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(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】2022-08-04
(45)【発行日】2022-08-15
(54)【発明の名称】電流遮断装置及び電流遮断方法
(51)【国際特許分類】
H01H 9/54 20060101AFI20220805BHJP
H01H 33/59 20060101ALI20220805BHJP
H01H 85/46 20060101ALI20220805BHJP
H02H 3/08 20060101ALI20220805BHJP
【ＦＩ】
H01H9/54 E
H01H33/59 B
H01H85/46
H02H3/08 P
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021546922
(86)(22)【出願日】2020-09-15
(86)【国際出願番号】 JP2020034978
(87)【国際公開番号】W WO2021054338
(87)【国際公開日】2021-03-25
【審査請求日】2022-04-25
(31)【優先権主張番号】P 2019168601
(32)【優先日】2019-09-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】504190548
【氏名又は名称】国立大学法人埼玉大学
(73)【特許権者】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(73)【特許権者】
【識別番号】504137912
【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】稲田 優貴
(72)【発明者】
【氏名】山納 康
(72)【発明者】
【氏名】前山 光明
(72)【発明者】
【氏名】全 俊豪
(72)【発明者】
【氏名】大西 亘
【審査官】内田 勝久
(56)【参考文献】
【文献】実開昭５０－０９３５６９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００８－５９９６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２１８０５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２７０１７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５３５６２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／２２１５６１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｈ ９／５４ － ９／５６
Ｈ０１Ｈ ３３／２８ － ３３／５９
Ｈ０１Ｈ ８５／００ － ８７／００
Ｈ０２Ｈ ３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の電源から負荷装置への電力供給路に設けられ、該電力供給路を流れる電流が第１電流閾値を超えると限流作用を発揮する限流素子と、前記電力供給路に並列に接続される転流路における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチと、
前記転流路スイッチのオン／オフを制御する制御装置と、を備える電流遮断装置であって、
前記制御装置は、
前記限流素子に流れる電流が前記第１電流閾値を越えた後に第２電流閾値まで限流されたことを検出すると、前記転流路スイッチをオフからオンに切り替え、
前記転流路スイッチをオンにしてから所定のスイッチオン維持時間が経過すると前記転流路スイッチを再びオフに切り替えるように構成されることを特徴とする、
電流遮断装置。
【請求項2】
請求項１に記載の電流遮断装置であって、前記第２電流閾値は、前記転流路スイッチをオフからオンに切り替えた際に流れる電流が、該転流路スイッチの設計上の許容電流以下となるように定められる、
電流遮断装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の電流遮断装置であって、前記スイッチオン維持時間は、前記転流路スイッチを再びオフに切り替えるタイミングにおいて前記限流素子の電気抵抗が所定の抵抗閾値を越えるように設定される、
電流遮断装置。
【請求項4】
請求項１～３の何れか１項に記載の電流遮断装置であって、さらに、
前記転流路スイッチに並列に配置された過電圧抑制素子を備え、
前記過電圧抑制素子は、該過電圧抑制素子の端子間電圧が所定の閾値電圧以下である場合には略絶縁素子として機能し、前記端子間電圧が前記閾値電圧を超える場合には導体として機能し、
前記過電圧抑制素子は、前記転流路スイッチが再びオフに切り替えられたときの電流変化により生じる誘起電圧よりも低い前記閾値電圧をとるように構成される、
電流遮断装置。
【請求項5】
請求項１～４の何れか１項に記載の電流遮断装置であって、前記限流素子に直列に設けられた開閉器をさらに備え、
前記制御装置は、前記限流素子に流れる電流が前記第１電流閾値を越えた後であって前記転流路スイッチを再びオフに切り替える前の所定タイミングにおいて前記開閉器をオンからオフに切り替えるように構成される、
電流遮断装置。
【請求項6】
請求項１～５の何れか１項に記載の電流遮断装置であって、前記転流路スイッチは、半導体パワーモジュールである、
電流遮断装置。
【請求項7】
請求項１～６の何れか１項に記載の電流遮断装置であって、前記限流素子は、限流ヒューズである、
電流遮断装置。
【請求項8】
所定の電源から負荷装置への電力供給路に設けられ、該電力供給路を流れる電流が第１電流閾値を超えると限流作用を発揮する限流素子と、前記電力供給路に並列に接続される転流路における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチと、を備える電流遮断装置において実行される電流遮断方法であって、前記限流素子に流れる電流が前記第１電流閾値を越えた後に第２電流閾値まで限流されたことを検出すると、前記転流路スイッチをオフからオンに切り替え、
前記転流路スイッチをオンにしてから所定のスイッチオン維持時間が経過すると該転流路スイッチを再びオフに切り替えることを特徴とする、
電流遮断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流遮断装置及び電流遮断方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、送配電用の電力系統などの電気設備において、落雷などの事故的事象により発生する過大な異常電流から電気機器を保護すべく電力系統内の電路を遮断する遮断器（開閉器）が知られている。このような従来の遮断器として、磁気遮断器（アークシュート）、真空遮断器、及びガス遮断器などが挙げられる。
【0003】
さらに、上記従来の遮断器においては、内部の電路開極時にアーク放電が発生する。ここで、電力系統内の電流が０となるタイミング（電流零点）ではアークへの電力供給が一時的に０となる。このため、多くの場合、アークの消弧点（遮断点）と電流零点は一致する。したがって、上記従来の遮断器では、電流零点を受動的に待つか、電力系統内の電流を０に近づける積極的な操作（逆電流の注入及びアーク消弧などによる限流操作）を実行する必要がある。
