JP2002233050A - 半導体交流スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受電・電源システム1,2間の事故電流の大き
さを機械式スイッチや従来のサイリスタスイッチを用い
たものよりも小さくし、また、重畳する直流電流成分も
小さくする。 【解決手段】 受電・電源システム1,2を連系する装置
を自己消弧形スイッチ回路70から構成し、抑制制御回路
80により事故電流の立ち上がり時点で事故電流を抑制制
御する。これにより、受電・電源システム1,2相互間を
連系する連系部において、単に、通電による連系、遮断
による解列から成る従来の連系方式の２つの状態に加
え、受電・電源システムの事故による電流あるいは電力
の増大を所定値以下に継続的に抑制する中間状態を有
し、事故継続の場合には完全に遮断して解列する動作を
行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受電・電源システ
ムに設置され、電源あるいは電源と負荷から成る複数の
システムを連系する半導体交流スイッチ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流システムを連系する、サイリ
スタスイッチを使用した半導体交流スイッチ装置として
図１３に示す構成のものが知られている。この半導体交
流スイッチ装置において、１は１つの受電・電源システ
ム、２は他の受電・電源システム、３はサイリスタスイ
ッチを用いた半導体交流スイッチ装置である。受電・電
源システム１は、商用系統１１、連系変圧器１２、一般
負荷１３から構成される。他の受電・電源システム２
は、自家発電装置２１、自家発電負荷２２から構成され
る。

【０００３】図１４には、図１３の半導体交流スイッチ
装置におけるサイリスタスイッチ３０を中心に３線結線
図を示した。サイリスタスイッチ３０は、Ｕ・Ｘサイリ
スタアーム３１、Ｖ・Ｙサイリスタアーム３２、Ｗ・Ｚ
サイリスタアーム３３、そして制御回路４０から構成さ
れている。各サイリスタアーム３１〜３３は、複数のサ
イリスタ素子の直列接続、サイリスタ素子を保護するた
めのスナバ回路等から構成されている。

【０００４】図１５に、図１３のサイリスタスイッチ３
０の制御回路４０の構成を示している。開閉決定部１０
１は、サイリスタスイッチ３０の閉路信号ｂ、開路信号
ｃを出力する。事故検出回路１０２は、受電・電源シス
テム１で発生した事故を検出し、サイリスタスイッチ３
０の遮断信号ｄを出力する。サイリスタスイッチ３０と
受電・電源システム１との間の電流を検出するための変
流器５、同じく電圧を検出するための変成器６がそれぞ
れ事故検出回路１０２に電流、電圧信号を与える。イン
ターロック回路１０３は、開閉決定部１０１からの閉路
信号ｂを通過させる。この閉路信号ｂは、ゲート回路１
０４により各アーム３１〜３３を構成するサイリスタ素
子を点弧するのに適切な電気ゲート信号あるいは光ゲー
ト信号に適宜増幅、絶縁される。

【０００５】サイリスタ素子はこのゲート信号ａにより
導通状態になり、サイリスタスイッチ３０を導通状態に
する。また、開閉決定部１０１からの開路信号ｃ、ある
いは事故検出回路１０２からの遮断信号ｄのいずれかが
与えられると、インターロック回路１０３からの出力信
号が抑止され、ゲート信号ａは抑止され、主回路電流が
ゼロクロスになると、サイリスタスイッチ３０の遮断動
作が完了する。

【０００６】以下に、図１６のタイミングチャートを用
いて、事故検出回路１０２により、受電・電源システム
１に事故が発生したときに半導体交流スイッチ装置３が
遮断動作する様子を説明する。

【０００７】タイミングＴ０までの事前状態では、制御
回路４０の開閉決定部１０１からの閉路信号ｂによりサ
イリスタスイッチ３０は導通状態にあり、サイリスタス
イッチ３０には３相交流電流が流れている。

【０００８】タイミングＴ０において受電・電源システ
ム１に事故が発生すると、受電・電源システム１の電源
からの事故電流に加え、他の受電・電源システム２の電
源からサイリスタスイッチ３０を経由して事故点に事故
電流が流れる。また、事故が発生すると、受電・電源シ
ステム１及び２の交流電圧が低下する。

【０００９】タイミングＴ１において、事故検出回路１
０２がサイリスタスイッチ３０に流れる電流の増大を変
流器５を介して検出し、あるいは交流電圧低下を変成器
６を介して検出して遮断信号ｄを出力する。事故検出回
路１０２から遮断信号ｄが出力されると、ゲート回路１
０３は開閉決定部１０１からの閉路信号ｂよりも遮断信
号ｄを優先し、サイリスタスイッチ３０へのゲート信号
ａを抑止する。

