特許 7014742 半導体遮断装置

(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】

(24)【登録日】2022-01-24

(45)【発行日】2022-02-01

(54)【発明の名称】半導体遮断装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/59 20060101AFI20220125BHJP

   H01H 9/54 20060101ALI20220125BHJP

【ＦＩ】

H01H33/59 D

H01H9/54 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018568269

(86)(22)【出願日】2017-06-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-07-11

(86)【国際出願番号】 EP2017066092

(87)【国際公開番号】W WO2018002198

(87)【国際公開日】2018-01-04

【審査請求日】2020-05-29

(31)【優先権主張番号】1656181

(32)【優先日】2016-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】515017094

【氏名又は名称】メルセン フランス エスベー ソシエテ パ アクシオンス シンプリフィエ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100119987

【氏名又は名称】伊坪 公一

(72)【発明者】

【氏名】マチュー モラティ

(72)【発明者】

【氏名】フランソワ アンヌ

(72)【発明者】

【氏名】ジャン－フランソワ ドゥ パルマ

(72)【発明者】

【氏名】ティボー シャイユー

【審査官】北岡 信恭

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６１－２５９４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１９１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１５１８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２１５６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０２５８１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ９／５４－ ９／５６

Ｈ０１Ｈ ３３／２８－３３／５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体電流遮断装置（２）であって、
エネルギ吸収部材（６）を有する第１枝路（４）と、
前記第１枝路と並列に接続される半導体スイッチ（１０）を有する第２枝路（８）と、
機械スイッチ（１６）を有し前記第２枝路と並列に接続される第３枝路（１４）と、を有する回路（Ｃ）と、
前記半導体電流遮断装置の接続端子（２．１、２．２）における電流の強度（Ｉ）を測定する手段（３）と、
前記測定する手段によって測定された前記電流の強度（Ｉ）が予め定められた値に到達したとき、前記半導体スイッチの開極を制御して、前記半導体電流遮断装置が導通状態から前記エネルギ吸収部材によって前記電流が吸収される遮断状態に切り替わるようプログラミングされる、前記スイッチ（１０）の電子制御部（１８）であって、
前記機械スイッチ（１６）の開閉は、前記電子制御部（１８）によって制御され、
前記電子制御部（１８）は、前記装置が前記導通状態から前記遮断状態に切り替わるとき、前記半導体スイッチが前記機械スイッチ（１６）の後で開くようプログラミングされる、電子制御部と、を備え、
前記電子制御部（１８）は、前記半導体電流遮断装置が前記遮断状態から前記導通状態に切り替わるとき、前記半導体スイッチ（１０）が前記機械スイッチ（１６）の前に閉じるようプログラミングされ、
前記機械スイッチ（１６）は、固定部分（１６２）と、開位置と閉位置との間の可動部分（１６４）と、前記可動部分の前記固定部分に対する相対位置（Ｐ１６）を測定する手段（１７２）と、を備え、
前記測定する手段は、前記電子制御部（１８）に接続され、
前記電子制御部（１８）は、前記可動部分が前記閉位置の方向に移動して第１閾位置（Ｐ１６ａ）に到達したとき、前記半導体スイッチ（１０）を閉極するようプログラミングされることを特徴とする、装置。

【請求項2】

前記第１閾位置（Ｐ１６ａ）は、前記半導体スイッチ（１０）の閉極と前記機械スイッチ（１６）の閉極との間の第１期間（Δｔ１）が１００μｓと１ｍｓとの間であるよう規定される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記電子制御部（１８）は、前記開位置の方向に移動する前記可動部分が第２閾位置（Ｐ１６ｂ）に到達した時点から第２期間（Δｔ２）後に前記半導体スイッチ（１０）を開極するようプログラミングされ、
前記第２閾位置は、前記第２期間（Δｔ２）が、１０μｓと１００μｓとの間に含まれるよう規定される、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記エネルギ吸収部材（６）は、脱着可能である、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記機械スイッチ（１６）は、反発盤（１６４．３）と、電流が供給されると、前記反発盤（１６４．３）に反発して、前記可動部分が当該可動部分の閉位置から開位置に移動する反発コイル（１７０）と、を装備する可動部分１６４を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記機械スイッチ（１６）は、１ｍｓより短い開極時間を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記回路は、前記第３枝路（１４）と共有するノードと、２つの前記第１枝路（４、８）と共有するノードと、を有する第４枝路（１３）を備え、
前記第４枝路（１３）は、他の機械スイッチ（１２）を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

前記回路は、前記半導体電流遮断装置の電気接続端子（２．１）を前記回路（Ｃ）の３つの前記第１枝路に接続する第４枝路（１３）を備え、
前記第４枝路（１３）は、他の機械スイッチ（１２）を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項9】

前記他の機械スイッチ（１２）は、前記装置の第１接続端子（２．１）と第２接続端子（２．２）との間にガルバニック絶縁を確保するよう大きさが決定される、請求項７または８に記載の装置。

