特開 2023-111323 直流遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023111323

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】直流遮断器

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/087 20060101AFI20230803BHJP

   H03K 17/687 20060101ALI20230803BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20230803BHJP

   H01H 33/59 20060101ALI20230803BHJP

【ＦＩ】

H02H3/087

H03K17/687 A

H02J1/00 301D

H02J1/00 309Q

H01H33/59 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013125

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】521344607

【氏名又は名称】ネクスファイ・テクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】弁理士法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西岡 圭

(72)【発明者】

【氏名】中村 孝

(72)【発明者】

【氏名】奥田 貴文

(72)【発明者】

【氏名】谷本 智

(72)【発明者】

【氏名】花田 俊雄

【テーマコード（参考）】

5G004

5G028

5G165

5J055

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB02

5G004BA04

5G004DA02

5G004DA04

5G004EA01

5G028AA22

5G028FB06

5G165AA08

5G165BB04

5G165BB09

5G165EA01

5G165HA07

5G165KA04

5G165LA02

5G165MA09

5G165NA02

5G165NA05

5G165NA10

5J055AX25

5J055AX53

5J055AX66

5J055BX16

5J055CX07

5J055DX13

5J055DX22

5J055DX42

5J055DX72

5J055EY01

5J055EY12

5J055EY21

5J055EZ43

5J055FX04

5J055FX13

5J055GX02

(57)【要約】

【課題】システムの大型化、コスト増大、及び頻繁な遮断作動を回避しつつ、異常電流の発生時には、機械式スイッチを速やかかつ円滑に作動させることができるようにした直流遮断器を提供する。
【解決手段】直流遮断器２５ａは、機械式スイッチ４０と半導体スイッチ４４との並列接続部と、並列接続部の一側に直列接続されたスイッチ制御部３９とを備える。スイッチ制御部３９は、外部の設備側遮断制御装置１２とは別個に主電流値ｉを検出し、主電流値ｉ≧閾値αとなると、設備側遮断制御装置１２からの遮断の信号を待たずに、遮断作動を開始する。この遮断作動では、半導体スイッチ４４をオフからオンに切り替えてから、機械式スイッチ４０をオンからオフに切り替える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械式スイッチを有する第１電流路と、
前記第１電流路に対して並列に接続され、半導体スイッチを有する第２電流路と、
前記第１電流路及び前記第２電流路の並列接続部の一側に直列接続されていて主電流が通る一側主電流路と、
前記一側主電流路における主電流値及び前記主電流値の時間微分値の少なくとも一方が各々について設定されている閾値以上になると、異常事故の発生と判断して、前記半導体スイッチをオフからオンに切り替えてから前記機械式スイッチをオンからオフに切り替える遮断切替作動を実行するスイッチ制御部と、
を備えることを特徴とする直流遮断器。

【請求項2】

請求項１に記載の直流遮断器において、
前記スイッチ制御部は、設備側遮断制御装置からの前記主電流の遮断の指令信号の受信を待たずに、前記遮断切替作動を開始することを特徴とする直流遮断器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の直流遮断器において、
前記スイッチ制御部は、前記遮断切替作動における前記半導体スイッチをオフからオンへの切替後、設備側遮断制御装置からの遮断の指令信号の受信に関係なく、前記半導体スイッチをオンからオフへの切替が可能になっていることを特徴とする直流遮断器。

【請求項4】

請求項３に記載の直流遮断器において、
前記並列接続部と前記一側主電流路との直列接続部から構成される主回路に対して並列に接続され、相互に直列に接続された副スイッチと副抵抗とを有する副回路を備え、
前記スイッチ制御部は、
前記スイッチ制御部が異常事故と判断する前では、前記副スイッチをオフに維持し、
前記スイッチ制御部が異常事故と判断した後では、前記遮断切替作動において前記機械式スイッチ及び前記半導体スイッチを共にオフにしてから前記副スイッチをオフに切り替えることを特徴とする直流遮断器。