【００１０】サイリスタ素子は、ゲート信号が抑止され
た後、通過する電流がゼロになると電流阻止能力を回復
し、オフ状態となる特性を有している。したがって、事
故検出回路１０２の遮断信号ｄにより、ゲート回路１０
３からのゲート信号ａが抑止された後、サイリスタスイ
ッチ３０を通過する事故電流がゼロになって極性が逆転
しようとするタイミングＴ２において、事故電流が除去
される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体交流
スイッチ装置は機械式スイッチより遮断速度が速い。し
かしながら、事故電流の最初のゼロクロスまでの１波目
ピーク値（図１６の(vii)に示したＰｋ）の大きさは機
械式スイッチの場合と同様であり、また、事故電流に大
きな直流分が含まれることも機械式スイッチの場合と同
様である。すなわち、従来の半導体交流スイッチ装置で
は、事故電流を供給する発電機の責務が過大になり、損
傷が発生する可能性があるという問題点があった。特
に、事故電流に含まれる直流分が大きいと、事故時の瞬
時有効電力の変動が大きくなり、発電機にとって機械的
なストレスがさらに助長されるおそれがあった。

【００１２】また、従来の半導体交流スイッチ装置の制
御方式では、電源システムの事故を検出し、遮断すると
いう動作を行うため、負荷・調相設備による突入電流や
電圧歪みによる誤遮断を避ける必要があり、時限を設け
たり、検出レベルを通常時の電流・電圧に対して十分余
裕を有するように設定したりしていて、電源システムの
事故検出からゲート抑止まで数ｍｓ程度かかっていた。
逆に、事故検出を瞬時に行うおうとすれば、大容量の変
圧器などの投入により連系を誤遮断し、かえってシステ
ムに悪影響を与える恐れがあった。

【００１３】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るためになされたもので、受電・電源システムを連系す
る装置を自己消弧形半導体素子から構成し、事故電流の
立ち上がり時点で事故電流を抑制制御することにより、
事故電流の大きさを機械式スイッチや従来のサイリスタ
スイッチを用いたものよりも小さくし、また、重畳する
直流電流成分も小さくすることのできる半導体交流スイ
ッチ装置を提供することを目的とする。

【００１４】本発明はまた、電源システムの事故検出に
より完全に遮断するのではなく、半導体交流スイッチ装
置を通過する交流電流をフィードバック制御によって所
望値以下に常に抑制することにより、事故電流の抑制を
遅れなく瞬時に可能にし、しかも不要なシステム解列も
防止できる半導体交流スイッチ装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電源
あるいは電源及び負荷から成る複数の受電・電源システ
ム相互間を連系装置により連系する複数の相から構成さ
れる半導体交流スイッチ装置において、自己消弧形半導
体素子を有する自己消弧形スイッチ手段と、前記連系装
置を通過する電流あるいは電力を検出し、前記スイッチ
手段を制御する抑制制御手段とを備え、前記連系装置を
通過する電流あるいは電力が所定値以下となるようフィ
ードバック制御を行なうようにしたものである。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１に記載の半導
体交流スイッチ装置において、前記抑制制御手段の中
に、前記自己消弧形スイッチ手段の動作監視手段又は受
電・電源システムの状態監視手段を備え、電流抑制動作
が継続又は前記受電・電源システムの事故が継続する場
合には、恒久的に前記スイッチ手段をオフ状態に維持す
るようにしたものである。

【００１７】請求項３の発明は、請求項２に記載の半導
体交流スイッチ装置において、前記自己消弧形スイッチ
手段と直列に接続された遮断器を備え、電流抑制動作が
継続又は前記受電・電源システムの事故が継続する場合
には、前記スイッチ手段を恒久的にオフ状態に維持する
と共に、前記遮断器を開放するようにしたものである。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かに記載の半導体交流スイッチ装置において、前記自己
消弧形スイッチ手段の抑制制御手段は、電流検出手段又
は電力検出手段、基準信号発生手段、比較・演算手段、
制御ゲート信号発生手段及び極間電圧検出手段から構成
され、前記自己消弧形スイッチ手段内の自己消弧形半導
体素子を通過する交流電流の瞬時値が基準値以上になる
と、前記自己消弧形半導体素子をターンオフさせ、その
極間電圧が所定値以下になった時に再度ターンオンさせ
るようにしたものである。

