特表 2024-511834 プラズマ管を備えた高ＤＣ電圧の電流のカットオフデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-15

(54)【発明の名称】プラズマ管を備えた高ＤＣ電圧の電流のカットオフデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/59 20060101AFI20240308BHJP

【ＦＩ】

H01H33/59 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023560304

(86)(22)【出願日】2022-03-31

(85)【翻訳文提出日】2023-11-29

(86)【国際出願番号】 FR2022050608

(87)【国際公開番号】W WO2022208029

(87)【国際公開日】2022-10-06

(31)【優先権主張番号】2103336

(32)【優先日】2021-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517202755

【氏名又は名称】スーパーグリッド インスティテュート

【住所又は居所原語表記】２３ ＲＵＥ ＣＹＰＲＩＡＮ， ６９１００ ＶＩＬＬＥＵＲＢＡＮＮＥ， ＦＲＡＮＣＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110000914

【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ

(72)【発明者】

【氏名】ヤン， ヤン

【テーマコード（参考）】

5G028

【Ｆターム（参考）】

5G028AA08

5G028FB06

5G028FC02

(57)【要約】

プラズマ管を備えた高ＤＣ電圧の電流のカットオフデバイス。
本発明は、少なくとも１つのカットオフモジュール（１８）を含むＤＣ高電圧カットオフデバイスを提案し、該デバイスは、
主分岐（２４）にある主カットオフ装置（２６）と、
吸収分岐（２８）にある汎用サージ保護装置（３０）と、
少なくとも１つの切替コンデンサ（Ｃ１）を含む切替分岐（３２）と
を含み、
切替分岐（３２）にある第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）と、
切替コンデンサ（Ｃ１）の事前充電回路（４８．１）と、
切替コンデンサ（Ｃ１）と並列であり、カットオフモジュールの公称動作電圧よりも低い保護電圧を有する切替サージ保護装置（８０．１）と、
第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）に、切替コンデンサ（Ｃ１）の電機子（Ｃ１ｐ、Ｃ１ｄ）間の電気電圧から導出された電圧を供給する少なくとも１つのパイロット可能スイッチ（５８．１、５８ａ、５８ｂ）とを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高ＤＣ電圧下の電流のカットオフデバイスであって、
上記カットオフデバイス（１０）の導通構成において、上記デバイスの高ＤＣ公称動作電圧下の電流が流れる主回路（１６）と、
少なくとも１つのカットオフモジュール（１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）であって、該カットオフモジュールに対する上記主回路（１６）の第１のポイント（２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と第２のポイント（２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）との間で上記主回路（１６）に差し挟まれたカットオフモジュール（１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）とを含み、上記カットオフモジュールが、
上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間にある主分岐（２４）であって、機械的タイプの少なくとも１つの主電気カットオフ装置（２６）が、上記第１のポイント（２０）と上記第２のポイント（２２）との間で該主分岐（２４）に差し挟まれている、主分岐（２４）と、
上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記主分岐（２４）と電気的に並列である吸収分岐（２８）であって、少なくとも１つの汎用サージ保護装置（３０）が上記第１のポイント（２０）と上記第２のポイント（２２）との間で該吸収分岐（２８）に差し挟まれている、吸収分岐（２８）と、
上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記主分岐（２４）および上記吸収分岐（２８）と電気的に並列である切替分岐（３２）であって、少なくとも第１の切替コンデンサ（Ｃ１）が上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で該切替分岐（３２）に配置され、切替スイッチ（３４．１）が該切替分岐（３２）における電流の流れを許可することができる、切替分岐（３２）と、
上記カットオフモジュールの上記主分岐（２４）および上記切替分岐（３２）によって形成されるループであって、切替インダクタンスを有する上記カットオフモジュールのループとを含み、
上記切替スイッチが、アノード（３６．１）、カソード（３８．１）、および制御グリッド（４０．１）を含む少なくとも第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）を含み、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）が、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記切替分岐（３２）に差し挟まれ、それによって上記切替分岐が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記カソード（３８．１）に連結された第１のセクション（３２．１）と、上記第１のプラズマ管スイッチの上記アノード（３６．１）に連結された第２のセクション（３２．２）とに分離され、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記カソード（３８．１）に連結された上記切替分岐の上記第１のセクション（３２．１）に配置され、
上記第１のプラズマ管スイッチの制御系（４６．１）が上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）によって電気供給され、
上記第１の切替コンデンサが、上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された近位側電機子（Ｃ１ｐ）と、該近位側電機子（Ｃ１ｐ）に対して上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードの反対側にある遠位側電機子（Ｃ１ｄ）とを含み、
上記デバイスが、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）を事前充電するための回路（４８．１）を含み、
上記カットオフモジュール（１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）が第１の切替サージ保護装置（８０．１）を含み、上記第１の切替サージ保護装置が、上記カットオフモジュールの公称動作電圧よりも低い保護電圧を有し、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）と並列に電気接続されており、
上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御系（４６．１）が少なくとも第１のパイロット可能スイッチ（５８．１、５８ａ、５８ｂ）を含み、上記第１のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記電機子（Ｃ１ｐ、Ｃ１ｄ）間の電気電圧から導出された電圧を上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御グリッド（４０．１）に供給することを特徴とする、
高ＤＣ電圧下の電流のカットオフデバイス。

【請求項2】

上記カットオフデバイス（１０）を開放する間、上記第１のパイロット可能スイッチ（５８．１、５８ａ、５８ｂ）が、第１の閉止パルスにしたがってパイロットされることで、上記主電気カットオフ装置（２６）が一部機械的に開放された後の上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の閉止を制御し、第２の閉止パルスにしたがってパイロットされることで、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の充電極性を反転させた後の上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の開放を制御し、それにより上記第１のプラズマ管スイッチの閉止と開放との間の上記第１のプラズマ管スイッチの導通時間を規定することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

上記第１のパイロット可能スイッチ（５８．１）が、閉止状態では、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御グリッド（４８．１）を上記第１の切替コンデンサの上記遠位側電機子（Ｃ１ｄ）に電気的に連結することを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。

【請求項4】

上記第１のパイロット可能スイッチ（５８．１、５８ａ、５８ｂ）が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御グリッド（４０．１）と上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記遠位側電機子（Ｃ１ｄ）との間で両方向に電流を伝導および阻止することができる二方向スイッチであることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。

【請求項5】

上記第１のパイロット可能スイッチが、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４）の上記制御グリッド（４０．１）と上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記遠位側電機子（Ｃ１ｄ）との間で直列かつ互いに反対方向で差し挟まれた２つの一方向電子スイッチ（５８ａ、５８ｂ）として設計され、各一方向電子スイッチ（５８ａ、５８ｂ）が、該一方向電子スイッチと非並列に設置されたフリーホイールダイオードを具備することを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。

【請求項6】

上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御系（４６．１）が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の賦活電極（４４．１）に供給する供給分岐（６２）を含み、上記供給分岐（６２）が、上記第１のプラズマ管スイッチの上記賦活電極（４４．１）を上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記遠位側電機子（Ｃ１ｄ）に連結することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項7】

上記供給分岐（６２）が、上記供給分岐（６２）における電流を伝導および阻止することができる供給スイッチ（６８）と、上記供給分岐に差し挟まれた抵抗（６４）とを含むことを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。

【請求項8】

上記供給スイッチ（６８）が、上記カットオフデバイスによる電流遮断命令を受け取った後、閉止するようパイロットされることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御系（４６．１）が、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記遠位側電機子（Ｃ１ｄ）に連結されたソース側を有し、上記第１のパイロット可能スイッチ（５８．１）を介して上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御グリッド（４０．１）に供給する制御側を有するＤＣ－ＤＣ電力変換器（７８）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。

【請求項10】

上記電力変換器の上記制御側が正端子（７８．３）と負端子（７８．４）とを含み、上記第１のパイロット可能スイッチ（５８．１）が、上記正端子（７８．３）と上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御グリッド（４０．１）との間に差し挟まれた第１のパイロット可能起動スイッチ（５８ａ）と、上記負端子（７８．４）と上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御グリッド（４０．１）との間に差し挟まれた第２のパイロット可能停止スイッチ（５８ｂ）とを含むことを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。

【請求項11】

上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記制御系（４６．１）が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の賦活電極（４４．１）に供給する供給分岐（６２）を含み、上記供給分岐が、上記第１のプラズマ管スイッチの上記賦活電極（４４．１）を上記ＤＣ－ＤＣ電力変換器（７８）の上記制御側の上記正端子（７８．３）に連結することを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記端子における電圧が、上記第１の切替サージ保護装置（８０．１）によって、上記カットオフモジュールの上記公称動作電圧の１０％未満の保護電圧に制限されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項13】

上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）が１００マイクロファラッド超の容量を有することを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項14】

上記カットオフモジュールの上記第１の切替コンデンサの事前充電電圧および切替インダクタンスが、上記主カットオフ装置（２６）を通る電流の変化であって、上記プラズマ管スイッチ（３４．１）の閉止によって上記切替分岐（３２）が電流に対して導通状態になると現れる変化の変化率を、上記主カットオフ装置（２６）が電気アークを遮断することができる変化率に対応する値で制限するようにスケーリングされることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項15】

上記カットオフデバイス（１０）を開放する間、上記第１のプラズマ管スイッチの導通時間が１ミリ秒未満、好ましくは３００マイクロ秒未満、より好ましくは１００マイクロ秒未満であることを特徴とする、請求項２～１４のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項16】

上記切替スイッチが、アノード（３６．２）、カソード（３８．２）、および制御グリッド（４０．２）を含む第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）を含み、上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）と電気的に並列に、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）とは反対方向に、上記カットオフモジュール（１８）の上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記切替分岐（３２）に差し挟まれ、それによって、上記第２のプラズマ管スイッチの上記カソード（３８．２）が上記切替分岐（３２）の上記第２のセクション（３２．２）に連結され、上記第２のプラズマ管スイッチの上記アノード（３６．２）が上記切替分岐の上記第１のセクション（３２．１）に連結され、
第２の切替コンデンサ（Ｃ２）が、上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の上記カソード（３８．２）に連結された上記切替分岐（３２）の上記第２のセクション（３２．２）に配置され、
上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の制御系（４６．２）が上記第２の切替コンデンサ（Ｃ２）によって電気供給され、
上記第２の切替コンデンサ（Ｃ２）が、上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の上記カソード（３８．２）に連結された近位側電機子（Ｃ２ｐ）と、該近位側電機子（Ｃ２ｐ）に対して上記第２のプラズマ管スイッチの上記カソードの反対側にある遠位側電機子（Ｃ２ｐ）とを含み、
上記デバイス（１０）が上記第２の切替コンデンサの事前充電回路（４８．２）を含み、
上記カットオフモジュール（１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）が第２の切替サージ保護装置（８０．２）を含み、上記第２の切替サージ保護装置が、上記第１の切替サージ保護装置（８０．１）および上記第２の切替サージ保護装置（８０．２）の保護電圧の合計が上記カットオフモジュールの上記公称動作電圧よりも低くなるような保護電圧を有し、上記第２の切替コンデンサ（Ｃ２）と並列で電気接続されており、
上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の上記制御系（４６．２）が、少なくとも第２のパイロット可能スイッチを含み、上記第２のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第２の切替コンデンサ（Ｃ２）の上記電機子（Ｃ２ｐ、Ｃ２ｄ）間の電気電圧から導出された電圧を上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の上記制御グリッド（４０．２）に供給することを特徴とする、請求項１～１５のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項17】

上記第２のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドを上記第２の切替コンデンサの上記遠位側電機子に電気的に連結することを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。

【請求項18】

上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の上記制御系（４６．２）が、上記第２の切替コンデンサ（Ｃ２）の上記遠位側電機子（Ｃ２ｄ）に連結されたソース側を有し、上記第２のパイロット可能スイッチを介して上記第２のプラズマ管スイッチ（３４．２）の上記制御グリッド（４０．２）に供給する制御側を有する第２のＤＣ－ＤＣ電力変換器を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。

【請求項19】

上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御系が、上記第２のプラズマ管スイッチの賦活電極に供給する供給分岐を含むことを特徴とする、請求項１６～１８のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項20】

上記供給分岐が、上記第２のプラズマ管スイッチの上記賦活電極を上記第２のＤＣ－ＤＣ電力変換器の上記制御側の正端子に連結することを特徴とする、請求項１８と組み合わせた請求項１９に記載のデバイス。

【請求項21】

上記少なくとも１つのカットオフモジュール（１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）が、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間の上記切替分岐（３２）、上記吸収分岐（２８）、および上記主分岐（２４）と電気的に並列である少なくとも１つの補助切替分岐（３２’）を、アノード（３６．１’）、カソード（３８．１’）、および制御グリッド（４０．１’）を含む少なくとも第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）と共に含み、上記第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）が、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記補助切替分岐（３２’）に差し挟まれ、それによって上記補助切替分岐（３２’）が、上記第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）の上記カソード（３８．１’）に連結された第１のセクション（３２．１’）と、上記第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）の上記アノード（３６．１’）に連結された第２のセクション（３２．２’）とに分離され、少なくとも第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）が、上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１’）の上記カソード（３８．１’）に連結された上記補助切替分岐（３２’）の上記第１のセクション（３２．１’）に配置されることを特徴とする、請求項１～２０のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項22】

上記第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）の上記アノード（３６．１’）が、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントおよび上記第２のポイントのうち、上記少なくとも１つのカットオフモジュールの上記第１のプラズマ管スイッチ（３４．１）の上記アノード（３６．１）と同じポイントに連結され、
上記少なくとも１つのカットオフモジュールが、上記第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）によって供給される上記第１の補助プラズマ管スイッチの制御系（４６．１’）を含み、
上記第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）が、上記第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）の上記カソード（３８．１’）に連結された近位側電機子（Ｃ１ｐ’）と、該近位側電機子（Ｃ１ｐ’）に対して上記第１の補助プラズマ管スイッチ（３４．１’）の上記カソード（３８．１’）の反対側にある遠位側電機子（Ｃ１ｄ’）とを含み、
上記デバイスが、上記第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）の事前充電回路（４８．１’）を含み、
上記デバイスが第１の補助切替サージ保護装置（８０．１’）を含み、上記第１の補助切替サージ保護装置が、上記カットオフモジュールの公称動作電圧よりも低い保護電圧を有し、上記第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）と並列で電気接続されており、
上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）の上記事前充電回路（４８．１）および上記第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）の上記事前充電回路（４８．１’）が、上記第１の切替コンデンサ（Ｃ１）および上記第１の補助切替コンデンサ（Ｃ１’）に並列で供給する共通電圧源（５０．１）を含むことを特徴とする、請求項２１に記載のデバイス。

【請求項23】

上記少なくとも１つのカットオフモジュールが、上記補助切替分岐（３２’）に並列かつ互いに反対方向で差し挟まれ、２つの補助プラズマ管スイッチ（３４，１’、３４．２’）を含むことを特徴とする、請求項２１または２２に記載のデバイス。

【請求項24】

上記デバイスが、上記主回路（１６）に直列で差し挟まれたいくつかのカットオフモジュール（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）を含み、それぞれ、考慮されるカットオフモジュールに対する上記主回路（１６）の第１のポイント（２２ａ、２０ｂ、２０ｃ）と第２のポイント（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）との間にあることを特徴とする、請求項１～２３のいずれか一項に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高ＤＣ電圧（ＨＶＤＣ）下での電流のカットオフデバイスに関する。そのようなデバイスは、ネットワークの少なくとも１つの導電体に故障電流を発生させる電気故障が出現する場合において、ＨＶＤＣネットワークまたはネットワークユニットに実装されることが意図される。

【0002】

ＨＶＤＣネットワークは、特に、まったく異なるまたは非同期的な電力生産現場の相互接続に対する解決策として想定される。ＨＶＤＣネットワークは、特に、線路損が少なく、長距離に対するネットワークの寄生容量の影響がないという理由で、ＡＣ電流技術ではなく洋上風力発電施設によって生産されるエネルギーの伝送および分配に対して想定される。そのようなネットワークは、一般的に、７５ｋＶ超の、特に１００ｋＶ程度以上の公称動作電圧レベルを有する。

【0003】

本明細書では、高ＤＣ電圧デバイスは、ＤＣ公称動作電圧が１，５００Ｖ超で７５，０００Ｖ（７５ｋＶ）以下である「高電圧Ａ」デバイス、またはＤＣ公称動作電圧が７５，０００Ｖ（７５ｋＶ）超の場合の「高電圧Ｂ」（もしくは超高電圧）デバイスのどちらかと考えられる。したがって、高ＤＣ電圧電界は「高電圧Ａ」電界および「高電圧Ｂ」電界を含む。

【0004】

そのようなネットワークにおける電流カットオフは、そのようなネットワークの実行可能性および発展を直接条件付ける重要な課題である。

【0005】

これらのネットワークの今日の進化は、メッシュネットワーク、つまりネットワークの所与の２つのポイント間において考えられるいくつかの経路を含むネットワークにつながるインフラストラクチャの相互接続に向かう傾向にある。これらのネットワークでは、電気回路内に少なくとも１つの電気回路カットオフ装置がある電気設備（特に電気所または変電所を含む）がある。

【0006】

電気回路には、一般に、少なくとも１つの電圧源と少なくとも１つの電圧ユーザとがあり、電圧ユーザは、電気エネルギーを使用してそれを別の形態のエネルギーに、例えば、機械的エネルギーおよび／または熱量エネルギーおよび／または電磁エネルギーなどに変換する任意の装置もしくは装置セットまたはそのような装置を有する任意のネットワークを含むことができる。

【0007】

電気回路には、一般に、少なくとも１つの電気カットオフ装置があり、該電気カットオフ装置は、回路内の、一般に電圧源と電圧ユーザとの間または電圧源とアースとの間の電流の流れを遮断することを可能にする。