【請求項5】

請求項４に記載の直流遮断器において、
前記直列接続部は、前記並列接続部の他側に直列接続されていて主電流が流れかつ内部断路器を有する他側主電流路を有し、
前記スイッチ制御部は、前記副スイッチがオンである期間は前記内部断路器をオフに維持することを特徴とする直流遮断器。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の直流遮断器において、
前記スイッチ制御部は、前記遮断切替作動の実施中に、異常事故の発生の判断の基礎となった前記主電流値又は前記時間微分値の少なくとも一方が各々について設定されている閾値を下回ったときは、前記半導体スイッチをオンに維持しつつ、前記機械式スイッチをオフからオンに戻すことを特徴とする直流遮断器。

【請求項7】

請求項６に記載の直流遮断器において、
前記スイッチ制御部は、前記機械式スイッチをオフからオンに戻して前記主電流値が前記主電流値についての前記閾値を下回った時から所定時間以上、前記主電流値及び前記主電流値の時間微分値の少なくとも一方が各々について設定されている前記閾値以上にならなかったときは、前記半導体スイッチをオンからオフに切り替えることを特徴とする直流遮断器。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の直流遮断器において、
前記半導体スイッチは、ゲート電圧に基づいてオンオフするゲート付き半導体素子であり、
前記スイッチ制御部は、前記ゲート電圧をアナログに変化させるリニア制御により前記半導体スイッチをオンからオフに切り替えることを特徴とする直流遮断器。

【請求項9】

請求項８に記載の直流遮断器において、
前記スイッチ制御部は、前記リニア制御に代えて、前記ゲート付き半導体素子のゲートに対するＰＷＭ制御により、前記半導体スイッチをオンからオフに切り替えることを特徴とする直流遮断器。

【請求項10】

請求項９に記載の直流遮断器において、
前記並列接続部と前記一側主電流路との直列接続部とから構成される主回路が、相互に並列接続されて複数、設けられるとともに、
前記複数の主回路の前記スイッチ制御部同士は、前記半導体スイッチの切替状態の切替作動において、前記半導体スイッチ同士が同時にオフにならないように、前記半導体スイッチをリニア制御又はＰＷＭ制御を実施することを特徴とする直流遮断器。

【請求項11】

請求項１０に記載の直流遮断器において、
前記スイッチ制御部は、リニア制御又はＰＷＭ制御で前記半導体スイッチを制御して直流電源側のエネルギーを負荷側に放出する期間では、最初に全部の主回路の半導体スイッチを介してエネルギーを放出し、放出エネルギーの低下に伴い、各半導体スイッチの温度に基づいてエネルギー放出の半導体スイッチの個数を制御することを特徴とする直流遮断器。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１項に記載の直流遮断器において、
前記並列接続部と前記一側主電流路との直列接続部から構成される主回路に対して並列に接続されているアレスタを備えることを特徴とする直流遮断器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体スイッチと機械式スイッチを使った直流遮断器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１－４は、機械式スイッチと半導体スイッチとの並列回路を備える直流遮断器を開示する。これらの直流遮断器は、設備側遮断制御装置から遮断信号を受信すると、最初に半導体スイッチをオフからオンに切り替え、次に機械式スイッチをオンからオフに切り替えるようになっている。これにより、機械式スイッチは、アーク放電を生じることなく、円滑にオンからオフに切り替わる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６１－２５９４１６号公報

【特許文献2】米国特許出願公開２０１５／０２２２１１１Ａ１号公報

【特許文献3】特開２０１４－５６２８１４号公報

【特許文献3】国際公開ＷＯ／ＪＰ／２０１７／１５００７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１－４の直流遮断器は、外部の設備側遮断制御装置からの遮断の指令信号に基づいて遮断作動を実施している。この場合、直流遮断器は、設備側遮断制御装置からの遮断信号を受信してから作動開始するため、事故発生から遮断までに時間がかかり、結果、事故電流が増大する。

【0005】

これに対処するための対策として、例えば、（ａ）システム各部の定格を大きくするか、（ｂ）設備側遮断制御装置が遮断信号を出力する閾値を下げることが考えられる。しかしながら、（ａ）は、システムの大型化やコスト増大に繋がり、（ｂ）は、遮断作動が頻繁に生じてしまい、通常の運転に支障が生じてしまう。

