(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】P2023169669
(43)【公開日】2023-11-30
(54)【発明の名称】直流遮断器、および遮断方法
(51)【国際特許分類】
H02H 3/087 20060101AFI20231122BHJP
H01H 33/59 20060101ALI20231122BHJP
H03K 17/08 20060101ALI20231122BHJP
H02J 1/00 20060101ALI20231122BHJP
H02H 3/093 20060101ALI20231122BHJP
H02H 7/12 20060101ALI20231122BHJP
【ＦＩ】
H02H3/087
H01H33/59 B
H03K17/08
H02J1/00 309Q
H02H3/093 D
H02H7/12 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022080924
(22)【出願日】2022-05-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003942
【氏名又は名称】日新電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】蓑輪 義文
【テーマコード（参考）】
5G004
5G028
5G053
5G165
5J055
【Ｆターム（参考）】
5G004AA04
5G004BA03
5G004DC14
5G004EA01
5G028AA03
5G028FB06
5G053AA01
5G053AA02
5G053CA01
5G053EC01
5G053EC03
5G165BB04
5G165BB08
5G165HA07
5G165JA07
5G165LA01
5G165LA02
5G165LA07
5G165NA04
5G165NA10
5J055AX33
5J055AX53
5J055BX16
5J055CX23
5J055DX09
5J055DX13
5J055DX22
5J055DX42
5J055DX45
5J055DX54
5J055DX72
5J055DX80
5J055EZ17
5J055EZ42
5J055FX04
5J055FX05
5J055FX13
5J055FX20
5J055GX01
5J055GX02
5J055GX03
5J055GX05
(57)【要約】
【課題】大電流が流れた際に、遮断が必要な場合、適切に電流を遮断する直流遮断器を実現する。
【解決手段】直流遮断器（１）は、直列接続された半導体スイッチ（２）および第１開閉器（３）と、半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計（７）と、半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計（６）と、を備え、電流計が所定の電流値以上を検出してから、所定時間経過した後まで、第１電圧計が所定の電圧値未満を検出していた場合に、半導体スイッチをオフにする。
【選択図】図１
【解決手段】直流遮断器（１）は、直列接続された半導体スイッチ（２）および第１開閉器（３）と、半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計（７）と、半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計（６）と、を備え、電流計が所定の電流値以上を検出してから、所定時間経過した後まで、第１電圧計が所定の電圧値未満を検出していた場合に、半導体スイッチをオフにする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流送電系統に適用される直流遮断器であって、
半導体スイッチと、
前記半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計と、
前記半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計と、
所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにする制御部と、を備え、
前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む、直流遮断器。
半導体スイッチと、
前記半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計と、
前記半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計と、
所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにする制御部と、を備え、
