スイッチ１６は予め定めた所定時間τ１の後に導通（閉）となる。ここで、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間の所定時間τ１の間は、電子的開閉スイッチ１５のみが導通する。そして所定時間τ１の間は電子的開閉スイッチ１５において電力損失が発生するので、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度以上（例えば、６０℃以上）に上昇しないような短い時間に所定時間τ１は設定されている。

【0043】

所定時間τ１は電子的開閉スイッチ１５の動作遅れ以上であれば良い。所定時間τ１の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に導通した後（電子的開閉スイッチ１５のオン電圧が十分に低くなった後）に並列機械的開閉スイッチ１６を導通させることを確保できる。このように所定時間τ１を設定することによって並列機械的開閉スイッチ１６の接点に高電圧が印加されたまま回路を閉とし、その結果として、接点に熱損失が生じるようなことはない。

【0044】

つまり、所定時間τ１の最大許容時間は、電子的開閉スイッチ１５の許容温度によって定まり、所定時間τ１の最小許容時間は電子的開閉スイッチ１５の導通速度によって定まる。さらに、所定時間τ１が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ１は定められる。

【0045】

このようにして、並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通しないようにしている。並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通する場合には、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にアークが発生して接点の損傷を生じるおそれがある。特に、接点のチャタリングによってアークが発生する可能性は倍加する。ここで、チャタリングとは、並列機械的開閉スイッチ１６の接点が切り替わった際に、微細で非常に速い機械的振動によって、接点が接触と非接触とを繰り返し直流電流路に流れる電流を切断・導通させようとする現象であり、例えば、１〜１００ｍｓ（ミリセカンド）程度持続する現象である。

【0046】

次に、ブレーカ２０ａによって直流電流路を開路とする場合の手順を説明する。制御器４が導通から切断に変化させるブレーカ制御信号Ｂ２ｓを送出する（図３（Ａ）の時刻ｔ３を参照）。ここで、制御器４が導通から切断に変化させる信号を送出するのは、電流信号Ｉ２ｓによって検出される電流の大きさが、規定の電流量（例えば、５０Ａ（アンペア））を超えたことを制御器４が検出した場合である。ここで、制御器４は、ＣＰＵを有しているので、ＣＰＵは、RAMに格納された規定の電流量とデジタル信号である電流信号Ｉ２ｓとの大小比較をして、電流信号Ｉ２ｓによって検出される電流の大きさが規定の電流量を超えたことを検出できる。

【0047】

スイッチ制御回路１４は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させる（図３（Ｃ）の時刻ｔ３を参照）。また、スイッチ制御回路１４は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させてから所定時間τ２後の時刻ｔ４に電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させる。ここで、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の所定時間τ２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定されるとともに、所定時間τ２は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定する。

【0048】

図示はしないが、温度検出器を電子的開閉スイッチ１５に圧接して電子的開閉スイッチ１５の温度を検出するようにしても良い。そして、スイッチ制御回路１４は、温度検出器で検出する温度が予め定める所定温度に達したら電子的開閉スイッチ１５を切断するようにして、十分に所定時間τ２の長さを確保するようにしても良い。

【0049】

なお、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓはＣＰＵによってスイッチ制御回路１４に対して送信されるだけではない。制御器４のＣＰＵは、ブレーカ２のスイッチ制御回路１４に対してブレーカ２の状態を問い合わせて、それに対する応答を受信する。具体的には、制御器４のＣＰＵは、スイッチ制御回路１４が電子的開閉スイッチ１５を導通とする制御をしているのか、切断とする制御をしているのかをブレーカ制御信号Ｂ２ｓの内容として受信する。また、スイッチ制御回路１４が並列機械的開閉スイッチ１６を導通とする制御をしているのか、切断とする制御をしているのかをブレーカ制御信号Ｂ２ｓの内容として受信する。さらに、後述するスイッチ制御回路１４１、スイッチ制御回路１１４を制御する場合には、直列機械的開閉スイッチ１６１を導通とする制御をしているのか、切断とする制御をしているのかをブレーカ制御信号Ｂ２ｓの内容として制御器４のＣＰＵは受信する。また、上述したようにして、温度検出器で検出する温度を制御器に送るようにしても良い。他のブレーカについても同様の通信が制御器４との間でおこなわれる。

【0050】

このような手順で、導通から切断とする場合においては、所定時間τ２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間に設定されている。よって、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まった後、並列機械的開閉スイッチ１６が完全に開となった時点において、未だ電子的開閉スイッチ１５は閉となっている。そのために、所定時間τ２以内の時間において、電子的開閉スイッチ１５が、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴの場合には、電子的開閉スイッチ１５の抵抗値は小さく、電子的開閉スイッチ１５の両端に生じる電圧は小さい。よって、所定時間τ２以内の時間において、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にチャタリングが生じたとしても、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生はない。

【0051】

また、電子的開閉スイッチ１５が、例えば、バイポーラトランジスタの場合には、接点の両端には、電子的開閉スイッチ１５のオン電圧以上の電圧が生じることはない。よって、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生はない。

【0052】

また、所定時間τ２は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度（例えば、安全規格で定める温度、半導体の定格で定める温度）に上昇する時間よりも短い時間に設定されるので、電子的開閉スイッチ１５は、安全な低い温度を維持し、また、熱破壊することがない。そして、電子的開閉スイッチ１５を開とする時点で直流電流路は切断（開）の状態とされる。

【0053】

つまり、所定時間τ２の最大許容時間は、電子的開閉スイッチ１５の許容温度によって定まり、所定時間τ２の最小許容時間は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリング持続時間であり、所定時間τ２はチャタリング持続時間以上の時間とされる。さらに、所定時間τ２が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ２は定められる。

【0054】

ここで、並列機械的開閉スイッチ１６を設けた第１実施形態のブレーカ２０ａの利点をまとめる。機械的開閉スイッチ１６の接点抵抗は、例えば、数ｍΩ（ミリオーム）程度であるが、電子的開閉スイッチ１５の接点抵抗は、例えば、数百ｍΩ程度となる場合がある。そのために、このようなブレーカが長時間に渡り電流路を導通（閉）とする場合には、電子的開閉スイッチ１５における抵抗損（電力損）は無視できないものであり、抵抗損に応じた発熱も無視できないものである。

【0055】

電子的開閉スイッチ１５の接点抵抗を低下させるために、半導体で形成された電子的開閉スイッチ１５のチップサイズを大きくして、導通時の抵抗を低くする解決策が考えられる。また、導通時におけるオン電圧を低くする解決策が考えられる。さらに、電子的開閉スイッチ１５で生じる発熱に対しては、発熱自体を阻止できないものの、熱伝導度の高い材料で形成した放熱板を用いて電子的開閉スイッチ１５の温度上昇を防止することができる。しかしながら、チップサイズを大きくする場合には、電子的開閉スイッチ１５の価格が高価なものとなる。また、放熱板を用いる場合には、ブレーカの大型化は避けられないこととなる。第１実施形態のブレーカ２０ａでは、電子的開閉スイッチ１５のチップサイズを大きくせず、ブレーカ２０ａのサイズの小型化を同時に測るものである。

【0056】

要するに第１実施形態のブレーカ２０ａでは、並列機械的開閉スイッチ１６の導通する時間を前後方向（より前の時刻から（前方向）より後の時刻まで（後方向））に覆うように、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を定めるものである。そして、前方向に覆う時間である所定時間τ１と後方向に覆う時間である所定時間τ２とは、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定するとともに、電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失が無視できる時間とする。また、所定時間τ２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定するものである。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、このブレーカ２０ａは導通とされる。

【0057】

図４は、図２に示すブレーカ２０ａの実施例を示す図である。図４を参照して、ブレーカ２０ａのより具体的な構成の一例を説明する。並列機械的開閉スイッチ１６の一実施例である並列機械的開閉スイッチ１６ａは、電気接点を機械的に開閉する継電器（リレー）５０と、継電器５０を駆動するバイポーラトランジスタ５１を有して、バイポーラトランジスタ５１を介して、継電器５０のコイル巻線に流す電流を制御することができるようになされている。例えば、コイル巻線に電流を流す場合に接点が閉とされ、コイル巻線に電流を流さない場合に接点が開とされる。