【0006】

本発明は、これに鑑み、システムの大型化、コスト増大、及び頻繁な遮断作動を回避しつつ、異常電流の発生時には、機械式スイッチを速やかかつ円滑に作動させることができるようにした直流遮断器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の直流遮断器は、
機械式スイッチを有する第１電流路と、
前記第１電流路に対して並列に接続され、半導体スイッチを有する第２電流路と、
前記第１電流路及び前記第２電流路の並列接続部の一側に直列接続されていて主電流が通る一側主電流路と、
前記一側主電流路における主電流値及び前記主電流値の時間微分値の少なくとも一方が各々について設定されている閾値以上になると、異常事故の発生と判断して、前記半導体スイッチをオフからオンに切り替えてから前記機械式スイッチをオンからオフに切り替える遮断切替作動を実行するスイッチ制御部と、
を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、直流遮断器が備えるスイッチ制御部が、独自に主電流の異常を監視し、直流遮断器内の主電流値及び当該主電流値の時間微分値の少なくとも一方が所定の閾値以上になると、直ちに半導体スイッチをオフからオンに切り替えてから機械式スイッチをオンからオフに切り替える。これにより、直流遮断器は、異常電流の発生時には、早期に遮断作動を開始することができ、システムの大型化、コスト増大、及び頻繁な遮断作動を回避しつつ、機械式スイッチを速やかかつ円滑に作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態の直流給電システムの模式図である。

【図2】スイッチ制御部のブロック図である。

【図3】直流遮断器の作動を説明するグラフである。

【図4】半導体スイッチの切替位置を徐々に変化させるときに適用するリニア制御及びＰＷＭ制御の説明図である。

【図5】スイッチ制御部が実施する制御態様の一時中断を含む遮断作動の説明グラフである。

【図6】スイッチ制御部が実施する制御態様の途中終了の遮断作動の説明グラフである。

【図7】第２実施形態の直流給電システムの模式図である。

【図8】第３実施形態の直流給電システムの模式図である。

【図9】第４実施形態の直流給電システムの模式図である。

【図10】第５実施形態の直流給電システムの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の複数の実施形態について説明する。本発明は、これら実施形態に限定されないことは言うまでもない。なお、複数の実施形態間で共通する構成要素については、同一の符号を使用する。

【0011】

（第１実施形態／構成）
図１は、第１実施形態の直流給電システム１０ａの模式図である。直流給電システム１０ａは、主電流路２０上に直流電流の流れ方向に順番に直流電源１１、設備側遮断制御装置１２、外部断路器１７、直流遮断器２５ａ及び負荷１３を備えている。

【0012】

直流給電システム１０ａは、例えば、洋上風力発電に利用される。外部断路器１７は、省略することができる。

【0013】

直流遮断器２５ａは、相互に並列に接続されている主回路３０と副回路５０とを備えている。副回路５０は、省略することができる。

【0014】

主回路３０は、相互に並列に接続されている第１電流路３５及び第２電流路３６とから構成される並列接続部と、該並列接続部に対して一側及び他側にそれぞれ一側主電流路３１及び他側主電流路３２とを有している。一側主電流路３１及び他側主電流路３２は、直流遮断器２５ａにおける主電流路２０を構成する。

【0015】

スイッチ制御部３９は、一側主電流路３１に設けられ、一側主電流路３１を流れる主電流の電流値（以下、「主電流値ｉ」ともいう。）及び主電流値ｉの時間微分値（以下、「時間微分値ｊ」ともいう。）を検出する。スイッチ制御部３９は、また、設備側遮断制御装置１２からの指令信号（図では、矢付き点線で示している。）を受信する。スイッチ制御部３９は、主電流値ｉ及び時間微分値ｊ、並びに指令信号に基づいて機械式スイッチ４０及び半導体スイッチ４４の切替位置としてのオン、オフを切り替える切替信号を生成し、機械式スイッチ４０及び半導体スイッチ４４に出力する（図では、矢付き一転鎖線で示している。）。