前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む、直流遮断器。
【請求項2】
前記所定の条件は、前記電流が所定の第２電流値以上であることを、第２条件として含み、
前記制御部は、前記第１条件および前記第２条件が満たされたとき、前記所定の条件が満たされたと判定する、請求項１に記載の直流遮断器。
前記制御部は、前記第１条件および前記第２条件が満たされたとき、前記所定の条件が満たされたと判定する、請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項3】
前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第２時間経過した後まで、前記電流が前記第１電流値以上である状態が継続することを、第３条件として含み、
前記制御部は、前記第１条件および前記第３条件が満たされたとき、前記所定の条件が満たされたと判定する、請求項１に記載の直流遮断器。
前記制御部は、前記第１条件および前記第３条件が満たされたとき、前記所定の条件が満たされたと判定する、請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項4】
前記第２電流値は、前記第１電流値よりも大きい値である、請求項２に記載の直流遮断器。
【請求項5】
前記半導体スイッチに対して直列に接続された機械式スイッチと、
前記半導体スイッチの１次側電圧を計測する第２電圧計と、をさらに備える、請求項１に記載の直流遮断器。
前記半導体スイッチの１次側電圧を計測する第２電圧計と、をさらに備える、請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項6】
前記半導体スイッチおよび前記機械式スイッチがオフの状況において、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電位差の絶対値が所定値以下であった場合に、前記機械式スイッチをオンにできなくする、請求項５に記載の直流遮断器。
【請求項7】
前記半導体スイッチがオンかつ前記機械式スイッチがオフの状況において、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電位差の絶対値が所定値より大きい場合に、前記機械式スイッチをオンにできなくする、請求項５に記載の直流遮断器。
【請求項8】
前記機械式スイッチは、前記第１電圧計の２次側に接続される、請求項５から７のいずれか１項に記載の直流遮断器。
【請求項9】
前記半導体スイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆極性の第１半導体スイッチおよび第２半導体スイッチを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の直流遮断器。
【請求項10】
前記機械式スイッチは、前記半導体スイッチの１次側に接続される、請求項５に記載の直流遮断器。
【請求項11】
直流送電系統に適用される直流遮断器の遮断方法であって、
前記直流遮断器は、半導体スイッチを備え、
前記半導体スイッチの２次側電圧を計測するステップと、
前記半導体スイッチに流れる電流を計測するステップと、
所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにするステップと、を含み、
前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む、遮断方法。
前記直流遮断器は、半導体スイッチを備え、
前記半導体スイッチの２次側電圧を計測するステップと、
前記半導体スイッチに流れる電流を計測するステップと、
所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにするステップと、を含み、
前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む、遮断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は直流遮断器に関する。
【背景技術】
【0002】
直流送電では、短絡などの事故が発生した際に、電流が単調上昇を続けることになる。短絡電流が流れた際には遮断器によって電流が遮断されるが、遮断器は突入電流で誤って遮断することを防ぐために、応答性が適度に遅くなっている。そのため、遮断器は短絡電流をある程度の時間流すことになり、二次的な故障が発生することがある。
【0003】