【請求項10】

前記装置（２）は、一方がＤＣ電流源に接続されるよう意図された２つの電気接続端子（２．１、２．２）を備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体電流遮断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

欧州特許出願公開第０，５１３，３４６号明細書に記載されるように、半導体遮断装置は２つの電気接続端子を備え、これらの電気接続端子のうち、第１端子はジェネレータに接続され、第２端子は電気素子に接続され、この電気素子は電荷と呼ばれる。この装置は、並列に接続された２つの枝路（branche）を有する回路を備え、第１枝路は半導体スイッチを有し、そして、第２枝路はバリスタなどのエネルギ吸収器を有する。また、この装置は、当該装置の一つの端子の電流の強度を測定する手段と、スイッチの電子制御部と、を備える。正常に動作している条件下では、スイッチは閉じてジェネレータと電荷との間を接続する。過電流が検出された場合、スイッチは開き、電気エネルギは、エネルギ吸収器の内部で消散する。

【0003】

定義上、半導体スイッチは、とりわけ高い強度に対して相対的に質の低い導体（mauvais conducteur）である。したがって、このタイプの装置の一つの欠点は、スイッチが閉じている場合、スイッチによって消散するエネルギの量が相対的に高いということである。したがって、電荷に供給される電流の強度は、比例してかなり低い。これにより、実際には、この装置は産業界で使用されていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この問題に対する一つの明白な解決法は、半導体スイッチを例えば電気機械式リレーなどの機械スイッチと交換することから構成される。このタイプの適用では、電磁リレーは、一対の固定接触子（contacts fixes）と一対の可動接触子（contacts mobiles）とを備える。閉極の間、可動接触子は、一定の移行期間において可動接触子に対して必然的に「反跳する」。これを反跳現象といい、反跳現象は適用のタイプに応じて多かれ少なかれ顕れる。この移行期間において、接触は明確に確立されないので、特に電流の強度が非常に強い場合、スイッチの可動接触子と固定接触子との間に電気アークが現れることがある。これらの電気アークによって、スイッチの接触面が損傷する。金属の温度は、電気アークによって発せられた熱の影響下で融点までも上昇することがあるので、接触子は、アーク溶接方法によって得られる効果に相当する様式で互いに接着されることがある。

【0005】

より詳細には、本発明は、よりロバストで、オン状態でより良好な電気接続を提供する半導体遮断装置を提案することによって、これらの欠点を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的のため、本発明は、
エネルギ吸収部材を有する第１枝路と、第１枝路と並列に接続される半導体スイッチを有する第２枝路と、機械スイッチを有し第２枝路と並列に接続される第３枝路と、を有する回路と、
装置の接続端子（２．１、２．２）における電流の強度を測定する手段と、
測定する手段によって測定された電流の強度が予め定められた値に到達したとき、半導体スイッチの開極（l'ouverture du commutateur a` semi-conducteurs）を制御して、装置が導通状態からエネルギ吸収部材によって電流が吸収される遮断状態に切り替わるようプログラミングされる、スイッチの電子制御部であって、機械スイッチの開閉は、電子制御部によって制御され、電子制御部は、装置が導通状態から遮断状態に切り替わるとき、半導体スイッチが機械スイッチの後で開くようプログラミングされる、電子制御部と、を備える。

【0007】

本発明によれば、電子制御部は、装置が遮断状態から導通状態に切り替わるとき、半導体スイッチが機械スイッチの前に閉じるようプログラミングされる。

【0008】

本発明のお蔭で、機械スイッチの電流が明確に確立されない間、したがって特に反跳への移行期間（pe'riode transitoire a` rebonds）中、電流は半導体スイッチを通過する。したがって、機械スイッチの端子に跨がる電圧は、反跳への移行期間中、非常に弱いか、無いのと同等である。したがって、機械スイッチの接触子（contacts）間に電気アークが現れるリスクはない。

【0009】

さらに、電流を遮断する必要があるとき、半導体スイッチは、機械スイッチの開極シーケンス（se'quence d'ouverture）の終了後の一定の期間中、閉じたままである。これにより、機械スイッチの固定接触子と可動接触子との間の空気の脱イオンを可能にする。開極のときのシーケンスは、特に欧州特許出願公開第２，８０１，９９４号明細書および米国特許出願公開第５，６５０，９０１号明細書から知られる。

【0010】

実際に、欧州特許出願公開第２，８０１，９９４号明細書には、スイッチが機械スイッチの後に開き、機械スイッチの固定端子と可動端子との間に電気アークが形成されるのを防止する半導体電流遮断装置が開示されている。

【0011】

一方、米国特許第５，６５０，９０１号明細書には、三相配電系統（syste`me de distribution triphase'）に関する遮断回路に関して開示されている。この回路は、各相に関して、請求項１の前文に係る遮断装置を備える。配電系統において、特にある１つの相で故障が現れた場合、対応する遮断装置の機械スイッチが開き、残りの半導体スイッチは、少なくとも一定の期間中閉じたままである。