【0016】

機械式スイッチ４０等の機械式スイッチは、いわゆる低抵抗スイッチに属する。半導体スイッチ４４は、例えば、ソース同士を向き合わせて相互に直列に接続された２つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から構成されている。

【0017】

副回路５０は、相互に直列に接続されている機械スイッチ５１及び抵抗５２を有し、両端においてそれぞれ一側主電流路３１及び他側主電流路３２に接続されている。

【0018】

図２は、スイッチ制御部３９のブロック図である。スイッチ制御部３９は、一側主電流路３１上に配置されて一側主電流路３１を通過する主電流を検出するＣＴ（Current Transformer）５５と、ＣＴ５５による検出電流を処理して、機械式スイッチ４０及び半導体スイッチ４４の切替信号を生成するＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）５８とを有している。

【0019】

ＣＰＬＤ５８は、サンプリング処理部６１、電圧／電流変換部６２、時間微分部６３、異常判断部６４及び切替信号出力部６５を備えている。サンプリング処理部６１は、ＣＴ５５からの入力（検出電流）を一定のサンプリング間隔で抽出して、出力する。電圧／電流変換部６２は、サンプリング処理部６１からの入力を電圧値に変換して、出力する。時間微分部６３は、電圧／電流変換部６２からの入力を時間微分して、出力する。

【0020】

電圧／電流変換部６２及び時間微分部６３の出力は、それぞれ主電流値ｉ及び時間微分値ｊに対応する。異常判断部６４は、電圧／電流変換部６２及び／又は時間微分部６３からの入力と所定の閾値α，β（図示せず）との対比に基づいて直流給電システム１０ａにおける異常状態の発生の有無を判断する。具体的には、主電流値ｉ≧α及び／又は時間微分値ｊ≧βであるときは、直流給電システム１０ａに異常状態が発生したと判断する。

【0021】

時間微分部６３は、さらに、設備側遮断制御装置１２から各種の指令信号を受信する。設備側遮断制御装置１２は、スイッチ制御部３９とは別に直流給電システム１０ａにおける異常状態の発生の有無を主電流値ｉに基づいて判断し、その判断に基づく指令信号を異常判断部６４に出力する。異常判断部６４は、スイッチ制御部３９自身が検出した主電流値ｉ及び／又は時間微分値ｊと、設備側遮断制御装置１２からの指令信号とに基づいて、機械式スイッチ４０及び半導体スイッチ４４に出力する切替信号を生成する。

【0022】

（第１実施形態／作用）
図３は、直流遮断器２５ａの作動を説明するグラフである。横軸は、時間を示し、縦軸は、上から順番に半導体スイッチ４４の切替位置、機械式スイッチ４０の切替位置及び一側主電流路３１を流れる主電流の主電流値ｉを示している。時間順に、ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５となっている。時間ｔ＝ｔ０で異常状態が発生したことを想定して、説明する。

【0023】

直流給電システム１０ａの正常運転中は、機械式スイッチ４０がオンに維持され、外部断路器１７から出力される直流の主電流が第１電流路３５を介して負荷１３に供給されている。この直流給電システム１０ａでは、直流給電システム１０ａの正常運転時の主電流値ｉとしておおよそ５００Ａを想定している。直流給電システム１０ａにおける異常状態の発生に伴い、主電流値ｉは、急激に上昇する。異常電流の最大上昇値は１０ｋＡ以上になることがある。

【0024】

直流給電システム１０ａにおいて、スイッチ制御部３９の異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ１において主電流値ｉ≧α又は時間微分値ｊ≧βであると判断する。なお、直流給電システム１０ａの説明では、異常状態の発生は、主電流値ｉ≧α又は時間微分値ｊ≧βで判断するが、主電流値ｉ≧α及び時間微分値ｊ≧βで判断することもできる。換言すると、異常状態発生の判断条件は、主電流値ｉ≧α及び時間微分値ｊ≧βの少なくとも一方の条件であればよいということになる。