【0058】

電子的開閉スイッチ１５の一実施例である電子的開閉スイッチ１５ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ：モスエフイーテー）５３と、バイポーラトランジスタ５４とを主要な構成部品とし形成される。抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の接続点とバイポーラトランジスタ５４のコレクタとをＭＯＳ−ＦＥＴ５３のゲートに接続して、ＭＯＳ−ＦＥＴ５３は、直流電流路を開閉するようになされている。ここで、電子的開閉スイッチ１５ａを開路とする場合には、ゲート電圧を下げて、ドレインとソースとの間を高抵抗とし、電子的開閉スイッチ１５ａを閉路とする場合には、ゲート電圧を上げて、ドレインとソースとの間を低抵抗とするようになされている。

【0059】

スイッチ制御回路１４の一実施例であるスイッチ制御回路１４ａは、デジタルロジック回路１８と周辺回路で構成される。抵抗Ｒ４は、デジタルロジック回路１８に対して動作電圧を供給するためのものであり、動作電圧は、ゼナーダイオードＺＤとコンデンサＣとで定電圧化が図られている。ブレーカ制御信号Ｂ２ｓはデジタルロジック回路１８の信号入力端子Ｉに入力される。デジタルロジック回路１８は信号出力端子Ｏ１と信号出力端子Ｏ２とを具備し、信号出力端子Ｏ１からの信号は、バイポーラトランジスタ５１のベースに印加され、信号出力端子Ｏ２からの信号は、バイポーラトランジスタ５４のベースに印加されるようになされている。このようなスイッチ制御回路１４の一実施例であるスイッチ制御回路１４ａによって、図３のタイミングチャートに示す動作を実現できる。なお、信号出力端子Ｏ１からの信号のレベルがハイレベルのときに継電器５０の接点が閉とされ、信号出力端子Ｏ２からの信号のレベルがローレベルのときには、ＭＯＳ−ＦＥＴ５３のドレインとソースとの間を低抵抗とするように、すなわち、電子的開閉スイッチ１５ａを閉路とするようになされている。

【0060】

上述した回路例において、電子的開閉スイッチとして、ＭＯＳ−ＦＥＴを用い、このＭＯＳ−ＦＥＴを駆動する回路部としてバイポーラトランジスタを用いたが、この両者の組み合わせにおいて、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体デバイスをいかなるように組み合わせても同様な効果を得ることができる。例えば、電子的開閉スイッチとして、バイポーラトランジスタを用い、このバイポーラトランジスタを駆動する回路部としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いることもできるものである。

【0061】

（第２実形態のブレーカ）
図５は第２実形態のブレーカを示す図である。第２実形態のブレーカ２０ｂは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４１と、を備えている。ここで、直列機械的開閉スイッチ１６１は、電子的開閉スイッチ１５と直列に接続されるので、上述したように直列機械的開閉スイッチと称される。

【0062】

第２実形態のブレーカの特徴は、第１実施形態における直流電流路の閉路状態における電力損失が小さいという特徴を維持しながら、さらに、直流電流路の電子的開閉スイッチ１５に対して直列に直列機械的開閉スイッチ１６１を挿入して、直流電流路の切断をより確実なものとして、より安全性を向上するものである。

【0063】

第２実形態のブレーカ２０ｂにおける並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１は、第１実施形態のブレーカ２における並列機械的開閉スイッチ１６と同様の構成を有しており、第２実形態のブレーカ２０ｂにおける電子的開閉スイッチ１５は、第１実施形態のブレーカ２における電子的開閉スイッチ１５と同様の構成を有している。

【0064】

そして、この並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５とは並列に接続され、この並列接続回路と直列機械的開閉スイッチ１６１とは直列に接続されている。よって、並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５との並列接続回路とこの並列接続回路に対して直列接続される直列機械的開閉スイッチ１６１とで形成される直列接続回路が、電力系統と負荷との間に直列となるように配置されている。

【0065】

図６は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令、並列機械的開閉スイッチ１６、電子的開閉スイッチ１５および直列機械的開閉スイッチ１６１の開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。図６（Ａ）は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｂ）は、直列機械的開閉スイッチ１６１の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｃ）は、電子的開閉スイッチ１５の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｄ）は、並列機械的開閉スイッチ１６の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。このような制御はスイッチ制御回路１４１によって行われる。

【0066】

ここで、図６（Ｃ）と図６（Ｄ）に表された、電子的開閉スイッチ１５の切断（切断状態）および導通（導通状態）と並列機械的開閉スイッチ１６の切断（切断状態）と導通（導通状態）との相互の関係は、図３（Ｂ）と図３（Ｃ）に表されたものと同様である。つまり、図６と図３とに示す並列機械的開閉スイッチ１６は、図６と図３とに示すに示す電子的開閉スイッチ１５に対して同様の時間関係を有して動作する。

【0067】

つまり、電子的開閉スイッチ１５が導通となる時刻ｔ６から所定時間τ４の後である時刻ｔ７に並列機械的開閉スイッチ１６は導通するが、所定時間τ４（図６を参照）と所定時間τ１（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。また、並列機械的開閉スイッチ１６が切断となる時刻ｔ８から所定時間τ５の後である時刻ｔ９に電子的開閉スイッチ１５は切断するが、所定時間τ５（図６を参照）と所定時間τ２（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。

【0068】

図６を参照して、まず、ブレーカ２０ｂによって直流電流路を閉路とする場合の手順を説明する。

【0069】

ブレーカ制御信号Ｂ２ｓが出力される（図６（Ａ）の時刻ｔ５を参照）。スイッチ制御回路１４１は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令によって発生するトリガー信号に基づき直列機械的開閉スイッチ１６１を切断から導通に変化させる（図６（Ｂ）の時刻ｔ５を参照）。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令が導通（閉）となると、直列機械的開閉スイッチ１６１は導通（閉）となる。ここで、直列機械的開閉スイッチ１６１が導通しても、電子的開閉スイッチ１５、並列機械的開閉スイッチ１６のいずれもが開であるので、直列機械的開閉スイッチ１６１に電流が流れることはない。そして、スイッチ制御回路１４１は、時刻ｔ５から所定時間τ３後に電子的開閉スイッチ１５を導通させる。

【0070】

直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５とが導通する時刻ｔ６において直流電流路は閉となり負荷に電力が供給される。ここで、時刻ｔ５と時刻ｔ６との間の所定時間τ３の長さは、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点のチャタリングが収まる（消滅する）までの時間よりも長くしている。このようにして、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点にアークが生じることを防止している。

【0071】

このような手順で、切断から導通とする場合においては、直列機械的開閉スイッチ１６１を閉とする時点では、未だ電子的開閉スイッチ１５は開となっており、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点に電圧が加わることはないのでチャタリングが生じたとしても、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点にアークが生じることはない。

【0072】

上述したように、電子的開閉スイッチ１５と並列機械的開閉スイッチ１６との相互の動作の時間関係は、第１実施形態におけると同様であるが、以下に説明をする。電子的開閉スイッチ１５が導通となる時刻ｔ６から予め定めた所定時間τ４の後の時刻ｔ７に並列機械的開閉スイッチ１６は導通（閉）となる。ここで、所定時間τ４は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度以上に上昇しないような短い時間であることが望ましい。

【0073】

電子的開閉スイッチ１５の動作遅れが全く無く、スイッチ制御回路１４１からの制御信号によって直に導通状態となる場合には、所定時間τ４は、０であっても良いが、所定時間τ４の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に導通した後（電子的開閉スイッチ１５のオン電圧が十分に低くなった後）に並列機械的開閉スイッチ１６を導通させることを確保できる。仮に、並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通する場合には、並列機械的開閉スイッチ１６の接点のチャタリングによってアークが発生する可能性があり、このような制御は採用できない。