【0004】
しかしながら、電流零点を待って遮断を行う場合、当該遮断のタイミングまでに一定以上の時間を要することがあり、電力系統内の電気設備が過大な異常電流に晒されて損傷を受ける恐れがあった。
【0005】
また、異常電流の発生時に限流操作を経て遮断を行う場合、遮断機能に加えて当該限流操作のための逆電流注入回路などを別途設ける必要がある。そのため、遮断装置全体が大型化する傾向にあった。
【0006】
一方、電力系統において限流ヒューズを用いて限流及び遮断を行う遮断装置も知られている。例えば、ＪＰ２００８／５９９６７Ａでは、限流ヒューズを備えた遮断装置が提案されている。このＪＰ２００８／５９９６７Ａにおける遮断装置では、異常電流が生じると通常時の送電経路として機能する電路を電路遮断器により遮断して、当該異常電流を限流ヒューズに転流する。そして、限流ヒューズにおいてアーク放電を消弧することで、異常電流が０となる実質的な遮断完了に至るまで限流を行う。
【0007】
また、ＪＰ６４５６５７５Ｂにおいても、ヒューズを用いて大電流を遮断する直流遮断器が提案されている。この直流遮断器では、相互に並列に配置されたヒューズ遮断部と高速断路器を有し、事故電流を検出すると、高速断路器が開極して大電流をヒューズに転流させて遮断を行う。
【0008】
ＪＰ２００８／５９９６７Ａ及びＪＰ６４５６５７５Ｂにおける遮断装置は、何れも上述のアークシュート、真空遮断器、及びガス遮断器と比べて構成が簡素であり、装置全体の小型化も可能である。
【発明の概要】
【0009】
しかしながら、限流ヒューズの限流能力には限界がある。このため、限流ヒューズを用いて遮断を実行する場合には、異常電流の大きさなどによってはある程度の限流を行うことはできるものの、異常電流が０となるまで限流される前に限流作用の限界点（遮断容量の上限）に達してしまう状況が想定される。この場合、電力系統内における異常電流を０とすることができないか、或いは０となるまでに長い時間がかかることとなる。
【0010】
これに対し、上記特許文献１の遮断装置では、限流ヒューズに限流用抵抗を並列に配置して、当該限流用抵抗によって限流ヒューズの限流性能を補う回路構成をとっている。しかしながら、限流ヒューズに加えて限流用抵抗を設ける必要があるため、部品点数の増加及びこれに起因した装置構成の複雑化や製造コストの増大が懸念される。特に、遮断装置が適用すべき電力系統の種類や異常電流の大きさなどによっては、限流用抵抗に求められる限流性能に対する要求がより高くなることで、さらなる装置の大型化及び製造コストの増大がもたらされる恐れがある。
【0011】
また、たとえ、限流ヒューズの限流能力の範囲内で異常電流が０となるまで限流させて遮断に至ることができた場合であっても、当該限流に比較的長い時間がかかり、速やかに限流及び遮断の完了させることができない場合がある。
【0012】
このような事情に鑑み、本発明の目的は、装置の大型化及び製造コストの増大を抑制しつつ、異常電流の限流及び遮断を好適に実行することのできる電流遮断装置及び電流遮断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のある態様によれば、所定の電源から負荷装置への電力供給路に設けられ、該電力供給路を流れる電流が第１電流閾値を超えると限流作用を発揮する限流素子と、電力供給路に並列に接続される転流路における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチと、転流路スイッチのオン／オフを制御する制御装置と、を備える電流遮断装置が提供される。そして、制御装置は、限流素子に流れる電流が第１電流閾値を越えた後に第２電流閾値まで限流されたことを検出すると、転流路スイッチをオフからオンに切り替え、転流路スイッチをオンにしてから所定のスイッチオン維持時間が経過すると転流路スイッチを再びオフに切り替えるように構成される。
【0014】
また、本発明の他の態様によれば、所定の電源から負荷装置への電力供給路に設けられ、該電力供給路を流れる電流が第１電流閾値を超えると限流作用を発揮する限流素子と、電力供給路に並列に接続される転流路における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチと、を備える電流遮断装置において実行される電流遮断方法が提供される。そして、この電流遮断方法では、限流素子に流れる電流が第１電流閾値を越えた後に第２電流閾値まで限流されたことを検出すると、転流路スイッチをオフからオンに切り替え、転流路スイッチをオンにしてから所定のスイッチオン維持時間が経過すると該転流路スイッチを再びオフに切り替える。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の第１実施形態の電流遮断装置の構成を説明する図である。
【図2A】異常電流が発生した直後の電流遮断装置の状態を説明する図である。
【図2B】転流時（半導体パワーモジュールをオンに切り替えたとき）の電流遮断装置の状態を説明する図である。
【図2C】遮断時（半導体パワーモジュールを再びオフに切り替えたとき）の電流遮断装置の状態を説明する図である。
【図3】異常電流の発生、限流、及び遮断に至るまでの電圧・電流の経時変化を説明するグラフである。
【図4】本実施形態の電流遮断装置による効果を説明する図である。
【図5】従来技術を説明する図である。
【図6】第２実施形態に係る電流遮断装置の構成を説明する図である。
【図7A】異常電流の遮断完了時に回復電圧が発生した状態を説明する図である。
【図7B】回復電圧Ｖindが解消された状態を説明する図である。
【図8】異常電流の発生、限流、遮断、及び回復電圧の解消に至るまでの電圧・電流の経時変化を説明するグラフである。
【図9】第３実施形態に係る電流遮断装置の構成を説明する図である。
【図10】第４実施形態に係るヒューズ交換機構の構成を説明する図である。
【図11A】ヒューズ交換機構の動作を説明する図である。
【図11B】ヒューズ交換機構の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0017】
なお、本明細書において、「異常電流」とは、短絡及び地絡などの事故的な要因により生じ、電力系統の通常（定常）動作時において想定される電流（定常電流）を超えて生じる電流（過電流）を意味する。
【0018】
また、本明細書で用いる「電気抵抗」という用語には、直流抵抗に加えて交流抵抗（インピーダンス）も含まれるものとする。
【0019】
さらに、本明細書において、「限流」とは、異常電流の電流値を経時的に減少させる現象又は動作を意味する。
【0020】
さらに、「遮断」とは、対象となる電力系統において、電源側と負荷側の間における任意の電流経路に流れる電流を略０にする操作を意味する。特に、遮断とは、電源と負荷の間の電位差の内、異常電流に起因した過渡電圧を解消しつつ、電源と負荷の間の電気的接続を断つ操作である。
【0021】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る電流遮断装置１０の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態の電流遮断装置１０は、所定の電源１００から負荷装置２００への送電のための電力系統に設けられる。