【0008】

電気回路の導電体に差し挟むことが意図された各種タイプの電気カットオフデバイスが知られている。例えば、電気回路をカットオフする機械的装置であって、特に、差し挟まれる電気回路の故障状態下または充電中に開放を許可するように設計されスケーリングされた回路遮断器が知られている。また、一般に充電中に回路のカットオフを実施するのではなく、電流の流れが別のカットオフ装置によって既に遮断されている回路において、電圧源等に連結された回路の導体の上流部と、この回路導体の下流部との間で所定の高レベルの電気的絶縁を確保することによって、介入中に持ち物および人が安全であることを確保するように設計された断路器など、単純な設計の電気カットオフ装置も知られている。

【0009】

機械的タイプの主カットオフデバイスでは、電流カットオフは、機械的スイッチ素子を開放することによってのみ得られる。そのような機械的スイッチ素子は、スイッチ素子が閉止されたときに機械的および電気的に接触し、スイッチ素子が開放されると機械的に分離する２つの導体接触部を含む。この機械的分離は、一般に、固定導体部に対する可動導体部の移動によって実施される。これらの機械的電気カットオフ装置には、特に高ＤＣ電圧下で、高電流が流れた場合にいくつかの欠点がある。

【0010】

ＤＣ電流および／または高電圧の存在下で、装置が保護しているネットワークに高エネルギーが蓄積されることにより、機械的分離が２つの導体部の間に電気アークを確立させる場合がある。電気アークが機械的分離によって確立されたままである限り、アークの存在によって電流が装置を流れ続けるので、機械的電気カットオフ装置は電気カットオフを実施しない。電気カットオフは、電流の流れが実際に遮断されるという意味で、高ＤＣ電流という文脈において達成するのが特に困難な場合があり、これらの条件が電気アークを維持する傾向にある。さらに、この電気アークは、一方では、２つの導体接触部を侵食によって劣化させ、他方では、アークが確立された導体部を取り囲む媒体をイオン化によって劣化させる。これには、制限的でコストがかかるカットオフ装置のメンテナンス作業が必要である。

【0011】

高ＤＣ電圧（ＨＶＤＣ）下の電流のカットオフを達成するのは、交流（ＡＣ）電圧下の電流のカットオフよりも複雑である。実際には、ＡＣ電圧下の電流をカットオフする間、電流のゼロ交差を利用して、高ＤＣ電圧下の電流では達成できない電気カットオフを実施することができる。

【0012】

そのような電気カットオフ装置、特に機械的装置を使用しても、カットオフを容易にする特定の追加手段なしでは、電気カットオフに関して所望の性能を得ることができない。

【0013】

さらに、本発明の１つの目的は、故障電流の強度値が低い場合を含めて、カットオフされる故障電流の強度の振幅にかかわらず、電流の遮断を可能にすることである。実際には、逆電流の注入に基づいたいくつかの従来技術では、低強度の故障電流の遮断は、高すぎる値の逆電流の注入によって防止または妨害され得るが、これは、特に、開スイッチにおける電流のゼロ交差が、このゼロ交差の瞬間に遮断を可能にするには大きすぎる強度の微分を用いて行われるからである。

【背景技術】

【0014】

その目的のため、カットオフを容易にする特定の追加手段によって主電気カットオフ装置を支援する多くのカットオフデバイスが知られている。カットオフを容易にするこれらの特定の追加手段は、それらの主カットオフ支援モードにしたがって各種の別個のファミリーに分類することができる。

【0015】

これらのファミリーのうち第１のファミリーでは、カットオフを容易にする追加の特定手段は、主カットオフ装置が機械的に開放された後、主装置を通る逆電流を発生させ、この逆電流は、故障電流に対して反対方向でなければならず、またこの故障電流を相殺するために故障電流よりも大きい強度のものでなければならない。

【0016】

そのようなデバイスの一例が文献ＥＰ３０９１６２６Ａ１に記載されている。このデバイスは次のものを含む。
・機械的タイプの主電気カットオフ装置を含む主分岐、
・第１のポイントと第２のポイントとの間で主分岐と電気的に並列であり、少なくとも１つの汎用サージ保護装置を含む吸収分岐、
・主分岐および吸収分岐と電気的に並列であり、切替コンデンサ、インダクタ、および切替スイッチを含む切替分岐。

【0017】

文献ＥＰ３０９１６２６Ａ１のデバイスは、切替コンデンサを事前充電するための回路を含む。主カットオフ装置が機械的に開放された後、その電極間にアークが存在すれば、そのアークは、切替スイッチを閉止することによって発生する逆電流を主分岐に注入することによってカットオフされ、それにより、主分岐および切替分岐によって形成されたループ内で事前充電された切替コンデンサが放電される。

【0018】

文献ＵＳ２０１４２９９５７９は、逆電流を発生させるという同じ原理に基づくが、事前充電されたコンデンサのいくつかのバンクを含む同様のデバイスについて記載している。カットオフされる電流強度に応じて、このデバイスは、適応可能な逆電流強度を発生させて、これにより、このゼロ交差の瞬間に遮断を可能にする十分に低い強度の微分を有するように、コンデンサスイッチの選択的な閉止によって、回路に適切な容量を挿入する。

【0019】

文献ＷＯ２０１５１６６６００では、切替スイッチ１７を閉止する前に、コンデンサ１０は補助ＤＣ電圧源２０によって再充電される。インダクタンスバイパススイッチ１５および１６が選択的に閉止されて、切替分岐によって形成されるＬＣ回路のインダクタンスが変化することにより、結果として得られる振動電流の振幅がモニタリングされる。電流遮断が保証され得る強度値の広い範囲をカバーするには、そのようなデバイスは、多数のインダクタンスバイパススイッチを伴うであろう。

【0020】

この第１のファミリーでは、電気アークをカットオフすることを可能にするエネルギーは、事前充電されたコンデンサに前もって保存されることが理解される。

【0021】

文献ＷＯ２０１５１８５０９６、ＵＳ３７５８７９０、およびＵＳ４４４２４６９は、モジュールの主分岐に少なくとも２つのカットオフ装置を直列で含み、これらのスイッチを通る振動電流を作り出して電流を遮断することを意図したループを含むカットオフモジュールについて記載している。これら３つのデバイスには、切替コンデンサが、挿入される電気ネットワークの公称動作電圧よりも高い電圧、一般にはこの公称動作電圧の少なくとも１．６倍の電圧に耐えられなければならないという不利な点がある。これには高価で嵩高なコンデンサを伴う。加えて、切替スイッチが切替分岐に存在するので、その作動について記載されていない補助エネルギー源を要する。さらに、これらのカットオフモジュールは、主分岐のカットオフ装置において比較的長いアーク時間を依然として有している。さらに、アーク消滅は、接点の分離によって、公称動作電圧よりも高い電圧に耐えることができるような十分に長い距離に達することが可能になった後にしか実施することができず、このアーク時間は一般に数ミリ秒よりも長く、これは、その間にアークによって電極の著しい加熱および侵食が引き起こされる可能性が高い比較的長い時間を表す。

【0022】

第２のファミリーのデバイスでは、カットオフを容易にする追加の特定手段は、主分岐と並列に、バイパススイッチを含むバイパス分岐を備え、また、主分岐に主カットオフ装置と直列に、電子タイプである場合が多い追加スイッチを備える。この追加スイッチは、開放状態では、その端子において電圧を発生させるという役割を有する。このファミリーでは、バイパス分岐にコンデンサを設ける必要はない。従来技術の一部の文献、例えば文献ＥＰ２５０２２４８では、バイパススイッチは、主カットオフ装置と並列でありかつ吸収分岐と並列である電子スイッチのアレイとして設計される。

【0023】

文献ＥＰ３５２２１９４およびＥＰ３５２２１９６は両方とも、この第２のファミリーのデバイスについてそれぞれ記載しており、該デバイスでは、バイパススイッチがプラズマ管スイッチとして設計されているか、あるいはプラズマ管スイッチが本質的に一方向スイッチなので、電気的に並列かつ互いに反対方向で設置された２つのプラズマ管スイッチとして設計されている。

【0024】

両方の文献において、カットオフデバイスは、各プラズマ管スイッチのための制御系を含む。そのような制御系は、プラズマ管スイッチの制御および動作を確保することを意図したものであるが、電気エネルギー源を要する。文献ＥＰ３５２２１９４では、この電気エネルギー源は、主回路に配置される第１の電気コイルと、第１の電気コイルに誘導結合され、この誘導結合によって第１の電気コイルで電気エネルギーを得てプラズマ管スイッチの制御系に提供する第２の電気コイルとを含む。文献ＥＰ３５２２１９６では、この電気エネルギー源は、デバイスの主分岐に位置する電子カットオフスイッチと直接電気的に並列で配置されるコンデンサを含む。このコンデンサは、制御系に対して、その動作に必要な電力を提供するために、電力変換器を介して連結される。必要な電力は高電力であり、遮断しなければならない故障電流の振幅に応じて決まる。これらのデバイスでは、制御系は、数ｋＶ、例えば１～１０ｋＶの電圧を提供しなければならず、カットオフされる故障電流と同程度の強度の電流を提供しなければならない。したがって、実際上、そのような制御系は、閉止の場合は数十ｋＷ程度のパルス電力を提供し、開放コマンドの場合は最大数十メガワット（ＭＷ）のパルス電力を提供すべきである。そのため、これらの解決策では、結果として、コイルおよびコンデンサが提供することが求められる電力は非常に高電力である。したがって、これらの構成要素の体積およびコストが大幅に増え、解決策が複雑になることは否めない。

【0025】

両方の事例において、プラズマ管スイッチの動作に必要な電気エネルギー源は、デバイスの主分岐に、またはさらには主回路に、少なくとも１つの電子カットオフスイッチおよび任意に電気コイルを差し挟む必要がある電気エネルギー源であることが分かる。しかしながら、主分岐および主カットオフ装置の両方に、設備の公称動作の際、高ＤＣ電圧下の電流であって、非常に高い強度、例えば１，０００Ａ超またはさらには５，０００Ａ超の強度を有し得る公称電流が流される。したがって、このように主分岐または主回路に差し挟まれる電気および電子構成要素には、ネットワークの動作中、この公称電流が恒久的に流される。このように、これらは、この公称電流に恒久的に耐えることができるようにスケーリングしなければならない。加えて、これらの構成要素の品質にかかわらず、その存在は必然的に公称動作における電気エネルギーの損失源となる。最後に、これらの電気構成要素には、非常に高い可能性がある強度で、超高電圧下で公称電流が流されるので、これらの構成要素は一般的に冷却しなければならず、それによって設備のコストが増加する。

【0026】

第３のファミリーのデバイスでは、カットオフを容易にする特定の追加手段は、主カットオフ装置が機械的に開放された後、主分岐と並列の振動分岐において振幅が増加する振動電流を発生させる。いくつかの振動後に振動電流が十分な値に達すると、次いで、主装置を通して、故障電流を相殺することができる逆電流を発生させる。文献ＵＳ２０１７１７８８４４は、そのようなデバイスの一例について記載している。このデバイスは、主カットオフ装置と並列のＬＣ回路において電気振動を作り出し増幅する特別にパイロットされたＩＧＢＴ変換器を実装することを提案している。このＩＧＢＴ変換器は、故障電流程度の高強度の電流を発生させなければならず、したがって嵩高で高価であることが理解される。加えて、ＬＣ回路の容量は、公称動作電圧よりも高く、一般に公称動作電圧の１．６倍よりも高い高電圧に耐性を有さなければならない。

【0027】

真空スイッチの外側に配置された外部コイルを備える真空回路遮断器について記載している文献ＵＳ５３７９０１４Ａも知られている。

【0028】

直流回路遮断器およびそれを切り替える方法、またはより具体的には、ＤＣラインから直接充電することができる切替コンデンサを使用することによって逆電流を挿入するためのシステムに関する文献ＵＳ４８０５０６２Ａも知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0029】

本発明の目的は、高ＤＣ電圧下の電流カットオフデバイスを提案することであり、該電流カットオフデバイスは、主カットオフ装置を機械的に開放した後、切替コンデンサに事前に貯蔵されたエネルギーを使用することによって、主装置を通る逆電流を発生させることに基づいており、経済的で、空間要件が低減され、設備の公称動作中に電気損失を発生させない。

【課題を解決するための手段】

【0030】

上述の目的のため、本発明は、高ＤＣ電圧下の電流のカットオフデバイスを提案し、カットオフデバイスは、
上記カットオフデバイスの導通構成において、上記デバイスの高ＤＣ公称動作電圧下の電流が流れる主回路と、
少なくとも１つのカットオフモジュールであって、該カットオフモジュールに対する上記主回路の第１のポイントと第２のポイントとの間で上記主回路に差し挟まれたカットオフモジュールとを含み、上記カットオフモジュールが、
上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間にある主分岐であって、機械的タイプの少なくとも１つの主電気カットオフ装置が、上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で該主分岐に差し挟まれている、主分岐と、
上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記主分岐と電気的に並列である吸収分岐であって、少なくとも１つの汎用サージ保護装置が上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で該吸収分岐に差し挟まれている、吸収分岐と、
上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記主分岐および上記吸収分岐と電気的に並列である切替分岐であって、少なくとも第１の切替コンデンサが上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で該切替分岐に配置され、切替スイッチが該切替分岐における電流の流れを許可することができる、切替分岐と、
上記カットオフモジュールの上記主分岐および上記切替分岐によって形成されるループであって、切替インダクタンスを有する上記カットオフモジュールのループとを含む。

【0031】

本発明は、以下の点：
上記切替スイッチが、アノード、カソード、および制御グリッドを含む少なくとも第１のプラズマ管スイッチを含み、上記第１のプラズマ管スイッチが、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記切替分岐に差し挟まれ、それによって上記切替分岐が、上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された第１のセクションと、上記第１のプラズマ管スイッチの上記アノードに連結された第２のセクションとに分離され、上記第１の切替コンデンサが、上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された上記切替分岐の上記第１のセクションに配置され、
上記第１のプラズマ管スイッチの制御系が上記第１の切替コンデンサによって電気供給され、
上記第１の切替コンデンサが、上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された近位側電機子と、該近位側電機子に対して上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードの反対側にある遠位側電機子とを含み、
上記デバイスが、上記第１の切替コンデンサを事前充電するための回路を含み、
上記カットオフモジュールが第１の切替サージ保護装置を含み、上記第１の切替サージ保護装置が、上記カットオフモジュールの公称動作電圧よりも低い保護電圧を有し、上記第１の切替コンデンサと並列に電気接続されており、
上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御系が少なくとも第１のパイロット可能スイッチを含み、上記第１のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第１の切替コンデンサの上記電機子間の電気電圧から導出された電圧を上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドに供給することを特徴とする。

【0032】

本発明によるデバイスはさらに、以下の任意の特性のうち１つもしくは複数を単独でまたは組み合わせで有することができる。

【0033】

いくつかの事例では、上記カットオフデバイスを開放する間、上記第１のパイロット可能スイッチが、第１の閉止パルスにしたがってパイロットされることで、上記主電気カットオフ装置が一部機械的に開放された後の上記第１のプラズマ管スイッチの閉止を制御し、第２の閉止パルスにしたがってパイロットされることで、上記第１の切替コンデンサの充電極性を反転させた後の上記第１のプラズマ管スイッチの開放を制御し、それにより上記第１のプラズマ管スイッチの閉止と開放との間の上記第１のプラズマ管スイッチの導通時間を規定する。

【0034】

いくつかの事例では、上記第１のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドを上記第１の切替コンデンサの上記遠位側電機子に電気的に連結する。

【0035】

いくつかの事例では、上記第１のパイロット可能スイッチが、上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドと上記第１の切替コンデンサの上記遠位側電機子との間で両方向に電流を伝導および阻止することができる二方向スイッチである。そのような事例のいくつかの変形例では、上記第１のパイロット可能スイッチが、上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドと上記第１の切替コンデンサの上記遠位側電機子との間で直列かつ互いに反対方向で差し挟まれた２つの一方向電子スイッチとして設計され、各一方向電子スイッチが、該一方向電子スイッチと非並列に設置されたフリーホイールダイオードを具備する。

【0036】

いくつかの事例では、上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御系が、上記第１のプラズマ管スイッチの賦活電極に供給する供給分岐を含み、上記供給分岐が、上記第１のプラズマ管スイッチの上記賦活電極を上記第１の切替コンデンサの上記遠位側電機子に連結する。そのような事例のいくつかの変形例では、上記供給分岐が、上記供給分岐における電流を伝導および阻止することができる供給スイッチと、上記供給分岐に差し挟まれた抵抗とを含む。そのような変形例のいくつかのバージョンでは、上記供給スイッチが、上記カットオフデバイスによる電流遮断命令を受け取った後、閉止するようパイロットされる。

【0037】

いくつかの事例では、上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御系が、上記第１の切替コンデンサの上記遠位側電機子に連結されたソース側を有し、上記第１のパイロット可能スイッチを介して上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドに供給する制御側を有するＤＣ－ＤＣ電力変換器を含む。そのような事例のいくつかの変形例では、上記電力変換器の上記制御側が正端子と負端子とを含み、上記第１のパイロット可能スイッチが、上記正端子と上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドとの間に差し挟まれた第１のパイロット可能起動スイッチと、上記負端子と上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドとの間に差し挟まれた第２のパイロット可能停止スイッチとを含む。そのような変形例のいくつかのバージョンでは、上記第１のプラズマ管スイッチの上記制御系が、上記第１のプラズマ管スイッチの賦活電極に供給する供給分岐を含み、上記供給分岐が、上記第１のプラズマ管スイッチの上記賦活電極を上記ＤＣ－ＤＣ電力変換器の上記制御側の上記正端子に連結する。

【0038】

いくつかの事例では、上記第１の切替コンデンサの上記端子における電圧が、上記第１の切替サージ保護装置によって、上記カットオフモジュールの上記公称動作電圧の１０％未満の保護電圧に制限される。

【0039】

いくつかの事例では、上記第１の切替コンデンサが１００マイクロファラッド超の容量を有する。

【0040】

いくつかの事例では、上記カットオフモジュールの上記第１の切替コンデンサの事前充電電圧および切替インダクタンスが、上記主カットオフ装置を通る電流の変化であって、上記プラズマ管スイッチの閉止によって上記切替分岐が電流に対して導通状態になると現れる変化の変化率を、上記主カットオフ装置が電気アークを遮断することができる変化率に対応する値で制限するようにスケーリングされる。