【0074】

次に、ブレーカ２０ｂによって直流電流路を開路とする場合の手順を説明する。制御器４が導通から切断に変化させるブレーカ制御信号Ｂ２ｓを送出する（図６（Ａ）の時刻ｔ８を参照）。ここで、制御器４が導通から切断に変化させる信号を送出するのは、電流信号Ｉ２ｓによって検出される電流の大きさが、規定の電流量（例えば、５０Ａ（アンペア））を超えたことを制御器４が検出した場合である。

【0075】

スイッチ制御回路１４１は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させる（図６（Ｃ）の時刻ｔ８を参照）。また、スイッチ制御回路１４１は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させてから所定時間τ５後の時刻ｔ９に電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させる。ここで、所定時間τ５は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定されるとともに、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定される。さらに、所定時間τ５が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ５は定められる。

【0076】

そして、電子的開閉スイッチ１５を開路とした後である所定時間τ６の後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を開路とする。ここで、所定時間τ６は０であっても良いが、所定時間τ６の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に切断した後に直列機械的開閉スイッチ１６１を切断させることを確保できる。

【0077】

このような手順で、導通から切断とする場合においては、並列機械的開閉スイッチ１６を開とする時点では、未だ電子的開閉スイッチ１５は閉となっており、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にチャタリングが生じたとしても、並列機械的開閉スイッチ１６の接点の両端には、電子的開閉スイッチ１５のオン電圧以上の電圧が生じることはなく、この接点間におけるアークの発生はない。そして、電子的開閉スイッチ１５を開とする時点で直流電流路は切断（開）の状態とされる。

【0078】

そして、最後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を切断（開）とすることによって直流電流路の切断をより確実なものとする。直列機械的開閉スイッチ１６１の切断は、時刻ｔ９よりも所定時間τ６遅れた時刻ｔ１０に行われるようにスイッチ制御回路１４１が制御をする。電子的開閉スイッチ１５の切断（開）が十分の行われた後（電子的開閉スイッチ１５が完全にオフ状態となった後）に行うように、所定時間τ６の長さを選択するのが望ましい。つまり、電子的開閉スイッチ１５の動作遅れが大きい場合には、所定時間τ６を長くして、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点がダメージを受けないようにする。

【0079】

要するに第２実形態のブレーカでは、並列機械的開閉スイッチの導通する時間を前後方向に覆うように、電子的開閉スイッチの導通する時間を定める。また、電子的開閉スイッチの導通する時間を前後方向に覆うように、直列機械的開閉スイッチの導通する時間を定める。ここで、直列機械的開閉スイッチの接点のチャタリングが収まる時間、電子的開閉スイッチの導通する時間を前方向に覆うにしている。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、このブレーカは導通とされる。

【0080】

（第３実施形態のブレーカ）
図７は、第３実施形態のブレーカを示す図である。図７に第３実施形態のブレーカとしてのブレーカ２０ｃを示す。第３実形態のブレーカ２０ｃは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４１と、を備えている。第３実施形態のブレーカの特徴は、第１実施形態における直流電流路の導通状態における電力損失が小さいという特徴を維持しながら、さらに、直流電流路に直列に直列機械的開閉スイッチ１６１を挿入して、直流電流路の切断をより確実なものとして、より安全性を向上するものである。

【0081】

第３実形態のブレーカ２０ｃにおける並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１は、第１実施形態のブレーカ２における並列機械的開閉スイッチ１６と同様の構成を有しており、第３実形態のブレーカ２０ｃにおける電子的開閉スイッチ１５は、第１実施形態のブレーカ２における電子的開閉スイッチ１５と同様の構成を有している。

【0082】

そして、この直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５とは直列に接続され、この直列接続回路と並列機械的開閉スイッチ１６とは並列に接続されている。よって、直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５との直列接続回路とこの直列接続回路に対して並列接続される並列機械的開閉スイッチ１６とで形成される並列接続回路が、電力系統と負荷との間に直列となるように配置されている。

【0083】

母線１３に挿入されている機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチの接続態様に着目して、図５に示す第２実形態のブレーカと図７に示す第３実施形態のブレーカとを対比する。図５に示す第２実形態のブレーカと図７に示す第３実施形態のブレーカのいずれにおいても直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５とは直列に接続されている。また、図５に示す第２実形態のブレーカでは、並列機械的開閉スイッチ１６は、電子的開閉スイッチ１５と並列に接続されており、図７に示す第３実施形態のブレーカでは、並列機械的開閉スイッチ１６は、直列機械的開閉スイッチ１６１を介して、電子的開閉スイッチ１５と並列に接続されている。

【0084】

第２実形態のブレーカ２０ｂと第３実形態のブレーカ２０ｃのこのような接続態様の共通性から、第３実施形態における、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令、並列機械的開閉スイッチ１６、電子的開閉スイッチ１５および直列機械的開閉スイッチ１６１の開閉の手順を示すタイミングチャートは図６と同様なものとなるので、再び図６を参照して説明をする。

【0085】

図６（Ａ）は、ブレーカ制御信号Ｂ２ｓの指令の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｂ）は、直列機械的開閉スイッチ１６１の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｃ）は、電子的開閉スイッチ１５の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｄ）は、並列機械的開閉スイッチ１６の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。このような制御はスイッチ制御回路１４１によって行われる。

【0086】

つまり、電子的開閉スイッチ１５が導通となる時刻ｔ６から所定時間τ４の後である時刻ｔ７に並列機械的開閉スイッチ１６は導通するが、所定時間τ４（図６を参照）と所定時間τ１（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。また、第１機械的開閉スイッチが切断となる時刻ｔ８から所定時間τ５の後である時刻ｔ９に電子的開閉スイッチ１５は切断するが、所定時間τ５（図６を参照）と所定時間τ２（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。また、所定時間τ３（図６を参照）と所定時間τ６（図６を参照）とは、第２実施形態におけると同様の意味内容を有する時間である。

【0087】

第３実形態のブレーカ２０ｃの開閉の手順は、第２実施形態に示したものと同様であるので説明を省略する。

【0088】

要するに第３実施形態のブレーカでは、並列機械的開閉スイッチ１６の導通する時間を前後方向に覆うように、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を定める。また、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を前後方向に覆うように、直列機械的開閉スイッチ１６１の導通する時間を定める。ここで、機械的開閉スイッチ（直列機械的開閉スイッチ）の接点のチャタリングが収まる時間、電子的開閉スイッチの導通する時間を前方向に覆うにしている。

【0089】

上述した、第１実施形態のブレーカないし第３実施形態のブレーカのいずれにおいても、ブレーカは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために、直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備えており、スイッチ制御回路は、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするものである。

【0090】

このようにすることによって、並列機械的開閉スイッチを閉路とするに際して、チャタリングによって、並列機械的開閉スイッチの接点にアークを生じさせることがない。また、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするので、この所定時間の間のみ電子的開閉スイッチには電流が流れ、電子的開閉スイッチの温度上昇が防止できる。そして、並列機械的開閉スイッチおよび電子的開閉スイッチの小型化、さらには、電子的開閉スイッチに設けられるヒートシンクの小型化が図られる。

【0091】

また、スイッチ制御回路は、直流電流路を開路とするに際しては、並列機械的開閉スイッチを開路とし、並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、電子的開閉スイッチを開路とするものである。

【0092】

また、上述した、第２実形態のブレーカおよび第３実施形態のブレーカのいずれにおいても、ブレーカは、電子的開閉スイッチと並列機械的開閉スイッチとに加えて、電子的開閉スイッチに直列に接続される直列機械的開閉スイッチを備えており、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際しては、直列機械的開閉スイッチが閉路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い所定時間後に、電子的開閉スイッチを閉路とするものである。

【0093】

また、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、電子的開閉スイッチを開路とした後に、直列機械的開閉スイッチを開路とするものである。