図１は、第１実施形態に係る電流遮断装置１０の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態の電流遮断装置１０は、所定の電源１００から負荷装置２００への送電のための電力系統に設けられる。
【0022】
なお、本実施形態の電流遮断装置１０が適用される電力系統としては、既存の鉄道電気システム、並びに電力送配電需要者に電力を供給するための送電系統及び配電系統に加え、いわゆるスマートグリッド及びスーパーグリッドなどの次世代送配電システムが想定される。
【0023】
また、以下では、説明及び図面の簡略化のため電流遮断装置１０が直流電力系統に適用されることを前提とする。しかしながら、以下で説明する電流遮断装置１０の構成は、適宜若干の修正を加えることで交流電力系統に適用することも可能である。
【0024】
図１に示すように、電流遮断装置１０は、限流ヒューズ１２と、半導体パワーモジュール１４と、制御装置としてのコントローラ２０と、を備える。
【0025】
限流ヒューズ１２は、電源１００から負荷装置２００への送電ための電路となる主電力供給路Ｃ１に設けられ、限流素子として機能する。より詳細には、限流ヒューズ１２は、ケース体１２ａと、ケース体１２ａの内部に収容された導電性の可溶エレメント１２ｂと、可溶エレメント１２ｂの周囲を充填する消弧砂１２ｃと、を含む。なお、限流ヒューズ１２の両接点には可溶エレメント１２ｂに結合した図示しない導電板が設けられている。そして、この両接点のそれぞれの導電板を介して可溶エレメント１２ｂが主電力供給路Ｃ１と電気的に接続されている。
【0026】
可溶エレメント１２ｂは、限流ヒューズ１２に流れる電流（以下、単に「ヒューズ電流ｉf」とも称する）が所定の溶融電流Ｉth1（第１電流閾値）以下である場合に電気抵抗が実質的に０となる導体として機能する一方で、ヒューズ電流ｉfが当該溶融電流Ｉth1を超えると溶融する金属材料により構成されている。
【0027】
すなわち、可溶エレメント１２ｂは、その溶融電流Ｉth1が通常時に想定されるヒューズ電流ｉfである定常電流Ｉsよりも大きく、且つ異常電流の発生時に想定されるヒューズ電流ｉfよりも小さくなるように構成される。
【0028】
したがって、異常電流が生じてヒューズ電流ｉfが溶融電流Ｉth1を超えると、可溶エレメント１２ｂが溶融しはじめて当該限流ヒューズ１２の実質的な電気抵抗が増大する。そして、さらに、可溶エレメント１２ｂの溶融が進行して溶断した状態に至ると、限流ヒューズ１２内の導電経路は、高い電気抵抗を有する消弧砂１２ｃとなる。
【0029】
消弧砂１２ｃは、可溶エレメント１２ｂが溶断することで生じるアークのエネルギーを吸収する。すなわち、異常電流アークのエネルギーがこの消弧砂１２ｃへと散逸することによって、アーク抵抗が漸次増大して（ヒューズ電流ｉfが減少し続けて）、限流作用が得られる。そして、消弧砂１２ｃによる限流作用が得られる限界まで消弧が進行すると、それ以上電流低下が進行せずに、ヒューズ電流ｉfがほぼ減少しない状態となる。すなわち、この状態が、限流ヒューズ１２の限流作用の限界点となる。なお、限流ヒューズ１２は、限流作用の限界点を越えても消弧砂１２ｃによる消弧（異常電流アークのエネルギー吸収効果）を一定程度継続的に発揮する。そして、限流ヒューズ１２は、限流作用の限界点を越えた以降の消弧の進行に応じても電気抵抗が漸次増大して実質的な絶縁物に近づいていく。
【0030】
半導体パワーモジュール１４は、主電力供給路Ｃ１と並列に接続される転流路Ｃ２に設けられる。半導体パワーモジュール１４は、コントローラ２０からの指令信号に基づき、転流路Ｃ２の導通のオンとオフを切り替える転流路スイッチとして機能する。特に、半導体パワーモジュール１４は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュール、又はＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などの数ミリ秒オーダーで転流路Ｃ２のオン／オフを切り替え可能な半導体素子により構成することできる。
【0031】
半導体パワーモジュール１４は、設計上定まる許容電流以下の電流（以下、単に「モジュール電流ｉpm」とも称する）の導通を許容する。また、本実施形態の半導体パワーモジュール１４は、通常時における電源１００と負荷装置２００の間の電位差（以下、単に「定常電圧Ｖ0」とも称する）に基づいて定まる電流（以下、単に「定常電流Ｉs」とも称する）と後述の残留する異常電流の和を超える値の許容電流を持つように構成される。
【0032】
コントローラ２０は、半導体パワーモジュール１４のオン／オフを制御する制御装置として機能する。特に、コントローラ２０は、主電力供給路Ｃ１に設けられる電流センサ１８により検出される電流検出値（すなわち、ヒューズ電流ｉfの検出値）を取得し、取得したヒューズ電流ｉfに基づいて、半導体パワーモジュール１４を適宜、オン又はオフに設定する。
【0033】
より詳細に、コントローラ２０は、電流センサ１８から取得したヒューズ電流ｉfが所定の転流閾値ｉth2以下に維持されている場合には、半導体パワーモジュール１４をオフに維持する。これにより、異常電流が発生していない通常時には、転流路Ｃ２の導通が遮断される状態となる。
【0034】
一方、コントローラ２０は、電流センサ１８から取得したヒューズ電流ｉfが転流閾値ｉth2を下回ったと判断すると、半導体パワーモジュール１４をオフからオンに切り替える。さらに、コントローラ２０は、半導体パワーモジュール１４をオンに切り替えた後に後述するスイッチオン維持時間Δｔが経過したか否かを判定する。そして、コントローラ２０は、当該スイッチオン維持時間Δｔが経過したことを検出すると、半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替える。
【0035】
なお、このコントローラ２０による半導体パワーモジュール１４のオン／オフ制御については、後にさらに詳細に説明する。
【0036】
上述した各処理を実行するコントローラ２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたコンピュータ、特にマイクロコンピュータで構成される。そして、コントローラ２０は、上述した各処理を実行するようにプログラムされている。なお、コントローラ２０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態の各処理を当該複数の装置で分散処理するように構成されていても良い。
【0037】
以上説明した構成を備える電流遮断装置１０の動作について特に図２Ａ～図２Ｃ、及び図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、電源１００と電流遮断装置１０の間で異常電流の原因となる雷過電圧などの事故的要因が発生したことを仮定して説明を行う。すなわち、電流遮断装置１０に対して電源１００側が異常電流をもたらし得る電圧の高電位側であり、負荷装置２００側が低電位側であって、電源１００から負荷装置２００に向かって異常電流が流れるシーンを想定する。
【0038】