【0041】

いくつかの事例では、上記カットオフデバイスを開放する間、上記第１のプラズマ管スイッチの導通時間が１ミリ秒未満、好ましくは３００マイクロ秒未満、より好ましくは１００マイクロ秒未満である。

【0042】

いくつかの事例では、
上記切替スイッチが、アノード、カソード、および制御グリッドを含む第２のプラズマ管スイッチを含み、上記第２のプラズマ管スイッチが、上記第１のプラズマ管スイッチと電気的に並列に、上記第１のプラズマ管スイッチとは反対方向に、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記切替分岐に差し挟まれ、それによって、上記第２のプラズマ管スイッチの上記カソードが上記切替分岐の上記第２のセクションに連結され、上記第２のプラズマ管スイッチの上記アノードが上記切替分岐の上記第１のセクションに連結され、
第２の切替コンデンサが、上記第２のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された上記切替分岐の上記第２のセクションに配置され、
上記第２のプラズマ管スイッチの制御系が上記第２の切替コンデンサによって電気供給され、
上記第２の切替コンデンサが、上記第２のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された近位側電機子と、該近位側電機子に対して上記第２のプラズマ管スイッチの上記カソードの反対側にある遠位側電機子とを含み、
上記デバイスが上記第２の切替コンデンサの事前充電回路を含み、
上記カットオフモジュールが第２の切替サージ保護装置を含み、上記第２の切替サージ保護装置が、上記第１の切替サージ保護装置および上記第２の切替サージ保護装置の保護電圧の合計が上記カットオフモジュールの上記公称動作電圧よりも低くなるような保護電圧を有し、上記第２の切替コンデンサと並列で電気接続されており、
上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御系が、少なくとも第２のパイロット可能スイッチを含み、上記第２のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第２の切替コンデンサの上記電機子間の電気電圧から導出された電圧を上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドに供給する。

【0043】

そのような事例のいくつかの変形例では、上記第２のパイロット可能スイッチが、閉止状態では、上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドを上記第２の切替コンデンサの上記遠位側電機子に電気的に連結する。そのような事例の他の変形例では、上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御系が、上記第２の切替コンデンサの上記遠位側電機子に連結されたソース側を有し、上記第２のパイロット可能スイッチを介して上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御グリッドに供給する制御側を有する第２のＤＣ－ＤＣ電力変換器を含む。

【0044】

いくつかの事例では、上記第２のプラズマ管スイッチの上記制御系が、上記第２のプラズマ管スイッチの賦活電極に供給する供給分岐を含む。そのような事例のいくつかの変形例では、上記供給分岐が、上記第２のプラズマ管スイッチの上記賦活電極を上記第２のＤＣ－ＤＣ電力変換器の上記制御側の正端子に連結する。

【0045】

いくつかの事例では、上記少なくとも１つのカットオフモジュールが、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間の上記切替分岐、上記吸収分岐、および上記主分岐と電気的に並列である少なくとも１つの補助切替分岐を、アノード、カソード、および制御グリッドを含む少なくとも第１の補助プラズマ管スイッチと共に含み、上記第１の補助プラズマ管スイッチが、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントと上記第２のポイントとの間で上記補助切替分岐に差し挟まれ、それによって上記補助切替分岐が、上記第１の補助プラズマ管スイッチの上記カソードに連結された第１のセクションと、上記第１の補助プラズマ管スイッチの上記アノードに連結された第２のセクションとに分離され、少なくとも第１の補助切替コンデンサが、上記第１のプラズマ管スイッチの上記カソードに連結された上記補助切替分岐の上記第１のセクションに配置される。

【0046】

そのような事例の特定の変形例では、
上記第１の補助プラズマ管スイッチの上記アノードが、上記カットオフモジュールの上記第１のポイントおよび上記第２のポイントのうち、上記少なくとも１つのカットオフモジュールの上記第１のプラズマ管スイッチの上記アノードと同じポイントに連結され、
上記少なくとも１つのカットオフモジュールが、上記第１の補助切替コンデンサによって供給される上記第１の補助プラズマ管スイッチの制御系を含み、
上記第１の補助切替コンデンサが、上記第１の補助プラズマ管スイッチの上記カソードに連結された近位側電機子と、該近位側電機子に対して上記第１の補助プラズマ管スイッチの上記カソードの反対側にある遠位側電機子とを含み、
上記デバイスが、上記第１の補助切替コンデンサの事前充電回路を含み、
上記デバイスが第１の補助切替サージ保護装置を含み、上記第１の補助切替サージ保護装置が、上記カットオフモジュールの公称動作電圧よりも低い保護電圧を有し、上記第１の補助切替コンデンサと並列で電気接続されており、
上記第１の切替コンデンサの上記事前充電回路および上記第１の補助切替コンデンサの上記事前充電回路が、上記第１の切替コンデンサおよび上記第１の補助切替コンデンサに並列で供給する共通電圧源を含む。

【0047】

いくつかの事例では、上記少なくとも１つのカットオフモジュールが、上記補助切替分岐に並列かつ互いに反対方向で差し挟まれ、２つの補助プラズマ管スイッチを含む。

【0048】

いくつかの事例では、上記デバイスが、上記主回路に直列で差し挟まれたいくつかのカットオフモジュールを含み、それぞれ、考慮されるカットオフモジュールに対する上記主回路の第１のポイントと第２のポイントとの間にある。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】本発明による一方向カットオフデバイスの１つの例示的実施形態を示す概略図である。

【図2-1】図２Ａ～図２Ｅは、本発明によるカットオフデバイスのプラズマ管スイッチを制御するためのシステムに関するパイロットの第１のファミリーの様々な実施形態を示す図である。

【図2-2】図２Ｆ～図２Ｈは、本発明によるカットオフデバイスのプラズマ管スイッチを制御するためのシステムに関するパイロットの第２のファミリーの様々な実施形態を示す図である。

【図3】本発明による二方向カットオフデバイスの１つの例示的実施形態を示す概略図である。

【図4】図４Ａ～図４Ｈは、カットオフデバイスによる電気カットオフの第１のシナリオについて、図３によるカットオフデバイスの各種の物理量の変化を示す図である。

【図5】図５Ａ～図５Ｈは、カットオフデバイスによる電気カットオフの第２のシナリオについて、図３によるカットオフデバイスの各種の物理量の変化を示す図である。

【図6】補助切替分岐を有する本発明による二方向カットオフデバイスの１つの例示的実施形態を示す概略図である。

【図7】主回路に直列で配置されたいくつかのカットオフモジュールを有する本発明によるカットオフデバイスの１つの例示的実施形態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0050】

電気ネットワークでは、ネットワークの２つの所与のポイント間における電力の伝達は送電線によって行われ、送電線は一般に、いくつかの導電体を備え、それぞれが送電線の送電塔に対応する。すべての事例において、本明細書の意味の中で、導電体は、考慮されるネットワークの２つの別個のポイント間に延在する単一の導電体の形態、または考慮されるネットワークの同じ２つの別個のポイント間に電気的に並列で延在する導電体のセットであって、セットのすべての導電体がどの瞬間も同じ電位である、導電体のセットの形態であることができる。

【0051】

このように、ＨＶＤＣネットワークでは、ネットワークの２つの所与のポイント間における電力の伝達は送電線によって行われ、送電線は多くの場合、２つの送電塔を含み、各塔が、ネットワークの２つの所与のポイント間に延在する導電体を備える。したがって、この場合、送電線は、充電中、例えば、正電位である導電体と、負電位または中性電位である導電体とを含む、極性が異なる２つの導電体を含む。さらにＨＶＤＣネットワークユニットでは、ネットワークの２つの所与のポイント間での電力の伝達は、充電中、正電位である導電体と、負電位である導電体と、中性電位である導電体とを含む３つの導電体を備える３つの送電塔を有する送電経路によって行うこともできる。いくつかの事例では、ネットワークの２つの所与のポイント間における電力の伝達は、送電線の電位である導電体と大地帰路とを備える単一の送電塔における送電線によって行うことができる。

【0052】

図１は、例えば、１，５００Ｖ超、またはさらには７５，０００Ｖ（７５ｋＶ）超のＤＣ公称動作電圧下で動作するＨＶＤＣネットワークユニットの電力伝達電線に属してもよい導電体１１で流れる高直流電圧下の電流を遮断するためのカットオフデバイス１０の第１の例示的実施形態を示している。したがって、カットオフデバイス１０は、それぞれデバイス１０の接続端子であることができるデバイス１０の一次ポイント１２とデバイス１０の二次ポイント１４との間で導電体１１に差し挟まれる。したがって、カットオフデバイス１０は導電体１１を、一次ポイント１２に接続された第１のセグメント１１．１と二次ポイント１４に接続された第２のセグメント１１．２との２つのセグメントに分割する。したがって、カットオフデバイス１０は、デバイス１０の一次ポイント１２とデバイス１０の二次ポイント１４との間に主回路１６を含み、そこを、カットオフデバイス１０の導通構成では、カットオフデバイス１０の高ＤＣ公称動作電圧（ネットワークの高公称動作電圧）下で動作電流が流れ、これは導体１１で流れる動作電流であり、その強度はデバイスの公称強度以下である。実際には、ネットワークにおける瞬間的な必要性に応じて、所与の瞬間に導電体１１を流れる動作強度は、公称強度以下であることによって変動することができる。他方で、電気故障の場合、カットオフデバイスを流れる電流の強度は、短時間この公称強度を上回ることがある。カットオフデバイス１０は、回路遮断器の役割を満たすように構成され、つまり、公称強度以上の強度の電流を、結果として、公称強度での充電中、または公称強度以上の強度の故障電流の存在下のいずれかで、遮断する能力を有する。しかしながら、この同じカットオフデバイスは、公称強度以下の強度の電流を遮断することができるままである。

【0053】

カットオフデバイス１０は、カットオフモジュール１８のための主回路１６の第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で主回路１６に差し挟まれる少なくとも１つのカットオフモジュール１８を含む。１つのみのカットオフモジュール１８を含む図１の例では、主回路１６の第１のポイント２０および第２のポイント２２は、カットオフデバイス１０の主回路１６を区切るカットオフデバイス１０の一次ポイント１２および二次ポイント１４とそれぞれ同じ電位である主回路１６の各ポイントである。

【0054】

下記で図７を参照すると、カットオフデバイスは、カットオフデバイス１０の一次ポイント１２と二次ポイント１４との間で、主回路１６に電気的に直列で配置することができるいくつかのカットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、…、を含み得ることが分かる。

【0055】

カットオフモジュール１８は、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で互いに電気的に並列である少なくとも３つの分岐を備える。

【0056】

カットオフモジュール１８は、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間に主分岐２４を備え、少なくとも１つの主カットオフ装置２６が、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で主分岐２４に差し挟まれており、主分岐２４における電気カットオフを確保する機械的タイプのものである。主カットオフ装置２６は、電流が主分岐２４を流れるのを可能にする閉止状態と、主分岐２４において強度がゼロ交差する瞬間に電流の流れを遮断することによって主分岐２４の電気カットオフを確保する開放状態との切り替えを行うことができる。モジュール１８の主分岐２４は、カットオフデバイス１０がその導通構成のときにネットワークの正常動作において動作電流が流れるものである。ネットワークの正常動作では、したがって、カットオフデバイス１０が導通構成のとき、定常状態または準定常状態にしたがって、導電体１１に流れる動作電流が主カットオフ装置２６に流される。

【0057】

機械的タイプの主カットオフ装置２６では、電気カットオフは、電気接点の１つまたは複数の対の変位、特に離隔によって得られる。電気接点の変位は、一般に、場合によっては運動伝達力学を通して、操作部材、または機械、空圧、油圧、もしくは電気アクチュエータによって実施される。この変位は、例えば電子制御装置１００によって、電子的にモニタリングすることができる。上述したように、電流および／または高電圧の存在下で、デバイスが保護するネットワークに高エネルギーが蓄積されることにより、電気接点の機械的分離が装置の２つの電気接点の間に電気アークを確立させ得る。電気アークが機械的分離によって確立されたままである限り、アークの存在によって電流がスイッチを流れ続けるので、主カットオフ装置２６は電気カットオフを実施しない。下記で分かるように、本発明は、電流の流れを有効に遮断するという意味で、電気カットオフを確保する手段を提供する。主カットオフ装置２６は、単一の主カットオフ装置からなってもよく、または電気的に直列および／または並列で配置されたいくつかの主電気カットオフ装置からなってもよい。主カットオフ装置２６は、電気接点が絶縁流体で満たされた密閉容器に封入された「金属閉鎖型」装置と呼ばれる装置、またはさらにより好ましくは、大気圧よりも低い圧力、特に１００ミリバール未満、特に１０マイクロバール未満の圧力である密閉容器に電気接点が封入された「真空」装置（「真空電球」と呼ばれる場合がある）であることができる。主カットオフ装置２６は、有利には、強度がゼロ交差する瞬間に高い強度変化率（ｄｉ／ｄｔ）、一般的にはマイクロ秒当たり１００Ａ以上の強度変化率を有する電流の電気アークを遮断することができる。

【0058】

カットオフモジュール１８はまた、考慮されるカットオフモジュール１８の第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で主分岐２４と電気的に並列に配置された吸収分岐２８を含み、少なくとも１つの汎用サージ保護装置３０が、考慮されるモジュールの第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で吸収分岐２８に差し挟まれている。

【0059】

そのような汎用サージ保護装置３０は、該装置が並列に配置される任意の構成要素または構成要素セットの端子における電位差の振幅を制限することを可能にする。したがって、サージ保護装置、つまり「電圧サージアレスタ」は、その端子における電圧ピークを制限するデバイスである。サージ保護装置は、一般に、その端子における電気電圧に応じて可変抵抗を有する電気構成要素を備える。抵抗値の変化は、一般に、サージ保護装置の端子における電気電圧に対して線形的ではない。一般に、サージ保護装置の端子における遷移電圧未満では、サージ保護装置の抵抗は高く、電圧の増加に伴う抵抗の減少はないかまたは比較的小さく、サージ保護装置は、好ましくは１アンペア（Ａ）未満、またはさらには１００ミリアンペア（ｍＡ）未満の漏れ電流しか通過させない。対照的に、サージ保護装置の端子における遷移電圧を上回ると、サージ保護装置の抵抗は、クリッピング電圧値、あるいはサージ保護装置の抵抗が低くなるまたはさらに非常に低くなる保護電圧に達する電圧の増加に伴って急速に減少する。換言すれば、サージ保護装置は、選択されている電流間隔にわたってその端子における電圧リミッタとして作用し、サージ保護装置がスケーリングされている最高電流を流すと、保護電圧に対抗する。遷移電圧未満では、電流の通過を妨げる傾向がある。遷移電圧を超えると、電流がサージ保護装置を通過して、その端子における電圧をわずかに増加させることが可能になる。知られているように、遷移電圧は一般に精密な値ではなく、むしろ遷移電圧範囲に相当する。しかしながら、本明細書では、サージ保護装置の遷移電圧は、サージ保護装置が１アンペア（Ａ）の電流を通過させる電圧であると規定される。保護電圧は、スケーリングされた最高電流が流されたときの、サージ保護装置の端子間の電圧である。サージ保護装置のうち、特に、バリスタと、「Ｔｒａｎｓｉｌ（商標）」ダイオードなどのＴＶＳ（過渡電圧サプレッサ）ダイオードとを備えてもよいサージアレスタが特に知られている。特に、本発明の範囲内で、サージ保護装置、特に汎用サージ保護装置３０は、金属酸化物バリスタ（またはＭＯＶ）を備えることができる。汎用サージ保護装置３０は、電気的に直列および／または並列で配置されたいくつかの別個の構成要素のセットとして設計することができる。別個の構成要素はそれぞれ、例えば、サージアレスタ、特に金属酸化物バリスタなどのバリスタ、または「ＴＶＳ」ダイオードである。好ましくは、電気的に直列および／または並列で配置されたいくつかの別個の構成要素のセットは、デバイスの残りの部分の観点から、セットに対する等価の遷移電圧およびセットに対する保護電圧を有する単一のサージ保護装置の挙動を有する。

【0060】

図で分かるように、吸収分岐はスイッチを含まない。したがって、カットオフデバイス１０が動作してネットワークの公称動作電圧下で電気的開放構成のときに、カットオフモジュール１８の端子に現れる可能性が高い電圧よりも遷移電圧が高くなるように汎用サージ保護装置３０を選ぶ必要がある。例えば、汎用サージ保護装置３０は、その保護電圧が、カットオフデバイス１０がネットワークの公称動作電圧下で動作しているときにカットオフモジュール１８が動作する電圧であるモジュール１８の公称動作電圧の１．２～２倍、例えば１．６倍で構成されるように選ばれる。図１、図３、および図６に示されるように、カットオフデバイス１０が単一のカットオフモジュール１８のみを含む場合、モジュール１８の公称動作電圧は、カットオフデバイス１０の公称動作電圧に等しく、またネットワークの公称動作電圧に等しい。図７に示されるように、カットオフデバイス１０がいくつかのカットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃを含む場合、カットオフデバイス１０が動作してネットワークの公称動作電圧下で電気的開放構成のときに、各カットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃの端子に現れる可能性が高い電圧である各モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃの公称電圧は、この電圧がその後、各種のカットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ間で分配されることから、カットオフデバイス１０の公称動作電圧の一部でしかなく、したがって、ネットワークの公称動作電圧の一部でしかない。

【0061】

吸収分岐２８に差し挟まれた汎用サージ保護装置３０が存在することにより、またその遷移電圧値の選択により、カットオフデバイス１０がその導通構成にあるときのネットワークの正常動作では、吸収分岐には電流は流れないと考えることができる。

【0062】

本発明によるカットオフモジュール１８はさらに、考慮されるカットオフモジュール１８の第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で主分岐２４および吸収分岐２８と電気的に並列に配置された少なくとも１つの切替分岐３２を含む。

【0063】

第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で切替分岐３２に電気的に直列で差し挟まれているのは、第１の切替コンデンサＣ１と、少なくとも第１のプラズマ管スイッチ３４として設計された切替スイッチとである。