【0094】

このようにすることによって、第２実形態のブレーカおよび第３実施形態のブレーカのいずれにおいても、第１実施形態のブレーカと同様に、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするので、並列機械的開閉スイッチを閉路とするに際して、チャタリングによって、並列機械的開閉スイッチの接点にアークを生じさせることがない。また、この所定時間の間のみ電子的開閉スイッチには電流が流れ、電子的開閉スイッチの温度上昇が防止できる。そして、並列機械的開閉スイッチおよび電子的開閉スイッチの小型化、さらには、電子的開閉スイッチに設けられるヒートシンクの小型化が図られる。加えて、直列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとが直流電流路に直列に配置されるので、直列機械的開閉スイッチを開とすることによって、直列機械的開閉スイッチの２つの接点は離間され、物理的に直流電流路が切断されブレーカとしての安全性がより高まる。さらに、直列機械的開閉スイッチは最後に開とされるので、直列機械的開閉スイッチの接点にアークを生じさせることがない。

【0095】

「第１実施形態ないし第３実施形態のブレーカの変形例」
（電力回生回路付ブレーカ）
第１実施形態のブレーカないし第３実施形態のブレーカにおいて、ブレーカの出力端子Ｃ１と出力端子Ｄ１から負荷までの配線が長く配線がインダクタンスを有する場合、ブレーカ２０ｂの出力端子Ｃ２と出力端子Ｄ２から負荷までの配線が長く配線がインダクタンスを有する場合、または、ブレーカ２０ｃの出力端子Ｃ３と出力端子Ｄ３から負荷までの配線が長く配線がインダクタンスを有する場合においては、負荷の側、母線の側、または、ブレーカ２、ブレーカ２０ｂ、ブレーカ２０ｃの側、のいずれかに逆起電圧の発生に対する特別の配慮を払うことがブレーカに対して高電圧の印加を防止する観点より解決すべき課題となる。また、負荷がモータ等のインダクタンス成分を有する負荷である場合には、配線が短くとも同様の配慮をすることが望ましい。さらに、負荷がモータである場合には、生じる起電力をどのようにして有効活用するかが解決すべき課題となる。

【0096】

つまり、各ブレーカの出力側にインダクタンス負荷（インダクタンス成分を有する負荷）が接続される場合には、上述した各ブレーカの切断直後において、大きな逆起電圧が、出力端子Ｃ１と出力端子Ｄ１との間、出力端子Ｃ２と出力端子Ｄ２との間、出力端子Ｃ３と出力端子Ｄ３との間に印加されることとなる。この逆起電圧によって、各ブレーカおよび線路上の他の機器が影響を受け、各ブレーカおよび他の機器が破壊に至る場合もあり得る。

【0097】

このような逆起電圧が発生することを防止するためには、負荷の内部に転流ダイオードを設けておくことが望ましい。転流ダイオードの作用により大きな逆起電圧の発生を防止することができる。なお、負荷の内部に転流ダイオードを設けるか否かは、負荷である電気機器の製造者の意思によるので、電気機器の内部に転流ダイオードが設けられない場合もあり得る。この場合には、ブレーカから負荷に至るまでの線路中、または、ブレーカの内部に逆起電圧に対する対策を施すこととなる。

【0098】

さらに、負荷がモータ（電動機）である場合には、起電力を電力系統の側に戻す回生ダイオードを設けることが、より望ましい。転流ダイオード自体、回生ダイオード（電力回生ダイオード）自体は、公知技術である。しかしながら、電子的開閉スイッチ、または、機械的開閉スイッチによって電力系統と負荷との間の直流電流路が切断されてしまうブレーカにおいて、どのようにして、転流ダイオード、回生ダイオードの技術を利用するかについては、まだ、知られていない。

【0099】

以下における実施形態の変形例は、上述したブレーカに、さらに、転流ダイオード、回生ダイオードを付加するブレーカを提供するものである。そして、逆起電圧の発生を防止し、起電力を電力系統の側に戻すという課題を解決するものである。

【0100】

各ブレーカにおける逆起電圧に対する対策としては、各ブレーカの内部であって、出力端子Ｃ１と出力端子Ｄ１との間、出力端子Ｃ２と出力端子Ｄ２との間、出力端子Ｃ３と出力端子Ｄ３との間に転流ダイオードを予め設けるようにすることができる。

【0101】

以下の説明における符号については、第１実施形態の変形例においては、入力端子Ａ１、入力端子Ｂ１、出力端子Ｃ１、出力端子Ｄ１の符号を付して原型が認識できるようにする。また、第２実施形態の変形例においては、入力端子Ａ２、入力端子Ｂ２、出力端子Ｃ２、出力端子Ｄ２の符号を付して原型が認識できるようにする。また、第３実施形態の変形例においては、入力端子Ａ３、入力端子Ｂ３、出力端子Ｃ３、出力端子Ｄ３の符号を付して原型が認識できるようにする。直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５からなるスイッチで構成される新たな実施形態の変形例においては、入力端子Ａ４、入力端子Ｂ４、出力端子Ｃ４、出力端子Ｄ４の符号を付して原型が認識できるようにする。

【0102】

図８は、ブレーカの第１変形例を示す図である。図８示すブレーカ２０ｄでは、ブレーカの内部に転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆを設けた図である。図８に示すブレーカ２０ｄの各部については、ダイオードＤｆ以外は図２に示すブレーカ２と同様であるので、説明を省略する。ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ１と出力端子Ｄ１との間に逆バイアスとなるように設ければよく、その位置は厳密に特定されるものではない。このように、ブレーカ２０ｄの内部にダイオードＤｆを逆バイアスとなるように設けることによって、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後にダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｄが破壊することを防止できる。

【0103】

回生ダイオードについては、ブレーカ２０ｄでは、電子的開閉スイッチとしてＭＯＳ−ＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴの逆バイアスとされるボディダイオード（図２を参照）が回生ダイオードの作用を果すことになる。よって、必ずしも、回生ダイオードを付加する必要はない。電子的開閉スイッチとしてバイポーラトランジスタを用いる場合には、ボディダイオードと同位置に回生ダイオードを設けることになる。このようにして、ブレーカ２０ｄが開となった直後には、通常動作時には逆バイアスとされるボディダイオードに、回生電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0104】

図９は、ブレーカの第２変形例を示す図である。図９に示すブレーカ２０ｅは、図５に示すブレーカ２０ｂに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、入力端子Ｂ２と出力端子Ｄ２との間に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ２と出力端子Ｄ２との間に逆バイアスとなるように接続されている。

【0105】

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｅが破壊することを防止することができる。また、ダイオードＤｒに順方向電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0106】

図１０は、ブレーカの第３変形例を示す図である。図１０に示すブレーカ２０ｆは、図７に示すブレーカ２０ｃに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、入力端子Ｂ３と出力端子Ｄ３との間に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ３と出力端子Ｄ３との間に逆バイアスとなるように接続されている。

【0107】

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｆが破壊することを防止することができる。また、ダイオードＤｒに順方向電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0108】

図１１は、ブレーカの第４変形例を示す図である。図１１に示すブレーカ２０ｇは、電子的開閉スイッチ１５と機械的開閉スイッチ１６に対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、入力端子Ｂ４と出力端子Ｄ４との間に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ４と出力端子Ｄ４との間に逆バイアスとなるように接続されている。

【0109】

ブレーカ２０ｇでは、スイッチ制御回路１１４は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際しては、直列機械的開閉スイッチ１６１が閉路とされた後に、電子的開閉スイッチ１５を閉路とし、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、電子的開閉スイッチ１５が開路とされた後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を開路とするものである。このようにして直列機械的開閉スイッチ１６１にアーク放電が生じるのを防止できる。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、このブレーカは導通とされる。

【0110】

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｇが破壊することを防止する。また、ダイオードＤｒに順方向電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0111】