【0025】

スイッチ制御部３９において異常状態の発生が判断されると、スイッチ制御部３９の切替信号出力部６５は、時間ｔ＝ｔ１において半導体スイッチ４４にオフからオンに切り替わる切替信号を半導体スイッチ４４に出力し、半導体スイッチ４４は、オフからオンに切り替わる。この結果、時間ｔ＝ｔ１以降、主電流値ｉは、第１電流路３５及び第２電流路３６の両方を分流して流れる。

【0026】

異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ２になると、機械式スイッチ４０をオンからオフに切り替える切替信号を、切替信号出力部６５を介して機械式スイッチ４０に出力する。この時の半導体スイッチ４４のオン電圧は、すなわち、時間ｔ＝ｔ２における機械式スイッチ４０がオンからオフに切り替わる時の機械式スイッチ４０の両端電圧は、アーク発生電圧には達していない値にとなっている。この結果、機械式スイッチ４０は、アーク放電を起こすことなく、円滑にオフになる。

【0027】

時間ｔ＝ｔ３において、異常判断部６４は、設備側遮断制御装置１２から遮断の指令信号を受信する。受信に伴って、異常判断部６４は、半導体スイッチ４４をオンからオフに戻す切替信号を、切替信号出力部６５を介して半導体スイッチ４４に出力する。これにより、半導体スイッチ４４は、オフに切り替わり、主電流路２０は、遮断状態になる。

【0028】

図３において、Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃは、種々のケースにおける主電流値ｉの減少の態様を示している。Ｇａは、直流遮断器２５ａがスイッチ制御部３９を装備しているときの変化態様である。Ｇｂは、スイッチ制御部３９を装備していない直流遮断器による変化態様である。Ｇｃは、直流遮断器２５ａが時間ｔ＝ｔ３で半導体スイッチ４４を瞬間遮断したと想定したときの変化態様である。

【0029】

最初に、Ｇｂについて、説明する。スイッチ制御部３９が装備されていない直流遮断器では、半導体スイッチ４４のオンからオフへの切替が時間ｔ＝ｔ５から開始されることがある。アーク放電は、機械式スイッチ４０の両端電圧により発生する。Ｇｂでは、機械式スイッチ４０のオンからオフへの切替は、時間ｔ＝ｔ５によりは前に行われるものの、遮断の切替信号の受信の時間ｔ＝ｔ３より後になる。この結果、機械式スイッチ４０のオンからオフへの切替時の主電流値ｉは、時間ｔ＝ｔ２の時よりも相当に増大している。したがって、耐電流性を保証するために、直流給電システム１０ａの各部の定格を大きくする必要があり、これは大型化及びコスト増大に繋がる。

【0030】

次に、Ｇｂ，Ｇｃについて説明する。直流遮断器２５ａで異常電流を遮断する場合、直流電源１１側の高電圧ケーブル内のＰＦＮ（パルス形成回路：ＬとＣ)に溜まったエネルギーのために、直流遮断器２５ａの半導体スイッチ４４に急激なサージが発生する。従来は、この放出をアレスタで行っていた。

【0031】

これに対して、直流遮断器２５ａでは、リニア制御又はＰＷＭ制御を用いて、半導体スイッチ４４にアレスタの機能を持たせる。半導体スイッチ４４によりサージエネルギーを放出するときの主電流値ｉの減少は、Ｇｂ、Ｇｃ、又はＧｂとＧｃとの間の傾斜線となる。高電圧ケーブル内のＰＦＮに蓄えられたエネルギーが大きいほど、傾斜は緩やかに制御される。

【0032】

図４は、半導体スイッチ４４の切替位置を徐々に変化させるときに適用するリニア制御及びＰＷＭ制御の説明図である。横軸は時間ｔであり、縦軸は半導体スイッチ４４のＦＥＴの抵抗値である。

【0033】

なお、半導体スイッチ４４としてＦＥＴを使用することを前提にしている。半導体スイッチ４４のオン及びオフは、半導体スイッチ４４の両端抵抗がそれぞれ０Ω及び∞Ωであることを意味する。半導体スイッチ４４の切替位置を徐々に変化させるときは、半導体スイッチ４４の両端抵抗を徐々に変化させればよい。