また、短絡電流の大きさによっては、遮断器の接点が溶着してしまい、接点を開くことができず保護できないこともある。特許文献１には、半導体スイッチと機械式スイッチとを直列に接続し、半導体スイッチに限流器を並列に接続した遮断器であって、予め半導体スイッチをオフにすることで、機械式スイッチの開閉能力まで短絡電流を低減させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開番号ＷＯ２０１７／１３４８２５Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１では、実際に短絡電流を遮断するのは機械式スイッチであるため、接点が溶着するリスクは残る。また、機械式スイッチによって電流遮断するため、応答性が遅い。
【0006】
本発明の一態様は、大電流が流れた際に、遮断が必要な場合に適切に電流を遮断する直流遮断器を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る直流遮断器は、直流送電系統に適用される直流遮断器であって、半導体スイッチと、前記半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計と、前記半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計と、所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにする制御部と、を備え、前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む。
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明の別の態様に係る直流遮断器の遮断方法は、直流送電系統に適用される直流遮断器の遮断方法であって、前記直流遮断器は、半導体スイッチを備え、前記半導体スイッチの２次側電圧を計測するステップと、前記半導体スイッチに流れる電流を計測するステップと、所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにするステップと、を含み、前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様によれば、大電流が流れた際に、遮断が必要な場合に適切に電流を遮断できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態１に係る直流遮断器の電気回路図である。
【図2】直流遮断器１の通電時の動作例を示すフローチャートである。
【図3】直流遮断器１の遮断時の動作例を示すフローチャートである。
【図4】短絡電流が流れた場合における電流と電圧のグラフである。
【図5】突入電流が流れた場合における電流と電圧のグラフである。
【図6】負荷投入直後にユーザ操作によって負荷開放した場合における電流と電圧のグラフである。
【図7】実施形態２に係る直流遮断器の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
【0012】
（直流遮断器１の構成）
図１は、実施形態１に係る直流遮断器１の電気回路図である。直流遮断器１は、直流電路の間に挿入され、電流を遮断する遮断器である。直流遮断器１は、半導体スイッチ２と、第１開閉器３と、第２開閉器４と、過電圧抑制回路５と、電流計６と、第１電圧計７と、第２電圧計８と、制御部９とを備える。
図１は、実施形態１に係る直流遮断器１の電気回路図である。直流遮断器１は、直流電路の間に挿入され、電流を遮断する遮断器である。直流遮断器１は、半導体スイッチ２と、第１開閉器３と、第２開閉器４と、過電圧抑制回路５と、電流計６と、第１電圧計７と、第２電圧計８と、制御部９とを備える。
【0013】
直流遮断器１では、半導体スイッチ２と第１開閉器３とがこの順に直列で、１次側の正極と２次側の正極との間に接続されている。また、１次側の負極と２次側の負極との間に第２開閉器４が接続されている。
【0014】
半導体スイッチ２は、半導体を用いたスイッチであり、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体スイッチ２には、ダイオードが逆極性で並列に接続されていてもよい。第１開閉器３および第２開閉器４は、機械式スイッチであり、リレーまたは電磁接触器である。
【0015】
半導体スイッチ２には、並列に過電圧抑制回路５が接続されている。過電圧抑制回路５は、半導体スイッチ２に印加される過電圧を抑制する回路であり、例えば、スナバ回路、ＲＣ回路、またはサージアブソーバなどが一例として挙げられる。
【0016】
１次側正極と２次側正極との間には、電流計６が配置されており、当該電路に流れる電流を計測することができる。電流計６は、抵抗検出型または磁場検出型のセンサなどの任意の形態をとることができる。また、電流計６は、正極における電流を計測することに制限されず、負極における電流を計測しても構わない。
【0017】
