特開 2024-1647 制御装置、制御プログラム、記録媒体、直流遮断装置、および制御方法

(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】P2024001647

(43)【公開日】2024-01-10

(54)【発明の名称】制御装置、制御プログラム、記録媒体、直流遮断装置、および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/087 20060101AFI20231227BHJP

   H01H 33/59 20060101ALN20231227BHJP

【ＦＩ】

H02H3/087

H01H33/59 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100433

(22)【出願日】2022-06-22

(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

(72)【発明者】

【氏名】豊田 玄紀

【テーマコード（参考）】

5G004

5G028

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB02

5G004BA04

5G004CA04

5G004DA01

5G004DC02

5G004DC14

5G004EA01

5G028AA21

5G028FB06

5G028FC02

(57)【要約】

【課題】突入電流を遮断する可能性を低減可能な制御装置を実現する。
【解決手段】制御装置（４０）は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線（１１）に位置する半導体スイッチ（２０）と、第１線における半導体スイッチと負荷との間、および、電源の負極と負荷とをつなぐ第２線（１２）に接続されたコンデンサ（３０）とを備える直流遮断装置において、コンデンサに流れる電流の方向に応じて、半導体スイッチを開とする電流遮断部（４１）を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、
前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、
前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、
前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサとを備える直流遮断装置における前記半導体スイッチの開閉を制御する制御装置であって、
前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断部を備える制御装置。

【請求項2】

前記電流遮断部は、前記第１端から前記第１線に電流が流れた後、前記コンデンサに流れる電流が０になった場合に前記半導体スイッチを開とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記電流遮断部は、前記コンデンサに流れる電流の方向および前記コンデンサにおける電圧の大きさに応じて、前記半導体スイッチを開とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記電流遮断部は、前記第１端から前記第１線に電流が流れている状態において前記コンデンサにおける電圧が閾値以下となり、その後に前記コンデンサに流れる電流が０になった状態において前記コンデンサにおける電圧が継続して前記閾値以下である場合に、前記半導体スイッチを開とする請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記電流遮断部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

【請求項6】

請求項５に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項7】

電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、
前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、
前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、
前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断部とを備える直流遮断装置。

【請求項8】

電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、
前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、
前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、
前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサとを備える直流遮断装置における前記半導体スイッチの開閉を制御する制御方法であって、
前記コンデンサに流れる電流の方向を検出する電流検出ステップと、
前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断ステップと、を含む制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電流を遮断する直流遮断装置の制御装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器が開示されている。当該直流遮断器は、事故電流遮断部と、制御回路とを備える。事故電流遮断部は、直流線路における事故の発生時に制御回路から入力される指令に従って開動作を行う。制御回路は、直流線路に流れる直流電流の値が閾値を超えた場合、事故が発生したと判断し、事故電流遮断部へ開動作のための指令を出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８０８０９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されている直流遮断器は、負荷への突入電流を事故電流と誤認して遮断する場合があるという問題がある。

【0005】

本発明の一態様は、突入電流を誤って遮断する可能性を低減可能な制御装置など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】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサとを備える直流遮断装置における前記半導体スイッチの開閉を制御する制御装置であって、前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断部を備える。

【0007】

また、本発明の一態様に係る直流遮断装置は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサと、前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断部とを備える。

【0008】

また、本発明の一態様に係る制御方法は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサとを備える直流遮断装置における前記半導体スイッチの開閉を制御する制御方法であって、前記コンデンサに流れる電流の方向を検出する電流検出ステップと、前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断ステップと、を含む。

【0009】

本発明の各態様に係る制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記制御装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記制御装置をコンピュータにて実現させる制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様に係る制御装置などによれば、突入電流を誤って遮断する可能性を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る直流遮断装置の構成を示す回路図である。