【0064】

プラズマ管スイッチは、文献ＵＳ５８２８１７６Ａ（平面交差電界プラズマスイッチ）、またはＵＳ１０２５６０６７およびＵＳ２０１９／０２９５８０１（ガススイッチ）に記載されており、これらを参照してもよい。一般に、プラズマ管スイッチ、したがって第１のプラズマ管スイッチ３４．１は、イオン化されてプラズマを発生させることができる流体、例えばヘリウム、窒素などを収容した密閉容器４２．１内にアノード３６．１とカソード３８．１と制御グリッド４０．１とを含む。制御グリッド４０．１は、一般に、アノード３６．１とカソード３８．１との間に配置され、それにより、制御電圧が制御グリッド４０．１に一時的に印加されると、アノード３６．１とカソード３８．１との間で大電流を伝導するプラズマパスがアノード３６．１とカソード３８．１との間で開始される。制御グリッド４０．１の逆分極を引き起こすことによって、したがって逆制御電圧を送ることによって、アノード３６．１からカソード３８．１へと流れる電流が制御グリッド４０．１によって一時的に捕らえられるようにすることで、プラズマパスを遮断することができ、制御グリッド４０．１とアノード３６．１との間で既にイオン化された流体を再び絶縁性にすることができる。このように、プラズマ管スイッチ３４．１を、そのアノード３６．１とそのカソード３８．１との間を通るいずれの電流も遮断する開放状態に向けて、またはそのアノード３６．１とそのカソード３８．１との間を電流が通るのを許可する閉止状態に向けて制御することができ、この制御は、制御グリッド４０．１に印加される電圧の値および極性によって実施される。例えば、プラズマ管スイッチ３４．１は「交差電界スイッチ」タイプのものであることができ、プラズマ管スイッチの１つの電極の導電面に平行な磁界を発生させるように磁石が配置され、したがって、この磁界は、２つの電極３６．１、３８．１の間の電圧によって発生する電界に直交する。いくつかの事例では、プラズマ管スイッチ３４．１はまた、密閉容器４２．１内に賦活電極４４．１を含み、その役割は、賦活電極４４．１とカソード３８．１との間で弱いプラズマを維持することである。このプラズマの電流強度は、数ミリアンペアから数アンペア程度の大きさであり、密閉容器４２．１内のガスのタイプおよびガス圧に応じて決まる。すべての事例において、プラズマ管スイッチの動作の原理は、カソードに対して正の電圧を発生させる閉止電位を制御グリッド４０．１に印加することによって、アノード３６．１とカソード３８．１との間で電流の導電を開始するプラズマを作り出す可能性に基づく。対照的に、カソードに対して負の電圧を発生させる開放電位を制御グリッド４０．１に印加することによって、このプラズマの遮断が引き起こされ、それによって、アノード３６．１とカソード３８．１との間の電気絶縁を回復させ、したがって、プラズマ管スイッチ３４．１のアノード３６．１とカソード３８．１との間を通るいずれの電流も遮断する。そうして、存在し得る賦活電極４４．１に電圧供給が印加される場合、賦活電極４４．１とカソード３８．１との間に存在し得るプラズマ電流のみが残る。

【0065】

プラズマ管スイッチ３４．１は、現在知られている構造を用いて、５０，０００ボルト（５０ｋＶ）以上のＤＣ電圧下で、例えば５００Ａ超、例えば１，０００Ａ程度の高電流を非常に短い時間で確実に遮断するように設計することができるという大きな利点を有する。より大きいスケーリングが可能であることは疑いがないが、現在は経済的条件の有利性が低い。このように、より大きい電流を遮断するようにカットオフデバイスをスケーリングしなければならない場合、少なくともプラズマ管スイッチをそれぞれ具備したいくつかの切替分岐を並列で含むカットオフモジュール１８を実装し、それによって、並列で動作するいくつかの切替分岐の間で、したがって並列のいくつかのプラズマ管スイッチの間で強度を分配することが可能となる。加えて、一旦開放状態になれば、現在利用可能な技術を用いて、その端子において５０ｋＶ超、またはさらには１００ｋＶ超の電圧に耐えるようにプラズマ管スイッチを設計することができる。より高い電圧に耐えるようにカットオフデバイスをスケーリングしなければならない場合、図７に示されるように、直列のいくつかのプラズマ管スイッチ間で電圧を分配するように、カットオフデバイス１６の主回路１６に電気的に直列で配置されたいくつかのカットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、…であって、各カットオフモジュールが少なくともプラズマ管スイッチを具備する、カットオフモジュールを含むカットオフデバイス１０を実装することが可能である。

【0066】

プラズマ管スイッチ３４．１のアノード３６．１とカソード３８．１との間の端子における電圧降下は、電流が流されたときに顕著であり、例えば、５０Ｖ～１，０００Ｖで構成される。この電圧降下は、プラズマ管スイッチの特定の特性、特に、密閉容器内のガスの圧力およびタイプ、カソード３８．１の材料などに応じて決まる。この電圧降下は、プラズマ管スイッチ３４．１の導通時間中に著しいエネルギー散逸を発生させ、導通時間が長い場合、プラズマ管内の電極を損傷させることがある。このように、プラズマスイッチの導通時間は、その体積およびコストを抑えることが望ましい場合、できるだけ短いことが好ましいようであることが想像できる。

【0067】

さらに、プラズマ管の制御グリッド４０．１に提供することが必要な電流強度は高く、そのアノードとそのカソードとの間で電流を伝導するのを可能にするため、閉止を制御するには数十アンペアの強度が必要であり、またこのプラズマ管スイッチの開放を制御するには、即ちそのアノードとそのカソードとの間で電流を遮断するのを可能にするためには、アノード電流と同等の強度、したがってカットされる故障電流と同程度の大きさの強度が必要である。

【0068】

上述したように、プラズマ管スイッチによって、そのアノードとそのカソードとの間で一方向でのみ電流が通るのを可能にし、流れる電流がそのアノード（電子がプラズマ管スイッチを出るところ）からそのカソード（電子がプラズマ管スイッチに入るところ）まで通るのを可能にすることに留意されたい。

【0069】

したがって、図１に示される本発明の第１の実施形態は、導電体１１．１が送電線における正の導体電位である場合、故障が導電体１１の第１のセグメント１１．１に位置する場合に限って、故障電流を遮断することを可能にするにすぎない。導電体１１．１が送電線における負の電位の導体である場合、図１に示される本発明の第１の実施形態は、故障が導電体１１の第２のセグメント１１．２に位置する場合に限って、故障電流を遮断するのを可能にするであろう。実際には、図１に示される本発明の第１の実施形態は、第２のポイント２２から第１のポイント２０に進む方向で流れる場合に限って故障電流を遮断することを可能にする。

【0070】

第１のプラズマスイッチ３４．１は、切替分岐３２を、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１に連結された第１のセクション３２．１と、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のアノード３６に連結された第２のセクション３２．２とに分離するように、切替分岐３２に配置される。したがって、図示される例では、切替分岐３２の第１のセクション３２．１は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１をカットオフモジュール１８の第１のポイント２０と連結し、切替分岐３２の第２のセクション３２．２は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のアノード３６．１をカットオフモジュール１８の第２のポイント２２と連結する。

【0071】

第１のプラズマスイッチ３４．１を制御するために、カットオフデバイス１０のカットオフモジュール１８は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御系４６．１を含む。この制御系４６．１は、プラズマスイッチをその開放状態または閉止状態のどちらかで制御するために、特に、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に印加される電位をモニタリングする機能を有する。

【0072】

下記で理解されるように、第１のプラズマ管スイッチ３４．１は、主カットオフ装置２６の切替段階でのみ、特に、主カットオフ装置２６をその閉止状態から開放状態へと切り替える段階でのみ、その閉止状態に向けて制御されて、電流が流れることを許可することが意図される。これらの切替段階とは別に、特に、主カットオフ装置２６がその閉止状態で維持されて、導電体１１を流れる動作電流が流される公称導通段階において、または主カットオフ装置２６がその開放状態で維持されて、導電体１１の電流の流れを遮断する隔離段階において、電流が切替分岐３２に流れないように、第１のプラズマ管スイッチ３４．１はその開放状態で維持されることが意図される。

【0073】

このように、制御系４６．１は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に印加される電位を制御できるようにするために、少なくとも１つの電位源と少なくとも１つのパイロット可能スイッチとを含まなければならない。

【0074】

第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御系４６．１は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１に連結された切替分岐３２の第１のセクション３２．１に配置された第１の切替コンデンサＣ１によって電気供給される。従来、第１の切替コンデンサＣ１は、互いに向かい合って配置され電気絶縁体によって分離された２つの導電性電機子Ｃ１ｐ、Ｃ１ｄを含み、近位側電機子Ｃ１はプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１に連結され、遠位側電機子Ｃ１ｄは、近位側電機子Ｃ１ｐに対してプラズマ管スイッチのカソード３８．１の反対側にある。したがって、第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄは、カットオフモジュール１８の第１のポイント２０に連結され、図示される実施形態では、後述する任意のコイル８２が差し挟まれる。当然ながら、第１の切替コンデンサＣ１は、互いに対して電気的に直列および／または並列で配置されたいくつかの別個のコンデンサのセットとして設計することができ、その場合、第１の切替コンデンサＣ１は、後述するように、このセットと電気的に同等のコンデンサである。したがって、第１の切替コンデンサＣ１は、なかでも特に、プラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に印加されることが意図される電位源の役割を果たす。第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御系４６．１に対する電圧源をなすというこの第１の機能に加えて、切替分岐３２において振動する電流を発生させて逆電流を主分岐２４に注入することを含む第２の機能も実施することが分かり、これは、主カットオフ装置２６の電極間にその開放の瞬間に現れる可能性が高い電気アークの消滅を促進するためである。

【0075】

下記で分かるように、制御系４６．１は第１の切替コンデンサＣ１の事前充電回路４８．１を含む。この事前充電回路４８．１は、主カットオフ装置２６のいずれかの切替前に、プラズマ管スイッチ３４．１の制御に必要な電位を提供するのに十分な、特に、プラズマ管スイッチ３４．１がその閉止状態に移るのを制御するのに十分な所定の電気電圧を、切替コンデンサＣ１の２つの電機子Ｃ１ｐ、Ｃ１ｄ間に導入することを可能にする。この例では、事前充電回路４８．１は、この実施形態では切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄに、ここでは抵抗５３．１を通して連結された正端子５２．１と、この実施形態では切替コンデンサＣ１の近位側電機子Ｃ１ｐに、ここでは同様に別の抵抗５５．１を通して連結された負端子５４．１とを含むＤＣ電圧源５０．１を含む。事前充電回路４８．１の抵抗５３．１、５５．１は、同じ抵抗値を有してもよく、または異なる値を有してもよい。実際には、２つの抵抗のうち１つのみで十分なことがある。抵抗５３．１、５５．１は、ＤＣ電圧源５０．１によって提供される充電／放電電流を制限する役割を有する。したがって、故障電流が第２のポイント２２から第１のポイント２０に向かう方向で流れる場合にのみ、故障電流を遮断するのを可能にするように設計されたこの実施形態では、事前充電回路４８．１は、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電されるように、切替コンデンサＣ１の事前充電を確保する。

【0076】

第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御系４６．１は少なくとも第１のパイロット可能スイッチ５８．１を含み、第１のパイロット可能スイッチは、閉止状態では、第１の切替コンデンサＣ１の電機子間の電気電圧から導出された電圧を第１のプラズマ管３４．１の制御グリッド４０．１に供給する。

【0077】

一般に、第１のパイロット可能スイッチ５８．１は、第１の閉止パルスにしたがってパイロットされて、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の閉止を制御し、また、第２の閉止パルスにしたがってパイロットされて、第１の切替コンデンサＣ１の充電極性が反転された後の第１のプラズマ管スイッチ３４．１の開放を制御する。

【0078】

一般に、制御系４６．１は各種の形態を取ることができる。考えられるこれらの各種の形態のうち、２つのファミリーの実施形態を特に制御系４６．１に関して特定することができ、第１のファミリーの実施形態は、パイロット可能スイッチ５８．１を介して、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄと制御グリッド４０との間の直接接続を確保するものであり、第２のファミリーの実施形態は、電力変換器およびパイロット可能スイッチを介して、切替コンデンサとプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１との間の間接接続を確保するものである。これら２つのファミリーは、切替コンデンサＣ１とプラズマ管スイッチ３４との間にパイロット５６．１を差し挟むという共通点を有し、このパイロット５６．１は第１のパイロット可能スイッチ５８．１を備える。

【0079】

第１のパイロットファミリー５６．１は、例えば、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、および図２Ｅ（それらの可能な変形例を含む）にそれぞれ示される形態のいずれかを取ることができる。

【0080】

図２Ａでは、パイロット５６．１が、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄをプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に連結する導体６０に差し挟まれた単純なパイロット可能スイッチ５８．１の形態を取ることができる一実施形態が示される。好ましくは、第１のパイロット可能スイッチ５８．１は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１と第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄとの間で両方向に電流を伝導および阻止することができる二方向スイッチである。第１のパイロット可能スイッチ５８．１を一時的に閉止することで、第１のプラズマ管スイッチ３４の閉止および開放をモニタリングすることが可能になる。初期状態では、遠位側電機子Ｃ１ｄは、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１に対して正の極性にあると考えられ、それにより、パイロット可能スイッチ５８．１を一時的に閉止することで、制御グリッド４０．１において正のパルス電圧を発生させて第１のプラズマ管スイッチ３４．１の閉止を制御することが可能になり、そのアノード３６．１からそのカソード３８．１へと進むあらゆる電流に対して導通状態となる。したがって、そのような電流は、その場合、プラズマ管スイッチ３４．１を通る可能性が高く、また、第１の切替コンデンサＣ１の電機子Ｃ１ｄ、Ｃ１ｐ間で電圧を反転させる可能性が高いので、その場合、遠位側電機子Ｃ１ｄがカソード３８．１に対して負の極性を有する。このように、この状態から始まって、第１のパイロット可能スイッチ５８．１を一時的に閉止することによって、負電圧を制御グリッド４０．１に印加して、プラズマ管スイッチ３４．１の開放を制御することが可能になり、それによっていずれの電流の通過も遮断する。

【0081】

この図２Ａは、第１のプラズマ管スイッチ３４．１が賦活電極４４．１をさらに含む場合に実装することができる変形例を示している。この場合、パイロット５６．１は有利には、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の賦活電極４４．１に供給する供給分岐６２を含むことができる。図示される例では、供給分岐６２は、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄを第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に連結する導体に差し挟まれた抵抗６４を含む。一般的に、抵抗６４は、賦活電極４４．１の供給電流が１ミリアンペア～１アンペアで構成される強度を有するようにスケーリングされる。

【0082】

図２Ｂは、第１のパイロット可能スイッチ５８．１が、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１と第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄとの間で電気的に直列かつ互いに反対方向で差し挟まれた２つの一方向電子スイッチ５８ａ、５８ｂ、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）として設計され、各ＩＧＢＴ ５８ａ、５８ｂがＩＧＢＴと非並列に設置されたフリーホイールダイオードを具備する、パイロット５６．１の変形例を示している。動作中、２つのＩＧＢＴ ５８ａ、５８ｂは通常開放されている。２つのＩＧＢＴ ５８ａ、５８ｂのうち一方は、その閉止状態に向けて制御されて、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の閉止を制御し、２つのＩＧＢＴ ５８ａ、５８ｂのうち他方は、その閉止状態に向けて制御されて、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の開放を制御する。２つの一方向電子スイッチの形態である第１のパイロット可能スイッチ５８．１の設計によって、単純で経済的な方法で、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の切替瞬間の精密なパイロットを許可することが可能になる。

【0083】

この同じ図２Ｂにおいて、この図に示されるパイロット可能スイッチ５８．１の特定の実施形態とは独立して、当然ながらプラズマ管スイッチ３４．１が賦活電極４４．１を含む場合に、考えられる賦活電極４４．１に供給する供給分岐６２が、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄから賦活電極４４．１にのみ分岐６２に電流を流すダイオード６６を含んでもよいことが示されている。このダイオード６６の存在によって、プラズマ管スイッチ３４．１内部のプラズマを維持することが可能になり、これは第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧を反転させた場合でも当てはまり、それによって、第１のプラズマ管スイッチ３４．１がその閉止構成のままであるため、電流が流れることが可能になることを確保することができる。

【0084】

図２Ｃは、考えられる賦活電極４４．１に供給する供給分岐６２が、賦活電極４４．１の供給の有無を制御する供給スイッチ６８を含む、パイロット５６．１の変形例を示している。この例では、供給スイッチ６８は、供給分岐６２においてダイオード６６と直列で関連付けられており、ダイオード６６が、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄから賦活電極４４．１に向けてのみ分岐６２に電流が流れるようにする。さらに、賦活電極４４．１の供給の有無を制御する供給スイッチ６８は、ＩＧＢＴと非並列かつダイオード６６と反対方向で設置されたフリーホイールダイオードを具備するＩＧＢＴの形態などの電子スイッチとして設計することができる。供給ＩＧＢＴ６８は、その閉止状態では、フリーホイールダイオードを短絡させて、電流が分岐６２に切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄから賦活電極４４へと流れることを可能にする。そのため、賦活電極４４．１の供給の有無を制御する供給スイッチ６８をその閉止状態にして、プラズマ管スイッチ３４．１を閉止するコマンドの直前に賦活電極４４．１に供給することができる。例えば、供給スイッチ６８は、プラズマ管スイッチ３４．１を閉止するコマンドの前の１００マイクロ秒（μｓ）～１０ミリ秒（ｍｓ）で閉止状態にされる。これにより、プラズマ管スイッチ３４．１のその閉止状態への切替瞬間の良好な制御が確保される。