【0034】

リニア制御では、スイッチ制御部３９から半導体スイッチ４４としてのＦＥＴのゲート電圧をアナログに変化させる。ＦＥＴの両端抵抗とゲート電圧とは対応関係があるので、ＦＥＴの両端抵抗がリニアに変化するように、スイッチ制御部３９は半導体スイッチ４４のゲート電圧を制御する。

【0035】

ＰＷＭ制御では、スイッチ制御部３９から半導体スイッチ４４としてのＦＥＴのゲートに出力するＰＷＭのデューティ比を制御する。すなわち、ＦＥＴは、デューティ比が増大するに連れて１周期当たりのオン期間が増大して、抵抗が減少する。したがって、ＦＥＴの両端抵抗がリニアに変化するように、スイッチ制御部３９は、半導体スイッチ４４のゲートに出力するＰＷＭのデューティ比を制御する。

【0036】

直流電源１１側の高電圧ケーブル内のＰＦＮに蓄えられたエネルギーが大きいほど、半導体スイッチ４４を瞬時にオン、オフすることが難しくなる。したがって、ＰＦＮに蓄えられたエネルギーが大きいと予想される直流給電システム１０ａほど、図３のＧｂのように、主電流値ｉの減少を緩やかにして、多量のエネルギーが放出されるようにする。

【0037】

図５は、スイッチ制御部３９が実施する制御態様の一時中断を含む遮断作動の説明グラフである。横軸及び縦軸は、前述の図３と同一である。図５において、時間順に、ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６となっている。

【0038】

ｔ１０～ｔ１２は、図３のｔ０～ｔ２と同一であるので、時間ｔ＝ｔ１３から説明する。時間ｔ＝ｔ１３では、異常判断部６４が時間微分値ｊ＜βと判断する。これにより、異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ１１における異常状態の発生判断が誤り又は早計であったと判断する。これに対処して、異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ１３において機械式スイッチ４０をオフからオンに戻す。なお、異常判断部６４は、半導体スイッチ４４については、時間ｔ＝ｔ１３以降も、オンから電圧／電流変換部６２に戻すことなく、オンに維持する。時間ｔ＝ｔ１３における判断の方が誤り又は早計であることがあるからである。

【0039】

時間ｔ＝ｔ１４では、主電流値ｉ≦αとなる。しかしながら、異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ１４においても半導体スイッチ４４のオフを維持する。直流給電システム１０ａにおける異常状態は、最初に予兆の主電流値ｉ及び／又は時間微分値ｊの小さな又は短時間の異常上昇が生じて、その後、元に戻り、その後、間もない期間内に本格的な主電流値ｉ及び／又は時間微分値ｊの異常上昇が起きることが経験的に知られているからである。

【0040】

時間ｔ＝ｔ１５では、時間ｔ＝ｔ１１と同様に、主電流値ｉ≧α及び／又は時間微分値ｊ≧βとなる。これにより、スイッチ制御部３９は、時間ｔ＝ｔ１６で機械式スイッチ４０をオンからオフに切り替える。半導体スイッチ４４は、時間ｔ＝ｔ１６を含む、時間ｔ＝ｔ１１から継続的にオンに保持されているので、機械式スイッチ４０は、アーク放電を起こすことなく、速やかにオフに切り替わる。

【0041】

図６は、スイッチ制御部３９が実施する制御態様の途中終了の遮断作動の説明グラフである。横軸及び縦軸は、前述の図５と同一である。において、時間順に、ｔ２０，ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，ｔ２４，ｔ２５，ｔ２６となっている。

【0042】

ｔ２０～ｔ２４は、図５のｔ１０～１４と同一であるので、時間ｔ＝ｔ２５から説明する。時間ｔ＝ｔ２５は、時間ｔ＝ｔ２４から所定時間Ｔａの経過後の時刻を示している。スイッチ制御部３９は、主電流値ｉ≦αの期間が時間ｔ＝ｔ２４から所定時間Ｔａ以上継続したと判断すると、異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ２１における異常状態の発生判断が最終的に誤り又は早計であったと判断する。