【0012】

逆に、これらの２つの文献のいずれにおいても、開極シーケンスの問題、特に機械スイッチ内の電気接触が完全に確立されていない反跳への移行期間の管理について言及されない。したがって、機械スイッチを損傷し得る電気アークが装置の閉極シーケンス（se'quence de fermeture）ごとに形成される傾向がある。したがって、これらの周知な装置は、開閉シーケンスの繰り返しにより損傷を受けやすい（plus sensibles a`）ので、時間が経つにつれて明らかにより耐久性がなくなる（moins robustes）。

【0013】

本発明の有利であるが、必須でない（non obligatoires）態様によれば、遮断装置は、以下の構成における一つまたは複数を、技術的に可能な任意の組み合わせで考慮して取り入れてもよい。

【0014】

機械スイッチは、固定部分（partie fixe）と、開位置と閉位置との間の可動部分（で移動する部分）（partie mobile entre une position ouverte et une position ferme'e）と、可動部分の固定部分に対する相対位置（la position de la partie mobile par rapport a` la partie fixe）を測定する手段と、を備え、測定する手段は、電子制御部に接続され、電子制御部は、可動部分が閉位置の方向に移動して第１閾位置に到達したとき、半導体スイッチを閉極するようプログラミングされる。これにより、半導体スイッチを移行期間が始まる前にできるだけ遅く閉極することにより、スイッチが、電流の通過（passage du courant）を長く受けすぎ、したがって、あまりに速く損傷するのを防止する。機械スイッチの閉極時間（temps de fermeture）と比較すると、半導体スイッチの閉極時間は非常に短い。例えば、半導体スイッチの閉極時間は約１μｓ（マイクロ秒）であるが、「従来」の機械スイッチの閉極時間は５～２５ｍｓ（ミリ秒）である。実際には、可動接触子が固定接触子の近傍に来る前に、すなわち、電気アークが現れるリスクが大きくなり過ぎる前に、半導体スイッチは閉じる。したがって、接触子間の距離が閾値より小さいとき、半導体スイッチは閉じる。距離は、測定手段によって提供された位置測定のお蔭で、電子制御部により動的に算出される。

【0015】

第１閾位置は、スイッチの閉極と機械スイッチの閉極との間の第１期間（Δｔ１）が１００μｓと１ｍｓとの間であるよう規定される。

【0016】

電子制御部は、開位置の方向に移動する可動部分が第２閾位置に到達した時点から第２期間（Δｔ２）後に半導体スイッチを開極するようプログラミングされ、第２閾位置は、第２期間（Δｔ２）が、１ｍｓ未満、特に１０μｓと１００μｓとの間であるよう規定される。これにより、有利には、固定接触子と可動接触子との間の一塊の空気を脱イオンするのに掛かる時間の間、機械スイッチを介した電流の通過を防止できる。したがって、スイッチの「再アーク」、すなわち、可動接触子と固定接触子との間の電気アークの生成を回避する。

【0017】

エネルギ吸収部材は、着脱可能である。これにより、例えば一定の回数の使用後に、動作が劣化した場合、エネルギ吸収部材を交換できるので、遮断装置全体の交換を回避できる。

【0018】

機械スイッチは、反発盤と、電流が供給されると、反発盤に反発して、可動部分が当該可動部分の閉位置から開位置に移動する反発コイルと、を装備する（munie de）可動部分１６４を備える。これにより、機械スイッチの高速な開極を得ることができる。例えば、このスイッチの開極時間は約２００ミクロｓであるが、「従来」の機械スイッチの開極時間は５～２５ｍｓである。このため、過電流が検出された場合、装置は可能な限り速く開く。電荷は、故障電流の影響下で可能であるのと同じくらい少ない時間導通される。

【0019】

機械スイッチは、特に約２００μｓなどの１ｍｓより短い開極時間を有する。

【0020】

回路は、第３枝路と共有するノードと、２つの第１枝路（４、８）と共有するノードと、を有する第４枝路を備え、この第４枝路１３は、他の機械スイッチを備える。

【0021】

回路は、装置の電気接続端子を回路の３つの第１枝路に接続する第４枝路備え、この第４枝路１３は、他の機械スイッチを備える。

【0022】

他の機械スイッチは、装置の第１接続端子と第２接続端子との間にガルバニック絶縁を確保する（assurer）よう大きさが決定される（dimensionne'）。

【0023】

装置は、一方がＤＣ電流源に接続されるよう意図された２つの電気接続端子（２．１、２．２）を備える。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る遮断装置の電気回路図である。

【図2】図１の遮断装置に属する機械スイッチを示す断面図であり、当該機械スイッチは開位置で示される。

【図3】図２に相当する断面図である。図２において、機械スイッチは閉位置で示される。

【図4】遮断装置の閉極シーケンス中の、図２および３の機械スイッチの制御信号Ｓ１６と、図２および３の機械スイッチの可動部分の固定部分に対する相対位置Ｐ１６と、図１の遮断装置に属する半導体スイッチの制御信号Ｓ１０と、の変化を時間の関数として表す３つのグラフを有する図である。