【0085】

図２Ｄは、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄをプラズマ管スイッチの制御グリッド４０．１に連結する導体６０において第１のパイロット可能スイッチ５８．１と直列で電流リミッタ７０が挿入されており、電流リミッタ７０が、コンデンサＣ１の急速すぎる放電を防止し、パイロット可能スイッチ５８．１を通る強度を制限することもできる、パイロット５６．１の変形例を示している。この例では、この電流リミッタは、切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄから第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１へと進む方向でのみ、したがって第１のプラズマ管スイッチ３４．１を閉止するコマンドの間のみ、電流を制限する非対称のリミッタである。プラズマ管スイッチを閉止するコマンドに必要な電流は、一般に、開放コマンドに必要な電流よりもはるかに小さいため、これは有利である。このため、電流リミッタ７０は、互いに並列に抵抗７２およびダイオード７４を含み、ダイオード７４は、電流がモニタリンググリッド４０．１から第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄへと流れるとき、抵抗７２を短絡させる。この図２Ｄでは、電流リミッタ７０は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の開放中は抵抗を提供しない。図２Ｅに示される変形例では、電流リミッタ７０は非対称のままであり、第２の抵抗７６は電流リミッタ７０にダイオード７４と直列で配置され、第２の抵抗７６およびダイオード７４は第１の抵抗７２と並列である。したがって、第１の抵抗７２および第２の抵抗７６によって、互いに独立して、第１の切替コンデンサＣ１と第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１との間で両方向に電流制限値を規定して、制御グリッド４０．１に提供される電流を、パイロット可能スイッチ５８．１を保護しながら、それぞれ閉止コマンドおよび開放コマンドに必要な電流にできるだけ近付けて調節することが可能になる。実際には、第２の抵抗７６は一般に、第１の抵抗７２よりも低い抵抗値を有するようにスケーリングされる。

【0086】

パイロット５６．１の第２のファミリーは、例えば、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈ（それらの可能な変形例を含む）にそれぞれ示される形態のいずれかを取ることができる。

【0087】

これらの実施形態では、第１のプラズマ管スイッチ４４．１の制御系４６．１は、第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄに電気的に連結されたソース側を有し、第１のパイロット可能スイッチ５８．１を介して第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に供給する制御側を有するＤＣ－ＤＣ電力変換器７８を含む。

【0088】

この電気変換器が存在することによって、一方では、主切替装置のアークの消滅を可能にする振動電流の発生における役割を満たすことができ、他方では、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に対する電力供給の役割を満たすことができるように、コンデンサのスケーリングの問題（特に、耐電圧性および容量に関して）を切り離すことが可能になる。

【0089】

図で分かるように、第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄは、ＤＣ－ＤＣ電力変換器７８の入力端子７８．１に連結され、近位側電機子Ｃ１ｐは、ＤＣ－ＤＣ電力変換器７８の電気的中性点７８．２に連結される。

【0090】

電力変換器７８の制御側は、正端子７８．３と負端子７８．４とを含む。図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈに示される例では、第１のパイロット可能スイッチ５８．１は、電力変換器７８の正端子７８．３と第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１との間に差し挟まれた第１のパイロット可能起動スイッチ５８ａと、電力変換器７８の負端子７８．４と第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１との間に差し挟まれた第２のパイロット可能停止スイッチ５８ｂとを含む。第１のパイロット可能起動スイッチ５８ａおよび第２のパイロット可能停止スイッチ５８ｂは、常時開放されているスイッチであり、制御系４６．１は、２つのパイロット可能スイッチ５８ａ、５８ｂのうち一度に１つのみがその閉止状態に向けて制御されるように構成される。第１のパイロット可能起動スイッチ５８ａがその閉止状態に向けて制御されると、制御電流が制御グリッド４０．１の方向に流れることを許可し、それによって第１のプラズマ管スイッチ３４．１を閉止させる。第２のパイロット可能停止スイッチ５８ｂがその閉止状態に向けて制御されると、制御電流が制御グリッド４０．１から流れることを許可し、それによって第１のプラズマ管スイッチ３４．１を開放させる。図２Ｇの実施形態に示されるように、電力変換器７８の正端子７８．３と制御グリッド４０．１との間に差し挟まれた第１のパイロット可能起動スイッチ５８ａと電気的に直列の抵抗７２、および／または電力変換器７８の負端子７８．４と第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１との間に差し挟まれた第２のパイロット可能停止スイッチ５８ｂと電気的に直列の抵抗７６を提供して、それぞれ第１のプラズマ管スイッチ３４．１の閉止および／または開放の間電流を制限することも可能である。

【0091】

パイロット５６．１のこの第２のファミリーでは、第１のプラズマ管スイッチ３４．１が賦活電極４４．１を含む場合は、パイロット５６．１は、第１のプラズマ管スイッチ３４の賦活電極４４．１をＤＣ－ＤＣ電力変換器７８の制御側の正端子７８．３に連結する供給分岐６２を含むことができる。好ましくは、抵抗６４が分岐６２に挿入されて、この供給分岐６２における電流を制限する。図２Ｇおよび図２Ｈに示されるように、供給スイッチ６８を供給分岐６２に挿入することができ、供給スイッチ６８は、図２Ｃの実施形態を参照して記載したものと同じ役割および同じ動作を有する。

【0092】

両方の場合において、本発明によるデバイスによって、カットオフモジュール１８の公称動作電圧よりもはるかに低いものであり得る、したがって導電体１１が挿入されるネットワークの公称動作電圧よりも大幅に低いものであり得る電圧の耐電圧性を有する第１の切替コンデンサＣ１を用いてこれらの機能を実施することが可能になる。実際には、本発明は、一般に電子スイッチよりも約１０倍大きいプラズマ管スイッチの高い耐電圧性、およびプラズマ管スイッチの強力な電流カットオフ能力を活用する。したがって、カットオフモジュール１８は、第１の切替コンデンサＣ１と電気的に並列で、第１の切替サージ保護装置８０．１を含む。したがって、この第１の切替サージ保護装置８０．１は、その２つの端子によって、第１の切替コンデンサＣ１の両側で切替分岐の第１のセクションの２つのポイントにそれぞれ接続される。

【0093】

第１の切替サージ保護装置８０．１は、第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧を制限する。そのため、一般的に、超高電圧ネットワーク向け、つまりネットワークにおけるＤＣ公称動作電圧が７５ｋＶ超である場合に意図されたカットオフデバイス１０では、第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧を、第１の切替サージ保護装置８０．１によって、１０ｋＶ以下の電圧に制限することができる。一般に、第１の切替サージ保護装置８０．１が、カットオフモジュールの公称動作電圧の１０％未満の保護電圧を有することが可能となる。しかしながら、第１の切替サージ保護装置８０．１は必然的に、第１の切替コンデンサＣ１に印加することができる事前充電電圧を制限することに留意されたい。または、この事前充電電圧はプラズマ管スイッチ３４．１を制御するのに使用される。また、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御系４６．１に電圧上昇デバイスを設けること以外に、第１の切替サージ保護装置８０．１の保護電圧が、一般に１ｋＶ超、例えば１ｋＶ～５ｋＶで構成される、プラズマ管スイッチ３４．１の制御に必要な電圧よりも高いことが確保される。例えば、切替サージ保護装置８０．１は、その保護電圧が、保護しなければならない切替コンデンサＣ１の事前充電電圧の１．５～２．５倍、例えば２倍で構成されるように選ぶことができる。

【0094】

このおかげで、本発明によって、切替サージ保護装置８０．１の保護電圧によって規定される電圧よりも高い電圧に耐える必要はない切替コンデンサＣ１を使用することが可能になる。したがって、第１の切替コンデンサＣ１のコストおよび空間要件を抑えることが可能である。

【0095】

下記で分かるように、切替分岐３２における切替電流振動の発生は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１がその閉止状態にあるとき、カットオフモジュール１８の主分岐２４および切替分岐３２によって形成されるループにおける電流の変調によってもたらされる。このループは、特に第１の切替コンデンサＣ１を含むものであるが、過渡段階で電流リプルを発生させるＬＣ回路をループが形成するような特定のインダクタンスを必然的に有し、電流リプルは、後述する方法で、主カットオフ装置２６でその開放状態において形成される可能性が高い電気アークを遮断するのに利用されることになる。

【0096】

切替インダクタンスは、ループを作る構成要素の自己インダクタンス、特に、主分岐２４の自己インダクタンスおよび／または切替分岐３２の自己インダクタンスによってもたらすことができる。しかしながら、構成要素の自己インダクタンスが不十分な場合、主分岐２４および切替分岐３２によって形成されるループはコイル８２を含むことができる。このコイルは、好ましくは、切替分岐３２に配置される。そのような場合、コイル８２は、切替分岐３２の第２のセクション３２．２に配置することができるであろう。図１の例では、コイル８２は、切替分岐の第１のセクション３２．１に配置されるが、第１の切替コンデンサＣ１と第１のプラズマ管スイッチ３４．１との間ではなく、それとは対照的に、第１の切替コンデンサＣ１と主回路１６の第１のポイント２０との間に配置される。切替インダクタンスは、主カットオフ装置２６を通る電流の変化であって、プラズマ管スイッチ３４．１の閉止によって切替分岐３２が電流に対して導通状態になると現れる変化の変化率を制限するようにスケーリングされる。切替分岐３２の電流の変化率は、この分岐の構成要素によって、主カットオフ装置２６が電気アークを遮断する能力に対応する値に制限しなければならない。そのため、デバイスは、主回路１６を流れる電流の大きさが、主回路がスケーリングされる公称動作強度と比較して低いまたは非常に低い場合であっても、主電気カットオフ装置２６を通る電流がゼロ値を通過すると、この主カットオフ装置２６におけるアークの遮断を確保するようにスケーリングされる。例えば、主カットオフ装置２６が、高い強度変化率（ｄｉ／ｄｔ）を有し、一般的に１００Ａ／マイクロ秒以上の強度勾配を有する電流の電気アークを遮断する能力を有する場合、カットオフモジュールの切替コンデンサの事前充電電圧および切替インダクタンスは、主カットオフ装置２６を通る電流の変化であって、１００Ａ／マイクロ秒未満の値で、プラズマ管スイッチ３４．１の閉止によって、切替分岐３２が電流に対して導通状態になると現れる変化の変化率を制限するようにスケーリングされる。

【0097】

プラズマ管スイッチを実装する本発明によって可能になる比較的低い電圧で切替コンデンサを使用することが好ましいことが留意されよう。実際には、比較的低い電圧下で、容量値が比較的高くなる切替コンデンサが使用される。そのため、切替ループにおける切替コンデンサの放電の自然周波数は（したがってループは本質的にＬＣタイプである）、比較的低くなる。例えば、カットオフモジュール１８は、切替ループにおける切替コンデンサの放電の自然周波数が３ｋＨｚ未満、好ましくは１ｋＨｚ未満、より好ましくは３００Ｈｚ未満になるように、スケーリングすることができるであろう。

【0098】

このため、主分岐および切替分岐によって構築されるループに対して、カットオフデバイスが切替インダクタンスを含み、その値が、一方では、切替コンデンサＣ１の事前充電電圧とプラズマ管スイッチの端子における電圧降下との間の差と、他方では、主カットオフ装置２６が低強度の電流によって発生した電気アークを遮断することができる強度変化率の最大値（ｄｉ／ｄｔ＿ｍａｘ）による比以上であることが確保されることになる。

【0099】

図１に示されるようなカットオフモジュール１８の動作の一般原理は、図３に示されるカットオフモジュール１８に関連して記載される動作の原理から理解されよう。上述したように、図１に示されるようなカットオフモジュール１８によって、故障電流が第２のポイント２２から第１のポイント２０へとカットオフモジュール１８を通って流れる場合、例えば、導電体１１の第１のセグメント１１．１における接地事故の場合に、導電体１１における電流遮断が可能になる。より具体的には、この構成では、切替分岐３２およびエネルギー吸収分岐２８によって形成されるカットオフ支援システムが、主カットオフ装置２６においてその開放中に現れる可能性が高い電気アークを消滅させる助けとするのに利用可能になる。したがって、図１に示されるようなカットオフモジュールは、故障電流の流れ方向に対する一方向カットオフモジュールであり、したがって、例えば、故障の場所に対する一方向カットオフモジュールである。

【0100】

このため、本発明はまた、カットオフモジュール１８を通る故障電流の流れ方向にかかわらず、したがって、例えば、接地事故が導電体１１の第１のセグメント１１．１に位置する場合、および接地事故が導電体１１の第２のセグメント１１．２に位置する場合の両方において、導電体１１の電流遮断を確保するように構成された図３に示されるような少なくとも１つの二方向カットオフモジュール１８を含むカットオフデバイスを提案する。

【0101】

このため、図３の二方向カットオフモジュール１８は、図１に関連して上述したすべての要素を同じ配置で含み、また変形例に関して同じ可能性を有する。これらの要素に加えて、カットオフモジュール１８は、その切替分岐３２において、このカットオフモジュール１８の主回路の第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で切替分岐３２に差し挟まれ、第１のプラズマ管スイッチ３４．１と電気的に並列であるが、切替分岐３２において第１のプラズマ管スイッチ３４．１とは反対方向である第２のプラズマ管スイッチ３４．２を備える。

【0102】

第２のプラズマ管スイッチ３４．２も、アノード３６．２とカソード３８．２と制御グリッド４０．２とを含む。第１のプラズマ管スイッチが反対方向に配置されることにより、第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３８．２は、切替分岐３２の第２のセクション３２．２に連結され、第２のプラズマ管スイッチ３４．２のアノード３６．２は、切替分岐３２の第１のセクション３２．１に連結される。

【0103】

第２のプラズマ管スイッチ３４．２は、第１の切替コンデンサＣ１とカットオフモジュール１８の第２のポイント２２との間に差し挟まれるように切替分岐３２に配置されることに留意されたい。このように、第１の切替コンデンサＣ１の近位側電機子Ｃ１ｐは、第２のプラズマ管スイッチ３４．２のアノード３６．２に連結される。

【0104】

第１のプラズマ管スイッチ３４．１に対して対称に、カットオフモジュール１８は、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２を含み、これは、切替分岐３２において第２のプラズマ管スイッチ３４．２と直列で、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間に、切替分岐３２の第２のセクション３２．２に配置された第２の切替コンデンサＣ２を含み、したがってそのセクションは第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３８．２に連結されたものである。第２の切替コンデンサＣ２はまた、第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３４．２に連結された近位側電機子Ｃ２ｐと、近位側電機子Ｃ２ｐに対して第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３８．２の反対側にある遠位側電機子Ｃ２ｄとを含む。したがって、第２の切替コンデンサＣ２の遠位側電機子Ｃ２ｄは、カットオフモジュール１８の第２のポイント２２に連結される。

【0105】

第２の切替コンデンサＣ２は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１とカットオフモジュール１８の第２のポイント２２との間に差し挟まれるように切替分岐３２に配置されることに留意されたい。このように、第２の切替コンデンサＣ２の近位側電機子Ｃ２ｐは、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のアノード３６．１に連結される。

【0106】

この例では、カットオフモジュール１８は、２つのプラズマ管スイッチが、逆向きに設置されることを除いて、電気特性の観点からは同一である二方向モジュールである。同様に、この例では、第２の切替コンデンサＣ２は第１の切替コンデンサＣ１と同じ電気特性（耐電圧性、容量など）を有する。この同一のスケーリングによって、カットオフデバイス１０を通って流れる方向がどちらであっても、同じ振幅および同じ力学の故障電流を管理することが可能になる。しかしながら、カットオフデバイス１０の一方の側および他方の側において異なる性質の電気的故障のリスクを予想することが可能であるいくつかの事例では、２つのプラズマ管スイッチ、および／または第１の切替コンデンサＣ１に対する第２の切替コンデンサＣ２に関して、異なるスケーリングを想定することができるであろう。

【0107】

カットオフデバイス１０は、第２の切替コンデンサＣ２の事前充電回路４８．２を含む。第２の切替コンデンサＣ２の事前充電回路４８．２は、図３に示されるように、第１の切替コンデンサＣ１の事前充電回路４８．１とは別個であって独立していることができる。第２の切替コンデンサＣ２の事前充電回路４８．２は、第２の切替コンデンサＣ１の事前充電回路４８．１の同一のコピーであることができる。

【0108】

第１のプラズマ管スイッチ３４．１に関して上記に示したものとは対称的に、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２は少なくとも第２のパイロット可能スイッチを含み、第２のパイロット可能スイッチは、閉止状態で、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御グリッド４０．２に、第２の切替コンデンサＣ２の電機子Ｃ２ｐ、Ｃ２ｆ間の電気電圧から導出された電圧を供給する。第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御系４６．１に関して上述したものと同じ形態を取ってもよい。

【0109】

そのため、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２は、第２のパイロット可能スイッチがその閉止状態において、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御グリッド４０．２を第２の切替コンデンサＣ２の遠位側電機子Ｃ２ｄに連結するように、図２Ａ～図２Ｅを参照して上述したのと同じように設計することができる。同様に、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２はまた、第２のプラズマ管スイッチ３４．２が賦活電極４４．２を備える場合にその賦活電極に供給する供給分岐を含んでもよい。あるいは、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２は、図２Ｆ、図２Ｇ、および図２Ｈに関して記載してきたものと同様に、第２の切替コンデンサＣ２の遠位側電機子Ｃ２ｄに連結されたソース側を有し、第２のパイロット可能スイッチを通して第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御グリッド４０．２に供給する制御側を有するＤＣ－ＤＣ電力変換器を含んでもよい。この事例では、第２のプラズマ管スイッチ３４．２が賦活電極４４．２を含む場合、制御系４６．２は、第２のプラズマ管スイッチの賦活電極４４．２を第２のＤＣ－ＤＣ電力変換器の制御側の正端子に連結する供給分岐を含んでもよい。

【0110】

第１の切替コンデンサＣ１のみに関しては、カットオフデバイス１０は、導電体１１が挿入されるネットワークの公称動作電圧よりもはるかに低いものであり得る電圧の耐電圧性を有する第２の切替コンデンサＣ２を使用できるように設計される。したがって、カットオフモジュール１８は、第２の切替コンデンサＣ２と電気的に並列で、第２の切替サージ保護装置８０．２を含む。したがって、この第２の切替サージ保護装置８０．２は、その２つの端子によって、第２の切替コンデンサＣ２の両側で切替分岐３２の第２のセクション３２．２の２つのポイントにそれぞれ接続される。第２のカットオフサージ保護装置８０．２によって、故障電流が切替分岐を流れている間、第２の切替コンデンサＣ２の端子における電圧を制限することが可能になる。一般的に、超高電圧ネットワーク向け、つまりネットワークにおけるＤＣ公称動作電圧が７５ｋＶ超である場合に意図されたカットオフデバイス１０では、そのため、第２の切替コンデンサＣ２の端子における電圧を、第２の切替サージ保護装置８０．２によって、１０ｋＶ以下の電圧に制限することができる。一般的に、第２の切替サージ保護装置８０．２は、第１の切替サージ保護装置８０．１および第２の切替サージ保護装置８０．２の保護電圧の合計が、カットオフモジュール１８の公称動作電圧よりも低くなるような保護電圧としてスケーリングすることができるであろう。