【図2】直流遮断装置の立ち上げ時における状態を示す図である。

【図3】負荷で事故が発生した場合における直流遮断装置の状態を示す図である。

【図4】コンデンサ負荷が追加された場合における直流遮断装置の状態を示す図である。

【図5】電流遮断部による直流遮断装置の制御方法の例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

【0013】

（直流遮断装置１の構成）
図１は、本実施形態に係る直流遮断装置１の構成を示す回路図である。図１に示すように、直流遮断装置１は、第１線１１、第２線１２、半導体スイッチ２０、コンデンサ３０、および制御装置４０を備える。

【0014】

第１線１１は、電源（不図示）の正極と負荷（不図示）とをつなぐ。第２線１２は、電源の負極と負荷とをつなぐ。電源は直流電源である。負荷はコンデンサ負荷である。

【0015】

半導体スイッチ２０は、第１線１１において電源と負荷との間に位置する。半導体スイッチ２０は、制御装置４０からの制御信号により開閉を制御される。半導体スイッチ２０としては、公知の半導体スイッチを特に制限なく用いることができる。半導体スイッチ２０の具体例として、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、および他のトランジスタが挙げられる。

【0016】

コンデンサ３０は、第１端３１と第２端３２とを有するコンデンサである。第１端３１は、第１線１１における半導体スイッチ２０と負荷との間に接続される。第２端３２は、第２線１２に接続される。コンデンサ３０の容量は、直流遮断装置１に接続されることが想定されるコンデンサ負荷の容量の１０％以下の小容量コンデンサであってよい。

【0017】

制御装置４０は、直流遮断装置１の動作を制御する。例えば制御装置４０は、半導体スイッチ２０の開閉を制御する。本実施形態では、制御装置４０が直流遮断装置１の一部であるものとして記載している。ただし、制御装置４０は、直流遮断装置１とは別の装置であってもよい。制御装置４０は、電流遮断部４１、突入電流制御部４２、および記憶部４５を備える。

【0018】

電流遮断部４１は、コンデンサ３０に流れる電流Ｉｃｏの方向に応じて、半導体スイッチ２０を開とする。第１線１１における電流Ｉｄが増大した場合、増大した電流が負荷で事故が発生したことに起因する事故電流であるか、コンデンサ負荷が新たに接続されたことに起因する突入電流であるかを電流Ｉｄの大きさにより判別することは困難である。しかし、コンデンサ３０に流れる電流Ｉｃｏの方向は、事故が発生した場合とコンデンサ負荷が接続された場合とで、互いに異なる挙動を示す。したがって、制御装置４０によれば、電流遮断部４１が上記のとおり動作することで、突入電流を誤って遮断する可能性を低減できる。

【0019】

具体的には、電流遮断部４１は、第１端３１から第１線１１に電流Ｉｃｏが流れた後、電流Ｉｃｏが０になった場合に、半導体スイッチ２０を開とする。電流遮断部４１は、電流Ｉｃｏの向きおよび大きさを示す信号を、後述する第１変流器５１から取得する。

【0020】

後述するように、負荷において短絡事故または地絡事故が発生した場合には、第１端３１から第１線１１に電流Ｉｃｏが流れた後、電流Ｉｃｏが０になる。一方、コンデンサ負荷が追加されて第１線１１に突入電流が流れた場合には、第１端３１から第１線１１に電流Ｉｃｏが流れた後、第１線１１から第１端３１に電流Ｉｃｏが流れ、その後に電流Ｉｃｏが０になる。

【0021】

厳密には、第１線１１に突入電流が流れた場合には、第１端３１から第１線１１に電流Ｉｃｏが流れた後、第１線１１から第１端３１に電流Ｉｃｏが流れる前に、一時的に電流Ｉｃｏが０になる。電流Ｉｃｏが０になった後、第１線１１から第１端３１に電流Ｉｃｏが流れるまでの時間は、コンデンサ負荷の容量および電源電圧に依存する。