【図5】上記装置の閉極シーケンス中の、図２および３の機械スイッチの制御信号Ｓ１６と、図１の遮断装置に属する他の機械スイッチを横断する強度Ｉ１２と、当該装置の半導体スイッチを横断する強度Ｉ１０と、図２および３の機械スイッチを横断する電流の強度Ｉ１６と、の変化を時間の関数として表す４つのグラフ有する図である。

【図6】図４と同じ属性であるが、図１の遮断装置の開極シーケンス中の属性を示す３つのグラフを有する図である。

【図7】図５と同じ属性であるが、図１の遮断装置の開極シーケンス中の属性を示し、図１の遮断装置のエネルギ吸収部材を横断する強度Ｉ６を示すグラフをさらに追加した５つのグラフを有する図である。

【図8】遮断装置から取り外した構成で示されるエネルギ吸収器の斜視図である。

【図9】本発明の第２の実施形態に係る半導体遮断装置を示し、図１に相当する図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明および本発明の他の利点は、単に一実施例として提供され添付の図面を参照しながら実現される、以下の半導体電流遮断装置の２つの実施形態に関する記載をその原理に従って鑑みればより明確に現れる。

【0026】

図１は、半導体電流遮断装置２を示す。装置２は、保護すべき電気回路に挿入されるよう意図された電気保護装置である。装置２は、２つの電気接続端子２．１および２．２を備える。端子２．１が電流源に接続されることができる一方、端子２．２が電荷に接続されることができるか、または逆もあり得る。したがって、遮断装置２が双方向装置であることが理解される。

【0027】

通常、電流源は、ＤＣ電流源、すなわち電圧が時間と独立している供給元である。

【0028】

遮断装置２は、エネルギ吸収部材６を有する第１枝路４を有する電気回路Ｃを備える。このエネルギ吸収部材６は、直列および／または並列に結合されてもよい以下のエレメントの一つまたは複数を備える。
－直列および／または並列に結合される一つまたは複数のバリスタ、
－直列および／または並列に結合される一つまたは複数のＺｅｎｅｒ／Ｔｒａｎｓｉｌダイオード、
－直列および／または並列に結合される一つまたは複数の電子管（tubes a` gaz）、
－直列および／または並列に結合される一つまたは複数の抵抗、および、
－直列および／または並列に結合される一つまたは複数のコンデンサ（condensateurs）。

【0029】

また、回路Ｃは、回路Ｃの第１枝路４と並列に接続される半導体スイッチ１０を有する第２枝路８を備える。スイッチ１０は、以下の直列および／または並列に結合されてもよい一つまたは複数の電子素子を備える。
－特にゲートターンオフ（ＧＴＯ）タイプの、一つまたは複数のサイリスタ、
－一つまたは複数のダイオード、および、
－特に金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）タイプの一つまたは複数のトランジスタ。

【0030】

回路Ｃは、機械スイッチ１６を有する第３枝路１４を備える。この第３の枝路１４は、第２枝路８および第１枝路４と並列に接続される。

【0031】

有利には、回路Ｃは、第３枝路１４と共有するノードと枝路４および８と共有するノードとを有する第４枝路１３を備える。この第４枝路１３は、装置２の端子２．１を回路Ｃの枝路４および８に接続する。それは、半導体スイッチ１０とエネルギ吸収部材６とに直列に接続された他の機械スイッチ１２を備える。

【0032】

機械スイッチ１２は、装置２の接続端子２．１および２．２間にガルバニック絶縁を確保するよう大きさが決定される。現実には、機械スイッチ１２は、接続端子２．１および２．２間の物理的距離が１．５ｍｍより大きく、好ましくは約３ｍｍになるように課す（impose）。スイッチ１２は、本発明の実施においてオプション（optionnel）である。

【0033】

機械スイッチ１６の構造は、図２および３に示される。

【0034】

これらの図に示されるように、機械スイッチ１６は、フレーム１６０、一対の固定接触子１６８および一対の可動接触子１６６を備える。可動接触子１６６は、電気絶縁材料から作られた接触子ホルダ１６４．０上に実装される。

【0035】

機械スイッチ１６は、フレーム１６０の内部に収容される電磁アクチュエータを備える。アクチュエータは、内部に磁界を発生できるようにコイル１６２．２が配置されるケージ１６２．１を有する固定部分１６２と、図２に示す開位置と図３に示す閉位置との間で、軸Ｘ１６に沿って可動な部分１６４と、を備える。この可動部分１６４は、接触子ホルダ１６４．０、中心軸１６４．１、当該軸１６４．１の中心部の周りに固着された磁気コア１６４．２および反発盤１６４．３を備える。接触子ホルダ１６４．０と反発盤１６４．３とは、軸１６４．１の反対端に固着される。

【0036】

また、フレーム１６０は、ＤＣ電流が供給されると反発盤１６４．３に反発する反発コイル１７０を収容することにより、結果としてアクチュエータの可動部分１６４を閉位置から開位置に移動させる。