第１電圧計７は、１次側負極の電位と、半導体スイッチ２と第１開閉器３との間の電位との電位差（半導体スイッチの２次側電圧）を計測するセンサである。また、第２電圧計８は、１次側負極の電位と１次側正極の電位との電位差（半導体スイッチの１次側電圧）を計測するセンサである。第１電圧計７および第２電圧計８は任意の電圧センサであってよい。
【0018】
制御部９は、直流遮断器１の各部を統括して制御する。具体的には、電流計６、第１電圧計７、および第２電圧計８によるそれぞれの計測値に基づき、半導体スイッチ２、第１開閉器３、および第２開閉器４を制御する。
【0019】
（短絡電流が発生した場合）
動作例の説明に先立ち、短絡事故が発生した場合における電流と電圧の挙動をまず整理する。短絡事故が発生した場合、電流は単調増加し、電圧は瞬時に０Ｖに低下する。
動作例の説明に先立ち、短絡事故が発生した場合における電流と電圧の挙動をまず整理する。短絡事故が発生した場合、電流は単調増加し、電圧は瞬時に０Ｖに低下する。
【0020】
一般的に遮断器は、所定の電流値を検出した段階で即時に遮断を開始するわけではなく、ある一定期間遅れて遮断を開始する。これは、大電流が流れる場合が短絡電流だけではなく、突入電流でも起こり得る事態であるため、意図的に応答性を遅らせている。そのため、遮断器が動作する段階では、十分に短絡電流の電流値が上昇しており、接点が溶着する可能性がある。
【0021】
（直流遮断器１の動作）
次に、直流遮断器１の動作を説明し、直流遮断器１では適切に短絡電流を遮断できることを示す。
次に、直流遮断器１の動作を説明し、直流遮断器１では適切に短絡電流を遮断できることを示す。
【0022】
図２は、直流遮断器１の通電時の動作例を示すフローチャートである。
【0023】
（半導体スイッチ２の状態確認）
まずは、１次側から２次側に向けて電流を流す前に、半導体スイッチ２が正常に動作しているかを判定する。これにより、短絡事故が発生した際に、短絡電流を適切に遮断することができるようになる。
まずは、１次側から２次側に向けて電流を流す前に、半導体スイッチ２が正常に動作しているかを判定する。これにより、短絡事故が発生した際に、短絡電流を適切に遮断することができるようになる。
【0024】
制御部９は、半導体スイッチ２をオフにする（Ｓ１０１）。その後、制御部９は、第１開閉器３および第２開閉器４を開の状態にする（Ｓ１０２）。第１電圧計７は、半導体スイッチ２の２次側の電圧を第１電圧値として計測し、第２電圧計８は、半導体スイッチ２の１次側の電圧を第２電圧値として計測する（Ｓ１０３）。第１電圧計７および第２電圧計８は、計測した第１電圧値および第２電圧値をそれぞれ制御部９に出力する。
【0025】
制御部９は、第１電圧値と第２電圧値との電位差の絶対値が所定値以下であるかを判定する（Ｓ１０４）。Ｓ１０４においてＹｅｓの場合、制御部９は、半導体スイッチ２が短絡故障していると判断する（Ｓ１０５）。Ｓ１０４においてＮｏの場合、Ｓ１０６に処理を進める。
【0026】
制御部９は、半導体スイッチ２をオンにする（Ｓ１０６）。第１電圧計７は、半導体スイッチ２の２次側の電圧を第１電圧値として計測し、第２電圧計８は、半導体スイッチ２の１次側の電圧を第２電圧値として計測する（Ｓ１０７）。第１電圧計７および第２電圧計８は、計測した第１電圧値および第２電圧値をそれぞれ制御部９に出力する。
【0027】
制御部９は、第１電圧値と第２電圧値との電位差の絶対値が所定値より大きいかを判定する（Ｓ１０８）。Ｓ１０８においてＹｅｓの場合、制御部９は、半導体スイッチ２が開放故障していると判断する（Ｓ１０９）。Ｓ１０８においてＮｏの場合、Ｓ１１１に処理を進める。
【0028】
半導体スイッチ２が短絡故障または開放故障していた場合、当該直流遮断器１は故障したものと、制御部９は判断する（Ｓ１１０）。そのため、当該直流遮断器１は電源投入されないようにソフト的にロックされてもよい。また、当該直流遮断器１が故障したことをＬＥＤ（Light Emitting Diode）またはブザーなどでユーザに報知してもよい。
【0029】
以上のＳ１０１～Ｓ１１０の工程によって、制御部９は半導体スイッチ２の状態を確認している。そのため、半導体スイッチ２が短絡故障または開放故障していないことを確認したうえで、２次側回路に１次側回路の電源を接続することができる。そのため、必要なときに直流電流を遮断でき、信頼性が高い直流遮断器１となる。
【0030】
（２次側回路の状態確認）
以降の処理は、１次側の電源から２次側の負荷に対し電力を供給している際の判定処理である。そのため、電力を供給している間は常にこれ以降の判定処理が繰り返し行われる。
以降の処理は、１次側の電源から２次側の負荷に対し電力を供給している際の判定処理である。そのため、電力を供給している間は常にこれ以降の判定処理が繰り返し行われる。
【0031】
第１開閉器３および第２開閉器４を閉の状態にする（Ｓ１１１）。この際、一度半導体スイッチ２をオフにしたうえで、第１開閉器３および第２開閉器４を閉の状態にし、その後で半導体スイッチ２をオンにしてもよい。これは、電流を流している最中に第１開閉器３および第２開閉器４を閉の状態に移行すると、チャタリング等を起こすために、生じたアークによって接点溶着するリスクを低減するための処置である。