【0111】

したがって、図３に示される二方向カットオフモジュールによって、切替分岐３２において電流が２つの流れ方向にしたがって通ることを許可することが可能になる。切替分岐３２において電流が一流れ方向にしたがって、つまり第２のポイント２２から第１のポイントへと通ることを許可するために、第１のプラズマ管スイッチ３４．１をその閉止状態で制御することが可能である。切替分岐３２において電流が他方の流れ方向にしたがって、つまり第１のポイント２０から第２のポイント２２へと通ることを許可するために、第２のプラズマ管スイッチ３４．２をその閉止状態で制御することが可能である。

【0112】

次に、図３のカットオフデバイス１０によって実施される可能性が高い２つの電流カットオフシナリオについて記載する。

【0113】

第１の電流カットオフシナリオは、図３のカットオフデバイス１０における各種の電気量の変化のタイミング図を表す図４Ａ～図４Ｈに関連して記載される。第２の電流カットオフシナリオは、図５Ａ～図５Ｈのタイミング図に関連して記載される。これらのタイミング図を確立するために、カットオフデバイス１０を通して第１のポイント２０から第２のポイント２２へ（したがって、図３の左から右へ）と流れる電流が正方向電流であるという慣例を任意に考慮した。

【0114】

記載する２つのシナリオでは、使用された慣例では負方向、つまり第２のポイント２２から第１のポイント２０に進む方向で流れる初期電流（動作電流と呼ばれる）の場合を考慮する。しかしながら、初期電流の、つまり動作電流の方向は重要ではなく、したがって、両方のシナリオにおいて、反対方向であることができるであろう。

【0115】

両方のシナリオでは、瞬間ｔ１まで、カットオフデバイス１０は、ネットワークの正常動作に対応するその導通構成にあり、したがって、動作電流が導電体１１を流れる。この例では、動作電流の強度の絶対値は１，５００Ａ程度である（ここでは、選ばれた任意の慣例では負方向）。この導通構成では、主カットオフ装置２６はその閉止状態にあり、そのため、動作電流全体がカットオフデバイス１０の主分岐２４に流れ（図４Ａ）、主カットオフ装置２６の端子における電圧Ｖ２６はゼロである（図４Ｆ）と考えることができる。この導通構成では、２つのプラズマ管スイッチ３４．１および３４．２がそれらの開放状態にあるので、それぞれを通る電流Ｉ３４．１およびＩ３４．２はゼロであり（図４Ｂおよび図４Ｃ）、したがって切替分岐３２における電流はゼロである。第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に印加される制御電圧Ｖ４０．１（図４Ｇ）、および第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御グリッド４０．２に印加される制御電圧Ｖ４０．２（図４Ｈ）は両方とも故障電圧に等しく、この例ではゼロ電圧であることに留意されたい。しかしながら、一部のプラズマ管スイッチは、カソードに対して負である故障電圧を制御グリッドにデフォルトで印加することによって動作することが留意されるであろう。制御グリッドにおける負の故障電圧で動作するそのようなプラズマ管スイッチは、有利には、例えば図２Ｆ～図２Ｈの例のように、ＤＣ－ＤＣ電力変換器を含むパイロット５６．１を用いて実装されるであろう。

【0116】

両方のシナリオに関して、第１の切替コンデンサＣ１が、第１の切替コンデンサＣ１の端子において、ここでは遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電されるという意味で正電圧である電圧ＶＣ１（図４Ｅ）で事前充電される事例について記載する。換言すれば、電圧ＶＣ１＝ＶＣ１ｄ－ＶＣ１ｐは正であり、ＶＣ１ｄは遠位側電機子Ｃ１ｄの電位、ＶＣ１ｐは近位側電機子Ｃ１ｐの電位である。第１の切替コンデンサＣ１の端子における事前充電電圧ＶＣ１ｉの絶対値は、有利には、１０ｋＶ未満、ここでは例えば２ｋＶに等しいものとすることができる。しかしながら、逆極性で、つまり、遠位側電機子Ｃ１ｄを近位側電機子Ｃ１ｐに対して負に充電して第１の切替コンデンサＣ１を事前充電することが可能であることが理解されるであろう。

【0117】

図３に示されるような二方向カットオフデバイスの場合、第２の切替コンデンサＣ２は常に、第１の切替コンデンサＣ１と同じ電圧極性で事前充電されることになる。これが意味するところは、第１の切替コンデンサＣ１に関して、遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電された場合、第２の切替コンデンサＣ２に関しては、遠位側電機子Ｃ２ｄが近位側電機子Ｃ２ｐに対して負に充電されるので、第２の切替コンデンサＣ２の端子における電圧ＶＣ２は、ＶＣ２＝ＶＣ２ｐ－ＶＣ２ｄ（ＶＣ２ｄは遠位側電機子Ｃ２ｄの電位であり、ＶＣ２ｐは近位側電機子Ｃ２ｐの電位）によって規定されるが、正電圧となる。

【0118】

瞬間ｔ１において、電気故障、例えば「接地事故」タイプの故障が、導電体１１の第１のセグメント１１．１で起こると仮定される。本明細書に記載するこの第１のシナリオでは、電気故障の場所およびタイプによって、カットオフデバイス１０を通って負方向に、つまり第２のポイント２２から第１のポイント２０へと流れる故障電流が発生する。デバイスを通る強度の絶対値は、この電気故障の出現によって増加し、したがって主分岐２４における電流の強度Ｉ２４の絶対値（図４Ａ）が増加し、この絶対値が、ネットワークの電気特性、導電体１１の電気特性、および電気故障の特性そのもの、特に、導電体１１の第１のセグメント１１．１におけるその場所および耐故障性に応じて決まる増加曲線に従うことがすぐに観察される。

【0119】

瞬間ｔ２において、主カットオフ装置２６を開放する命令が送信される。瞬間ｔ２は、故障の出現の瞬間ｔ１から、好ましくは１００μｓ～５ｍｓ、例えば約１ｍｓで構成される故障検出遅延だけ離れている。好ましくは、第１のプラズマ管スイッチ３４．１が賦活電極４４．１も含む場合、この瞬間ｔ２から賦活電極に供給するように選ばれる。これにより、賦活電極４４．１とカソード３４．１との間にプラズマを確立することが可能になるので、第１のプラズマ管スイッチ３４．１が電流の導電を可能にできる状態になり、これは第１のプラズマ管スイッチ３４．１を電気的に閉止する命令を受け取る前でさえ当てはまる。開放命令の受け取りに続いて、主開放装置は開放の動きを開始する。知られている方法では、この開放は、主カットオフ装置２６の２つの電極を離隔することによって行われ、この開放は、２つの電極を徐々に離隔する形態で徐々に行われる。電極を主カットオフ装置２６から最初に分離する瞬間はｔ２’と呼ばれる。一般的に、この瞬間ｔ２’は、開放命令を送信する瞬間ｔ２から、０．３～３０ｍｓ程度の時間だけ離れている。主カットオフ装置２６の端子における電圧および強度の観点では、主カットオフ装置２６の電極間にそれらの分離の瞬間ｔ２’において電気アークが形成され、この電気アークは大量のエネルギーを発生させ、温度を急速に上昇させ、主カットオフ装置チャンバ２６の２つの電極間に構成された誘電媒体のイオン化を引き起こすので、電極の機械的分離にかかわらず、電気カットオフは実施されない。結果として、主カットオフ装置２６の端子における電圧Ｖ２６はゼロのままであり（アーク電圧を無視することによる）、主分岐の電流の強度Ｉ２４は、同じ特性曲線にしたがって絶対値が増加し続ける（図４Ａおよび図４Ｆを参照）。

【0120】

瞬間ｔ３において、電流のカットオフを支援する手順が、その時に少なくとも部分的に開放状態である主カットオフ装置２６で始まる。好ましくは、瞬間ｔ３は、主カットオフ装置２６の部分的開放状態、したがって主カットオフ装置２６の電極間の最小離隔距離に対応するが、この最小離隔距離について、電気アークが電極間において消滅されれば、主カットオフ装置２６が、切替分岐３２に存在する切替サージ保護装置８０．１、８０．２によって生じる保護電圧に耐えることができることが事前に予め定められることとなる。したがって、瞬間ｔ２’と瞬間ｔ３との間の時間間隔は、部分的機械的開放時間間隔と呼ぶことができるが、特に、主カットオフ装置２６の電極の離隔率、および切替サージ保護装置８０．１、８０．２の保護電圧のレベルに応じて決まる。部分的機械的開放時間間隔の間、電気カットオフは実施されない。したがって、部分的機械的開放時間間隔は、切替サージ保護装置８０．１、８０．２の保護電圧に応じて決まるが、本発明によって、保護電圧がカットオフモジュールの公称動作電圧と比較して非常に低い切替サージ保護装置８０．１、８０．２を実装することが可能になることが分かった。このように、１０ｋＶ未満である切替サージ保護装置８０．１、８０．２の保護電圧に関して、５０マイクロ秒未満、またはさらには２０マイクロ秒未満であってもよい部分的機械的開放時間間隔の持続時間に到達することが可能である。これによって、アークが主カットオフ装置２６に残る可能性が高い合計時間を低減することが可能になるので、非常に有利である。実際には、主カットオフ装置２６における電流のカットオフを支援する手順をすぐに開始できるほど、後述するような主カットオフ装置２６の電極間における電気アークの消滅の瞬間「ｔｃ」にすぐに到達することが可能になる。そのため、開放のたびに、主カットオフ装置２６の電極間に電気アークエネルギーがほとんど発生しなくなり、したがって電極の侵食がほとんど生じなくなる。

【0121】

この第１のシナリオでは、カットオフ支援手順が、第１のプラズマ管スイッチ３４．１を電気的に閉止することによってトリガされる。実際には、原理は、故障電流が切替分岐３２に流れることを可能にすることができるプラズマ管スイッチの閉止を制御することである。図４Ｇでは、制御系４６．１が瞬間ｔ３に第１のプラズマ管スイッチ３４．１のモニタリンググリッド４０．１において電圧パルスの形態の電気的閉止パルスを送ることが分かる。このシナリオでは、第１の切替コンデンサＣ１は、その遠位側電機子Ｃ１ｄがその近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電されるように事前に充電されており、したがって、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１に対して正に充電されていることが思い出されるであろう。したがって、電気的閉止パルスは、遠位側電機子Ｃ１ｄと第１のプラズマ管スイッチ３４．１のモニタリンググリッド４０．１との直接導通によって（図２Ａ～図２Ｅのパイロットの場合）、またはそれをＤＣ－ＤＣ電力変換器の正端子に連結するスイッチ５８ａを閉止することによって（図２Ｆ～図２Ｇのパイロットの場合）、構築することができる。第２のシナリオに関する以下の記載を読むことによって、起動させることが望まれる切替コンデンサが事前充電の瞬間に反対方向に分極されていた場合に何を行うべきかが理解されるであろう。そして、電気的閉止パルスの印加により、主分岐における電流Ｉ２４が相殺されて（図４Ａ）、電流に対して導通状態にされた第１のプラズマ管スイッチ３４．１（図４Ｂ）を通って、完全に切替分岐３２へと切り替わることに留意されたい。主分岐から切替分岐３２への電流の切替時間は、主分岐２４および切替分岐３２によって形成されるループにおける電流の振動期間の最大で４分の１に等しく、この振動はＬＣまたはＲＬＣ回路におけるコンデンサの放電に同化され得ることが分かる。

【0122】

実際には、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の閉止によって、主分岐２４および切替分岐３２によって形成されるループの電気的閉止が可能になって、振動ＬＣ回路が形成される。閉止の瞬間に、２つの切替コンデンサＣ１およびＣ２は事前充電されることが想起される。それらは、切替分岐において直列で配置され、以下の等価容量Ｃｅｑを有する。

【0123】

【数1】

【0124】

この第１のシナリオでは、主回路における故障電流の方向、および２つの切替コンデンサの分極の方向は、主分岐２４および切替分岐３２によって形成されるＬＣループで発生する電流振動が、ＬＣループによって発生する振動の最初の４分の１期間に主分岐２４における電流のゼロ交差を引き起こすような方向である。したがって、図示される例では、主分岐２４における電流の最初のゼロ交差の瞬間「ｔｃ」から、主カットオフ装置２６の電極間の電気アークが消滅されると考えられる。したがって、瞬間「ｔｃ」において、主カットオフ装置２６はその電気的開放状態に達する。

【0125】

瞬間「ｔ３」と「ｔｃ」との間の時間間隔の持続時間は、一般的に、数十マイクロ秒から数百マイクロ秒、例えば５０～５００マイクロ秒程度となる。

【0126】

したがって、電気カットオフ装置２６を通る電気アークの持続時間は、主カットオフ装置２６から電極が最初に分離する瞬間ｔ２’から瞬間「ｔｃ」までの最大値まで続く持続時間であり、したがって特に短い。これにより、主電気カットオフ装置２６の電極の侵食を低減することが可能になる。また、これにより、アークによって発生する熱を低減することが可能になる。したがって、これは、主電気カットオフ装置２６の信頼性にとって好ましく、そのコストを低減することが可能になる。

【0127】

プラズマ管スイッチ３４．１を備える切替分岐によって可能になる主分岐２４における電流のゼロ交差中の強度変化率（ｄｉ／ｄｔ）は、高い強度変化率（ｄｉ／ｄｔ）を有し、一般的には１００Ａ／マイクロ秒以上の強度勾配を有する電流の電気アークを遮断する能力を有する主カットオフ装置２６によって最も良く活用されることになる。そのため、「真空スイッチ」タイプの主カットオフ装置２６が特に好適となる。

【0128】

このカットオフシナリオでは、閉止状態に向けて制御される第１のプラズマ管スイッチ３４．１であることが留意されるが、これは、２つのプラズマ管スイッチのうち、電気故障によってカットオフデバイス１０を通して発生する故障電流の方向に対応する方向に沿った電流の流れを可能にするスイッチであることによる。

【0129】

知られている方法で、第１のプラズマスイッチ３４．１は、その制御グリッド４０．１における電気的閉止パルス（図４Ｇ）が消失したものも含め、電流の通過を可能にするその閉止状態のままであることが観察される（図４Ｂ）。

【0130】

第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の端子に現れる電圧の合計は、電気アークのカットオフの瞬間「ｔｃ」の後に主カットオフ装置２６の端子に印加される。主カットオフ装置２６の端子における電圧Ｖ２６の変化率（ｄｖ／ｄｔ）は、この時点から、主回路１６における電流の強度と切替分岐の総容量との比によって制限され、ここでは、Ｃｅｑ＝Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）に同化され得る。さらに、電圧ピークは、２つの切替サージ保護装置８０．１、８０．２の保護電圧の合計によって制限される。これら２つの電気的制限は、電圧Ｖ２６の変化率および電圧ピークにそれぞれ関連するものであるが、カットオフ装置２６が電流の不在を維持するとともに、主カットオフ装置２６の電極間の電気アークの再点弧を防止するように構成要素のスケーリングを規定し、それにより、主カットオフ装置２６の電極間の媒体の脱イオン化を可能にし、したがって、２つの電極間における相対的な遠隔の動きの継続を可能にする。

【0131】

図４Ｅにおいて、第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧ＶＣ１が、初期の正の値から、瞬間ｔ４において非常に急速に達する負の値へと移ることが分かるので、電流が切替分岐３２に流れることによって、第１の切替コンデンサＣ１の分極が反転する。瞬間ｔ４は、第１の切替コンデンサＣ１の端子において、第１の切替コンデンサＣ１の両側にそれぞれある２つの端子によって接続される第１の切替サージ保護装置８０．１によって決定される保護電圧に等しい電圧に達することに対応する。導通状態になることによって、第１の切替サージ保護装置８０．１は、第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧を、第１の切替サージ保護装置８０．１の保護電圧Ｖｐ８０．１に等しい所定の値に制限する。保護電圧Ｖｐ８０．１は、第１の切替コンデンサＣ１のコストおよび体積を制限するために、絶対値が好ましくは１０ｋＶ未満、この例では３ｋＶ程度である。同じ電圧の切替および同じ保護電圧の導入を、第２の切替コンデンサの端子において観察することができる。

【0132】

次の瞬間ｔ５において、主電気カットオフ装置２６は、汎用サージ保護装置３０によって確立される保護電圧に耐えることができると考えられる。例えば、これは、主電気カットオフ装置２６の電極間が十分な距離に達していること、および主電気カットオフ装置２６の電極間にある誘電媒体が脱イオン化されていることを示唆する。したがって、後者は、その開放状態におけるその電気絶縁力を再獲得している。このように、第１のプラズマ管スイッチ３４．１を電気的に開放させることによって、切替分岐３２における電流の流れを遮断することが可能である。これは、瞬間ｔ５で、第１のプラズマ管スイッチ３４．１の制御グリッド４０．１に対して電気的開放パルスを送る制御系４６．１によってもたらされる（図４Ｇ）。第１のプラズマ管スイッチ３４．１の電気的開放が制御されるこの瞬間ｔ５において、第１の切替コンデンサＣ１の極性は、遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して、したがってカソード３８．１に対しても、負の電位である（図４Ｅ）ような極性であり、そのため、制御グリッド４０．１に印加される電気的開放パルスは、単に第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄを第１のプラズマ管スイッチ４０．１の制御グリッド４０．１と導電状態にすることによって（図２Ａ～図２Ｅのパイロットの場合）、またはそれをＤＣ－ＤＣ電力変換器の負端子に連結する停止スイッチ５８ｂを閉止することによって（図２Ｆ～図２Ｇのパイロットの場合）、得ることができることに留意されたい。この例では、電気的開放パルスは、第１のプラズマ管スイッチ３４．１内の電気カットオフを保証するため、瞬間ｔ６までの電気的開放パルス時間の間印加される。この電気的開放パルス時間は、例えば、少なくとも１マイクロ秒に等しい。電気的開放パルスは、電気的閉止パルスが必要になるまで維持することができることに留意されたい。そのような電気的開放パルスの後、電流が実際に制御グリッド４０．１を通って流れる持続時間は、一般に、１マイクロ秒～１００マイクロ秒で構成されることになり、実際に制御グリッド４０．１を通るこの電流の強度は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１を通してアノード３６．１とカソード３８．１との間でカットオフされる電流と同程度の大きさであることに留意されたい。