【0037】

機械スイッチ１６が閉制御信号（signal de commande de fermeture）を受信した場合、コイル１６２．２は、ＤＣ電流が供給されて、可動部分１６４の磁気コア１６４．２を移動させるよう方向付けられた磁界を発生する。そして、可動部分１６４は、図２の位置から図３の位置に移動し、図３において、可動接触子１６６は固定接触子１６８に当接する。したがって、通常、コイル１６２．２の電力供給がない場合、スイッチ１６の電気接触は開いている。これをＮＯ接触トポロジ（topologie de contacts NO）と呼ぶ。

【0038】

機械スイッチ１６は、可動部分１６４の固定部分１６２に対する相対位置Ｐ１６を測定する手段１７２を備える。本実施例において、測定手段１７２は光電センサである。

【0039】

機械スイッチ１６が開制御信号（signal de commande d'ouverture）を受信した場合、反発コイル１７０は、電流が供給されて、スイッチ１６の固定接触子１６８の反対方向に沿って反発盤１６４．３に反発するよう方向付けられた磁界を発生する。磁気の反発を利用してスイッチ１６を開極することにより、スプリングなどの機械的要素によって可動部分を開位置に戻す「従来」の電気機械アクチュエータと比較して、非常に速い開極時間（temps d'ouverture）を獲得する。実用では、開命令（l'ordre d'ouverture）が送られた時点および電気接触が実際に開いた時点から測定される開極時間は、１ｍｓより非常に短い。

【0040】

また、遮断装置２は、電子回路Ｃの素子のそれぞれと接続される電子制御部１８を備える。これにより、電子制御部１８は、制御信号を送信することにより、スイッチ１２および１６を開閉し、スイッチ１０を開閉することができる。これらの制御信号は、図１において、それぞれ、Ｓ１２、Ｓ１６およびＳ１０で参照される。本実施例において、信号Ｓ１２、Ｓ１６およびＳ１０は、対応する機械または半導体スイッチを閉極する場合、値が「１」であり、対応する機械または半導体スイッチを開極する場合、値が「０」であると仮定する。

【0041】

電子制御部１８は、機械スイッチ１６、特に測定手段１７２に接続されることにより、アクチュエータの可動部分１６４の固定部分１６２に対する相対位置Ｐ１６を動的に収集する（collecter）。

【0042】

また、電子制御部１８は、エネルギ吸収部材６および半導体スイッチ１０に接続されることによって、部材６の温度Ｔ６および半導体スイッチ１０の温度Ｔ１０を動的に回収する。これにより、過熱を検出することによって、エネルギ吸収部材６および半導体スイッチ１０の動作状態を監視できる。

【0043】

さらに、電子制御部１８は、他の機械スイッチ１２に接続されることによって、スイッチ１２の状態Ｐ１２を収集する。例えば、スイッチ１２の状態Ｐ１２はバイナリ信号の形式で送られ、バイナリ信号は、スイッチ１２が開いている場合は「０」に、スイッチ１２が閉じている場合は「１」に等しい。

【0044】

装置２は、装置２の入力、すなわち接続端子２．１における強度Ｉを測定する手段３を備える。測定手段３は、測定した強度Ｉを表す電気信号を電子制御部１８に連続的に送信する電流計である。代替として、強度は、端子２．２において測定されることができる。有利には、装置２は、さらに、装置２の入力における電圧、すなわち電位を測定する電圧計を備える。

【0045】

遮断装置２は、電流が２つの電気接続端子２．１と電気接続端子２．２との間を流れる（circule）導通状態（e'tat passant）と、エネルギ吸収部材６によって電流が吸収され、電流が電気接続端子２．１と電気接続端子２．２との間を流れない遮断状態（e'tat de coupure）と、の２つの状態を仮定できる。測定手段３によって測定された電流の強度Ｉが予め定められた値に到達した場合、装置は、導通状態から遮断状態に切り替わる。

【0046】

有利には、装置２は、オペレータなどの外部の人間に装置２の状態を伝達できるユーザインタフェース２０を備える。ユーザインタフェース２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはスクリーンなどの任意のタイプの視覚伝達手段を備えてもよい。スクリーンは、タッチセンシティブであってもよい。また、ユーザインタフェース２０は、制御ボタンなどのタッチセンシティブ伝達手段を備えてもよい。

【0047】

本文献において特に記載しない限り、機械スイッチ１２および１６と関連して、または半導体スイッチ１０に関して使用される「開く（open（ouvert））」および「閉じる（closed（ferme'））」という用語は、対象の機械または半導体スイッチの、開極（ouverture）または閉極（fermeture）の動作ではなく、状態に対応する。

【0048】

遮断装置２の閉極シーケンスは、図４および５と関連して以下で詳述される。

【0049】

時点ｔ０において、機械スイッチ１６の制御信号Ｓ１６は、値が機械スイッチ１６の閉極（fermeture）が要求されたことを意味する「１」であると仮定する。その後の時点ｔ１において、スイッチ１６の電磁アクチュエータの可動部分１６４は、軸Ｘ１６に沿って移動し始める。時点ｔ０と時点ｔ１との間の時間間隔は、スイッチ１６の反応時間に対応する。