【0032】
第１電圧計７は、半導体スイッチ２の２次側の電圧を第１電圧値として計測し、電流計６は、半導体スイッチ２に流れる電流を電流値として計測する（Ｓ１１２）。第１電圧計７および電流計６は、計測した第１電圧値および電流値をそれぞれ制御部９に出力する。
【0033】
制御部９は、電流値が所定の第１過電流整定値Ｉ１以上かを確認する（Ｓ１１３）。Ｓ１１３においてＮｏの場合、制御部９は後述する第１継続時間ｔ１および第２継続時間ｔ２のカウントをリセットする（Ｓ１１４）。その後、Ｓ１１２に処理を戻し、１次側回路に接続された電源を、２次側回路に接続し続ける。
【0034】
Ｓ１１３においてＹｅｓの場合、制御部９は第１継続時間ｔ１および第２継続時間ｔ２をカウントアップする（Ｓ１１５）。第１継続時間ｔ１は、電流値が予め定めた第１過電流整定値Ｉ１以上となってからの継続時間である。また、第２継続時間ｔ２は、電流値が予め定めた第１過電流整定値Ｉ１以上となってから、第１電圧値が後述する整定電圧値Ｖ１未満である継続時間である。
【0035】
制御部９は、電流値が所定の第２過電流整定値Ｉ２以上かを判定する（Ｓ１１６、第２条件）。Ｓ１１６においてＹｅｓの場合、Ｓ１１８に処理を進める。
【0036】
この制御部９での判定は、大電流が第２過電流整定値Ｉ２よりも大きくなっているか否かでもって、当該大電流が突入電流なのか、短絡電流なのかを判断する処理である。２次側回路が短絡している場合は、上述したように電流値は単調増加を続けるため、時間が十分に経過した場合、第２過電流整定値Ｉ２（第１過電流整定値Ｉ１よりも大きい値）を超過する。対して、突入電流の場合は、２次側回路のコンデンサ等を充電するための瞬間的な電流であり、電流値は単調増加せずに、振動しながら収束していくことが一般的に知られている。すなわち、制御部９においてこの処理は、大電流が突入電流なのか短絡電流なのかを判断するための一つの指標である。この判定を「第２過電流判定」と称する。
【0037】
Ｓ１１６においてＮｏの場合、第１継続時間ｔ１が第１整定時間Ｔ１以上かを判定する（Ｓ１１７）。つまり、電流値が第１過電流整定値Ｉ１以上となった時点から、第１整定時間Ｔ１経過した後まで、電流値が第１過電流整定値Ｉ１以上である状態が継続するかを判定する（第３条件）。
【0038】
Ｓ１１７においてＹｅｓの場合、Ｓ１１８に処理を進める。Ｓ１１８においてＮｏの場合、Ｓ１１２に処理を戻す。その後、Ｓ１１２に処理を戻し、１次側回路に接続された電源を、２次側回路に接続し続ける。
【0039】
この制御部９での判定は、大電流がどの程度続いているかを判断している処理である。２次側回路が短絡していない場合は、突入電流によって大電流が流れることになるが、突入電流は２次側回路のコンデンサ等の充電まで続くだけであり、長くは続かない。対して、２次側回路が短絡している場合は、短絡電流が流れているため、大電流が電流を遮断するまで続くことになる。すなわち、制御部９においてこの処理は、大電流が突入電流なのか短絡電流なのかを判断するための一つの指標である。この判定を「第１過電流判定」と称する。
【0040】
次に、第１電圧値が整定電圧値Ｖ１未満かを判定する（Ｓ１１８）。つまり、電流値が第１過電流整定値Ｉ１以上となった時点から、第１整定時間Ｔ１経過した後まで、第１電圧値が整定電圧値Ｖ１未満である状態が継続しているかを判定する（第１条件）。
【0041】
Ｓ１１８においてＮｏの場合、制御部９は第２継続時間ｔ２のカウントをリセットする（Ｓ１１９）。その後、Ｓ１１２に処理を戻し、１次側回路に接続された電源を、２次側回路に接続し続ける。対して、Ｓ１１８においてＹｅｓの場合、Ｓ１２０に処理を進める。
【0042】
この制御部９での判定は、２次側回路が短絡していないかを判断している処理である。２次側回路が短絡していない場合は、第１電圧値にある程度の電圧が印加されることになるが、２次側回路が短絡している場合は、第１電圧値が０Ｖに近い値までになる。制御部９は、この状態の差異を利用して２次側回路の状態を判断している。
【0043】
Ｓ１１６～Ｓ１１８の処理の後、制御部９は、第２継続時間ｔ２が所定の第２整定時間Ｔ２以上であるかを判定する（Ｓ１２０）。Ｓ１２０においてＮｏの場合、Ｓ１１２に処理を戻し、１次側回路に接続された電源を、２次側回路に接続し続ける。なお、第１整定時間と第２整定時間とは任意の所定の値であり、大小関係が制限されない。また、Ｓ１１６およびＳ１１７のステップは、省略し、Ｓ１１５の後に、Ｓ１１８を処理しても構わない。また、Ｓ１１６（第２条件）およびＳ１１７（第３条件）のステップのいずれか一方を省略してもよい。つまり、第１条件は必須であり、第２条件および第３条件は任意の条件である。
【0044】