しかしながら、以下の説明は、電流遮断装置１０と負荷装置２００の間で事故的要因が発生することにより、異常電流が電流遮断装置１０から電源１００に向かって流れる場合に対しても、若干の修正を加えることで同様に適用することができる。
【0039】
図２Ａは、電流遮断装置１０において、異常電流が発生した直後の状態を説明する図である。図２Ｂは、異常電流が発生して半導体パワーモジュール１４がオンとなった状態（転流時）を説明する図である。図２Ｃは、異常電流の遮断完了時の状態を説明する図である。
【0040】
さらに、図３は、図２Ａ～図２Ｃに示す異常電流の発生、限流、及び遮断に至るまでの電流遮断装置１０における電圧・電流の経時変化を説明するグラフである。なお、図３に示す異常電流の発生から遮断に至るまでの時間は、一般的には、電流遮断装置１０の各構成部品の仕様及びこれが適用される電力系統の態様によって異なるが例えば、数十ｍｓ～数百ｍｓの範囲に収められる。
【0041】
先ず、電源１００と電流遮断装置１０の間で生じた過電圧により異常電流が発生すると（図３の時刻ｔ１）、電源１００から負荷装置２００である主電力供給路Ｃ１において定常電流Ｉsを超える大電流が流れる（図２Ａ参照）。このため、ヒューズ電流ｉfが短時間の間に増大する（図３の時刻ｔ１～時刻ｔ２）。
【0042】
そして、ヒューズ電流ｉfが増大して溶融電流Ｉth1を超えると、限流ヒューズ１２の可溶エレメント１２ｂが溶融から溶断に至る。これにより、溶断と略同時に発弧するアークのエネルギーが消弧砂１２ｃへと散逸することで限流ヒューズ１２の電気抵抗が漸次増大する。そして、このように電気抵抗が漸次増大することで、ヒューズ電流ｉfが徐々に減少する（図３の時刻ｔ２以降）。すなわち、この時刻ｔ２以降において、限流ヒューズ１２による限流作用が発揮されている状態である。
【0043】
次に、ヒューズ電流ｉfが転流閾値ｉth2まで低下すると、コントローラ２０により半導体パワーモジュール１４からオフからオンに切り替える（図３の時刻ｔ３）。
【0044】
ここで、転流閾値ｉth2は、後に半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えることによる遮断を好適に実行するために、限流ヒューズ１２による限流をどの程度まで継続すべきであるかという観点から適宜定めることができる。
【0045】
特に、電流遮断装置１０による遮断をできるだけ速やかに完了させることを重視する場合には、後の遮断時においてモジュール電流ｉpmが半導体パワーモジュール１４の許容電流を超えないようにしつつ、できるだけ速やかに遮断に移行するように転流閾値ｉth2を比較的高い値に設定することができる。
【0046】
一方で、限流ヒューズ１２による限流作用をできるだけ発揮させることを重視する場合には、遮断に移行するタイミングが大幅に遅れない範囲で限流によりヒューズ電流ｉfを十分に低下させるように転流閾値ｉth2を比較的低い値に設定することができる。
【0047】
そして、ヒューズ電流ｉfが転流閾値ｉth2に到達すると、コントローラ２０により半導体パワーモジュール１４がオフからオンに切り替えられる（図３の時刻ｔ３）。半導体パワーモジュール１４がオンに切り替えられると、主電力供給路Ｃ１から転流路Ｃ２への転流が行われる。すなわち、限流が一定程度まで進行することで高い電気抵抗を示す限流ヒューズ１２が配置された主電力供給路Ｃ１に対し、半導体パワーモジュール１４がオンに切り替わった転流路Ｃ２の電気抵抗は著しく低くなるため、電流経路が主電力供給路Ｃ１から転流路Ｃ２に変更されることとなる（図２Ｂ参照）。したがって、ヒューズ電流ｉfが略０付近まで減少する一方で、モジュール電流ｉpmが増加する。
【0048】
さらに、半導体パワーモジュール１４がオンに切り替わってからスイッチオン維持時間Δｔが経過すると、コントローラ２０により半導体パワーモジュール１４から再びオフに切り替えられる（図３の時刻ｔ４）。半導体パワーモジュール１４が再びオフに切り替えられることで遮断が完了する（図２Ｃ参照）。
【0049】
ここで、半導体パワーモジュール１４をオン状態としている時刻ｔ３～時刻ｔ４の間においては、ヒューズ電流ｉfが略０となるが、限流ヒューズ１２における消弧が継続する。そして、この消弧の進行に応じて限流ヒューズ１２内の状態は、非絶縁状態（アークが残留している状態）から略絶縁状態（アークが完全に消弧し、ヒューズ内部の電気導通が消弧砂で完全に断たれた状態）へと漸次推移する。なお、このプロセスは、限流ヒューズ１２による限流作用の実質的な限界点に達するタイミングよりも前に、転流（図３の時刻ｔ３）が実行された場合であっても同様に進行する。
【0050】
そのため、本実施形態のスイッチオン維持時間Δｔは、半導体パワーモジュール１４を再びオフにするタイミングにおいて、限流ヒューズ１２の電気抵抗が所定の抵抗閾値を越えるように設定される。なお、この抵抗閾値は限流ヒューズ１２の電気抵抗が略絶縁物とみなすことができる程度まで増大したか否かを判断する観点から定められる。
【0051】
特に、この抵抗閾値は、半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替える（遮断を完了させる）観点から、電流遮断装置１０の回路構成、又は当該電流遮断装置１０が適用される電力系統の態様に応じて限流ヒューズ１２に要求される適切な絶縁性を考慮して、実験等により予め定められる。
【0052】
したがって、本実施形態では、限流ヒューズ１２が略絶縁物となるタイミング（少なくとも限流作用の限界点を越えるタイミング）まで、半導体パワーモジュール１４がオンに維持されるようにスイッチオン維持時間Δｔの大きさを設定する。
【0053】
これにより、半導体パワーモジュール１４を再びオフにした際に、転流路Ｃ２を通電していた異常電流が限流ヒューズ１２に流れる事態の発生を防止することができる。すなわち、半導体パワーモジュール１４をオフにすることにより好適な遮断が実現される。
【0054】
次に、本実施形態の電流遮断装置１０による効果を従来技術と対比しつつ、説明する。
【0055】
図４は、本実施形態の電流遮断装置１０による効果を説明する図である。特に、図４（ａ）は、交流電力系統において発生する異常電流を遮断する場合を想定している。一方、図４（ｂ）は、直流電力系統において発生する異常電流を遮断する場合を想定している。
【0056】
図５は、従来技術を説明する図である。特に、図５（ａ）は、交流電力系統において発生する異常電流を遮断する場合を想定している。一方、図５（ｂ）は、直流電力系統において発生する異常電流を遮断する場合を想定している。
【0057】
先ず、従来の交流電力系統において異常電流の発生時に電力系統における遮断を行う遮断器として、ガス遮断器及び真空遮断器などが用いられている。一般的に、これらの遮断器は、限流機能を備えていない。このため、異常電流を検出した際には、交流電力系統内の交流電流が０となるタイミング（電流零点）を待って遮断を行う必要がある。しかしながら、図５（ａ）に示すように、異常電流の検出タイミングによっては、当該異常電流に起因した電流のピークを経た後の電流零点において遮断が行われることとなる。この場合、交流電力系統内に大電流が流れた後に遮断が行われることとなるため、系統内の電気設備の損傷が懸念される。
【0058】