【0050】

そして、後の時点ｔ２において、可動部分１６４は、閉位置の方向に移動して閾位置Ｐ１６ａに到達する。この時点ｔ２において、半導体スイッチ１０の制御信号Ｓ１０は状態「１」に入り、これは、半導体スイッチ１０の閉極が要求されたことを意味する。半導体スイッチ１０の閉極時間は、機械スイッチ１６の閉極時間と比較して非常に高速である。これにより、本実施例において、半導体スイッチ１０は、時点ｔ２で閉じていると考慮される。

【0051】

後の時点ｔ３において、機械スイッチ１６は、完全に閉じる、すなわち、可動接触子１６６は固定接触子１６８を付勢する（sont en appui contre）。

【0052】

したがって、電子制御部１８は、装置２が遮断状態から導通状態に切り替わるとき、半導体スイッチ１０が機械スイッチ１６より前に閉じるようプログラミングされる。これは、半導体スイッチ１０が機械スイッチ１６より前に遮断状態に切り替わることを意味する。

【0053】

閾位置Ｐ１６ａは、半導体スイッチ１０の閉極と機械スイッチ１６の閉極との間の経過期間Δｔ１、すなわち時点ｔ２と時点ｔ３との間の経過期間が、１００μｓと１ｍｓとの間になるよう規定される。

【0054】

図５に示すように、電流は、時点ｔ２まで遮断装置２を通して流れない。期間Δｔ１は、機械スイッチ１６の閉極移行期間（pe'riode transitoire de fermeture）に対応するか、または少なくとも閉極移行期間を含む。この移行期間は、反跳特有現象（phe'nome`ne caracte'ristique de rebonds）と表記され、これに従って、可動接触子１６６は、固定接触子１６８に対して反跳する。

【0055】

一対の接触子間において電気アークが起きる場合があるので、この移行期間中に機械スイッチの端子にまたがる高電圧の印加は、スイッチの動作に有害であり得る。これらの電気アークは、接触面を損傷したり、または固定接触子と可動接触子との間に溶接点（points de soudure）を生成することさえある。しかし、時点ｔ２と時点ｔ３との間では、遮断装置２の入力における電流は、機械スイッチ１２と半導体スイッチ１０とをすべて通過する。現実には、固定接触子１６８と可動接触子１６６．１との間の一塊の空気の抵抗は、スイッチ１０の抵抗より大きいので、電流は、回路Ｃの枝路１４というよりむしろ枝路８を通過することが好ましい。これにより、時点ｔ２と時点ｔ３との間で機械スイッチ１６の端子にまたがって印加される電圧は、ほとんどないか、またはまったくない。したがって、電気アークが形成されるリスクを伴わずに「反跳」への移行期間が実現される（effectuer）ことができる。

【0056】

時点ｔ３において、機械スイッチ１６は完全に閉じている。そして、遮断装置２の入力におけるほぼすべての電流は、機械スイッチ１６を通過するので、電流の通過に対して準無抵抗（re'sistance quasi-nulle）であるという利点を有する。半導体スイッチ１０は、時点ｔ３と時点ｔ２との差に対応する移行期間中、単に電流を導通させるだけであることが分かる。したがって、半導体スイッチ１０は、欧州特許出願公開第０，５１３，３４６号明細書に教示されるように、後者を通して消散する熱エネルギが相対的に弱くなるよう延長して動作しない（Le commutateur a` semi-conducteurs 10 ne fonctionne donc pas de manie`re prolonge'e, comme enseigne' dans EP-A-0 513 346, si bien que l'e'nergie thermique dissipe'e a` travers celui-ci est relativement faible.）。

【0057】

図６および７と関連して、以下に遮断装置２の開極シーケンスについて記載する。電気接続端子２．１における強度Ｉが、内部に遮断装置２がインストールされた電気回路にとって危険な閾値に到達した場合、遮断装置２の開極が電子制御部１８によって自動的に指示される。例えば、電子制御部１８は、強度Ｉを予め定義された閾値と動的に比べるようプログラミングされることができる。

【0058】

本実施例において、時点ｔ４で、強度Ｉは閾値を超えると仮定する。そして、電子制御部１８は、装置２の開極を指示する。スイッチ１６の制御信号Ｓ１６は、状態「１」から状態「０」に切り替わるが、これは、機械スイッチ１６の開極が要求されたことを意味する。

【0059】

後の時点ｔ５で、スイッチ１６の電磁アクチュエータの可動部分１６４は、閉位置から開位置に移動し始める。

【0060】

そして、後の時点ｔ６において、可動部分１６４は、開位置の方向に移動して第２閾位置Ｐ１６ｂに到達する。

【0061】

後の時点ｔ６‘において、機械スイッチ１６は完全に開いている。そして、電流は、電流が流れなくても遮断装置２が導通状態である場合に両方とも導通のままである機械スイッチ１２および半導体スイッチ１０を、すべて通過する（Le courant passe alors en inte'gralite' a` travers l'interrupteur me'canique 12 et le commutateur a` semi-conducteurs 10, lesquels demeurent passants lorsque le dispositif de coupure 2 est a` l'e'tat passant, me^me si aucun courant ne circule a` travers ces derniers）。現実には、スイッチ１０は、スイッチ１６に対して相対的に高い電気抵抗を有する。