【0043】

異常判断部６４は、時間ｔ＝ｔ２６において、半導体スイッチ４４をオンからオフに戻す。したがって、時間ｔ＝ｔ２６以降は、主電流は、第２電流路３６に分流することなく、直流給電システム１０ａの正常運転時と同様に、第１電流路３５のみを流れて、負荷１３に供給される。

【0044】

機械スイッチ５１は、常時は、オフに維持されている。スイッチ制御部３９は、設備側遮断制御装置１２から遮断の指令信号を受信する前に、異常電流を検出すると、半導体スイッチ４４をオフからオンに切り替え、その後、機械式スイッチ４０をオンからオフに切り替え、その後、半導体スイッチ４４をオンからオフに戻して、一連の遮断作業を終了する。

【0045】

スイッチ制御部３９は、その後に、設備側遮断制御装置１２から遮断の指令信号を受信する。設備側遮断制御装置１２は、遮断の指令信号をスイッチ制御部３９に出力してから所定時間後に外部断路器１７の切替位置を切り替えて主電流路２０を開路する。スイッチ制御部３９は、その後、機械スイッチ５１をオフからオンに切り替えて、一側主電流路３１と他側主電流路３２とを導通状態にする。これにより、当該所定時間中に、直流電源１１側のエネルギーが副回路５０を介して負荷１３側に放出される。

【0046】

逆に、直流給電システム１０ａの通電再開時は、設備側遮断制御装置１２は、スイッチ制御部３９に通電再開の指令信号をスイッチ制御部３９に出力し、その後、所定時間の経過後に
外部断路器１７を閉路位置に切り替える。スイッチ制御部３９は、通電再開の指令信号を受信してから当該所定時間内に、機械式スイッチ４０をオフからオンに切り替え、さらに、その後、機械スイッチ５１をオンからオフに切り替える。

【0047】

（その他の実施形態）
図７は、第２１実施形態の直流給電システム１０ｂの模式図である。直流給電システム１０ａとの相違点について説明する。

【0048】

直流給電システム１０ｂの直流遮断器２５ｂは、複数（この実施形態では２つ）の主回路３０ａ，３０ｂを備える。前述の図２のＧａで説明したように、遮断処理で機械式スイッチ４０のオンからオフへの切替が終了した後、半導体スイッチ４４をオンからオフに戻す最後の処理が残されている。Ｇａでは、半導体スイッチ４４を瞬時にオンからオフに切り替えるのではなく、リニア制御又はＰＷＭ制御で徐々にオンからオフに切り替える方式を説明した。

【0049】

直流給電システム１０ａのように、直流遮断器２５ａが１つの主回路３０しか装備していない場合に、半導体スイッチ４４をＰＷＭ制御でオンからオフに徐々に切り替えていくとき、ＰＷＭ制御は、半導体スイッチ４４がオンオフのサイクルを繰り返しつつ、デューティ比が徐々に増大する制御態様になっている。この場合、直流電源１１のコイル要素の存在により半導体スイッチ４４のオンオフの円滑性が阻害されることがある。

【0050】

これに対処して、直流給電システム１０ｂの直流遮断器２５ｂは、２つの主回路３０ａ，３０ｂのスイッチ制御部３９同士が、交信線６８を介して相互に交信し、主回路３０ａ，３０ｂの半導体スイッチ４４の全部が同時にオフにならないように、すなわち、ＰＷＭ制御期間にでは、複数のスイッチ制御部３９のうち、少なくとも１つがオンになるように、制御される。

【0051】

また、主回路３０ａ，３０ｂの半導体スイッチ４４が共にリニア制御でオンからオフに移行させるときは、主回路３０ａ，３０ｂに半導体スイッチ４４の温度を検出する温度センサ（図示せず）を内蔵させる。そして、最初は、複数の半導体スイッチ４４の全部を完全オン（両端抵抗が０Ωの状態）にさせて、直流電源１１側のエネルギーを負荷１３側に放出させる。