【００１９】請求項５の発明は、請求項１，２又は４に
記載の半導体交流スイッチ装置において、前記複数の受
電・電源システムを連系開始する際には、複数の受電・
電源システム相互間の同期をとり、前記自己消弧形スイ
ッチ手段をオンさせるようにしたものである。

【００２０】請求項６の発明は、請求項３に記載の半導
体交流スイッチ装置において、前記自己消弧形スイッチ
手段と遮断器で前記複数の受電・電源システムを連系開
始する際には、前記遮断器を投入した後に複数の受電・
電源システム相互間の同期をとり、前記スイッチ手段を
オンさせるようにしたものである。

【００２１】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載の半導体交流スイッチ装置において、前記自己
消弧形スイッチ手段として、逆阻止能力のある自己消弧
形半導体素子の逆並列接続構成、又は逆阻止能力のない
自己消弧形半導体素子と逆阻止能力のあるダイオードと
の並列接続構成を、互いに逆方向に直列接続した構成に
したものである。

【００２２】請求項８の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載の半導体交流スイッチ装置において、当該交流
スイッチに対して並列に第１の電圧抑制手段を設けると
共に直列に電流上昇抑制手段を設け、第２の電圧抑制手
段を前記交流スイッチと電流上昇抑制手段との直列接続
構成に対して並列に設けたものである。

【００２３】請求項９の発明は、請求項２又は３に記載
の半導体交流スイッチ装置において、前記自己消弧形ス
イッチ手段の動作監視手段として、自己消弧形スイッチ
のターンオフ動作回数判定手段を設け、前記受電・電源
システムの状態監視手段として、交流電圧低下検出手段
を設け、事故などにより、交流電圧低下が継続した場
合、あるいは交流電圧低下が継続し、かつターンオフ動
作が所定値以上の回数実施された場合、恒久的に前記自
己消弧形半導体素子をターンオフ状態に維持するように
したものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の
半導体交流スイッチ装置の構成を示している。図１に示
す半導体交流スイッチ装置３は、従来例として図１３に
示した回路における半導体交流スイッチ装置３に置き換
えて適用されるものである。

【００２５】本実施の形態の半導体交流スイッチ装置３
は、自己消弧形半導体素子を含む複数相のアームから構
成される自己消弧形スイッチ回路７０と、当該自己消弧
形スイッチ回路７０を通過する電流あるいは電力を計測
し、当該電流あるいは電力を所定値以下にフィードバッ
ク制御する機能を有する抑制制御回路８０から構成され
る。

【００２６】自己消弧形スイッチ回路７０は、複数の逆
阻止能力のある自己消弧形半導体素子の逆並列接続から
構成された３相のスイッチアーム７１〜７３を備えてい
る。ただし、他の構成でも、同一の機能が実現できるも
のであれば構わない。また、以下では３相構成で説明す
るが、非接地のシステムでは、２相スイッチ構成にして
も同じ機能が実現できる。

【００２７】図２に示すように、図１における自己消弧
形スイッチ回路７０の各スイッチアーム７１〜７３は、
逆素子能力のある自己消弧形半導体素子２０１を逆並列
接続した構成になっている。これらの自己消弧形半導体
素子２０１には、並列に第１の電圧抑制素子２０２を接
続し、電流上昇抑制素子２０３を直列接続してある。さ
らに、第２の電圧抑制素子２０４を自己消弧形半導体素
子２０１と電流上昇抑制素子２０３との直列接続構成に
対して並列に接続してある。なお、電圧抑制素子２０
２，２０４としては抵抗器、コンデンサ、非線型抵抗器
あるいはそれらの組み合わせ回路を用いることができ、
あるいは整流回路と抵抗器、コンデンサの組み合わせを
用いてもよい。また電流上昇抑制素子２０３には、リア
クトルあるいは可飽和リアクトルを用いる。

【００２８】図３は、抑制制御回路８０の詳細を示して
いる。抑制制御回路８０は、電流検出部３０１、基準値
発生部３０２、比較・演算部３０３、ゲート信号発生部
３０４から構成してある。

【００２９】図４は、図３に示した抑制制御回路８０に
おける比較・演算部３０３及びゲート信号発生部３０４
の詳細を示している。比較・演算部３０３は絶対値回路
４０１、減算回路４０２及び演算回路４０３から構成さ
れている。また、ゲート信号発生部３０４は発振回路５
０１及び比較回路５０２から構成されている。