【0062】

後の時点ｔ７では、半導体スイッチ１０は開いている。そして、全電流は、エネルギ吸収器（l'absorbeur d'e'nergie）６を有する第１枝路４に入る。これにより、図７の一番下の図に示すように、電流は、エネルギ吸収器６の内部において熱エネルギの形式で消散する。エネルギ吸収部材（l'organe d'absorbeur d'e'nergie）６がバリスタである本実施例において、電流の強度が高い場合、部材６の抵抗はさらに大きくさえある。エネルギ吸収部材６の端子にまたがって非常に高い電圧を得ることにより、結果として、枝路４を流れる電流と、さらには端子２．１と端子２．２とにまたがって流れる強力な電流と、を低下させ、ひいては消滅させる。

【0063】

したがって、電子制御部１８は、機械スイッチ１６の後で半導体スイッチ１０を開極するようプログラミングされる。これは、半導体スイッチ１０が、機械スイッチ１６の後で導通状態に切り替わることを意味する。

【0064】

より詳細には、電子制御部１８は、開位置の方向に移動する可動部分１６４が第２閾位置Ｐ１６ｂに到達した時点ｔ６から第２期間Δｔ２後に半導体スイッチ１０を開極するようプログラミングされる。この第２閾位置Ｐ１６ｂは、時点ｔ６と時点ｔ７との間の時差として規定される第２期間Δｔ２が、１ｍｓ未満、特に１０μｓと１００μｓとの間であるよう規定される。これにより、固定接触子１６８と可動接触子１６６．１との間の一塊の空気が脱イオンされる（de'ionise'）のに必要な時間、電流を枝路８の方向に誘導できる。これにより、スイッチ１６を「再アークする」、すなわち固定接触子と可動接触子との間で電気アークが生成されるのを回避する。

【0065】

図８に示すように、好ましくは、エネルギ吸収部材６は着脱可能である。それは、遮断装置２に属する支持部２００の対応する電力ソケット２０２に接続されるよう意図された４個のプラグ６０を装備するハウジングによって、この図に示される。エネルギ吸収部材６は、それが消耗された場合、新しい部材によって交換することができる。エネルギ吸収部材６の消耗は、温度測定Ｔ６のお蔭で装置２を使用している間中評価されることができる。現実には、エネルギ吸収器６の突然の温度上昇は、装置の遮断状態への経過（passage du dispositif a` l'e'tat de coupure）に対応する。そして、制御部１８は、装置２によって実現された電流遮断の回数をカウントしてメモリに記憶できる。さらに、電子制御部１８は、遮断ごとに電流測定Ｉを介してエネルギ吸収器６によって消散されるエネルギを算出することができ、吸収器６の異常な過熱を検出することができる。これに基づいて、エネルギ吸収器６を新しい素子に交換しなければならない場合、警報信号を発することができる。

【0066】

図９は、本発明の第２の実施形態に係る遮断装置を示す。以下に、簡潔のために第１の実施形態との違いのみについて記載する。第２の実施形態に係る遮断装置の電子素子は、第１の実施形態に係る遮断装置において使用されるものと同一である。このため、同じ数字の参照符号が両方の実施形態に対して使用される。

【0067】

第２の実施形態に係る遮断装置２は、機械スイッチ１２を備える枝路１３が端子２．１を回路Ｃの枝路４、８および１４に接続するという事実によって前述のものと異なる。したがって、枝路１３は、枝路４、８および１４のそれぞれと共有のノードを有する。

【0068】

第２の実施形態に係る遮断装置２は、ケーブル配線は異なるが、図１の遮断装置２に相当する様式で動作する（fonctionne de manie`re comparable au dispositif de coupure 2 de la figure 1）。

【0069】

上記を考慮せずに、エネルギ吸収部材６の着脱可能な性質は、装置２の開閉中の半導体スイッチ１０および機械スイッチ１２の制御に対して最も重要となる（e^tre porte' au premier plan）場合がある。

【0070】

現実には、従来技術において、エネルギ吸収部材、すなわち最も多くの場合バリスタが消耗された場合、エネルギ吸収部材が交換されるよう提供されなかったので、遮断装置全体を変更した。これは、当然、非常に費用が掛かった。したがって、ここでの考えは、より容易に維持することができ、これにより寿命が長くなる半導体電流遮断装置２を提案することである。そのような半導体電流遮断装置２の２つの実施形態が、図１～９に示される。