【0022】

例えば以下の例について考える。
・コンデンサ負荷の容量：４０００μＦ（１００ｋＷの変換器に相当）
・コンデンサ３０の容量：２００μＦ（コンデンサ負荷の容量の５％）
・第１線１１の直流抵抗率：０．５Ω／ｋｍ
この例において、第１線１１の長さを５００ｍとした場合、配線抵抗は０．５Ω／ｋｍ×５００ｍ＝０．２５Ωとなる。この場合、電流Ｉｃｏが０になった後、第１線１１から第１端３１に電流Ｉｃｏが流れるまでの時間は、０．２５Ω（配線抵抗）×２００μＦ（コンデンサ３０の容量）＝５０μｓとなる。

【0023】

したがって、この例では、電流Ｉｃｏが０となった後、その状態が５０μｓ以上継続すれば、負荷において短絡事故または地絡事故が発生した可能性が高いと言える。電流遮断部４１が上記のとおり動作することで、制御装置４０は、事故電流に対して短時間で半導体スイッチ２０を開とすることができる。

【0024】

一般に、コンデンサへの充電は、電源電圧が高い場合には大電流で行われ、電源電圧が低い場合には小電流で行われる。このため、電流Ｉｃｏが０になった後、第１線１１から第１端３１に電流Ｉｃｏが流れるまでの時間は、電源電圧には依存しない。

【0025】

上記の判定において、電流遮断部４１は、電流Ｉｃｏが完全に０まで低下したか否かを判定する必要はなく、実質的に０になったと見なすことができる閾値以下まで低下したか否かを判定すればよい。電流Ｉｃｏが実質的に０になったと見なすことができる閾値については、想定される電源の出力に応じて制御装置４０の設計者またはユーザが適宜設定すればよい。例えば想定される電源の出力が１００ｋＷであり、電源電圧が６００Ｖである場合、電源からの電流は１６７Ａとなる。この場合、電流Ｉｃｏが実質的に０になったと見なすことができる閾値は、電源からの電流の１０％（１６．７Ａ）以下であってよく、例えば１５Ａであってよい。

【0026】

また、電流遮断部４１は、コンデンサ３０に流れる電流Ｉｃｏの方向、およびコンデンサ３０における電圧Ｖｃｏの大きさに応じて、半導体スイッチ２０を開としてもよい。電圧Ｖｃｏの大きさも、事故が発生した場合とコンデンサ負荷が新たに接続された場合とで、互いに異なる挙動を示す。したがって、電流遮断部４１は、電流Ｉｃｏの方向に加えて、電圧Ｖｃｏの大きさにも応じて半導体スイッチ２０を開とすることで、より高い精度で事故電流に対して半導体スイッチ２０を開とすることができる。

【0027】

具体的には、電流遮断部４１は、第１端３１から第１線１１に電流Ｉｃｏが流れている状態において電圧Ｖｃｏが閾値以下となり、その後に電流Ｉｃｏが０になった状態において電圧Ｖｃｏが継続して閾値以下である場合に、半導体スイッチ２０を開とする。電流遮断部４１は、電圧Ｖｃｏの大きさを示す信号を、後述する第１電圧センサ５３から取得する。

【0028】

後述するように、負荷において短絡事故または地絡事故が発生した場合には、コンデンサ３０は充電されていた電力を放電する。このため、第１端３１から第１線１１に電流Ｉｃｏが流れるとともに、電圧Ｖｃｏが低下して閾値以下となる。そして、その後もコンデンサ３０は充電されないため、電流Ｉｃｏが０になってから事故が発生したと判定される時間が経過するまで、電圧Ｖｃｏは継続して閾値以下に低下したままの状態となる。この状態では、電圧Ｖｃｏは０に近い値となる。一方、後述するように、コンデンサ負荷が追加されて突入電流が発生した場合には、コンデンサ３０は短時間のみ放電した後で再び充電される。このため、電圧Ｖｃｏは、一時的に閾値以下まで低下しても、電流Ｉｃｏが０になってから事故が発生したと判定される時間が経過するよりも前に、閾値よりも高い値まで再び上昇する。このため、電流遮断部４１が上記のとおり動作することで、より高い精度で事故電流に対して半導体スイッチ２０を開とすることができる。