【００３０】上記構成の第１の実施の形態の半導体交流
スイッチ装置の動作原理は、次の通りである。受電・電
源システム１の通常動作状態では、自己消弧形スイッチ
回路７０を通過する電流あるいは電力は、半導体交流ス
イッチ装置３の定格以内であり、この状態では抑制制御
回路８０から自己消弧形スイッチ回路７０ヘゲート信号
ａが連続的に与えられ、自己消弧形スイッチ回路７０は
特に通過電流を制御することなく、相互に連系する複数
の受電・電源システム１，２間の電力融通が自由に行わ
れる。

【００３１】しかし、受電・電源システム１，２の１つ
に事故が発生し、半導体交流スイッチ装置３に事故電流
が流れるような状況において、自己消弧形スイッチ回路
７０を通過する電流・電力は増加する。この電流あるい
は電力の増加を見て、抑制制御回路８０はゲート信号ａ
を抑止し、自己消弧形スイッチ回路７０を高速にオフ制
御し、通過する電流あるいは電力を所望の値より小さい
値に抑制する。そして通過する電流あるいは電力が小さ
く抑制された後は、再度、自己消弧形スイッチ回路７０
をオンさせ、電流あるいは電力の融通を行なわせる。こ
のようにしてオン・オフの動作を高速に繰り返し行なう
ことにより、半導体交流スイッチ装置３を通過する電流
あるいは電力のピーク値を高速にかつ滑らかに抑制す
る。

【００３２】また、受電・電源システムの事故が継続
し、自己消弧形スイッチ回路７０の電流あるいは電力抑
制状態が継続した場合には、抑制制御回路８０は恒久的
にゲート信号を抑止し、自己消弧形スイッチ回路７０を
恒久的にオフさせ、複数の受電・電源システム１，２の
連系を解列させる動作を行う。

【００３３】こうして、本実施の形態の半導体交流スイ
ッチ装置３では、複数の受電・電源システム１，２相互
間を連系する連系部において、単に、通電による連系、
遮断による解列から成る従来の連系方式の２つの状態に
加え、受電・電源システム１，２の事故による電流ある
いは電力の増大を所定値以下に継続的に抑制する中間状
態を有し、事故継続の場合には完全に遮断して解列する
動作を行うのである。

【００３４】このように半導体交流スイッチ装置３を動
作させると、例えば、変圧器などの負荷投入時の突入電
流を抑制することが可能となる。さらに、電流あるいは
電力を抑制している期間中に受電・電源システムの事故
か負荷投入かを判断することが可能となり、誤って複数
の受電・電源システム１，２を解列することがなくな
り、複数の受電・電源システム１，２の連系を継続する
ことによる電源信頼性の向上が図れ、また経済的な電力
運用が実現できる。

【００３５】本実施の形態の半導体交流スイッチ装置３
の動作を、さらに具体的に説明する。図３の抑制制御回
路８０における電流検出部３０１は、半導体自己消弧形
スイッチ回路７０を通過する各相の電流を計器用変流器
５０により電子回路に適合したレベルの信号に変換して
取り込む。この信号から電流検出部３０１は、通過電流
信号ｅを作成する。比較・演算部３０３は、通過電流信
号ｅと基準値発生部３０２からの基準値信号ｆとを比較
し、比較結果により、ゲート信号発生部３０４からのゲ
ート信号ａを制御する。

【００３６】通過電流信号ｅが基準値信号ｆより小さい
場合は、電流を抑制する必要がないので、ゲート信号発
生部３０４から自己消弧形半導体素子２０１ヘゲート信
号ａが連続的に与えられ、自己消弧形半導体素子２０１
は通電状態を継続し、受電・電源システム１，２の連系
を継統する。反対に、通過電流信号ｅが基準値信号ｆよ
り大きい場合は、ゲート信号発生部３０４からのゲート
信号ａを停止させ、自己消弧形半導体素子２０１をター
ンオフさせる。

【００３７】上述の動作を、図４によりさらに詳細に説
明する。通過電流信号ｅは、絶対値回路４０１により、
その絶対値が検出され、通過電流の通電方向にかかわら
ず、瞬時瞬時の大きさが得られる。絶対値回路４０１の
出力信号は減算回路４０２に入力され、さらに基準値信
号ｆとの差が演算回路４０３に入力される。

【００３８】演算回路４０３は比例演算、比例積分演算
などフィードバック制御の誤差増幅演算を行なう回路で
あり、適宜の演算方式を選択して用いている。演算回路
４０３は、以下の動作を行なう。