図１２は、ブレーカの第５変形例を示す図である。図１２に示すブレーカ２０ｈは、図５に示すブレーカ２０ｂに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、直列機械的開閉スイッチ１６１に並列に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ２と出力端子Ｄ２との間に逆バイアスとなるように接続されている。

【0112】

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｈが破壊することを防止できる。また、ダイオードＤｒと電子的開閉スイッチ１５のボディダイオードとに順方向電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0113】

図１３は、ブレーカの第６変形例を示す図である。図１３に示すブレーカ２０ｉは、図７に示すブレーカ２０ｃに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、直列機械的開閉スイッチ１６１に並列に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ３と出力端子Ｄ３との間に逆バイアスとなるように接続されている。

【0114】

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｉが破壊することを防止できる。また、ダイオードＤｒと電子的開閉スイッチ１５のボディダイオードとに順方向電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0115】

図１４は、ブレーカの第７変形例を示す図である。図１４に示すブレーカ２０ｊは、電子的開閉スイッチ１５と直列機械的開閉スイッチ１６１に対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒを接続している。ダイオードＤｒは、直列機械的開閉スイッチ１６１に並列に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃ４と出力端子Ｄ４との間に逆バイアスとなるように接続されている。

【0116】

ブレーカ２０ｊでは、スイッチ制御回路１１４は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際しては、直列機械的開閉スイッチ１６１が閉路とされた後に、電子的開閉スイッチ１５を閉路とし、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、電子的開閉スイッチ１５が開路とされた後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を開路とするものである。このようにして直列機械的開閉スイッチ１６１にアーク放電が生じるのを防止できる。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、このブレーカは導通とされる。

【0117】

また、上述の構成を採用して、インダクタンスを有する負荷の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、ブレーカ２０ｊが破壊することを防止できる。また、ダイオードＤｒと電子的開閉スイッチ１５のボディダイオードとに順方向電流を流して負荷に生じる電力を電力系統に回生することができる。

【0118】

上述した、実施形態の変形例では、ブレーカの出力端の両端に、逆バイアスとなるように接続されるダイオードＤｆ（転流ダイオード）を備える。さらに、電子的開閉スイッチに対して逆バイアスとなるように並列に接続されるダイオードＤｒ（回生ダイオード）、または、電子的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチの直列接続回路に対して逆バイアスとなるように並列に接続されるダイオードＤｒ（回生ダイオード）、もしくは、機械的開閉スイッチに対して逆バイアスとなるように並列に接続されるダイオードＤｒ（回生ダイオード）を備えるようにしている。

【0119】

上述した、実施形態の変形例では、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと、回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとの両方を設けるとして説明をした。しかしながら、負荷がインダクタンス成分（例えば、転流ダイオードの両端から負荷までの配線インダクタンス成分、負荷自体のインダクタンス成分）を有する場合においては、転流ダイオードのみを設ける場合でも、ブレーカの出力端子間に生じる逆起電圧の発生を防止することができる。また、負荷がモータ（電動機）で起電力を生じる場合においては、回生ダイオードのみを設ける場合でも、回生電力を電力系統に戻すことができる。

【0120】

転流ダイオードと回生ダイオードとの両方を設ける場合には、上述したように、負荷がインダクタンス成分を有する場合、負荷がモータである場合を含み、さらに、広範囲な種類の負荷に対して、ブレーカの出力端子間に生じる逆起電圧の発生を防止し、または／および、回生電力を電力系統に戻すことができる。

【0121】

例えば、負荷がモータである場合には以下のように転流ダイオードと回生ダイオードの各々が時間差を有して動作をする。ブレーカを切断した直後に、配線インダクタンス成分およびモータの巻線のインダクタンス成分に起因する逆起電圧が発生しようとするが、転流ダイオードによってこの逆起電圧の発生を防止することができるとともに、転流ダイオードに流れる順方向電流によってモータは回転させられる。その後、転流ダイオードの順方向電流が無くなれば、モータは発電機となり、回生ダイオードに順方向電流が流れて回生電力を電力系統に戻すことができる。

【0122】

（スイッチの挿入箇所の変形例）
第１実施形態のブレーカないし第３実施形態のブレーカ、および、転流ダイオード、回生ダイオードを有する実施形態のブレーカの変形例においては、機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチは、いずれも、入力端子Ｂ１と出力端子Ｄ１との間、入力端子Ｂ２と出力端子Ｄ２との間、入力端子Ｂ３と出力端子Ｄ３との間、入力端子Ｂ４と出力端子Ｄ４との間、に挿入されるものとして説明をした。しかしながら、機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチと回生ダイオードとは、入力端子Ａ１と出力端子Ｃ１との間、入力端子Ａ２と出力端子Ｃ２との間、入力端子Ａ３と出力端子Ｃ３との間、入力端子Ａ４と出力端子Ｃ４との間、に挿入するようにしても、所望の効果を生じさせることができる。つまり、母線１２と母線１３のいずれの側に、直列機械的開閉スイッチまたは/および並列機械的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチと、回生ダイオードと、を挿入しても、同一の効果を得ることができる。

【0123】

（第４実施形態のブレーカ）
図１５は第４実施形態のブレーカを示す図である。図１５に沿って第４実施形態のブレーカ２０ｋについて説明する。ブレーカ２０ｋは、図２に示すブレーカ２０ａと主要部を共通として、制御器４からの制御を受けることなく、スイッチ制御回路１４の制御でブレーカとして機能するものである。ブレーカ２０ｋは、負荷と直流の電力系統との間に挿入して用いられる。ブレーカ２０ｋは、図入力端子Ａ１と入力端子Ｂ１と出力端子Ｃ１と出力端子Ｄ１とを有する四端子回路である。電力系統は、入力端子Ａ１（＋側）と入力端子Ｂ１（−側）とに対して接続されている。負荷は、四端子回路の出力端子Ｃ１（＋側）と出力端子Ｄ１（−側）とに対して接続される。

【0124】

ブレーカ２０ｋは、並列機械的開閉スイッチ１６と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４と、リセットスイッチ１７と、を備えている。ここでそして、この並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５とは並列に接続され、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の並列接続回路が、電力系統と負荷との間の直流電流路に挿入されている。

【0125】

ブレーカ２０ｋはブレーカ２０ａと同様に、並列接続された並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５は、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５のいずれもが、入力端子Ｂ１の側のマイナス側の母線１３に挿入され電力系統と負荷との間に直列に接続されている。このために、並列機械的開閉スイッチ１６または電子的開閉スイッチ１５のいずれか一方を閉（導通）とすると直流電流路は導通（閉路）とされ、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の両方を開（切断）とすると直流電流路は切断（開路）とされる。この開閉の動作によって、負荷への電力供給を絶ち、または、負荷に電力系統からの電力を供給することができる。なお、図１５では並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５が、マイナス側の母線１３に挿入されているが、入力端子Ａ１の側のプラス側の母線１２に挿入しても同様な作用効果を奏する。

【0126】

スイッチ制御回路１４は、並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５との両者の相互の開閉時間差を制御する。リセットスイッチ１７は、押圧すると閉（導通）となり、押圧しないと開となる、開閉をおこなうプッシュスイッチである。リセットスイッチ１７は、ブレーカ２０ｋが過電流によって切断した後に、再び、ブレーカを導通とするために、スイッチ制御回路１４に対して、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の閉の契機となるトリガー信号を与える。リセットスイッチ１７は、人によって操作されるスイッチである。

【0127】

図１６は、図１５に示す第４実施形態における、リセット信号Ｒｓの状態、電流信号Ｉ２ｓの状態、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の開閉の状態をタイミングチャートで示す図である。図１６（Ａ）は、リセット信号Ｒｓを示す。ブレーカ２０ｋが切断の動作をした後に再びブレーカ２０ｋを導通とするために、リセットスイッチ１７を押圧して閉とするとリセットスイッチ１７の両端の電圧が変化する。このときに生じる電圧変化の一方のエッジ（例えば、立上エッジ）をリセット信号Ｒｓとしてスイッチ制御回路１４の内部で用いる。ブレーカ２０ｋの具体的な実施例は、図４に示すものと同様の回路が用いられる。