これに対して、本実施形態の電流遮断装置１０であれば、ヒューズ電流ｉfが異常電流のピークよりも小さい溶融電流Ｉth1を超えると、速やかに限流が開始されて、その後遮断が実行されることとなる（図４（ａ）参照）。したがって、交流電力系統内に大電流が流れることによる電気設備の損傷を防止することができる。
【0059】
次に、従来の直流電力系統において異常電流発生時の遮断を行う遮断器としては、アークシュート（磁気遮断器）、真空遮断器、半導体遮断器、及び真空遮断器と半導体遮断器を組み合わせた複合型遮断器が用いられる。しかしながら、これら装置は何れも大型であり、適用されるべき直流電力系統によっては設置が困難であるという問題がある。
【0060】
また、上記アークシュート、真空遮断器、及び複合型遮断器は、これら自体が限流機能を備えていないため、直流電力系統における遮断の際には、当該異常電流を打ち消す逆電流を注入するための電流注入回路を設ける場合もある。
【0061】
しかしながら、電流注入回路は、異常電流の大きさを検出した後に当該異常電流を打ち消す逆電流を発生させる必要がある。すなわち、図５（ｂ）に示すように、電流注入回路による逆電流の注入は、系統内において打ち消すべき大電流が生じた後に行われることとなる。その結果、上述した交流電力系統の場合と同様に、大電流が流れることによる系統内の電気設備の損傷が懸念される。
【0062】
これに対して、本実施形態の電流遮断装置１０であれば、ヒューズ電流ｉfが異常電流のピークよりも小さい溶融電流Ｉth1を超えると、速やかに限流が開始されて、その後遮断が実行されることとなる（図４（ｂ）参照）。このため、直流電力系統内に大電流が流れた後の遮断に起因した系統内の電気設備の損傷を防止することができる。
【0063】
したがって、本実施形態の電流遮断装置１０であれば、交流電力系統及び直流電力系統の何れにおいても、異常電流の発生時における限流及び遮断を一つの装置により、好適に実行することができる。特に、電流遮断装置１０は、主として、限流素子としての限流ヒューズ１２と半導体パワーモジュール１４を相互に並列に配置してなる簡素な回路構成で実現されるので、装置全体をシンプル且つ小型に構成することができる。すなわち、本実施形態では、電流の遮断機能を有するものの限流機能を備えていない半導体パワーモジュール１４と、限流機能を有するものの遮断機能が十分ではない限流ヒューズ１２と、を並列に配置しつつ、適切な半導体パワーモジュール１４のオン／オフ操作を実行するようにした電流遮断装置１０によって、交流電力系統及び直流電力系統の何れにも適用可能で、小型且つ低コストに限流及び遮断を実行することが可能となる。
【0064】
なお、本実施形態の電流遮断装置１０の構成は、異常電流の発生時以外に、保守、点検、及び修復作業などの定常電流Ｉsを遮断することが要求されるシーンにおいて、当該遮断を実行する観点からも好適である。
【0065】
以上説明したように、本実施形態の電流遮断装置１０は以下の構成を備え、それによる作用効果を奏する。
【0066】
先ず、本実施形態の電流遮断装置１０は、所定の電源１００から負荷装置２００への電力供給路である主電力供給路Ｃ１に設けられ、該主電力供給路Ｃ１を流れる電流（ヒューズ電流ｉf）が第１電流閾値（溶融電流Ｉth1）を超えると限流作用を発揮する限流素子としての限流ヒューズ１２と、主電力供給路Ｃ１に並列に接続される転流路Ｃ２における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチとしての半導体パワーモジュール１４と、半導体パワーモジュール１４のオン／オフを制御する制御装置としてのコントローラ２０を備える。
【0067】
そして、コントローラ２０は、限流ヒューズ１２に流れる電流（ヒューズ電流ｉf）が溶融電流Ｉth1を越えた後に第２電流閾値（転流閾値ｉth2）まで限流されたことを検出すると、半導体パワーモジュール１４をオフからオンに切り替えるように構成される（図３の時刻ｔ３）。さらに、半導体パワーモジュール１４をオンにしてから所定のスイッチオン維持時間Δｔが経過すると半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えるように構成される（時刻ｔ４）。
【0068】
これにより、ヒューズ電流ｉfが溶融電流Ｉth1を超えると、半導体パワーモジュール１４がオフに維持された状態で限流ヒューズ１２により一定程度の限流（ヒューズ電流ｉfが転流閾値ｉth2に到達するまでの限流）が行われた後に、半導体パワーモジュール１４がオンに切り替えられる（図３の時刻ｔ２～時刻ｔ３）。そして、所定のスイッチオン維持時間Δｔの経過後に、半導体パワーモジュール１４が再びオフに切り替わる（図３の時刻ｔ４）。すなわち、異常電流の発生に起因したヒューズ電流ｉfが溶融電流Ｉth1を超えると、限流素子による限流を経て半導体パワーモジュール１４によって遮断が実行されることとなる。
【0069】
したがって、主として限流ヒューズ１２及び半導体パワーモジュール１４の組み合わせにより実現可能な簡素な回路構成の下、半導体パワーモジュール１４のオン及びオフを適切なタイミングで切り替えるというシンプルな制御により、任意の電力系統における異常電流の発生時の限流及び遮断の双方を実現可能な装置が提供されることとなる。
【0070】
また、本実施形態の電流遮断装置１０の構成であれば、異常電流の発生時において限流ヒューズ１２において限流を行いつつも、遮断は限流ヒューズ１２ではなく半導体パワーモジュール１４のオンからオフへの切り替えにより実現されることとなる。このため、限流ヒューズ１２の限流作用の限界による制限を受けることなく、異常電流の限流及び遮断を好適に実行することができる。
【0071】
さらに、本実施形態の電流遮断装置１０においては、転流閾値ｉth2は、半導体パワーモジュール１４をオフからオンに切り替えた際に流れる電流（限流ヒューズ１２からの転流分）が、半導体パワーモジュール１４の設計上の許容電流以下となるように定められる。
【0072】
これにより、半導体パワーモジュール１４をオンにした直後（転流直後）のモジュール電流ｉpmが当該半導体パワーモジュール１４の設計上の許容電流以下となるタイミングで、半導体パワーモジュール１４がオンに切り替えられることとなる。このため、半導体パワーモジュール１４を過大な電流から保護しつつ転流を実行することができる。
【0073】
また、逆に、モジュール電流ｉpmが半導体パワーモジュール１４の許容電流以下となる範囲内なら、当該半導体パワーモジュール１４をオフからオンに切り替えるタイミングを任意に設定することができる。すなわち、モジュール電流ｉpmが許容電流以下となる範囲においてできるだけ早いタイミングで転流に移行するか、或いは限流ヒューズ１２における限流をできるだけ進行させた後に転流に移行するかという要求に応じた適切な転流に移行することができる。
【0074】
さらに、上記スイッチオン維持時間Δｔは、半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えるタイミング（時刻ｔ４）において、限流ヒューズ１２の電気抵抗が所定の抵抗閾値を越えるように設定される。
【0075】