【0071】

この半導体電流遮断装置２は、依然として、
－エネルギ吸収部材６を有する第１枝路４と半導体スイッチ１０を有する第２枝路８とを有する回路Ｃであって、半導体スイッチ１０は第１枝路４と並列に接続される、回路Ｃと、
－装置の端子２．１または２．２における電流の強度を測定する手段３と、
－測定手段３によって測定された電流の強度Ｉが予め定められた値に到達したとき、半導体スイッチ１０の開極を制御して、装置が導通状態からエネルギ吸収部材によって電流が吸収される遮断状態に切り替わるようプログラミングされる、スイッチ１０の電子制御部１８と、を備える。

【0072】

本実施形態において、遮断装置２は、エネルギ吸収部材６が着脱可能であるという事実によって特徴付けられる。

【0073】

有利には、エネルギ吸収部材６は、遮断装置２に属する支持部２００の対応する電力ソケット２０２と接続されるよう意図された４個のプラグ６０を装備するハウジングを備える。

【0074】

賢明には、エネルギ吸収部材６は、どんなエネルギ吸収部材でも回路Ｃに接続されるのを防止する機械的誤り防止システムを形成する接続手段を備える。機械的接続誤り防止システムは、それ自体で周知であるので、エネルギ吸収部材６の接続のために実装される機械的誤り防止システムについてはより詳細に記載しない。

【0075】

好ましくは、電子制御部１８は、部材６の温度Ｔ６と、オプションとして半導体スイッチ１０の温度Ｔ１０と、を動的に（すなわちリアルタイムに）収集することができる。これにより、過熱を検出することによって、エネルギ吸収部材６の動作状態と潜在的に半導体スイッチ１０の動作状態とを監視できる。

【0076】

エネルギ吸収部材６は、それが消耗された場合、新しい部材によって交換することができる。エネルギ吸収部材６の消耗は、温度測定Ｔ６のお蔭で装置２を使用している間中評価されることができる。現実には、エネルギ吸収器６の突然の温度上昇は、装置の遮断状態への経過に対応する。そして、制御部１８は、装置２によって実現された電流遮断の回数をカウントしてメモリに記憶できる。さらに、電子制御部１８は、遮断ごとに電流測定Ｉを介してエネルギ吸収器６によって消散されるエネルギを算出することができ、吸収装置６の異常な過熱を検出することができる。これに基づいて、エネルギ吸収器６を新しい素子に交換しなければならない場合、警報信号を発することができる。

【0077】

さらに、有利であるがオプションである態様によれば、装置は、技術的に可能な任意の組み合わせを考慮して、以下の構成の一つまたは複数を備えてもよい。

【0078】

－回路Ｃは、機械スイッチ１６を有する第３枝路１４を備え、第３枝路１４は、第２枝路８と並列に接続される。

【0079】

－機械スイッチ１６の開閉は、電子制御部１８によって制御される。

【0080】

－電子制御部１８は、装置２が遮断状態から導通状態に切り替わるとき、半導体スイッチ１０が機械スイッチ１６の前に閉じるようプログラミングされる。

【0081】

－電子制御部１８は、装置２が導通状態から遮断状態に切り替わるとき、半導体スイッチ１０が機械スイッチ１６の後で開くようプログラミングされる。

【0082】

－機械スイッチ１６は、固定部分１６２と、開位置と閉位置との間で移動する部分１６４と、固定部分１６２に対する可動部分１６４の相対位置Ｐ１６を測定する手段１７２と、を備え、上記測定手段１７２は、電子制御部１８に接続され、電子制御部１８は、可動部分１６４が閉位置の方向に移動して第１閾位置Ｐ１６ａに到達したとき、半導体スイッチ１０を閉極するようプログラミングされる。

【0083】

－第１閾位置Ｐ１６ａは、スイッチ１０の閉極と機械スイッチ１６の閉極との間の第１期間Δｔ１が１００μｓと１ｍｓとの間になるよう規定される。

【0084】

－電子制御部は、可動部分１６４が開位置の方向に移動して第２閾位置に到達する時点から第２期間Δｔ２後に半導体スイッチ１０を開極するようプログラミングされ、前記第２閾位置は、第２期間Δｔ２が１ｍｓ未満、特に１０μｓと１００μｓとの間になるよう規定される。

【0085】

－機械スイッチ１６は、反発盤１６４．３と、電流が供給されると反発盤１６４．３に反発する反発コイル１７０と、を装備する可動部分１６４を備え、そして、可動部分１６４は、閉位置から開位置に移動する。

【0086】

－機械スイッチ１６は、特に約２００μｓなどの１ｍｓより短い開極時間を有する。

【0087】

－回路は、第３枝路１４と共有するノードと２つの第１枝路４および８と共有するノードとを有する第４枝路１３を備え、第４枝路１３は、他の機械スイッチ１２を備える。

【0088】

－代替として、回路Ｃは、装置２の電気接続端子２．１または２．２を回路Ｃの３つの第１枝路に接続する第４枝路１３備え、第４枝路１３は、他の機械スイッチ１２を備える。

【0089】

－他の機械スイッチ１２は、装置２の第１接続端子２．１と第２接続端子２．２との間にガルバニック絶縁を確保するよう大きさが決定される。

【0090】

上記で考慮された本実施例の構成は、組み合わせられて本発明の新しい実施形態を生成できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】