【0029】

電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とする電圧Ｖｃｏの閾値は、制御装置４０の設計者またはユーザにより、０よりも大きく、かつ電源から直流遮断装置１に入力される電源電圧Ｖｉｎ未満である値に適宜設定されればよい。電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とする電圧Ｖｃｏの閾値は、定数であってもよく、電源電圧Ｖｉｎを参照した値であってもよい。電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とする電圧Ｖｃｏの閾値を、電源電圧Ｖｉｎを参照した値とする場合、電流遮断部４１は、電源電圧Ｖｉｎの大きさを示す信号を、後述する第２電圧センサ５４から取得する。この場合、当該閾値は、例えば電源電圧Ｖｉｎの半分の値であってよい。

【0030】

また、電流遮断部４１は、上述した電流Ｉｃｏの方向、または電流Ｉｃｏの方向と電圧Ｖｃｏの大きさとの組み合わせに加えて、第１線１１における電流Ｉｄの大きさに応じて半導体スイッチ２０を開としてもよい。電流遮断部４１は、電流Ｉｄの大きさを示す信号を、後述する第２変流器５２から取得する。

【0031】

電流遮断部４１は、電流Ｉｄが所定の閾値以上であることを、半導体スイッチ２０を開とするための条件に含めてもよい。これにより、電流遮断部４１は、より高い精度で事故電流に対して半導体スイッチ２０を開とすることができる。電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とする電流Ｉｄの閾値は、制御装置４０の設計者またはユーザにより、直流遮断装置１の定常状態における電流Ｉｄよりも十分高い値に設定されればよい。電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とする電流Ｉｄの閾値は、例えば直流遮断装置１の定常状態における電流Ｉｄの２倍に設定されてよい。

【0032】

一般に、半導体素子は、定格電流の半分程度の電流を定常状態における電流として運用されることが、電力効率の観点から好ましい。半導体スイッチ２０がこのように運用されている場合、直流遮断装置１の定常状態における電流Ｉｄの２倍という値は、半導体スイッチ２０の定格電流である。

【0033】

突入電流制御部４２は、直流遮断装置１の立ち上げ時における突入電流を低減するように第１開閉器６１および第２開閉器６２を制御する。突入電流制御部４２による制御の内容については後述する。

【0034】

記憶部４５は、制御装置４０による制御に必要な情報を記憶する記憶装置である。記憶部４５は、例えば電流Ｉｃｏが実質的に０になったとみなすことができる閾値を記憶する。ただし、制御装置４０は必ずしも記憶部４５を備える必要はなく、制御装置４０による制御に必要な情報を記憶する外部の記憶装置と通信可能に接続されていてもよい。

【0035】

直流遮断装置１は、過電圧抑制回路２５をさらに備える。過電圧抑制回路２５は、第１線１１に、半導体スイッチ２０と並列に接続される。半導体スイッチ２０が閉である場合には、電流は半導体スイッチ２０を流れるため、過電圧抑制回路２５へはほとんど流れない。一方、半導体スイッチ２０が開である場合には、電源の正極と負荷とが過電圧抑制回路２５を介してのみ接続されることとなるため、電流は過電圧抑制回路２５へ流れる。過電圧抑制回路２５の例として、ＬＣ共振回路、ＲＣスナバ回路、およびサージアブソーバが挙げられる。

【0036】

また、直流遮断装置１は、第１変流器５１および第２変流器５２をさらに備える。第１変流器５１は、コンデンサ３０に流れる電流Ｉｃｏの向きおよび大きさを検出するための変流器である。第１変流器５１は、電流Ｉｃｏの向きおよび大きさを示す信号を電流遮断部４１に出力する。また、第１変流器５１は、電流Ｉｃｏの向きおよび大きさを示す信号を突入電流制御部４２にも出力してよい。第１変流器５１は、コンデンサ３０の第１端３１と第１線１１との間に設けられる。

【0037】

第２変流器５２は、第１線１１における、半導体スイッチ２０と負荷との間に流れる電流Ｉｄの大きさを検出するための変流器である。第２変流器５２は、電流Ｉｄの大きさを示す信号を電流遮断部４１に出力する。第２変流器５２は、第１線１１に設けられる。