【0128】

図１６（Ｂ）は、電流信号Ｉ２ｓによって検出される直流電流路を流れる電流（図１６（Ｂ）中の一点鎖線）が、予め設定される許容電流（図１６（Ｂ）中の二点鎖線）を超えた場合に、スイッチ制御回路１４の内部で発生するブレーカ切断信号Ｂｃｓを示す。図１６（Ｃ）は、電子的開閉スイッチ１５が開である切断と閉である導通を示す。図１６（Ｄ）は並列機械的開閉スイッチ１６が開である切断と閉である導通を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。図１６を参照して、ブレーカ２０ｋの開閉の動作を説明する。まず、ブレーカ２０ｋによって直流電流路を閉路とする場合の手順を説明する。

【0129】

一旦、ブレーカ２０ｋが切断した状態において、リセットスイッチ１７の操作者が、リセットスイッチ１７を押圧すると立上エッジを有するパルス信号であるリセット信号Ｒｓが発生する（図１６（Ａ）の時刻ｔ６１を参照）。スイッチ制御回路１４は、リセットスイッチ１７によって発生するリセット信号Ｒｓに基づき並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５を切断から導通に変化させる（図１６（Ｃ）の時刻ｔ６１、図１６（Ｄ）の時刻ｔ６２を参照）。すなわち、図１６（Ｃ）に示すように、リセット信号Ｒｓが発生すると、電子的開閉スイッチ１５は、原理的には動作遅れなく、実際の半導体素子ではごく僅かの動作遅れを有して導通（閉）となる。一方、図１６（Ｄ）に示すように、リセット信号Ｒｓが発生すると、並列機械的開閉スイッチ１６は予め定めた所定時間τ６１の後に導通（閉）となる。ここで、時刻ｔ６１と時刻ｔ６２の間の所定時間τ６１の間は、電子的開閉スイッチ１５のみが導通する。そして所定時間τ６１の間は電子的開閉スイッチ１５において電力損失が発生するので、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度以上（例えば、６０℃以上）に上昇しないような短い時間に所定時間τ６１は設定されている。

【0130】

所定時間τ６１は電子的開閉スイッチ１５の動作遅れ以上であれば良い。所定時間τ６１の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に導通した後（電子的開閉スイッチ１５のオン電圧が十分に低くなった後）に並列機械的開閉スイッチ１６を導通させることを確保できる。このように所定時間τ１を設定することによって並列機械的開閉スイッチ１６の接点に高電圧が印加されたまま回路を閉とし、その結果として、接点に熱損失が生じるようなことはない。

【0131】

つまり、所定時間τ６１の最大許容時間は、電子的開閉スイッチ１５の許容温度によって定まり、所定時間τ６１の最小許容時間は、並列機械的開閉スイッチ１６の接点の許容熱損失と電子的開閉スイッチ１５の導通速度とによって定まる。さらに、所定時間τ６１が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ６１は定められる。

【0132】

このようにして、並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通しないようにしている。並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通する場合には、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にアークが発生して接点の損傷を生じるおそれがある。特に、接点のチャタリングによってアークが発生する可能性は倍加する。

【0133】

次に、ブレーカ２０ｋによって直流電流路を開路とする場合の動作を説明する。過電流を検出してブレーカ切断信号Ｂｃｓが発生する（図１６（Ｂ）の時刻ｔ６３を参照）。スイッチ制御回路１４は、ブレーカ切断信号Ｂｃｓに基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させる（図１６（Ｄ）の時刻ｔ６３を参照）。また、スイッチ制御回路１４は、ブレーカ切断信号Ｂｃｓに基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させてから所定時間τ６２後の時刻ｔ６４に電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させる。ここで、時刻ｔ６３と時刻ｔ６４との間の所定時間τ６２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定されるとともに、所定時間τ６２は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定する。

【0134】

このような手順で、導通から切断とする場合においては、所定時間τ６２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間に設定されている。よって、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まった後、並列機械的開閉スイッチ１６が完全に開となった時点において、未だ電子的開閉スイッチ１５は閉となっている。そのために、所定時間τ６２以内の時間において、電子的開閉スイッチ１５が、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴの場合には、電子的開閉スイッチ１５の抵抗値は小さく、電子的開閉スイッチ１５の両端に生じる電圧は小さい。よって、所定時間τ６２以内の時間において、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にチャタリングが生じたとしても、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生はない。

【0135】

また、電子的開閉スイッチ１５が、例えば、バイポーラトランジスタの場合には、接点の両端には、電子的開閉スイッチ１５のオン電圧以上の電圧が生じることはない。よって、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生はない。

【0136】

また、所定時間τ６２は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度（例えば、安全規格で定める温度、半導体の定格で定める温度）に上昇する時間よりも短い時間に設定されるので、電子的開閉スイッチ１５は、安全な低い温度を維持し、また、熱破壊することがない。そして、電子的開閉スイッチ１５を開とする時点で直流電流路は切断（開）の状態とされる。

【0137】

つまり、所定時間τ６２の最大許容時間は、電子的開閉スイッチ１５の許容温度によって定まり、所定時間τ６２の最小許容時間は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリング持続時間であり、所定時間τ６２はチャタリング持続時間以上の時間とされる。さらに、所定時間τ６２が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ６２は定められる。

【0138】

要するに第４実施形態では、ブレーカ２０ｋが自ら判断して、直流電流路を切断し、リセットスイッチ１７を操作することによって、再び、ブレーカ２０ｋを導通とすることができる。そして、並列機械的開閉スイッチ１６の導通する時間を前後方向（より前の時刻から（前方向）より後の時刻まで（後方向））に覆うように、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を定めるものである。そして、前方向に覆う時間である所定時間τ６１と後方向に覆う時間である所定時間τ６２とは、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定するとともに、電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失が無視できる時間とする。また、所定時間τ６２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定するものである。

【0139】

第４実施形態は、第１実施形態の変形例であり、ブレーカの内部に、ブレーカを切断する判断機構を有するものである。判断機構は、電流路に流れる電流の大きさと、所定の許容電流の大きさを比較し、電流路に流れる電流が許容電流を超えるときにブレーカを切断する。そして、リセットスイッチを押圧することによって、ブレーカを再び導通とすることができる。第２実施形態、第３実施形態、および、これらの変形例である、ブレーカ２０ｂ、ブレーカ２０ｃ、ブレーカ２０ｄ、ブレーカ２０ｅ、ブレーカ２０ｆ、ブレーカ２０ｇ、ブレーカ２０ｈ、ブレーカ２０ｉ、ブレーカ２０ｊにおいても、第４実施形態におけるとどうようにして、ブレーカの内部に、ブレーカを切断する判断機構と再びブレーカを導通とするリセット機構とを、その内部に配することができる。

【0140】

「電力監視制御装置の制御方法」
上述した実施形態のブレーカを用いて、図１に示す電力監視制御装置１をどのように制御するかについて説明をする。

【0141】

以下に説明する、ブレーカ２、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２３、ブレーカ２４、ブレーカ２５は、いずれも、上述した、ブレーカ２０ａ、ブレーカ２０ｂ、ブレーカ２０ｃ、ブレーカ２０ｄ、ブレーカ２０ｅ、ブレーカ２０ｆ、ブレーカ２０ｇ、ブレーカ２０ｈ、ブレーカ２０ｉ、ブレーカ２０ｊのいずれか、一つを適宜に用いることができる。ブレーカ２０ａ〜ブレーカ２０ｊとして示すように、内部に制御器４（図１を参照）によって制御されるスイッチ制御回路を有しているので、このスイッチ制御回路の機能を用いて、許容電流の設定をすることができる。

【0142】

（第１実施形態の電力監視制御装置およびその制御方法）
実施形態の電力監視制御装置１（図１を参照）において採用される、第１実施形態の電力監視制御装置の技術について説明をする。