Ｓ１２０においてＹｅｓの場合、制御部９は半導体スイッチ２に流れている電流が短絡電流であり、２次側回路において直流事故が発生したものと判断する（Ｓ１２１）。この判定を「電圧低下継続判定」と称する。すなわち、第１条件および第２条件が満たされた場合、または、第１条件および第３条件が満たされた場合、制御部９は２次側回路において直流事故が発生したものと判断してもよい。あるいは、第２条件、第３条件の判定を省略し、第１条件が満たされた場合に、制御部９は２次側回路において直流事故が発生したものと判断してもよい。
【0045】
半導体スイッチが短絡故障または開放故障するか、２次側回路にて直流事故が発生していた場合、制御部９は半導体スイッチをオフにする（Ｓ１２２）。その後、第１開閉器３および第２開閉器４を開の状態にする（Ｓ１２３）。この際に、電流値を確認し、所定のゼロ電流整定値未満であることを判定してから第１開閉器３および第２開閉器４を開の状態にしてもよい。これは、第１開閉器３および第２開閉器４において発生するアークによる接点溶着を防ぐための処置である。
【0046】
（電流の遮断手順）
図３は、直流遮断器１の遮断時の動作例を示すフローチャートである。
図３は、直流遮断器１の遮断時の動作例を示すフローチャートである。
【0047】
制御部９は、半導体スイッチ２をオフにする（Ｓ２０１）。その後、電流計６は、半導体スイッチ２に流れる電流を電流値として計測する（Ｓ２０２）。電流計６は、計測した電流値を制御部９に出力する。
【0048】
制御部９は、電流値が所定のゼロ電流整定値未満であるかを確認する（Ｓ２０３）。Ｓ２０３においてＮｏの場合、Ｓ２０２に処理を戻し、電流を遮断し切るのを待つ。Ｓ２０３においてＹｅｓの場合、制御部９は、第１開閉器３および第２開閉器４を開の状態にする（Ｓ２０４）。
【0049】
（電流および電圧の時系列変化）
図４は、短絡電流が流れた場合における電流と電圧のグラフである。２次側回路において短絡が発生した場合に短絡電流が流れる。上述したように短絡電流は単調増加を続けるが、図４においては０．２秒において２次側回路が短絡し、短絡電流が流れ始めた。このタイミングに合わせて、電圧は０Ｖに低下する。
図４は、短絡電流が流れた場合における電流と電圧のグラフである。２次側回路において短絡が発生した場合に短絡電流が流れる。上述したように短絡電流は単調増加を続けるが、図４においては０．２秒において２次側回路が短絡し、短絡電流が流れ始めた。このタイミングに合わせて、電圧は０Ｖに低下する。
【0050】
電流値が第１過電流整定値Ｉ１を超過したタイミングで第１継続時間ｔ１と第２継続時間ｔ２とのカウントアップを開始する。第１継続時間ｔ１が第１整定時間Ｔ１を超過した時刻ｔ３から、制御部９は第１過電流判定と判定する。また、電流値が第２過電流整定値Ｉ２を超過した時刻ｔ４から、制御部９は第２過電流判定と判定する。さらに、第２継続時間ｔ２が第２整定時間Ｔ２を超過した時刻ｔ５から、制御部９は電圧低下継続判定と判定する。
【0051】
制御部９は、電圧低下継続判定と判定することによって、２次側回路が短絡していると判断し、直流遮断器１の遮断動作を開始する（ただし図４では、遮断動作を行わない場合を示す）。
【0052】
図５は、突入電流が流れた場合における電流と電圧のグラフである。突入電流が流れた場合は、２次側回路におけるＲＣ回路などによって、電流と電圧が振動する現象がみられる。図５は、当該電流と電圧との振動の一部を拡大した図でもある。
【0053】
制御部９における第１過電流判定と第２過電流判定に関する判定は、上述した２次側回路が短絡した場合と同一である。また、２次側回路のコンデンサ等が充電されることによって、第１電圧値が上昇していき、整定電圧値Ｖ１以上に、時刻ｔ６でなっていることがわかる。そのため、この場合は、第２継続時間ｔ２のカウントがリセットされるようになるため、第２継続時間ｔ２が第２整定時間Ｔ２を超過することはない。すなわち、制御部９が電圧低下継続判定をすることがなく、その結果、制御部９は、直流遮断器１に流れた大電流が突入電流であったと判断し、当該大電流を遮断しない。
【0054】
図６は、負荷投入直後にユーザ操作によって負荷開放した場合における電流と電圧のグラフである。制御部９における第１過電流判定に関する判定は、上述した２次側回路が短絡した場合と同一である。また、直流遮断器１を開放したことによって、第１電圧値が上昇したために、時刻ｔ７において整定電圧値Ｖ１以上になっている。そのため、この場合は、第２継続時間ｔ２のカウントがリセットされるようになるため、第２継続時間ｔ２が第２整定時間Ｔ２を超過することはない。
【0055】
さらに、図６では、直流遮断器１を開放したことによって、電流値も急低下していることがわかる。そのため、電流値が第２過電流整定値Ｉ２を超過しなかったために、制御部９は第２過電流判定をしない。
【0056】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0057】