【0038】

また、直流遮断装置１は、第１電圧センサ５３および第２電圧センサ５４をさらに備える。第１電圧センサ５３は、コンデンサ３０における電圧Ｖｃｏの大きさを検出するためのセンサである。第１電圧センサ５３は、電圧Ｖｃｏの大きさを示す信号を電流遮断部４１に出力する。また、第１電圧センサ５３は、電圧Ｖｃｏの大きさを示す信号を突入電流制御部４２にも出力してよい。第１電圧センサ５３の一端は、第１線１１における、半導体スイッチ２０よりも電源側に接続される。第１電圧センサ５３の他端は、第２線１２に接続される。

【0039】

第２電圧センサ５４は、電源電圧Ｖｉｎの大きさを検出するためのセンサである。第２電圧センサ５４は、電源電圧Ｖｉｎの大きさを示す信号を電流遮断部４１に出力する。第２電圧センサ５４は、コンデンサ３０と並列に設けられる。

【0040】

第１電圧センサ５３、第２電圧センサ５４および第２変流器５２は、直流遮断装置１においては必須の構成要素ではない。電流遮断部４１が上述した電圧Ｖｃｏを用いた判定を行わない場合には、第１電圧センサ５３および第２電圧センサ５４は省略されてもよい。また、電流遮断部４１が上述した電流Ｉｄを用いた判定を行わない場合には、第２変流器５２は省略されてもよい。

【0041】

また、直流遮断装置１は、第１開閉器６１および第２開閉器６２をさらに備える。第１開閉器６１および第２開閉器６２は、制御装置４０により制御されるスイッチである。第１開閉器６１および第２開閉器６２は、半導体スイッチまたは機械式のスイッチのいずれであってもよい。第１開閉器６１は、第１線１１における、電源の正極と半導体スイッチ２０との間に位置する。第２開閉器６２は、第１開閉器６１と並列であるように第１線１１に接続される。

【0042】

また、直流遮断装置１は、突入電流抑制抵抗６４をさらに備える。突入電流抑制抵抗６４は、第１開閉器６１と並列、かつ第２開閉器６２と直列であるように第１線１１に接続される抵抗器である。第２開閉器６２および突入電流抑制抵抗６４は、直流遮断装置１の立ち上げ時における突入電流を抑制する、突入電流抑制回路を構成する。突入電流抑制抵抗６４の抵抗値は、想定される電源の出力および負荷の容量に応じて、直流遮断装置１の設計者が適宜決定すればよい。

【0043】

また、直流遮断装置１は、第３開閉器６３をさらに備える。第３開閉器６３は、第２線１２に位置する。第３開閉器６３は、直流遮断装置１、電源および負荷を含むシステム全体の作動と停止とを切り替えるスイッチである。第３開閉器６３は、制御装置４０により制御されるスイッチである。第３開閉器６３は、半導体スイッチまたは機械式のスイッチのいずれであってもよい。

【0044】

第１開閉器６１、第２開閉器６２、突入電流抑制抵抗６４および突入電流制御部４２は、直流遮断装置１においては必須の構成要素ではない。直流遮断装置１の立ち上げ時における突入電流を低減する必要がなければ、これらの構成要素は省略されてもよい。

【0045】

第３開閉器６３は、直流遮断装置１においては必須の構成要素ではない。直流遮断装置１、電源および負荷を含むシステムにおいては、例えば電源からの電力の供給と停止とを切り替えることで、当該システム全体の作動と停止とを切り替えてもよい。その場合には、制御装置４０により制御される第３開閉器６３は省略されてもよい。

【0046】

（直流遮断装置１の立ち上げ時の動作）
図２は、直流遮断装置１の立ち上げ時における状態を示す図である。図２において、符号２０１はコンデンサ３０の充電完了前の状態を示し、符号２０２はコンデンサ３０の充電完了後の状態を示す。簡単のため、図２においては、第１変流器５１、第２変流器５２、第１電圧センサ５３、および第２電圧センサ５４を省略している。