【0133】

プラズマ管スイッチの電気的開放に必要な時間は、一般に、数百ナノ秒～数十マイクロ秒程度である。主カットオフ装置２６が既に電気的に開放されており、接点間の誘電媒体が脱イオン化されるので、プラズマ管スイッチにおける電流遮断は、主カットオフ装置２６におけるアークの再点弧を発生させないことに留意されたい。加えて、プラズマ管スイッチを通って流れる電流は吸収分岐２８に切り替わるが、吸収分岐２８は、吸収分岐２８に差し挟まれた汎用サージ保護装置３０の保護電圧よりも高い回復電圧に耐えるようにスケーリングされるので、プラズマ管スイッチにおいてアーク点弧を作り出すことなく、送電線の誘電エネルギーをすべて吸収する。

【0134】

プラズマ管スイッチが電気的閉止状態で制御されて、そのアノードとそのカソードとの間の電流の流れを許可すると、カソード電極面積に対する電流密度の比がアーク発生モードの場合よりもはるかに小さいモードで動作する。例えば、この比は１００Ａ／ｃｍ^２未満である。プラズマ管スイッチの１つのカソード電極の導電面に対して平行に磁界が印加される「垂直磁界」タイプのプラズマ管スイッチでは、その公称動作領域内にある限り、磁界がこのアーク発生を防止する。

【0135】

特に、プラズマ管スイッチが、すべての電気スイッチが有するわけではない電流遮断能力を有することが想起されるべきである。

【0136】

第１のプラズマ管スイッチ３４．１がその開放状態に達した瞬間から、もう電流は切替分岐３２に流れない（図４Ｂ）。結果として、高電圧が、もう電流が流れ得ない切替分岐３２および主分岐２４と電気的に並列である汎用サージ保護装置３０の端子に現れる。この電圧は故障電流によって課される。しかしながら、汎用サージ保護装置３０は、カットオフモジュール１８の端子における電圧をその保護電圧Ｖｐ３０の値に制限することによって作動し始める（図４Ｆ）。そこから、汎用サージ保護装置３０で散逸されるエネルギーである、導電体に貯蔵された誘電および容量エネルギーの散逸に対応する電流の強度の絶対値の降下が、導電体１１において観察される。電流が主分岐２４または切替分岐３２または吸収分岐２８のいずれにも流れないため、それらの間で導電体１１の第１のセグメント１１．１および第２のセグメント１１．２が隔離されることが分かる（汎用サージ保護装置３０を通る考えられる漏れ電流（一般に１Ａ未満）を無視することによる）カットオフデバイス１０の開放構成に急速に達する。次に、カットオフデバイスの両側で、この例では８０ｋＶ程度であるネットワークの電圧が確立される。

【0137】

この第１のカットオフシナリオでは、第２のプラズマ管スイッチ３４．２は介在せず、シナリオ全体を通してその開放構成のままであることに留意されたい。当然ながら、容量が切替分岐３２における電流の進化の法則に介入する、切替分岐の第２のセクション３２．２に差し挟まれた第２の切替コンデンサＣ２に関するものを除いて、第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御系４６．２は当然不活性のままである。これは、第２のプラズマ管スイッチ３４．２が閉止状態で流すものとは反対方向に流れる故障電流を発生させる故障の仮説が取られたという事実による。

【0138】

図３の第２のプラズマ管スイッチ３４．２は、この第１のシナリオには介入しないことが留意されるので、（上記で選ばれた任意の慣例では）負方向の電流を流すことしかできない単一のプラズマ管スイッチ３４．１を備える図１に示される本発明の第１の実施形態は、まさに上述したように動作するであろうことが理解される。しかしながら、この場合、第１の切替コンデンサＣ１が上述した極性で、つまり、近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電された遠位側電機子Ｃ１ｄによって十分に事前充電されていることを確認するのが重要となる。

【0139】

図５Ａ～図５Ｆに示される第２の電流カットオフシナリオでは、カットオフモジュール１８が、一方では２つのプラズマ管スイッチ３４．１、３４．２のスケーリングに関して、他方では第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２に関して、対称的なスケーリングを有すると仮定される。

【0140】

この第２のシナリオでは、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の両方が、以下の意味で正電圧である電圧ＣＶ１ｉ、ＶＣ２ｉで事前充電される事例について記載する。
・第１の切替コンデンサＣ１については、遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電される。
・第２の切替コンデンサＣ２については、遠位側電機子Ｃ２ｄが近位側電機子Ｃ２ｐに対して負に充電される。

【0141】

理解されるように、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の両方が、以下の意味で負電圧である電圧ＶＣ１ｉ、ＶＣ２ｉで事前充電されることも同様に提供できたであろう。
・第１の切替コンデンサＣ１については、遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して負に充電される。
・第２の切替コンデンサＣ２については、遠位側電機子Ｃ２ｄが近位側電機子Ｃ２ｐに対して正に充電される。

【0142】

すべての事例において、第１の切替コンデンサＣ１の端子における事前充電電圧ＶＣ１ｉ、および第１の切替コンデンサＣ２の端子における事前充電電圧ＶＣ２ｉの絶対値は、有利には、１０ｋＶ未満、ここでは例として２ｋＶに等しいものとすることができる。

【0143】

瞬間ｔ１において、電気故障が起こると仮定される。この第２のシナリオでは、第１のシナリオと異なり、この電気故障は導電体１１の第２のセグメント１１．２で起こるが、例えば「接地事故」タイプの事故のままであると仮定される。ここに記載するこの第２のシナリオでは、電気故障の場所およびタイプによって、カットオフデバイス１０を通って正方向に、つまり第１のポイント２０から第２のポイント２２へと流れる故障電流が発生する。第１のシナリオで既に観察されたように、デバイスを通る強度の絶対値は、この電気故障の出現によって増加し、そのため主分岐２４における電流の強度Ｉ２４の絶対値（図５Ａ）が増加し、この絶対値が、ネットワークの電気特性、導電体１１の電気特性、および電気故障の特性そのもの、特に、導電体１１の第２のセグメント１１．２におけるその場所および耐故障性に応じて決まる増加曲線に従う。

【0144】

第１のシナリオに関して、主カットオフ装置２６を開放する命令は、第１のシナリオに関して上述したのと同じ手順にしたがって瞬間ｔ２に送信される。開放命令の受け取りに続いて、主開放装置は開放の動きを開始する。主カットオフ装置２６の電極を最初に分離する瞬間はｔ２’と呼ばれる。ここでも、主カットオフ装置２６の２つの電極を徐々に離隔することによって、電気アークを発生させることが可能となるため、電極の機械的分離にかかわらず、電気カットオフは達成されない。結果として、主カットオフ装置２６の端子における電圧Ｖ２６はゼロのままであり（アーク電圧を無視することによる（図５Ｆを参照））、主分岐の電流の強度Ｉ２４は、絶対値（および、上述の任意の慣例では代数値（図５Ａ））が増加し続ける。

【0145】

第１のシナリオに関して、主カットオフ装置２６における電流のカットオフを支援する手順は、主カットオフ装置２６が、その電極の離隔に対応する少なくとも部分的に開放状態である瞬間ｔ３にトリガされるが、この離隔について、電気アークが電極間において消滅されれば、主カットオフ装置２６が、切替分岐３２に存在する切替サージ保護装置８０．１、８０．２によって発生する保護電圧に耐えることができることが事前に予め定められることとなる。部分的機械的開放時間間隔の間、電気カットオフは実施されない（図５Ａ）。

【0146】

この第２のシナリオでは、カットオフ支援手順が、故障電流が切替分岐３２を流れることを可能にすることができる唯一のものである第２のプラズマ管スイッチ３４．２の電気的閉止を実施することを既に示した。このため、したがって、制御系４６．２が瞬間ｔ３に第２のプラズマ管スイッチ３４．２のモニタリンググリッド４０．２に、第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３８．２に対する正電位に対応する電気的閉止パルスを送ることが必要である。加えて、主分岐から切替分岐への故障電流の切替を、したがってここでは故障電流の流れを正方向として、可能にするために、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２それぞれの端子における電圧は負電圧である。

【0147】

しかしながら、この第２のシナリオは、第１の切替コンデンサＣ１が既に充電されており、それによってその遠位側電機子Ｃ１ｄがその近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電され、したがって第１のプラズマ管スイッチ３４．１のカソード３８．１に対して正に充電され、また、第２の切替コンデンサＣ２が既に充電されており、それによってその遠位側電機子Ｃ２ｄがその近位側電機子Ｃ２ｐに対して負に充電され、したがって第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３８．２に対して負に充電されるという文脈で規定される。実際には、図３のカットオフデバイス１０は、カットオフデバイス１０を通る故障電流の方向にかかわらず電流を遮断することが意図されると仮定されるので、この選択は非常に妥当である。しかしながら、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の事前充電の極性の選択は、現れる可能性が高い故障電流の方向が分かる前になされる。

【0148】

したがって、この構成では、故障電流の流れ方向は、切替コンデンサＣ１およびＣ２のこの分極方向では、切替分岐に切り替えることができないであろうことを意味する。加えて、制御系の図２Ａ～図２Ｆの実施形態に関して、遠位側電機子Ｃ２ｄを第２のプラズマ管スイッチ３４．２のモニタリンググリッド４０．２と直接電気的に通じさせることによって、電気的閉止パルスを構築することはできない。また、この第２のシナリオでは、電気カットオフ装置２６を開放する命令を送信する瞬間ｔ２の後であるが、電気的閉止パルスが第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御グリッド４０．２に送られなければならない瞬間ｔ３の前である瞬間「ｔｉｎｖ」に、この第２のシナリオは、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の極性を元に戻す中間ステップを提供する。切替コンデンサの極性を元に戻す中間ステップは、瞬間「ｔｉｎｖ」に第１のプラズマ管スイッチ３４．１の閉止をトリガすることによって、特に単純なやり方で実施される。図５Ａおよび図５Ｂで分かるように、故障電流を超えて主分岐２４において正方向で追加される、切替分岐３２における負方向の放電電流を作り出すことによって（この負方向電流は、２つの切替コンデンサＣ１およびＣ２の充電の極性によって課される）、２つの切替コンデンサＣ１およびＣ２が放電する限り、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のこの閉止によって主分岐２４で過電流が引き起こされる。しかしながら、この放電電流は非常に短い。実際には、この放電は、放電電流が振動性であるようにスケーリングされるＬＣタイプのループである、互いに直列の切替分岐３２および主分岐２４によって形成されるループで起こる。この段階では、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のみが導通状態とされ、一方向でしか切替分岐に電流が流れることが可能になっていないので、切替分岐３２の切替コンデンサＣ１およびＣ２の放電は、完全な振動期間ではなく半分の振動期間しか形成することができない。そのため、半分の振動期間後、２つの切替コンデンサＣ１およびＣ２の端子における電圧が反転されていることが分かる。結果として、その場合、第２の切替コンデンサＣ２に関して、遠位側電機子Ｃ２ｄが近位側電機子Ｃ２ｐに対して、したがって第２のプラズマ管スイッチ３４．２のカソード３８．２に対して正に充電される状況になる。２つの切替コンデンサＣ１およびＣ２の極性の反転によってもたらされるこの構成では、一方では、遠位側電機子Ｃ２ｄを第２のプラズマ管スイッチ３４．２のモニタリンググリッド４０．２と直接電気的に通じさせることによって（これは制御系４６．２の図２Ａ～図２Ｅの実施形態を含む）、瞬間ｔ３において電圧パルスの形態の第２のプラズマ管スイッチ３４．２の電気的閉止パルスを作り出すことが可能になる。しかし、他方では、２つの切替コンデンサＣ１およびＣ２の極性のこの反転による他の機能は、切替分岐３２に切替電流が第２のプラズマ管スイッチ３４．２を通る正方向で流れることを可能にすることであり、これは同時に、通過する電流の強度がゼロと交差する瞬間に、主電気カットオフ装置２６を通る電気アークのカットオフに対応する瞬間「ｔｃ」から主分岐２４の電流Ｉ２４を相殺することにつながる（図５Ａを参照）。

【0149】

図５Ｅにおいて、第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧ＶＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の端子における電圧ＶＣ２が、最初の反転によって得られる負の値から正の値に移ることが分かるので、電流が切替分岐３２に流れることによって、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２の分極が新たに反転する。瞬間ｔ４は、第１の切替コンデンサＣ１の端子においては、第１の切替コンデンサＣ１の両側にそれぞれある２つの端子によって接続された第１の切替サージ保護装置８０．１によって決定される保護電圧Ｖｐ８０．１に等しい電圧の達成に対応し、第２の切替コンデンサＣ２の端子においては、第２の切替コンデンサＣ２の両側にそれぞれある２つの端子によって接続された第２の切替サージ保護装置８０．２によって決定される保護電圧に等しい電圧Ｖｐ８０．２の達成に対応する。導通状態になることによって、第１の切替サージ保護装置８０．１は、第１の切替コンデンサＣ１の端子における電圧を、その保護電圧Ｖｐ８０．１に等しい所定の値に制限する。同様に、導通状態になることによって、第２の切替サージ保護装置８０．２は、第２の切替コンデンサＣ２の端子における電圧を、その保護電圧Ｖｐ８０．２に等しい所定の値に制限する（図５Ｅを参照）。保護電圧Ｖｐ８０．２は、保護電圧Ｖｐ８０．１と同様に、第２の切替コンデンサＣ２のコストおよび体積を制限するために、絶対値が好ましくは１０ｋＶ未満、この例では３ｋＶ程度である。第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２それぞれの保護電圧Ｖｐ８０．１、Ｖｐ８０．２の合計は、絶対値が好ましくは２０ｋＶ未満、この例では６ｋＶ程度である。

【0150】

次の瞬間ｔ５において、主カットオフ装置２６の電極間に含まれる誘電媒体は脱イオン化されており、電極間のギャップは、吸収分岐において汎用サージ保護装置３０によって確立される保護電圧を保持するのに十分に広く、また、第２のプラズマ管スイッチ３４．２を電気的に開放することによって（第１のプラズマ管スイッチ３４．１は、切替コンデンサの極性を反転させるステップの後に、既に再び開放されている）、切替分岐３２における電流の流れを遮断するのが可能であると考えられる。これは、瞬間ｔ５に第２のプラズマ管スイッチ３４．２の制御グリッド４０．２に電気的開放パルスを送る制御系４６．２によってもたらされる。第２のプラズマ管スイッチ３４．２の電気的開放が制御されるこの瞬間ｔ５において、第２の切替コンデンサＣ２の極性は、遠位側電機子Ｃ２ｄが近位側電機子Ｃ２ｐに対して、したがってカソード３８．２に対しても負の電位であるような極性であり、そのため、制御グリッド４０．２に印加される電気的開放パルスは、単に第２の切替コンデンサＣ２の遠位側電機子Ｃ２ｄを第２のプラズマ管スイッチ４０．２の制御グリッド４０．２と導電状態にすることによって（図２Ａ～図２Ｅのパイロットの場合）、またはそれをＤＣ－ＤＣ電力変換器の負端子に連結する停止スイッチ５８ｂを閉止することによって（図２Ｆ～図２Ｇのパイロットの場合）、得ることができることに留意されたい。

【0151】

第２のプラズマ管スイッチ３４．２がその開放状態に達した瞬間ｔ５から、もう電流は切替分岐３２に流れない（図５Ｂ、図５Ｃ）。結果として、第１のシナリオのように、高電圧が、もう電流が流れ得ない切替分岐３２および主分岐２４と電気的に並列である汎用サージ保護装置３０の端子に現れる（図５Ｆ）。この電圧は、ネットワークの電圧、およびネットワークに貯蔵された誘電エネルギーによって課される。しかしながら、汎用サージ保護装置３０は、カットオフモジュール１８の端子における電圧をその保護電圧Ｖｐ３０の値に制限することによって作動し始める。そこから、汎用サージ保護装置３０で散逸されるエネルギーである、導電体１１およびデバイス１０に貯蔵された誘電および容量エネルギーの散逸に対応する電流の強度の絶対値の降下が、導電体１１において観察される（図５Ｄ）。電流が主分岐２４または切替分岐３２または吸収分岐２８のいずれにも流れないため、それらの間で導電体１１の第１のセグメント１１．１および第２のセグメント１１．２が隔離されることが分かる（汎用サージ保護装置３０の漏れ電流（一般に１Ａ未満）を無視することによる）カットオフデバイス１０の開放構成に急速に達する。次に、カットオフデバイスの両側で、この例では８０ｋＶ程度であるネットワークの電圧が確立される。

【0152】

詳細に上述した２つのシナリオでは、遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して正に充電された第１の切替コンデンサＣ１、および遠位側電機子Ｃ２ｄが対照的に近位側電機子Ｃ２ｐに対して負に充電された第２の切替コンデンサＣ２という仮説が取られた。また、遠位側電機子Ｃ１ｄが近位側電機子Ｃ１ｐに対して負に充電されるであろう第１の切替コンデンサＣ１、および遠位側電機子Ｃ２ｄが対照的に近位側電機子Ｃ２ｐに対して正に充電されるであろう第２の切替コンデンサＣ２という逆の仮説も参照した。この逆の仮説において、上記慣例では正方向の故障電流の出現は、切替コンデンサＣ１およびＣ２の極性反転なく、単一のプラズマ管スイッチのみ、ただしこの場合には第２のプラズマ管スイッチ３４．２を実装する第１のシナリオに関して記載したものと同様の方法の実装を伴うであろう。この逆の仮説において、上記慣例では負方向の故障電流の出現は、最初に、切替コンデンサＣ１およびＣ２の極性の反転を作り出す第２のプラズマ管スイッチ３４．２を実装し、次に、切替分岐において負方向に切替電流が流れることを許可する第１のプラズマ管スイッチ３４．１を実装することで、主カットオフ装置２６における電気カットオフを支援することによる、第２のシナリオに関して記載したものと同様の方法の実装を伴うであろう。