【００３９】(1)通過電流信号ｅの絶対値＞基準値信号
ｆならば、制御信号ｇを減少させる。

【００４０】(2)通過電流信号ｅの絶対値＜基準値信号
ｆならば、制御信号ｇを増加させる。

【００４１】(3)ただし、０＜ｆ＜１のリミットを行な
う。

【００４２】制御信号ｇは、ゲート信号発生部３０４に
入力される。ゲート信号発生部３０４の中には発振回路
５０１があり、高い周波数の三角波信号を出力する。三
角波信号の振幅は、０〜１である。この信号と制御信号
ｇとを比較回路５０２へ入力し、ゲート信号ａを得る。
比較回路５０２は、制御信号ｇ＞三角波信号の場合にゲ
ート信号ａを出力し、逆の場合にはゲート信号ａを抑止
する。したがって、(1)通過電流信号ｅの絶対値＞基準
値信号ｆの場合、制御信号ｇは１未満の値になり、ゲー
ト信号ａは断続的な信号になる。

【００４３】(2)通過電流信号ｅの絶対値＜基準値信号
ｆの場合、制御信号ｇは１以上の値になるが、リミット
操作により１に等しくなり、連続的にゲート信号ａが出
力される。

【００４４】ここで、基準値信号ｆを半導体交流スイッ
チ装置３の常時の最大電流ピーク値程度に設定しておけ
ば、通常の範囲の電流の場合は、自己消弧形半導体素子
２０１は常にオン状態にあり、特に、通過電流を制限し
ない。しかし、受電・電源システム１，２で事故が発生
し事故電流が通過するような場合には、上記の動作が高
速に行なわれ、通過電流を抑制する。

【００４５】図２に戻り、主回路の動きを説明する。３
相各相における自己消弧形半導体素子２０１がターンオ
フすると、それまで、自己消弧形半導体素子２０１を通
過していた電流が急速に遮断されるので、電流の通過経
路の浮遊インダクタンス、変圧器インピーダンスなどの
インダクタンス成分により誘導電圧が発生する。自己消
弧形半導体素子２０１にはこの誘導電圧が印加される。
発生する誘導電圧の大きさは、インダクタンスと電流の
変化速度の積で決まる。したがって、電流遮断が急速に
行われると大きな過電圧が自己消弧形半導体素子２０１
の極間に印加され、自己消弧形半導体素子２０１が破損
するおそれがある。

【００４６】そこで、自己消弧形半導体素子２０１と並
列接続した電圧抑制素子２０２及び２０４に遮断時の電
流を転流させて電流の減少速度を低減させることにより
過電圧を抑制し、自己消弧形半導体素子２０１を保護す
る。このとき、自己消弧形半導体素子２０１の電流の大
部分が第２の電圧抑制素子２０４に転流し、第１の電圧
抑制素子２０２へ流れ込む電流は少なくなるように、電
圧抑制素子２０２，２０４の構成、定数を予め決めてあ
る。

【００４７】自己消弧形半導体素子２０１がターンオフ
すると通過電流は減少し、通過電流信号ｅも同様に減少
する。通過電流信号ｅが基準値信号ｆより小さくなる
と、ゲート信号発生部３０４は、再度、自己消弧形半導
体素子２０１にゲート信号ａを与え、自己消弧形半導体
素子２０１がターンオンする。このとき、第２の電圧抑
制素子２０４を流れていた電流が自己消弧形半導体素子
２０１に転流する。自己消弧形半導体素子２０１にとっ
て電流上昇率が大き過ぎると、自己消弧形半導体素子２
０１が破損するおそれがある。そこで電流上昇抑制素子
２０３は、自己消弧形半導体素子２０１を通過する電流
の上昇速度を抑制し、自己消弧形半導体素子２０１を安
全にターンオン動作させる。

【００４８】受電・電源システム１，２の事故などが継
続していると、自己消弧形半導体素子２０１が再度ター
ンオンしたときに、また過電流が流れるおそれがある
が、この場合も上述の動作を繰り返し、通過電流が基準
値信号ｆに相当する電流値以下になるように、通過する
交流電流を制御する。

【００４９】以上のように、本実施の形態の半導体交流
スイッチ装置３では、常に、通過電流のピーク値をフィ
ードバック制御するので、事故電流の立ち上がり時点で
事故電流を抑制制御し、事故電流の大きさを機械式スイ
ッチや従来のサイリスタスイッチの場合よりも小さく
し、また、重畳する直流電流成分も小さくすることがで
きる。