【0047】

直流遮断装置１の立ち上げ時には、電流遮断部４１は、半導体スイッチ２０を閉とする。また、突入電流制御部４２は、第１開閉器６１を開、第２開閉器６２を閉、第３開閉器６３を閉とする。このとき、符号２０１において矢印９１で示すように、電源の正極からの電流は、第２開閉器６２、突入電流抑制抵抗６４、および半導体スイッチ２０を経由して負荷へ流れる。このため、直流遮断装置１の立ち上げ時における突入電流は、突入電流抑制抵抗６４を経由しない場合よりも抑制される。また、矢印９２で示すように、電源の正極からの電流の一部はコンデンサ３０に流れ、コンデンサ３０を充電する。

【0048】

突入電流制御部４２は、コンデンサ３０の充電が完了すると、第１開閉器６１を閉、第２開閉器６２を開とする。このとき、符号２０２において矢印９３で示すように、電源の正極からの電流は、第１開閉器６１を経由して、突入電流抑制抵抗６４を経由せずに負荷へ流れる。突入電流制御部４２は、例えば電流Ｉｃｏの大きさを示す信号を第１変流器５１から取得し、電流Ｉｃｏの大きさが０になった場合に、コンデンサ３０の充電が完了したと判定してよい。または、突入電流制御部４２は、例えば電圧Ｖｃｏの大きさを示す信号を第１電圧センサ５３から取得し、電源電圧Ｖｉｎの大きさを示す信号を第２電圧センサ５４から取得する。突入電流制御部４２は、電圧Ｖｃｏの大きさが電源電圧Ｖｉｎの大きさと等しくなった場合に、コンデンサ３０の充電が完了したと判定してもよい。

【0049】

（負荷で事故が発生した場合の動作）
図３は、負荷で事故が発生した場合における直流遮断装置１の状態を示す図である。図３において、符号３０１は電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とする前の状態を示し、符号３０２は電流遮断部４１が半導体スイッチ２０を開とした後の状態を示す。簡単のため、図３においては、第１変流器５１、第２変流器５２、第１電圧センサ５３、および第２電圧センサ５４を省略している。

【0050】

負荷で短絡事故または地絡事故が発生した場合には、矢印９４で示すように、短絡電流または地絡電流が流れる。このとき、符号３０１において矢印９５で示すように、コンデンサ３０の第１端３１から第１線１１を介して負荷へ放電電流が流れる。コンデンサ３０の放電が完了すると、コンデンサ３０から第１線１１へ流れる電流は０になる。

【0051】

電流遮断部４１は、上記の電流Ｉｃｏの方向に応じて、半導体スイッチ２０を開とする。このとき、符号３０２において矢印９６で示すように、電源の正極からの電流は、過電圧抑制回路２５を介して負荷へ流れる。過電圧抑制回路２５により、電源の正極から負荷へ流れる電流の、急激な増大を抑制し、事故電流を遮断するエネルギーにより生じる過電圧を抑制し、電流消弧することで、事故電流がゼロとなる。

【0052】

（コンデンサ負荷が追加された場合の動作）
図４は、コンデンサ負荷が追加された場合における直流遮断装置１の状態を示す図である。図４において、符号４０１はコンデンサ負荷における電圧がコンデンサ３０における電圧よりも低い状態を示し、符号４０２はコンデンサ負荷における電圧がコンデンサ３０における電圧以上である状態を示す。簡単のため、図４においては、第１変流器５１、第２変流器５２、第１電圧センサ５３、および第２電圧センサ５４を省略している。

【0053】

直流遮断装置１にコンデンサ負荷を追加で接続した場合、矢印９７で示すように追加されたコンデンサ負荷が充電される。コンデンサ負荷における電圧がコンデンサ３０における電圧よりも低い状態では、符号４０１において矢印９８で示すように、コンデンサ３０がコンデンサ負荷に放電する。コンデンサ負荷における電圧がコンデンサ３０における電圧以上になると、符号４０２において矢印９９で示すように、再びコンデンサ３０が充電される。