【0143】

第１実施形態の電力監視制御装置１の制御技術では、制御器４によって制御される送受信器５は、発電所１１に対してブレーカの電流容量の設定の許諾を求める。ここで、許諾を求める電流容量の設定値は、例えば、制御器４の操作パネルに設けられたキーボードを用いて入力される。発電所１１に対して許容電流の設定を求めることができるブレーカは、他のブレーカを経由することなく電力系統に接続されるブレーカ（主ブレーカ）だけである。

【0144】

電力監視制御装置１では、主ブレーカである、ブレーカ２とブレーカ２３とが発電所１１に対して許容電流の設定を求めることができるブレーカである。許容電流の設定が発電所１１によって許可されない場合にはブレーカは導通されることがない。以下においては、ブレーカ２とブレーカ２３とは、ブレーカ２０ａによって構成されているとして説明をするが、上述したように当然に、ブレーカ２０ａ以外のブレーカ２０ｂ〜ブレーカ２０ｊのいずれか一つを用いることもできる。

【0145】

ブレーカ２とブレーカ２３との各々のブレーカのスイッチ制御回路１４（図２を参照）には、パスワードを記録したロム（ROM）が装着され、または、パスワードを記録した記録媒体が装着可能とされている。このパスワードは、発電所１１が予め指定するものである。よって、制御器４は、バスライン２６を経由して、各ブレーカのパスワードを検索して、予め、発電所１１が許可したパスワードを有するブレーカを特定することができる。

【0146】

例えば、制御器４は、ブレーカ２に対しては５０Ａの許容電流、ブレーカ２３に対しては１０Ａの許容電流を設定することを発電所１１に対して要求する。発電所１１が、この要求を認める場合には、発電所１１の送受信器（図示せず）が、電力監視制御装置１の送受信器５に対して、発電所１１から送出されるパスワードを付して発電所が特定する許容電流の設定の許可を送信する。

【0147】

送受信器５に対しての設定の許可を受け取った制御器４は、ブレーカ２に対しては５０Ａの許容電流、ブレーカ２３に対しては１０Ａの許容電流を設定する。具体的には、発電所１１からのパスワードと、ユーザの要望に基づいた許容電流（５０Ａ）をブレーカ制御信号Ｂ２ｓの中に含めてブレーカ２の許容電流を設定する。また、発電所１１からのパスワードと、ユーザの要望に基づいた許容電流（１０Ａ）をブレーカ制御信号Ｂ２３ｓの中に含めてブレーカ２３の許容電流を設定する。

【0148】

このようにして、発電所１１は、直流発電機１０の発電能力を判断して、各家庭、各工場、各施設に許容電流を割り当て（例えば、ある家庭には、５０Ａの許容電流のブレーカ１台、１０Ａの許容電流のブレーカ１台を割り当てる）、許容電流の大きさに応じて、基本電気料金（消費した電力量に関係なく許容電流量に応じて課される料金、または、消費した電力の単価を許容電流量に応じて定める料金）を課金する。

【0149】

また、補助ブレーカ（主ブレーカ以外のブレーカ）である、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４、ブレーカ２５については、発電所１１の許可を得ることなく、制御器４が許容電流を割り当てる。具体的には、制御器４の操作パネルを操作して出力される、ブレーカ制御信号Ｂ２１ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２２ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２４ｓ、ブレーカ制御信号Ｂ２５ｓによって、これらのブレーカに対して許容電流が設定される。例えば、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４、ブレーカ２５の各々の許容電流は１７Ａに設定される。

【0150】

ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４、の作用によって、ブレーカ２による保護に加えて、さらに、細かく、負荷Ｌ１、負荷Ｌ２、負荷Ｌ４の各々に対して過大電流が流れることを防止して、負荷Ｌ１、負荷Ｌ２、負荷Ｌ４を保護することができる。また、ブレーカ２３の作用によって、負荷Ｌ３に対して過大電流が流れることを防止して、負荷Ｌ３を保護することができる。また、ブレーカ２５の作用によって、太陽光パネルＴｔから過大電流が流れることを防止して、太陽光パネルＴｔを保護することができる。

【0151】

入力電力・出力電力計３は、電力系統から流入する入力電力を積算し、電力系統へ戻す電力量を積算する。ここで、入力電力は、太陽光パネルＴｔからの電力ではまかなえない負荷で消費される電力に対応する。また、出力電力は、太陽光パネルＴｔの余剰電力と負荷から得られる回生電力の余剰電力と負荷に発生する逆起電圧電力の余剰電力の和に対応する。余剰電力とは、負荷で消費しても余る電力をいうものである。

【0152】

すなわち、第１実施形態の電力監視制御装置の制御技術では、実施形態のブレーカを用いて、ブレーカに設定された許容電流を超える負荷に対する過電流を防止して負荷の保護をすることができる。ここで、ブレーカに回生ダイオードを採用する場合には、電力系統に回生電力を戻すことができ、ブレーカに転流ダイオードを採用する場合には、負荷のインダクタンスに応じた逆起電力を直流電力系統に戻すことができる。

【0153】

また、第１実施形態の電力監視制御装置の制御技術では、他のブレーカを介することなく電力系統に接続されるブレーカ（主ブレーカ）については、予め、許可を受けたパスワードとともに所望する許容電流の値を発電所に送信する。そして、発電所から許可を受けた許容電流の値をパスワードとともに受け取り、他のブレーカを介することなく電力系統に接続されるブレーカ（主ブレーカ）については、その許容電流の値を設定する。

【0154】

（第２実施形態の電力監視制御装置およびその制御方法）
実施形態の電力監視制御装置１において採用される、第２実施形態の電力監視制御装置の技術について説明をする。

【0155】

第２実施形態の電力監視制御装置１の制御技術では、発電所１１の指令によって、ブレーカの許容電流の値を変更する。発電所１１がこのような制御をすることを許容する旨の契約（最大電力可変契約）を電力供給会社とユーザとが予め結ぶことによって、ユーザは基本料金の割引を受けることができる。

【0156】

発電所１１の電力供給能力には限界があり、直流発電機１０の発電効率もある一定の電力を供給し続けた場合に最も効率が良い。そこで、発電所１１は、供給電力の総量を監視し、電力供給能力の限界に発電する電力量が接近すると、最大電力可変契約を結んだ、各家庭、各工場、各施設のブレーカの許容電流の値を一方的に段階的に減少させる。例えば、５０Ａ、４０Ａ、３０Ａのように３段階に減少させる契約を結んだ家庭に対しては、電力需要に応じて、５０Ａから４０Ａにブレーカの許容電流を減少させる設定をし、さらに、電力需要が増加する場合には、４０Ａを３０Ａに減少させる設定をする。

【0157】

図１を参照して、電力監視制御装置１における処理の内容を説明する。送受信器５は、発電所１１からのブレーカ２の許容電流制御の指令を受信する。この指令が発電所１１からの指令であることは、パスワードによって確認される。制御器４は、ブレーカ２の許容電流を５０Ａから４０Ａに設定変更する指令が発せられたことを解読すると、ブレーカ制御信号Ｂ２１ｓをブレーカ２に対して送信して、ブレーカ２の許容電流を変更する。制御器４は、ブレーカ２の許容電流の設定の変更がされた後に、許容電流の設定変更完了の通知を、送受信器５を介して発電所１１に送信する。そして、制御器４は、制御器４の操作パネルの液晶の表示板（図示せず）に５０Ａから４０Ａに許容電流が変更された旨を表示する。必要に応じて音声アラームによって許容電流の変更を音響で知らせるようにしても良い。

【0158】

上述した許容電流の変更をいきなりすると、４０Ａ以上の電流をブレーカ２が流している場合には、ブレーカ２が切断してしまうことになる。このような事態を防止するために、制御器４は、現在のブレーカ２を流れる電流を検出する信号である電流信号Ｉ２ｓを電流検出器１４３（図２を参照）によって検出して、電流信号Ｉ２ｓが４０Ａに近いか、それ以上である場合には、制御器４の操作パネルの液晶の表示板に警告表示をするとともに、アラーム音で警告して、所定時間後に許容電流の変更をするようにしても良い。