【００５０】また、事故電流の抑制は、受電・電源シス
テム１，２の事故検出により完全に遮断するのではな
く、通過する交流電流を所望値以下に常に抑制すること
により行うので、事故電流の抑制が遅れなく瞬時に可能
である。さらに、事故電流の抑制動作中に受電・電源シ
ステム１，２の事故を十分確認した後に完全に遮断する
ようにすることにより、通常操作による電圧歪や突入電
流による不要なシステム解列が防止できる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図５に基づいて説明する。第２の実施の形態は、図
１〜図４に示した第１の実施の形態に対して、抑制制御
回路８０が受電・電源システム１，２間の連系部の各相
の電流を検出する代わりに電力を検出して必要に応じて
電力を抑制制御する点に特徴がある。なお、その他の構
成要素はすべて第１の実施の形態と共通である。

【００５２】図５に示した抑制制御回路８０における電
力検出部３０５は、連系部の通過電力を検出するため、
各相の変流器５０からの信号と変成器６０からの信号を
入力し、通過電力を検出して電力信号ｈを出力する。

【００５３】本実施の形態では、制御に用いる信号が通
過電流信号ｅではなく、通過電力信号ｈに代わり、基準
値信号ｆもそれに見合った値に設定するだけであり、そ
の動作は、第１の実施の形態と同様なので説明を省略す
る。また、第２の実施の形態の作用効果も、第１の実施
の形態と同様である。

【００５４】次に、本発明の第３の実施の形態の半導体
交流スイッチ装置について説明する。なお、以下の各実
施の形態については通過電流を用いて説明するが、第１
の実施の形態に対する第２の実施の形態と同様、通過電
力を用いても同様な作用効果が得られる。

【００５５】図６は、第３の実施の形態の半導体交流ス
イッチ装置における抑制制御回路８０の構成を示してい
る。本実施の形態の場合、図３に示した第１の実施の形
態の半導体交流スイッチ装置における抑制制御回路８０
に対して、自己消弧形スイッチ回路７０内の各相のスイ
ッチアーム７１〜７３の自己消弧形半導体素子２０１に
対する動作監視部３０６を設け、この動作監視部３０６
からゲート信号発生部３０４にゲート抑止信号ｉを入力
するように構成してある。

【００５６】次に、本実施の形態の動作について、第１
の実施の形態と異なる部分について説明する。受電・電
源システム１で事故が発生すると、第１の実施の形態で
説明したように自己消弧形スイッチ回路７０は事故電流
を所望の電流以下に抑制するため、抑制制御回路８０に
よりオン・オフ動作を繰り返す。

【００５７】事故が継続する場合、事故電流が継続して
流れるので、自己消弧形スイッチ回路７０のオン・オフ
回数が増加する。動作監視部３０６はカウンタ回路ある
いはそれに相当する手段によってこの回数をカウント
し、所定値を超えるとゲート抑止信号ｉを出力する。ゲ
ート信号発生部３０４は、このゲート抑止信号ｉにより
ゲート信号ａの出力を恒久的に抑止する。こうしてゲー
ト信号ａが恒久的に抑止されれば、自己消弧形スイッチ
回路７０は恒久的にオフ状態となり、受電・電源システ
ム１，２間の連系が解列される。

【００５８】第３の実施の形態の半導体交流スイッチ装
置においては、第１の実施の形態と同様の作用効果に加
え、受電・電源システム１，２の一方に事故が発生した
場合には完全に連系を解列することができるため、受電
・電源システム１，２の健全な方ヘの事故の継続波及を
防止し、健全な受電・電源システムの運転信頼性が向上
する。

【００５９】次に、本発明の第４の実施の形態の半導体
交流スイッチ装置について、図７を用いて説明する。第
４の実施の形態の特徴は、図６に示した第３の実施の形
態の抑制制御回路８０のように自己消弧形スイッチ回路
７０の動作を監視する動作監視部３０６に代えて、受電
・電源システム１の状態を監視するため、状態監視部３
０７を設けた点にある。

【００６０】本実施の形態では、受電・電源システム
１，２の事故継続を判断するため、変成器６０からの電
圧信号によって不足電圧を検出することにより、状態監
視部３０７からゲート抑止信号ｉを出力する。このゲー
ト抑止信号ｉによる動作は、図６に示した第３の実施の
形態と同様なので説明を省略する。

【００６１】なお、状態監視部３０７による受電・電源
システム１，２の事故継続の判断のためには、不足電圧
検出のほかに、過電流検出、電力の変動検出などを組み
合わせて用いてもよい。