【0054】

（電流遮断部４１による直流遮断装置１の制御方法）
図５は、電流遮断部４１による直流遮断装置１の制御方法の例を示すフローチャートである。電流遮断部４１は、コンデンサ３０に流れる電流Ｉｃｏの方向を示す信号を第１変流器５１から取得する（Ｓ１、電流検出ステップ）。ただし、電流遮断部４１は、ステップＳ１に限らず、例えば後述するステップＳ４，Ｓ５の前に電流Ｉｃｏの方向を示す信号を第１変流器５１から取得してよい。また、電流遮断部４１は、コンデンサ３０における電圧Ｖｃｏを示す信号を、例えば後述するステップＳ３，Ｓ６の前に第１電圧センサ５３から取得してよい。また、電流遮断部４１は、電源電圧Ｖｉｎを示す信号についても、例えば後述するステップＳ３，Ｓ６の前に第２電圧センサ５４から取得してよい。

【0055】

電流遮断部４１は、電流Ｉｃｏが第１端３１から第１線１１に流れたか否かを判定する（Ｓ２）。電流Ｉｃｏが第１端３１から第１線１１に流れた場合（Ｓ２でＹＥＳ）、電流遮断部４１は、電圧Ｖｃｏが閾値未満になったか否かを判定する（Ｓ３）。

【0056】

電圧Ｖｃｏが閾値未満になった場合（Ｓ３でＹＥＳ）、電流遮断部４１は、電流Ｉｃｏが０になったか否かを判定する（Ｓ４）。電流Ｉｃｏが０になった場合（Ｓ４でＹＥＳ）、電流遮断部４１は、電流Ｉｃｏが０の状態が所定時間継続したか否かを判定する（Ｓ５）。電流Ｉｃｏが０の状態が所定時間継続した場合（Ｓ５でＹＥＳ）、電流遮断部４１は、電圧Ｖｃｏが閾値未満のままであるか否かを判定する（Ｓ６）。

【0057】

電圧Ｖｃｏが閾値未満のままである場合（Ｓ６でＹＥＳ）、電流遮断部４１は、半導体スイッチ２０を開とする（Ｓ７、電流遮断ステップ）。ステップＳ７の実行には、電流Ｉｃｏの方向について判定するステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５のそれぞれでＹＥＳと判定されることが前提となる。したがって、ステップＳ７は、コンデンサ３０に流れる電流Ｉｃｏの方向に応じて、半導体スイッチ２０を開とするステップであると表現できる。一方、ステップＳ２～Ｓ６のいずれかで電流遮断部４１がＮＯと判定した場合には、電流遮断部４１は、ステップＳ７を実行せずに処理を終了する。

【0058】

ステップＳ２～Ｓ６の全てで電流遮断部４１がＹＥＳと判定した場合には、負荷において事故が発生している可能性が高い。したがって、電流遮断部４１は、ステップＳ７を実行することで、事故電流を遮断することができる。一方で、ステップＳ２～Ｓ６のいずれかで電流遮断部４１がＮＯと判定した場合には、負荷において事故が発生している可能性は低い。したがって、電流遮断部４１は、この場合にはステップＳ７を実行せず、第１線１１を流れる電流を遮断しないことで、事故電流以外の電流を遮断する可能性を低減できる。

【0059】

ステップＳ３，Ｓ６は、事故が発生したことを電流遮断部４１がより高い精度で判定するためのステップである。ただし、事故が発生したことを判定する上では、ステップＳ３，Ｓ６は必須ではない。このため、電流遮断部４１は、ステップＳ３，Ｓ６を省略してもよい。また、電流遮断部４１は、ステップＳ７よりも前に、第１線１１における電流Ｉｄの大きさを示す信号を第２変流器５２から取得し、電流Ｉｄの大きさについて判定するステップを実行してもよい。

【0060】

〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置４０（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、当該装置の制御ブロック（電流遮断部４１）としてコンピュータを機能させるための制御プログラムにより実現することができる。