これにより、半導体パワーモジュール１４がオンに維持されている状態で、転流路Ｃ２における電流の流れによって残留した異常電流の電気エネルギーを消費させる効果に加えて、限流ヒューズ１２による限流作用をできるだけ発揮させることによってもこの残留した異常電流の電気エネルギーを可能な限り消費させることができる。このため、半導体パワーモジュール１４を再びオフにした際に残留した異常電流の電気エネルギーに起因して再び限流ヒューズ１２に電流が流れる事態の発生を防止することができる。すなわち、半導体パワーモジュール１４を再びオフにすることによる好適な遮断が実現される。
【0076】
さらに、本実施形態の電流遮断装置１０は、転流路スイッチとして半導体パワーモジュール１４を採用したことにより、高速なスイッチング動作が可能となっている。このため、半導体パワーモジュール１４に対する制御により実現される転流（図３の時刻ｔ３）及び遮断（図３の時刻ｔ４）を、高い制御応答性をもって実行することができる。したがて、異常電流の発生から限流、転流、及び遮断を完了するまでの処理時間をより短縮することができる。このため、各処理の実行が遅れることによって異常電流に起因する大電流が電力系統内に実際に流れてしまうことによる電気設備の損傷の発生をより確実に防止することができる。
【0077】
なお、従来の半導体遮断器（例えば、特許第６４９７４８８号）では、基本的に、半導体スイッチがオンに維持されて定常運転時の導通路として機能する。したがって、この半導体スイッチに対する通電に起因して、当該半導体スイッチの抵抗損失及び熱損失が発生していた。
【0078】
これに対して、本実施形態の電流遮断装置１０の構成であれば、異常電流の遮断タイミング（時刻ｔ４）直前の比較的短時間以外は、半導体パワーモジュール１４がオフに維持されている。このため、従来の半導体遮断器における上述の抵抗損失及び熱損失の問題の発生も抑制される。
【0079】
また、本実施形態では、限流素子として限流ヒューズ１２を採用している。すなわち、汎用の限流ヒューズ１２を用いて、半導体パワーモジュール１４における遮断を実行するために要求される限流作用を実現することが可能である。特に、本実施形態の電流遮断装置１０では、遮断が半導体パワーモジュール１４に対する操作で行われる。このため、限流素子そのものの機能で実質的な遮断までが求められていた既存の装置とは異なり、必ずしも限流ヒューズ１２に遮断に至るまでの限流能力が要求されない。すなわち、限流ヒューズ１２に求められる限流機能は、少なくとも半導体パワーモジュール１４における遮断の実行に支障が出ない程度にとどまる。このため、電流遮断装置１０に用いられる限流ヒューズ１２としては、高い限流能力を有する特殊な部品ではなく、標準的な限流機能を備える部品を用いることができる。したがって、限流素子として採用することのできる部品の汎用性を高めることができる。結果として、設計の自由度を向上させることができるとともに、製造コストの抑制も図ることができる。
【0080】
さらに、本実施形態では、所定の電源１００から負荷装置２００への主電力供給路Ｃ１に設けられ、該主電力供給路Ｃ１を流れる電流（ヒューズ電流ｉf）が第１電流閾値（溶融電流Ｉth1）を超えると限流作用を発揮する限流素子としての限流ヒューズ１２と、主電力供給路Ｃ１に並列に接続される転流路Ｃ２における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチとしての半導体パワーモジュール１４と、を備える電流遮断装置１０において実行される電流遮断方法が提供される。
【0081】
この電流遮断方法では、限流ヒューズ１２に流れる電流（ヒューズ電流ｉf）が溶融電流Ｉth1を越えた後に第２電流閾値（転流閾値ｉth2）まで限流されたことを検出すると、半導体パワーモジュール１４をオフからオンに切り替える（図３の時刻ｔ３）。さらに、半導体パワーモジュール１４をオンにしてから所定のスイッチオン維持時間Δｔが経過すると半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替える（時刻ｔ４）。
【0082】
これにより、電流遮断装置１０を用いた電流遮断方法であって、異常電流の限流及び遮断の双方を好適に実現することのできる電流遮断方法を提供することができる。
【0083】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0084】
図６は、第２実施形態に係る電流遮断装置１０の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態の電流遮断装置１０は、第１実施形態の電流遮断装置１０の構成に加えて、主電力供給路Ｃ１及び転流路Ｃ２に対して並列に過渡電流電路Ｃ３が接続されるとともに、この過渡電流電路Ｃ３に過電圧抑制素子としてのバリスタ１６が設けられている。
【0085】
バリスタ１６は、電源１００と負荷装置２００の間の端子間電圧ｖが当該バリスタ１６の設計に応じて予め定まるバリスタ電圧Ｖth以下である場合には、実質的に絶縁体とみなすことができる程度に高い電気抵抗を示す。その一方で、端子間電圧ｖがバリスタ電圧Ｖthを越える場合には、端子間電圧ｖの大きさに応じて当該端子間電圧ｖを減少させる電流を流す特性を有する。特に、バリスタ電圧Ｖthは、少なくとも定常電圧Ｖ0を超える値に設定される。以下、バリスタ１６を備えた電流遮断装置１０の機能について説明する。
【0086】
先ず、異常電流の発生、限流、及び遮断に至るまでのプロセスにおける端子間電圧ｖ（≒定常電圧Ｖ0）はバリスタ電圧Ｖth未満であるため、バリスタ１６が設けられている過渡電流電路Ｃ３の導通も実質的に遮断されている状態となる。このため、本実施形態の電流遮断装置１０において、通常時から異常電流の遮断に至るまでのプロセスまでにおける挙動は第１実施形態で説明した電流遮断装置１０の場合と同様である。
【0087】
一方、本実施形態の電流遮断装置１０において、バリスタ１６は異常電流の遮断時（半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えたとき）において生じる回復電圧Ｖindを打ち消すように機能する。
【0088】
図７Ａは、電流遮断装置１０において、異常電流の遮断完了時に回復電圧Ｖindが発生した状態を示している。また、図７Ｂは、回復電圧Ｖindが解消された状態を示している。さらに、図８は、異常電流の発生、限流、遮断、及び回復電圧Ｖindの解消に至るまでの電流遮断装置１０における電圧・電流の経時変化を説明するグラフである。
【0089】
図７Ａに示すように、本実施形態の電流遮断装置１０においては、遮断のために半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えたことで、モジュール電流ｉpmが転流中の値から略０に変化することに起因し、当該変化を打ち消すように誘起される回復電圧Ｖindが生じる（図８の時刻ｔ４以降）。
【0090】
これに対して、本実施形態の電流遮断装置１０はバリスタ１６を備えるので、回復電圧Ｖindが漸次増加してバリスタ電圧Ｖthに達すると、バリスタ１６の導電状態がオフからオンに切り替わり、回復電圧Ｖindを減少させる方向に電流（バリスタ電流ｉba）が流れる（図７Ｂ参照）。このため、回復電圧Ｖindの発生に起因して、電流遮断装置１０を構成する電気部品（特に半導体パワーモジュール１４）に設計上の許容値を超える電圧が印加されることが抑制される。
【0091】