【0159】

また、上述した許容電流の変更をする前に、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４（補助ブレーカ）の許容電流の設定を変更する。許容電流の設定は、予め設定変更の優先順位が付けられたブレーカの順番（ブレーカが切断してもその影響がより少ない機器が接続されたブレーカをより設定変更の優先順位が高い順番とする）、例えば、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４の順番で許容電流を減らす設定をする。具体的には、例えば、ブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４の電流が、各々１７Ａに設定されている場合に、最も設定変更の優先順位が高いブレーカ２１の電流設定を１７Ａから５Ａに設定変更をする。

【0160】

このようにして、主ブレーカであるブレーカ２に先立ち、補助ブレーカであるブレーカ２１、ブレーカ２２、ブレーカ２４のいずれかが先に電流路を切断するようにして、ブレーカ２の切断を防止して、屋内配線のすべてに対する給電が断たれることを防止することができる。

【0161】

すなわち、第２実施形態の電力監視制御装置の制御技術では、実施形態のブレーカを用いて、他のブレーカを介することなく電力系統に接続されるブレーカ（主ブレーカ）に設定される許容電流を発電所からの指令によって変更することができる。また、ブレーカに回生ダイオードを採用する場合には、電力系統に回生電力を戻すことができ、ブレーカに転流ダイオードを採用する場合には、電力系統に逆起電力を戻すことができる。

【0162】

また、第２実施形態の電力監視制御装置の制御技術では、主ブレーカの許容電流の設定変更にともない、さらに、予め定める優先順位に従って、補助ブレーカの許容電流の設定変更をおこなうことができる。

【0163】

（第３実施形態の電力監視制御装置およびその制御方法）
実施形態の電力監視制御装置１において採用される、第３実施形態の電力監視制御装置の技術について説明をする。

【0164】

第３実施形態の電力監視制御装置１の制御技術では、発電所１１の指令によって、ブレーカの導通の時間と切断の時間とを定める。発電所１１がこのような制御をすることを許容する旨の契約（供給時間制限契約）を電力供給会社とユーザとが予め結ぶことによって、ユーザは基本料金の割引を受けることができる。

【0165】

上述したように、発電所１１の電力供給能力には限界があり、直流発電機１０の発電効率もある一定の電力を供給し続けた場合に最も効率が良い。そこで、発電所１１は、供給電力の平準化を図るために、供給時間制限契約を結んだ、各家庭、各工場、各施設のブレーカの導通と切断とをおこなう。例えば、夜間の午前２時から午前５時までは、供給時間制限契約を結んだ家庭に対しては、特定の主ブレーカの導通を指令する。

【0166】

図１を参照して、電力監視制御装置１における処理の内容を説明する。送受信器５は、午前２時に発電所１１からのブレーカ２３の導通の指令を受信する。この指令が発電所１１からの指令であることは、パスワードによって確認される。制御器４は、ブレーカ２３の許容電流を、例えば、１０Ａに設定する指令が発せられたことを解読すると、ブレーカ制御信号Ｂ２３ｓをブレーカ２３に対して送信して、ブレーカ２３の許容電流を１０Ａに設定する。

【0167】

制御器４は、ブレーカ２３の許容電流の設定がされた後に、許容電流の設定完了の通知を、送受信器５を介して発電所１１に送信する。そして、制御器４は、制御器４の操作パネルの液晶の表示板（図示せず）に許容電流が設定された旨を表示する。

【0168】

ここで、例えば、ブレーカ２３から供給される電力は、電池で走行する電気自動車の蓄電池を充電するための電力である。このような用途に用いる電力は常時、使用するものではなく、ユーザのライフスタイルに応じて異なるものである。よって、夜間の午前２時から午前５時までに限ることなく、電気自動車の蓄電池に充電をする時間帯を、ユーザの希望に合わせて、各家庭、各工場、各施設でずらすことができる。このときに、発電所１１の電力供給能力に対してより需要が少ない時間帯における電気料金をより安く設定することによって、発電所１１から供給する電力の量を平準化することができる。

【0169】

また、第３実施形態の電力監視制御装置の技術によれば、電力需要が少なく、供給時間制限契約によって電気料金が安い時間に電気自動車の蓄電池に充電し、電力需要が大きく、供給時間制限契約によって電気料金が高い時間に電気自動車の蓄電池からの電力を発電所１１に対して供給することによって、電力需要の不足を補い、ユーザに対しては電気料金の差額の利益を与えることができる。これによって、発電所１１における直流発電機１０に対する過剰な設備投資を抑え、電気料金も下げることが可能とできる。

【0170】

ここで、回生ダイオードを採用するブレーカを用いることによって、電気自動車の蓄電池からの電力を発電所１１に対して供給することが可能とできる。

【0171】

すなわち、第３実施形態の電力監視制御装置の制御技術では、実施形態のブレーカを用いて、他のブレーカを介することなく電力系統に接続されるブレーカ（主ブレーカ）を導通とする時間を発電所からの指令によって設定することができる。

【0172】

また、電気自動車の蓄電池を用いて、電力需要の平準化を図ることができるので、電力会社とユーザの両方に利益を与えることができる。なお、発電所と電力監視制御装置との間における通信は、電力系統を用いるのみならず、電話回線、インターネット、無線回線のいずれを用いるものであっても良い。

【0173】

上述した種々の実施形態に開示された個々の技術を組み合わせた、新たな実施形態も実施可能である。また、本発明は上述した実施形態およびこれらを組み合わせた実施形態の範囲に限られるものではない。

【符号の説明】

【0174】

１ 電力監視制御装置、 ２、２１、２２、２３、２４、２５、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ ブレーカ、 ３ 入力電力・出力電力計、 ４ 制御器、 ５ 送受信器、 １０ 直流発電機、 １１ 発電所、 １２ （プラス側の）母線、 １３ （マイナス側の）母線、 １４、１４ａ スイッチ制御回路、 １５、１５ａ 電子的開閉スイッチ、 １６、１６ａ 並列機械的開閉スイッチ、 １８ デジタルロジック回路、 ２６ バスライン、 ５０ 継電器、 ５１、５４ バイポーラトランジスタ、 １１４、１４１ スイッチ制御回路、 １６１ 直列機械的開閉スイッチ、 １４３ 電流検出器、 Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４、Ａ２５、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４、Ｂ２５ 入力端子、 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３、Ｃ２４、Ｃ２５、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４、Ｄ２５ 入力端子、 Ｂ２ｓ、Ｂ２１ｓ、Ｂ２２ｓ、Ｂ２３ｓ、Ｂ２４ｓ、Ｂ２５ｓ ブレーカ制御信号、 Ｄｆ （転流ダイオード）ダイオード、 Ｄｒ （回生ダイオード）ダイオード、 Ｉ 信号入力端子、 Ｉ２ｓ、Ｉ２１ｓ、Ｉ２２ｓ、Ｉ２３ｓ、Ｉ２４ｓ、Ｉ２５ｓ 電流信号、 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４ 負荷、 Ｏ１、Ｏ２ 信号出力端子、 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４ 抵抗、 ｔ、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ９、ｔ１０、ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、ｔ２４、ｔ２５、ｔ２６、ｔ２７、ｔ２８、ｔ２９、ｔ３０、ｔ３１、ｔ３２、ｔ４１、ｔ４２、ｔ４３、ｔ４４、ｔ４５、ｔ４６、ｔ４７、ｔ４８、ｔ４９、ｔ５０、ｔ５１、ｔ５２、ｔ５３、ｔ５４、ｔ６１、ｔ６２、ｔ６３、ｔ６４ 時刻、 Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３、 時間、 τ１、τ２、τ３、τ４、τ６、τ２１、τ２２、τ２３、τ２４、τ６１、τ６２ 所定時間、 Ｔｔ 太陽光パネル、 ＺＤ ゼナーダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】