【0061】

この場合、上記装置は、上記制御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制御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。

【0062】

上記制御プログラムは、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。

【0063】

また、上記各制御ブロック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、上記各制御ブロック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各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

【0064】

また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。

【0065】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る制御装置は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサとを備える直流遮断装置における前記半導体スイッチの開閉を制御する制御装置であって、前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断部を備える。

【0066】

上記の構成によれば、電流遮断部は、直流遮断装置が備えるコンデンサに流れる電流の方向に応じて、半導体スイッチを開とする。当該コンデンサの第１端は、第１線における半導体スイッチと負荷との間に接続されている。当該コンデンサの第２端は第２線に接続されている。当該コンデンサに流れる電流は、第１線に流れる電流が事故電流である場合と突入電流である場合とで、互いに異なる挙動を示す。したがって、電流遮断部が上記のとおり半導体スイッチを開とすることで、制御装置は、突入電流を誤って遮断する可能性を低減できる。

【0067】

また、本発明の態様２に係る制御装置は、態様１において、前記電流遮断部は、前記第１端から前記第１線に電流が流れた後、前記コンデンサに流れる電流が０になった場合に前記半導体スイッチを開としてもよい。

【0068】

上記の構成によれば、制御装置は、第１線に事故電流が流れた場合における、コンデンサに流れる電流の方向が示す挙動に基づいて、事故電流に対して短時間で半導体スイッチを開とすることができる。

【0069】

また、本発明の態様３に係る制御装置は、態様１または２において、前記電流遮断部は、前記コンデンサに流れる電流の方向および前記コンデンサにおける電圧の大きさに応じて、前記半導体スイッチを開としてもよい。

【0070】

上記の構成によれば、電流遮断部は、コンデンサに流れる電流の方向に加えて、コンデンサにおける電圧の大きさに応じて半導体スイッチを開とする。コンデンサにおける電圧の大きさも、第１線に流れる電流が事故電流である場合と突入電流である場合とで、互いに異なる挙動を示す。したがって、制御装置は、より高い精度で事故電流に対して半導体スイッチを開とすることができる。

【0071】

また、本発明の態様４に係る制御装置は、態様３において、前記電流遮断部は、前記第１端から前記第１線に電流が流れている状態において前記コンデンサにおける電圧が閾値以下となり、その後に前記コンデンサに流れる電流が０になった状態において前記コンデンサにおける電圧が継続して前記閾値以下である場合に、前記半導体スイッチを開としてもよい。

【0072】

上記の構成によれば、制御装置は、第１線に事故電流が流れた場合における、コンデンサに流れる電流の方向が示す挙動およびコンデンサにおける電圧が示す挙動に基づいて、事故電流に対して半導体スイッチを開とすることができる。

【0073】

また、本発明の態様５に係る制御プログラムは、態様１の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記電流遮断部としてコンピュータを機能させる。

【0074】

また、本発明の態様６に係る記録媒体は、態様５の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【0075】

また、本発明の態様７に係る直流遮断装置は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサと、前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断部とを備える。

【0076】

また、本発明の態様８に係る制御方法は、電源の正極と負荷とをつなぐ第１線と、前記電源の負極と前記負荷とをつなぐ第２線と、前記第１線において前記電源と前記負荷との間に位置する半導体スイッチと、前記第１線における前記半導体スイッチと前記負荷との間に第１端が接続され、前記第２線に第２端が接続されたコンデンサとを備える直流遮断装置における前記半導体スイッチの開閉を制御する制御方法であって、前記コンデンサに流れる電流の方向を検出する電流検出ステップと、前記コンデンサに流れる電流の方向に応じて、前記半導体スイッチを開とする電流遮断ステップと、を含む。

【0077】

態様５～８の構成によれば、態様１と同様の効果を奏する。

【0078】

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】

【0079】

１ 直流遮断装置
１１ 第１線
１２ 第２線
２０ 半導体スイッチ
３０ コンデンサ
３１ 第１端
３２ 第２端
４０ 制御装置
４１ 電流遮断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】