図７は、実施形態２に係る直流遮断器１ａの電気回路図である。直流遮断器１ａは、直流遮断器１と異なり、半導体スイッチ２に代えて、第１半導体スイッチ２ａおよび第２半導体スイッチ２ｂを備える。また、直流遮断器１ａは、直流遮断器１と異なり、過電圧抑制回路５に代えて、第１過電圧抑制回路５ａおよび第２過電圧抑制回路５ｂを備える。また、制御部９ａは、制御部９と基本的な機能は同一だが、半導体スイッチ２の操作をする際に、第１半導体スイッチ２ａおよび第２半導体スイッチ２ｂの操作をする。
【0058】
第１半導体スイッチ２ａおよび第２半導体スイッチ２ｂは互いに対し逆極性となっている。また、第１半導体スイッチ２ａおよび第２半導体スイッチ２ｂには、ダイオードがそれぞれ並列に、第１半導体スイッチ２ａおよび第２半導体スイッチ２ｂの極性に対し逆向きに接続されている。結果として、当該２個のダイオードは互いに逆極性となっている。
【0059】
第１過電圧抑制回路５ａは、第１半導体スイッチ２ａに対し並列に接続されている。第２過電圧抑制回路５ｂは、第２半導体スイッチ２ｂに対し並列に接続されている。
【0060】
ここで、実施形態１に係る直流遮断器１では、１次側正極に直流電源の正極を、２次側負極に直流電源の負極を接続しなければならなかった。対して、実施形態２に係る直流遮断器１ａでは、１次側第１極および１次側第２極に接続する電源の極性の制限はない。すなわち、１次側第１極に直流電源の負極を接続しても構わなく、この場合実施形態１の逆極性の動作をすることになる。
【0061】
第１半導体スイッチ２ａおよび第２半導体スイッチ２ｂが逆極性で直列に接続されているため、電流が流れる際には、一方の半導体スイッチが電流を流し、他方のダイオードが電流を流すことになる。接続される電源の極性が反転した場合は、電流を流す半導体スイッチとダイオードとの関係が逆転する。すなわち、直流遮断器１ａでは、双方向で電流を流せるようになっている。
【0062】
〔変形例〕
実施形態１および２では、第１開閉器３および第２開閉器４として２個の開閉器を備える構成を示したが、これに限定されず、電源の正極のみを遮断する構成でも構わない。すなわち、第２開閉器４を備えていなく、半導体スイッチ２、２ａ、２ｂと第１開閉器３とによって電流を遮断するだけであっても構わない。
実施形態１および２では、第１開閉器３および第２開閉器４として２個の開閉器を備える構成を示したが、これに限定されず、電源の正極のみを遮断する構成でも構わない。すなわち、第２開閉器４を備えていなく、半導体スイッチ２、２ａ、２ｂと第１開閉器３とによって電流を遮断するだけであっても構わない。
【0063】
さらに、実施形態１および２では、第１開閉器３および第２開閉器４は、半導体スイッチ２、２ａ、２ｂの２次側に配置されたが、これに限定されない。すなわち、第１開閉器３および第２開閉器４は、半導体スイッチ２、２ａ、２ｂの１次側に配置されてもよい。
【0064】
また、短絡電流に関して示したが、任意の他の事故電流であっても構わない。
【0065】
〔まとめ〕
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る直流遮断器は、直流送電系統に適用される直流遮断器であって、半導体スイッチと、前記半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計と、前記半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計と、所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにする制御部と、を備え、前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る直流遮断器は、直流送電系統に適用される直流遮断器であって、半導体スイッチと、前記半導体スイッチの２次側電圧を計測する第１電圧計と、前記半導体スイッチに流れる電流を計測する電流計と、所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにする制御部と、を備え、前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む。
【0066】
上記の課題を解決するために、本発明の別の態様に係る直流遮断器の遮断方法は、直流送電系統に適用される直流遮断器の遮断方法であって、前記直流遮断器は、半導体スイッチを備え、前記半導体スイッチの２次側電圧を計測するステップと、前記半導体スイッチに流れる電流を計測するステップと、所定の条件が満たされたとき、前記半導体スイッチをオフにするステップと、を含み、前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第１時間経過した後まで、前記２次側電圧が所定の電圧値未満である状態が継続することを、第１条件として含む。