そのため、本実施形態においては、バリスタ１６による回復電圧Ｖindの抑制効果により、異常電流の限流及び遮断を完了した後において、電流遮断装置１０の電流及び電圧の過渡状態が速やかに解消されることとなる。したがって、異常電流の遮断後において、当該電力供給を復帰させるまでの時間を短縮することができる。
【0092】
なお、本実施形態の電流遮断装置１０のさらなる変形例として、異常電流が解消されて電流遮断装置１０の端子間電圧ｖが定常電圧Ｖ0に近い付近の所定の最終電圧Ｖ1に戻ったと判断される場合に、半導体パワーモジュール１４を再びオンにして転流路Ｃ２を利用して電力供給を一時的に復帰させる処理（仮復帰処理）を採用しても良い。このような仮復帰処理であれば、処理に要する時間を通常の復帰処理（限流ヒューズ１２の交換などを含む）に要する時間に比べて短縮することができる（例えば、数百ｍｓ程度から数ｍｓ以下程度にすることができる）。
【0093】
また、このように、異常電流の限流及び遮断後に一時的にでも電源１００から負荷装置２００への電力供給を復帰させることができるため、異常電流の発生から限流ヒューズ１２の交換などの電流遮断装置１０の本格的な修復作業に至るまでの間中ずっと電源１００から負荷装置２００への電力供給機能が失われることによる不具合の発生（負荷装置２００として想定される電力需要設備における長時間の停電など）を抑制することができる。なお、上述の半導体パワーモジュール１４を再びオンにすることによって一時的に電力供給を再開した後に、限流ヒューズ１２を交換して、その後、半導体パワーモジュール１４をオフにすることによって、主電力供給路Ｃ１を介した定常的な電力供給状態を復帰させることができる。
【0094】
さらに、上述の電流遮断装置１０の本格的な修復作業を実行する際には、限流ヒューズ１２が機能していない状態であっても、定常電流Ｉsを遮断可能な半導体パワーモジュール１４をオフにするだけで、電源１００から負荷装置２００への電力供給を完全に遮断することができるので、当該修復作業に容易且つ安全に着手することができる。
【0095】
具体的に、このようなシーンにおいて、定常状態でオフ状態の半導体パワーモジュール１４をオンに切り替えつつ限流ヒューズ１２を一時的に取り外せば、転流路Ｃ２が定常電流Ｉsの導電路として機能することとなる。したがって、この状態で半導体パワーモジュール１４をオフにすることで定常電流Ｉsを好適に遮断することができる。
【0096】
以上説明したように、本実施形態の電流遮断装置１０は以下の構成を備え、それによる作用効果を奏する。
【0097】
本実施形態の電流遮断装置１０は、さらに、半導体パワーモジュール１４に並列に配置された過電圧抑制素子としてのバリスタ１６を備える。バリスタ１６は、該バリスタ１６の端子間電圧（端子間電圧ｖ）が所定の閾値電圧（バリスタ電圧Ｖth）以下である場合には略絶縁素子として機能し、Ｖthがバリスタ電圧Ｖthを超える場合には導体として機能する。そして、バリスタ１６は、半導体パワーモジュール１４が再びオフに切り替えられたときの電流変化により生じる誘起電圧（回復電圧Ｖind）よりも低いバリスタ電圧Ｖthをとるように構成される。
【0098】
上記限流ヒューズ１２及び半導体パワーモジュール１４に加えて、このような特性のバリスタ１６を設けることで、遮断のために半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えたことに起因して発生する回復電圧Ｖindを速やかに解消することができる。したがって、電流遮断装置１０が適用される電力系統の状態を、より速やかに定常状態に復帰させることができる。
【0099】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0100】
図９は、第３実施形態に係る電流遮断装置１０の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態の電流遮断装置１０は、第２実施形態の電流遮断装置１０の構成に加えて、限流ヒューズ１２に対して直列に機械式開閉器３０が設けられている。
【0101】
機械式開閉器３０は、主電力供給路Ｃ１における導通状態のオン／オフを切り替えるためのメカニカルリレーなどにより構成される。そして、機械式開閉器３０のオン／オフはコントローラ２０により制御される。特に、本実施形態の機械式開閉器３０は、通常時はオン状態（閉極状態）をとるノーマルクローズリレーにより構成される。
【0102】
そして、コントローラ２０は、ヒューズ電流ｉfが溶融電流Ｉth1に到達したとき以降（すなわち、図８における時刻ｔ２～時刻ｔ４）の規定のタイミングにおいて、機械式開閉器３０をオンからオフに切り替える。
【0103】
以上説明したように、本実施形態の電流遮断装置１０は以下の構成を備え、それによる作用効果を奏する。
【0104】
本実施形態の電流遮断装置１０は、限流ヒューズ１２に直列に設けられた開閉器としての機械式開閉器３０をさらに備える。そして、コントローラ２０は、ヒューズ電流ｉfが溶融電流Ｉth1を越えた後であって半導体パワーモジュール１４をオンからオフに切り替える前の所定タイミングにおいて機械式開閉器３０をオンからオフに切り替えるように構成される。
【0105】
これにより、少なくとも半導体パワーモジュール１４が再びオフとされるタイミング（図８の時刻ｔ４）においては、限流ヒューズ１２に対して直列に配置された機械式開閉器３０が相対的に高い抵抗要素として機能することとなる。このため、回復電圧Ｖindの発生時において、当該機械式開閉器３０に対して直列に接続された限流ヒューズ１２に印加される電圧を小さくすることができる（図９の「Ｖ´ind」）。したがって、回復電圧Ｖindに起因した限流ヒューズ１２における絶縁破壊を抑制してその絶縁回復機能をより好適に維持することができ、異常電流の再発をより確実に防ぐことができる。
【0106】
特に、機械式開閉器３０をオンからオフに切り替えるタイミングは、ヒューズ電流ｉfが溶融電流Ｉth1に到達したとき（時刻ｔ２で異常電流が検知されたとき）以降であって、半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替える前（時刻ｔ４よりも前）の任意の期間で設定することが可能である。このため、限流及び遮断のための半導体パワーモジュール１４のオン／オフ操作が機械式開閉器３０をオフに切り替えるタイミングとの兼ね合いで制約されることなく、限流ヒューズ１２に対する印加電圧の抑制効果を実現することができる。
【0107】
さらに、本実施形態では、機械式開閉器３０は限流ヒューズ１２による限流開始以降にオンからオフに切り替えられるため、当該切り替えによる限流から遮断までのプロセスにおける回路動作（電流経路など）に対して実質的な影響を与え無い。したがって、当該機械式開閉器３０を設けない場合（第１実施形態又は第２実施形態の場合）と同様に異常電流の限流及び遮断機能を実現しつつ、回復電圧Ｖindが生じた際の限流ヒューズ１２に対する印加電圧の抑制効果をより好適に発揮させることができる。
【0108】
なお、本実施形態では、限流ヒューズ１２に直列に設けられる開閉器として機械式開閉器３０を採用する例を説明した。しかしながら、これに限られず、定常状態においては電力供給を妨げないように主電力供給路Ｃ１を導通状態（低抵抗状態）としつつ、且つ異常電流の発生後であって回復電圧Ｖindの発生前には主電力供給路Ｃ１を非導通状態（高抵抗状態）とできるものであるならば、半導体リレー等の他のタイプの開閉器を採用しても良い。