【0052】

その後、直流電源１１側のエネルギーが減少するのに伴い、一方の半導体スイッチ４４（主回路が３以上あるときは一部の半導体スイッチ４４）のリニア制御を休止させる（オフに維持する。）。そして、他方の半導体スイッチ４４のみでエネルギー放出を行う。その後に、その他方の半導体スイッチ４４の温度が上昇すれば、再度、両方（主回路が３以上あるときは、２以上）の主回路３０ａ，３０ｂをリニア制御によりエネルギーを放出する。

【0053】

図８は、第３実施形態の直流給電システム１０ｃの模式図である。直流給電システム１０ａとの相違点について説明する。

【0054】

直流給電システム１０ｃの直流遮断器２５ｃは、内部断路器７３が他側主電流路３２に追加装備される。

【0055】

内部断路器７３は、常時は、オンに維持されている。スイッチ制御部３９による遮断作業に伴い、機械式スイッチ４０及び半導体スイッチ４４が共にオフになる（図３の時間ｔ＝ｔ４より後）。次に、スイッチ制御部３９は内部断路器７３をオンからオフに切り替える。

【0056】

こうして、万一、半導体スイッチ４４が破壊されていたとしても、機械式スイッチ４０がオフに維持されている期間に、半導体スイッチ４４を介する短絡が発生することを回避することができる。

【0057】

外部断路器１７は、設備側遮断制御装置１２により切替位置が制御される。異常状態発生時の設備側遮断制御装置１２による外部断路器１７のオンからオフへの切替は、機械式スイッチ４０、半導体スイッチ４４及び機械スイッチ５１が全部オフになった後、実施される。外部断路器１７の開路は、負荷１３側への通電停止を保証するものである。

【0058】

図９は、第４実施形態の直流給電システム１０ｄの模式図である。直流給電システム１０ａとの相違点について説明する。

【0059】

直流給電システム１０ｄの直流遮断器２５ｄは、放電部７８を追加装備する。放電部７８は、直流遮断器２５ｄの主回路３０ｄにおいて第２電流路３６に接続される。詳細には、第２電流路３６において半導体スイッチ４４より他側主電流路３２側の箇所に接続される。

【0060】

放電部７８は、第２電流路３６への接続点とグランドとを接続する放電電流路７９を有する。放電電流路７９には、第２電流路３６への接続点側から順番に放電半導体スイッチ８１及び放電抵抗８３が設けられる。放電抵抗８３は、スイッチ制御部３９からの切替信号により切替位置が制御される。

【0061】

スイッチ制御部３９は、設備側遮断制御装置１２からの遮断の制御信号の受信前でかつ半導体スイッチ４４及び機械式スイッチ４０をオフに切り替えた後、外部断路器７５をオンにする。これにより、直流電源１１側の高電圧ケーブルのＰＦＮエネルギーは、外部断路器１７及び放電部７８を介してグランドに放出される。

【0062】

図１０は、第５実施形態の直流給電システム１０ｅの模式図である。直流給電システム１０ａとの相違点について説明する。

【0063】

直流給電システム１０ｅの直流遮断器２５ｅは、アレスタ８９を追加装備する。アレスタ８９により、異常状態発生時の過大電流に因る直流遮断器２５ｅ内の素子の損傷が防止される。

【符号の説明】

【0064】

１０ａ～１０ｅ・・・直流給電システム、１２・・・設備側遮断制御装置、１７・・・外部断路器、２０・・・主電流路、２５・・直流遮断器、３０・・・主回路、３１・・・一側主電流路、３２・・・他側主電流路、３５・・・第１電流路、３６・・・第２電流路、３９・・・スイッチ制御部、４０・・・機械式スイッチ、４４・・・半導体スイッチ、５０・・・副回路、６８・・・交信線、７３・・・内部断路器、７５・・・外部断路器、７８・・・放電部、７９・・・放電電流路、８１・・・放電半導体スイッチ、８９・・・アレスタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】