【0067】
上記の構成によれば、大電流が流れた際の電圧値を監視することによって、当該大電流が短絡電流なのか突入電流なのかを判断することができ、短絡電流の場合のみ電流を遮断することができる。
【0068】
前記所定の条件は、前記電流が所定の第２電流値以上であることを、第２条件として含み、前記制御部は、前記第１条件および前記第２条件が満たされたとき、前記所定の条件が満たされたと判定してもよい。
【0069】
前記第２電流値は、前記第１電流値よりも大きい値であってもよい。
【0070】
上記の構成によれば、流れている大電流の電流値が上昇していることを検出することができる。そのため、流れている大電流が短絡電流であると判断できる。
【0071】
前記所定の条件は、前記電流が所定の第１電流値以上となった時点から、所定の第２時間経過した後まで、前記電流が前記第１電流値以上である状態が継続することを、第３条件として含み、前記制御部は、前記第１条件および前記第３条件が満たされたとき、前記所定の条件が満たされたと判定してもよい。
【0072】
上記の構成によれば、流れている大電流が短時間ではないことがわかる。そのため、流れている大電流が短絡電流であると判断できる。
【0073】
前記半導体スイッチに対して直列に接続された機械式スイッチと、前記半導体スイッチの１次側電圧を計測する第２電圧計と、をさらに備えてもよい。
【0074】
上記の構成によれば、半導体スイッチの１次側電圧をさらに計測することができ、２次側電圧と合わせて半導体スイッチの状態を判断することができる。
【0075】
前記半導体スイッチおよび前記機械式スイッチがオフの状況において、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電位差の絶対値が所定値以下であった場合に、前記機械式スイッチをオンにできなくしてもよい。
【0076】
上記の構成によれば、半導体スイッチが短絡故障していないかを判断することができる。
【0077】
前記半導体スイッチがオンかつ前記機械式スイッチがオフの状況において、前記１次側電圧と前記２次側電圧との電位差の絶対値が所定値より大きい場合に、前記機械式スイッチをオンにできなくしてもよい。
【0078】
上記の構成によれば、半導体スイッチが開放故障していないかを判断することができる。
【0079】
前記機械式スイッチは、前記第１電圧計の２次側に接続されてもよい。
【0080】
上記の構成によれば、半導体スイッチの状態を確認してから、機械式スイッチに電圧を印加することができる。
【0081】
前記半導体スイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆極性の第１半導体スイッチおよび第２半導体スイッチを含んでもよい。
【0082】
上記の構成によれば、直流遮断器に印加する電圧の極性が制限されない。
【0083】
前記機械式スイッチは、前記半導体スイッチの１次側に接続されてもよい。
【0084】
上記の構成によれば、半導体スイッチの１次側に機械式スイッチを接続することができる。
【0085】
〔ソフトウェアによる実現例〕
直流遮断器１、１ａの制御部９（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
直流遮断器１、１ａの制御部９（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
【0086】
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。
【0087】
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。
【0088】
また、上記装置の機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記装置として機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記装置の機能を実現することも可能である。
【0089】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0090】
１、１ａ 直流遮断器
２ 半導体スイッチ
２ａ 第１半導体スイッチ
２ｂ 第２半導体スイッチ
３ 第１開閉器（機械式スイッチ）
４ 第２開閉器
５ 過電圧抑制回路
５ａ 第１過電圧抑制回路
５ｂ 第２過電圧抑制回路
６ 電流計
７ 第１電圧計
８ 第２電圧計
９ 制御部
２ 半導体スイッチ
２ａ 第１半導体スイッチ
２ｂ 第２半導体スイッチ
３ 第１開閉器（機械式スイッチ）
４ 第２開閉器
５ 過電圧抑制回路
５ａ 第１過電圧抑制回路
５ｂ 第２過電圧抑制回路
６ 電流計
７ 第１電圧計
８ 第２電圧計
９ 制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】