【0153】

図１および図３に示される例では、カットオフモジュール１８は単一の切替分岐３２を含み、そこに、図１の実施形態に関しては単一のプラズマ管スイッチ３４．１、および図３の実施形態に関しては、並列かつ互いに反対方向で設置された２つのプラズマ管スイッチ３４．１、３４．２が差し挟まれる。両方の事例において、プラズマ管スイッチのうち１つは、主カットオフ装置２６のカットオフ支援構成において、導通状態にされて故障電流が切替分岐３２に流れることを可能にし、次に開放状態に戻されることが分かった。そのため、両方の事例において、プラズマ管スイッチには高電流が流され、次いで、やはり高い場合がある残りの故障電流を遮断しなければならない。しかしながら、プラズマ管スイッチの最小導通時間と呼ぶこともできる、プラズマ管スイッチが導通状態にされなければならない最小時間は、主カットオフ装置２６を含む主分岐２６から切替分岐３２への故障電流の切替の時間をカバーしなければならず、また、主カットオフ装置２６の電極間に含まれる誘電媒体の脱イオン化時間もカバーしなければならないことに留意されたい。しかしながら、故障電流の切替の時間は、切替分岐３２によって発生する振動電流の期間の４分の１未満であることが分かった。したがって、この故障電流切替時間は、次式によって与えられる値よりも小さい。

【0154】

【数2】

式中、Ｌ＿ｅｑｕおよびＣ＿ｅｑｕはそれぞれ、主分岐２４および切替ループ３２によって形成される閉ループの等価インダクタンスおよび等価容量である。主カットオフ装置２６の電極間の誘電媒体の脱イオン化時間は、一般に、特に主カットオフ装置２６の技術にしたがって、特に使用される絶縁流体の圧力および／またはタイプに応じて、数マイクロ秒から数十マイクロ秒に及ぶ範囲で構成されることになる。そのため、総じて、プラズマ管スイッチの最小導通時間、つまり故障電流がそれを通る時間は、非常に短い持続時間であり得るが、それは、この持続時間が一般的に１ｍｓ未満、好ましくは５００マイクロ秒未満であり得るためであり、いくつかの構成では、この最小持続時間は１００マイクロ秒未満のこともある。

【0155】

単一のプラズマ管スイッチが、カットオフデバイス１０をスケーリングすることが望ましい最大故障電流強度に耐えることができない場合、切替分岐３２と並列で、したがって主分岐２４および吸収分岐２８と並列で、少なくとも１つのプラズマ管スイッチを含む少なくとも１つの補助切替分岐３２’を追加することによって、カットオフモジュール１８を修正することは簡単であり、補助切替分岐３２’は好ましくは、図１および／または図３それぞれを参照して記載された切替分岐３２と同じ構成を有する。

【0156】

また、図６は、一方では、図３のカットオフモジュール１８に関連して記載したものとまったく同じ要素を含み、加えて、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で主分岐２４、吸収分岐２８、および切替分岐３２と電気的に並列の補助切替分岐３２’を含むカットオフモジュール１８を有するカットオフデバイス１０を表している。少なくとも第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’が、この補助切替分岐３２’に差し挟まれ、アノード３６．１’とカソード３８．１’と制御グリッド４０．１’とを含む。第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’は、補助切替分岐３２’を、第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’のカソード３８．１’に連結された第１のセクション３２．１’と、第１のプラズマ管補助スイッチ３４．１’のアノード３６．１’に連結された第２のセクション３２．２’とに分離するように、補助切替分岐３２．１’に差し挟まれる。

【0157】

第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’は、切替分岐３２における第１のプラズマ管スイッチ３４．１と同じ方向で補助切替分岐３２’に設置される。これにより、例えば、第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’のアノード３６．１’が、第１のポイント２０および第２のポイント２２のうち、第１のプラズマ管スイッチ３４．１のアノード３６．１と同じポイントに（ここでは、各々が、それぞれのコンデンサＣ１；Ｃ１’を介して間接的に）連結されるという事実がもたらされる。

【0158】

一般に、この第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’は、第１のプラズマ管スイッチ３４．１と同一かつ同期的な方法で制御され得るので、カットオフ支援構成では、デバイス１０を流れる電流は、考慮されるモジュール１８のレベルにおいて、２つのプラズマ管スイッチ間で分配され、したがって各プラズマ管スイッチは、カットオフデバイス１０を通る総電流よりも小さい電流を伝送または遮断しなければならない。補助切替分岐３２’が切替分岐３２と同じ電気特性を有する場合、切替分岐３２、３２’それぞれにおける電流は、切替分岐がただ一つのものであった場合に切替分岐に流れるであろう電流に対して２で除算されることになる。

【0159】

当然ながら、有利には、カットオフモジュール１８が、第１のプラズマ管スイッチ３４．１に関して記載したものと同様の第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’の制御系４６．１’を含むことが提供されることになる。そのため、この制御系４６．１’は、有利には、第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’と直列で、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で補助切替分岐３２’において、補助切替分岐３２’の第１のセクション３２．１’、つまり、第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’のカソード３８．１’に連結されたセクションに配置された第１の補助切替コンデンサＣ１’を含むことになる。この第１の補助切替コンデンサＣ１’は、第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’のカソード３８．１’に連結された近位側電機子Ｃ１ｐ’と、近位側電機子Ｃ１ｐ’に対して第１の補助プラズマ管スイッチ３４．１’のカソード３８．１’の反対側にある遠位側電機子Ｃ１ｄ’とを含む。

【0160】

同様に、カットオフデバイス１０は、第１の補助切替コンデンサＣ１’の事前充電回路４８．１’を含む。この事前充電回路は、第１の切替コンデンサＣ１のものとは独立した事前充電回路であり得るので、上述したものと同様の形態を取り得る。しかしながら、図６の例では、第１の切替コンデンサの事前充電回路および第１の補助切替コンデンサの事前充電回路は、第１の切替コンデンサＣ１および第１の補助切替コンデンサＣ１’に並列で供給する共通電圧源５０．１を含む。そのため、共通のＤＣ電圧源５０．１は以下を含む。
・一方では、この実施形態では、
●ここでは抵抗５３．１を通して、第１の切替コンデンサＣ１の遠位側電機子Ｃ１ｄに、
●ここでは抵抗５３．１’を通して、第１の補助切替コンデンサＣ１’の遠位側電機子Ｃ１ｄ’に
連結された正端子５２．１。
・他方では、この実施形態では、
●ここではやはり抵抗５５．１を通して、第１の切替コンデンサＣ１の近位側電機子Ｃ１ｐに、
●ここではやはり抵抗５５．１’を通して、第１の補助切替コンデンサＣ１’の近位側電機子Ｃ１ｐ’に
連結された負端子５４．１。

【0161】

二方向デバイスでは、切替コンデンサの事前充電極性を反転させることが知られているので、ＤＣ電圧源５０．１に対して逆極性を有することが可能であることが分かった。好ましくは、事前充電回路４８．１の抵抗５３．１、５５．１、５３．１’、５５．１’は同じ抵抗値を有する。これらの抵抗によって、事前充電回路における電流を制限し、事前充電回路の各種の並列分岐において電流を均衡させることが可能になる。

【0162】

当然ながら、図６に示されるカットオフモジュール１８が、電気的に並列かつ反対方向の２つのプラズマ管スイッチを有する切替分岐３２を含む限り、好ましくは、このカットオフモジュール１８は、補助切替分岐３２’において、補助切替分岐３２’に並列かつ互いに反対方向で差し挟まれた２つの補助プラズマ管スイッチ３４．１’、３４．２’を含むことが提供されることになる。換言すれば、図６に示されるように、補助切替分岐３２’は好ましくは、切替分岐３２とまったく同じ要素を有する。

【0163】

図６の実施形態は単一の補助切替分岐３２’を含む。しかしながら、より高い強度の電流をサポートするようにカットオフモジュール１８の能力をさらに高めるために、カットオフモジュールに、記載したばかりの補助切替分岐３２’と同じタイプの１つまたは複数の他の補助切替分岐を備えることが提供され得るが、他の補助切替分岐はそれぞれ、第１のポイント２０と第２のポイント２２との間で主分岐２４、吸収分岐２８、切替分岐３２、および補助切替分岐３２’と電気的に並列に配置されることが理解される。

【0164】

上記に例示し記載した例では、カットオフデバイス１０は単一のカットオフモジュール１８を含む。したがって、カットオフモジュール１８は、単一の場合、ネットワークの公称動作電圧に耐えるように設計されなければならないことが理解される。これは、特に、プラズマ管スイッチ３４．１、３４．２の耐電圧性に対する制約を伴う。さらに、プラズマ管スイッチ３４．１、３４．２の耐電圧性は容易に、モジュール１８の主カットオフ装置２６と同程度の大きさであり得ることに留意すべきである。これは、主カットオフ装置２６が「真空電球」タイプのものである場合になおさら当てはまり、それは、この場合、プラズマ管スイッチおよび「真空電球」が同じ真空管技術に基づくためである。

【0165】

しかしながら、さらに高い開放能力および耐電圧能力を有するカットオフデバイス１０を得るために、または合理的なコストおよび空間要件の構成要素（特に、プラズマ管スイッチ）を使用するために、カットオフデバイス１０の一次ポイント１２と二次ポイント１４との間でカットオフデバイス１０の主回路１６に電気的に直列で差し挟まれたいくつかのカットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、…を有するカットオフデバイス１０（例えば図７に示されるものなど）を作製することを選ぶことが可能である。そのため、各カットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、…は、主回路１６において自身の第１のポイント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、…と自身の第２のポイント２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、…との間に延在する。各カットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃなどは、切替分岐３２と並列の少なくとも１つの補助切替分岐３２’を含む上記で想定した形態を含む、上述した形態のいずれかを有することができる。カットオフモジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃなどは互いに同一であることができる。

【0166】

上述したすべての例において、切替分岐３２、３２’に位置するプラズマ管スイッチの供給および制御は、カットオフモジュール１８の主分岐２４に電気または電子構成要素を課さない制御系４６．１、４６．１’、４６．２、４６．２’を用いて実施されることが分かった。したがって、カットオフデバイス１０を通る電流がこの主分岐２４において通過する導通構成では、ネットワークの正常動作中に電気エネルギーを恒久的に散逸させるリスクがあるプラズマ管スイッチの制御系に属する構成要素はない。そのため、そのような構成要素を冷却する冷却システムは不要である。

【0167】

上述したすべての例において、主カットオフ装置２６、プラズマ管スイッチ、および汎用サージ保護装置３０のみが、一般的に７５，０００Ｖ超となり得る、考慮されるモジュール１８の高いＤＣ公称動作電圧に耐えるようにスケーリングされなければならない。対照的に、第１の切替コンデンサＣ１および第２の切替コンデンサＣ２、ならびに第１の切替サージ保護装置８０．１および第２の切替サージ保護装置８０．２は、単一のカットオフモジュール１８を備えるカットオフ装置１０を含め、７５、０００Ｖ超の公称動作電圧を有し、１０，０００Ｖ未満のこともある電圧の耐電圧性を有するこのようなネットワークのためにスケーリングされたカットオフ装置１０のカットオフモジュールのためにスケーリングすることができる。そのため、ネットワークの公称動作電圧よりも１０倍程度低いものとなり得る電圧に対してスケーリングされたこれらの構成要素は、低減された空間要件およびコストを有することができる。

【0168】

カットオフモジュール１８の場合、切替コンデンサの最小容量のスケーリングは、次式による第１の近似として決定することができる。

【0169】

【数3】

式中、
・Ｖ＿（ｃ＿ｅｑｕ）：いずれの場合も関連する切替サージ保護装置の存在によって制限されることになる、カットオフモジュール１８の切替分岐のすべての切替コンデンサ（Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ２’など）に対して等価であるコンデンサの端子における事前充電電圧。
・Ｉ＿ｔｏ：カットオフデバイス１０がカットオフできなければならない電流の最大強度。
・Ｌ＿ｅｑｕ：カットオフモジュール１８の主分岐２４および切替分岐３２（８２、８２’など）によって形成されるループの等価インダクタンス。
・Ｃ＿ｅｑｕ：カットオフモジュール１８の切替分岐（Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ２’など）におけるすべての切替コンデンサの最小等価容量。
・Ｖ＿（ｏｎ＿３４）：その導通状態にあるプラズマ管スイッチ３４のアノードとカソードとの間の電圧降下（この電圧は、一般的に５０Ｖ～１，０００Ｖで構成され、プラズマ管スイッチの特定の特性、特に容器内のガスの圧力およびタイプ、カソードの材料などに応じて決まる）。

【0170】

さらに、各カットオフモジュール１８は、カットオフモジュール１８の主分岐２４および切替分岐３２によって形成されるループの等価インダクタンス値Ｌ＿ｅｑｕが、電流を切替分岐３２に切り替える間に主カットオフ装置２６において電気アークを消滅させることを可能にする最小値Ｌ＿ｍｉｎよりも大きくなるようにスケーリングされることが分かった。そのため、この等価インダクタンス値Ｌ＿ｅｑｕは、次式によって与えられる最小値よりも大きくなければならない。

【0171】

【数4】

式中、
・［（ｄｉ／ｄｔ）］ｍａｘは、主カットオフ装置２６がゼロ交差時に電流の電気アークをカットオフすることができる電流の最大変化率である。

【0172】

したがって、上記式によって、得られる最小等価容量Ｃ＿ｅｑｕを決定することが可能になり、そこから切替コンデンサそれぞれの個々の容量を決定することができる。

【0173】

一般的に、図３に示されるような二方向デバイス１０（したがって、この例では単一のカットオフモジュール１８を備える）の場合、例えば、次の値を有することが可能であろう。
Ｉ＿ｔｏ＝１０ｋＡ
ＶＣ１＝ＶＣ２＝２ｋＶ（Ｖ＿ｃ＿ｅｑｕ＝４ｋＶ）
Ｌ＿ｅｑｕ＝２０マイクロヘンリー
Ｖ＿ｏｎ＿３４＝５００Ｖ
（ｄｉ／ｄｔ）ｍａｘ＝２００Ａ／μｓ
デバイス１０の切替コンデンサすべての等価容量は１００マイクロファラッド超となる（したがって、例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝４００マイクロファラッド（Ｃ＿ｅｑｕ＝２００μＦ））。

【0174】

さらに、プラズマ管スイッチ３４．１、…が導通状態にされる時間は、１ｍｓ未満であるため、非常に短いことが上記で分かった。しかしながら、この時間は、おおよそ、電流が切替サージ保護装置８０．１、…を通る可能性が高い時間でもあり、切替サージ保護装置は次に、対応する電気エネルギーを散逸させなければならない。時間が短いので、そのような切替サージ保護装置の体積およびコストをオーバースケーリングする必要はない。

【0175】

切替分岐が電気的に並列かつ互いに反対方向で配置された２つのプラズマ管スイッチを含む図３および図６では、２つのプラズマ管スイッチを別個の一方向プラズマ管スイッチ構成要素として設計することができる。しかしながら、これら２つの一方向プラズマ管スイッチを対の形態で設計することを想定することが可能である。

【0176】

上述したように、切替分岐におけるプラズマ管スイッチの制御系４６．１、…のパイロット５６．１、…は、その供給が関連する切替コンデンサを通して確保されるので、自律的な電力供給を何ら必要としないことに留意されたい。また、図２Ａ～図２Ｈに示されるようなパイロット５６．１、…の実施形態がいずれであっても、関連するプラズマ管スイッチを制御するようにパイロットする必要がある単一のパイロット可能スイッチを用いて設計することができるので、プラズマ管スイッチの制御系４６．１は複雑度が低いことに留意されたい。

【0177】

本発明によるデバイス１０は、特に、切替分岐におけるプラズマ管スイッチの制御系４６．１、…のパイロット５６．１、…および主電気カットオフ装置２６を制御／パイロットする１つもしくは複数の電子制御装置１００を含むか、またはそれと関連付けられてもよい。電子制御装置は、一般的に、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つの電子メモリとを備え、１つもしくは複数のコンピュータネットワークなどと通信する１つもしくは複数の電子通信回路、および／または１つもしくは複数のインターフェース電子回路、および／または１つもしくは複数の入力／出力電子回路を備えるか、またはそれに連結されてもよい。電子制御装置は、１つもしくは複数のディスプレイを備えるか、またはそれと関連付けることができる。電子制御装置は、カットオフデバイス１０、またはデバイス１０が統合されることが意図される電気設備における物理的パラメータの値を測定するように構成された１つもしくは複数のセンサ、例えば、１つもしくは複数の強度センサおよび／または１つもしくは複数の電圧センサを備えるか、またはそれと関連付けることができる。電子制御装置は、上述したようなデバイスを開放する方法のすべてまたは一部を実装するようにプログラミングされる。有利には、電子制御装置１００が、その制御／パイロット命令を、高電圧に対してガルバニック絶縁された信号によって、特に制御系４６．１、…のパイロット５６．１、…に通信することを提供することが可能となる。これらの信号は、光ファイバーによって運ばれる光信号であり得る。それらは変圧器によって絶縁される電気信号であってもよい。これらの信号は、ワイヤレス通信リンクによって搬送される電磁信号であってもよい。

【0178】

したがって、上述したような電気カットオフデバイス１０は、高ＤＣ電圧下、特に７５ｋＶ超の高ＤＣ電圧下の電流に特に好適な電流回路遮断器を形成する。これにより、総じて空間要件およびコストが低減され、正常動作におけるエネルギー損失が最小限である構成要素を用いて、十分なカットオフ性能を得ることが可能になる。

【図1】

【図2-1】

【図2-2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】