【００６２】また、第３の実施の形態の自己消弧形スイ
ッチ回路７０に対する動作監視回路３０５からの信号と
本実施の形態で採用している状態監視回路３０７からの
信号との論理積を用いてゲート抑止信号ｉを作成するよ
うにしてもよい。

【００６３】これにより、第４の実施の形態では、第３
の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

【００６４】次に、本発明の第５の実施の形態につい
て、図８を用いて説明する。第５の実施の形態の特徴
は、図６に示した第３の実施の形態に対して、さらに自
己消弧形スイッチ回路７０に直列に遮断器９を設け、動
作監視部３０６からトリップ信号ｊを出力するようにし
た点にある。

【００６５】この第５の実施の形態では、受電・電源シ
ステム１，２の事故が継続する場合、動作監視部３０６
からゲート抑止信号ｉを出力し、自己消弧形スイッチ回
路７０をオフすると共に、遮断器９をトリップ信号ｊに
より開放させる。これにより、第３の実施の形態と同様
な作用効果に加え、遮断器９を開放することにより、さ
らに確実に２つの受電・電源システム１，２間を解列す
ることができる。また、遮断器９の開放により、自己消
弧形スイッチ回路７０の極間に印加する電圧がなくな
り、自己消弧形スイッチ回路７０の構成要素の電圧電流
ストレスが軽減され、より経済的な半導体交流スイッチ
装置の実現が可能となる。

【００６６】なお、この第５の実施の形態において、遮
断器９をトリップさせる信号ｊを作成するためには、第
３の実施の形態と同様の動作監視部３０６からの信号に
加え、図７に示す第４の実施の形態で採用した状態監視
部３０７からの信号を用い、これらの論理積により信号
ｊを出力するようにすることもできる。

【００６７】次に、本発明の第６の実施の形態の半導体
交流スイッチ装置を、図９を用いて説明する。第６の実
施の形態の特徴は、自己消弧形スイッチ回路７０の極間
に印加する電圧を検出するための電圧検出器１０を設
け、第１の実施の形態と同様の構成の抑制制御回路８０
におけるゲート信号発生部３０４に対してゼロクロス信
号ｋを与えるようにした点にある。

【００６８】この第６の実施の形態の半導体交流スイッ
チ装置では、抑制制御回路８０は図３に示した第１の実
施の形態とほぼ同様に動作するが、自己消弧形スイッチ
回路７０を一旦オフした後に再度オンする場合に、電圧
検出器１０からのゼロクロス信号ｋにより制御を行なう
点が異なる。

【００６９】以下、再度オンする場合の動作について、
図２と図９を用いて説明する。自己消弧形スイッチ回路
７０における各スイッチアーム７１〜７３の自己消弧形
半導体素子２０１が一旦ターンオフすると、通過電流は
電圧抑制素子２０４に転流する。通過電流は交流電流で
あるので、交流の半サイクル程度経過すると、電流はゼ
ロクロスを通過する。このとき、極間電圧もゼロになる
が、電圧検出器１０は極間電圧がゼロになったことを検
出し、このときゼロクロス信号ｋをゲート信号発生部３
０４に与える。ゲート信号発生部３０４は、ゼロクロス
信号ｋが与えられるのを待って、再度自己消弧形スイッ
チ回路７０にゲート信号ａを与え、自己消弧形スイッチ
回路７０の自己消弧形半導体素子２０１をオンする。

【００７０】このような動作を行うことで、第６の実施
の形態では、第１の実施の形態と同じ作用が得られるこ
とに加え、再度オンする時に自己消弧形スイッチ回路７
０への電流突入が小さく抑制されるので、安全な再オン
が可能である。また、これにより、第１の実施の形態の
自己消弧形スイッチ回路７０における各スイッチアーム
７１〜７３では必要であった電流上昇抑制素子２０３と
第１の電圧抑制素子２０２を省略することができる。

【００７１】なお、この第６の実施の形態では、自己消
弧形スイッチ回路７０の再オン時のストレスを小さくす
るために極間電圧検出器１０を用いたが、自己消弧形ス
イッチ回路７０の通過電流のゼロクロスを検出し、その
信号を用いても同様な動作が得られる。

【００７２】次に、本発明の第７の実施の形態の半導体
交流スイッチ装置について、図１０を用いて説明する。
本実施の形態の特徴は、図８の第５の実施の形態と同様
に自己消弧形スイッチ回路７０に直列に遮断器９を接続
し、また第５の実施の形態の抑制制御回路８０に対し
て、２つの受電・電源システム１，２間の同期検出部３
０８を加えた構成にある。