【0109】
［第４実施形態］
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１～第３実施形態の何れかと同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、異常電流が解消されて電流遮断装置１０の端子間電圧ｖが定常電圧Ｖ0付近の最終電圧Ｖ1に戻った後（図８の時刻ｔ５以降）において、使用済みの限流ヒューズ１２を交換するための機構の一態様が提供される。
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１～第３実施形態の何れかと同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、異常電流が解消されて電流遮断装置１０の端子間電圧ｖが定常電圧Ｖ0付近の最終電圧Ｖ1に戻った後（図８の時刻ｔ５以降）において、使用済みの限流ヒューズ１２を交換するための機構の一態様が提供される。
【0110】
図１０は、本実施形態のヒューズ交換機構５０の要部斜視図である。図示のように、ヒューズ交換機構５０は、円周方向に沿って並んで複数の限流ヒューズ１２が保持されるレボルバ５４を備えている。限流ヒューズ１２は、その一端が絶縁板５２を介してレボルバ５４に保持されている。また、限流ヒューズ１２の他端には、主電力供給路Ｃ１との電気的接続を確保するためのコネクタ１２ｄが露出するように絶縁板５３が取り付けられている。このヒューズ交換機構５０は、レボルバ５４を回転させることで、異常電流の限流に使用された限流ヒューズ１２と新たな限流ヒューズ１２の自動的に交換する機能を実現する。以下、その詳細を説明する。
【0111】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、ヒューズ交換機構５０の動作について説明する図である。なお、以下では、使用済みの限流ヒューズ１２に符号「１２－１」を付し、使用済みの限流ヒューズ１２´に代えて新たに装着される限流ヒューズ１２に符号「１２－２」を付して説明を行う。また、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて使用済みの限流ヒューズ１２－１は一点鎖線で示している。
【0112】
図示のように、限流ヒューズ１２は、レボルバ５４の回転にともない当該限流ヒューズ１２の通過を許容するように紙面手前側及び奥側に図示しない開口部を有するヒューズホルダ５６に装着された状態で電流遮断装置１０にセットされている。そして、レボルバ５４の回転によって、異常電流の限流に使用された限流ヒューズ１２－１がヒューズホルダ５６から脱離するとともに、新たな限流ヒューズ１２－２がヒューズホルダ５６内にスライド移動して装着される。
【0113】
このように、レボルバ５４の回転により限流ヒューズ１２を交換するヒューズ交換機構５０を用いることで、限流ヒューズ１２の交換に要する時間を短縮することができる。特に、レボルバ５４の回転動作に要する時間を考慮しても、交換時間を数百ｍｓ程度のオーダーとすることができる。特に、使用済みの限流ヒューズ１２－１の自動交換が速やかに開始する観点から、異常電流の解消を検知するコントローラ２０の指令に基づいてレボルバ５４の回転を開始する構成を採用することが好ましい。特に、コントローラ２０は、半導体パワーモジュール１４を再びオフに切り替えたタイミング（図８の時刻ｔ４）以降において端子間電圧ｖが定常電圧Ｖ0付近の最終電圧Ｖ1に戻ったと判断すると、レボルバ５４の回転動作を開始するようにプログラムされることが好ましい。
【0114】
なお、本実施形態の構成において、第２実施形態で説明した電力供給の仮復帰処理を併用しても良い。より具体的には、コントローラ２０は、端子間電圧ｖが最終電圧に戻ったと判断すると、レボルバ５４の回転動作を開始するとともに半導体パワーモジュール１４を再びオンにし（転流路Ｃ２を用いた一時的な電力供給を開始し）、限流ヒューズ１２の交換が完了すると半導体パワーモジュール１４をオフにする（一時的な電力供給が終了して主電力供給路Ｃ１を介した定常的な電力供給状態を復帰させる）ようにプログラムされても良い。
【0115】
これにより、上記ヒューズ交換機構５０による限流ヒューズ１２の交換中においても、半導体パワーモジュール１４がオンとされている転流路Ｃ２を利用して電力供給を実行することができる。特に、本実施形態のヒューズ交換機構５０であれば限流ヒューズ１２の交換に要する時間が短縮されるため、転流路Ｃ２を用いた一時的な電力供給の実行時間もより短くすることができるので、さらなる装置の冗長化の改善及び安全性の向上に資することとなる。なお、本実施形態におけるヒューズ交換機構５０の構成は例示であり、これに限られず限流ヒューズ１２の交換を自動的に実行可能な任意の形態の装置を採用することができる。
【0116】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0117】
例えば、上記実施形態の電流遮断装置１０では、限流素子として限流ヒューズ１２を採用する例を説明した。しかしながら、電流遮断装置１０に、限流ヒューズ１２以外の限流素子を採用しても良い。例えば、限流ヒューズ１２に代えて超伝導素子を用いた超伝導限流器（国際公開第２０１２／１６１２７７号公報）、又は限流リアクトルなどを採用しても良い。すなわち、限流素子としては、所定の電流閾値以下の電流に対しては低電気抵抗体（好ましくは実質的な導体）として機能する一方で、電流が当該電流閾値を越えると当該電流の増加に応じて電気抵抗が増加する限流特性を持つ任意の素子を適宜用いることができる。
【0118】
また、上記実施形態の電流遮断装置１０では、転流路スイッチとして半導体パワーモジュール１４を採用する例を説明した。しかしながら、コントローラ２０の指令信号により適宜オン／オフ（閉／開）可能であって、スイッチオン時におけるヒューズ電流ｉfの転流（図３の時刻ｔ３）及び若干の電流が流れている状態における遮断（スイッチオフ）を許容する機能を持つものであれば、半導体パワーモジュール１４以外の転流路スイッチを採用しても良い。
【0119】
例えば、半導体パワーモジュール１４に代えて、真空遮断器、又は遮断機能を備えたメカニカルリレー等のスイッチ類を採用しても良い。一方で、限流及び遮断の高速化という観点から、転流路スイッチとして、数ｍｓオーダーでオン／オフ操作が可能な半導体パワーモジュール１４を用いることが好ましい。
【0120】
また、限流ヒューズ１２以外の限流素子及び半導体パワーモジュール１４以外の転流路スイッチを採用する場合であっても、環境適合性を考慮してこれらを汎用の回路素子で構成することが好ましい。特に、上記実施形態の電流遮断装置１０では、このような汎用の回路素子で構成することができることで、低コスト化及び設計の柔軟性の向上にも資することとなる。
【0121】
また、上記各実施形態は、相互に矛盾しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【0122】
本願は、２０１９年９月１７日に日本国特許庁に出願された特願２０１９－１６８６０１号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】