【００７３】この第７の実施の形態の半導体交流スイッ
チ装置では、通過電流あるいは電力の制御動作は第５の
実施の形態の動作とほぼ同様である。本実施の形態で
は、一旦、２つの受電・電源システム１，２間の連系を
解列した後、再度連系を開始する際に、まず遮断器９を
投入し、次いで自己消弧形スイッチ回路７０をオン状態
にする動作を行なう。

【００７４】自己消弧形スイッチ回路７０を再度オンす
るタイミングは、２つの受電・電源システム１，２間の
交流電圧の位相・大きさが一致したことを同期検出部３
０８にて検出し、同期信号ｌがゲート信号発生部３０４
に与えられたタイミングとし、この自己消弧形スイッチ
回路７０が再度オンすることによって、２つの受電・電
源システム１，２間の連系が確立する。なお、自己消弧
形スイッチ回路７０は半導体素子回路であるため、極め
て正確にオンタイミングが調整できる。

【００７５】これにより、第７の実施の形態では、第５
の実施の形態と同様の作用効果を奏すると共に、受電・
電源システム１，２間の円滑な連系再開が可能である。
また、本実施の形態では、自己消弧形スイッチ回路７０
と直列に遮断器９が接続された構成で説明したが、自己
消弧形スイッチ回路７０のみの構成の場合でも、同様の
作用効果が得られる。

【００７６】次に、本発明の第８の実施の形態を、図１
１を用いて説明する。第８の実施の形態の特徴は、図２
に示した第１の実施の形態〜図１０に示した第７の実施
の形態における自己消弧形スイッチ回路７０の構成を、
図１１に示したものに変更した点ある。本実施の形態の
半導体交流スイッチ装置における自己消弧形スイッチ回
路７０では、３相のスイッチアーム７１〜７３それぞれ
を図１１の構成にしている。なお、説明の簡単化のた
め、１相分のみが図示してある。

【００７７】図１１に示した自己消弧形スイッチ回路７
０は、逆素子能力のない自己消弧形型半導体素子２０５
とダイオード２０６とを直列構成したもの２つを逆並列
接続した構成である。なお、第１の電圧抑制素子２０
２、電流上昇抑制素子２０３及び第２の電圧抑制素子２
０４は上記の各実施の形態と同様である。

【００７８】この実施の形態によっても、第１の実施の
形態〜第７の実施の形態それぞれと自己消弧形スイッチ
回路７０の構成が異なるだけであり、動作は各実施の形
態と同様である。したがって、作用効果についても、各
実施の形態と同様である。

【００７９】なお、自己消弧形スイッチ回路７０は図１
２に示す構成にすることもできる。図１２に示す第９の
実施の形態における自己消弧形スイッチ回路７０は、自
己消弧形型半導体素子２０７とダイオード２０６とを並
列構成したものを直列接続した構成を示している。この
構成において、ＩＧＢＴのように１つのパッケージ内に
自己消弧形半導体素子とダイオードが収納された複合素
子を用いてもよい。

【００８０】

【発明の効果】以上にように本発明によれば、複数の受
電・電源システム相互間を連系する連系部において、単
に、通電による連系、遮断による解列から成る従来の連
系方式の２つの状態に加え、受電・電源システムの事故
による電流あるいは電力の増大を所定値以下に継続的に
抑制する中間状態を有し、事故継続の場合には完全に遮
断して解列する動作を行うので、例えば、変圧器などの
負荷投入時の突入電流を抑制することが可能となる。さ
らに、電流あるいは電力を抑制している期間中に受電・
電源システムの事故か負荷投入かを判断することが可能
となり、誤って複数の受電・電源システムを解列するこ
とがなくなり、複数の受電・電源システムの連系を継続
することによる電源信頼性の向上が図れ、経済的な電力
運用が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体交流スイッ
チ装置の回路図。

【図２】第１の実施の形態における自己消弧形スイッチ
回路の回路図。

【図３】第１の実施の形態における抑制制御回路のブロ
ック図。

【図４】第１の実施の形態における抑制制御回路内の比
較・演算部及びゲート信号発生部の回路図。

【図５】本発明の第２の実施の形態における自己消弧形
スイッチ回路及び抑制制御回路のブロック図。

【図６】本発明の第３の実施の形態における自己消弧形
スイッチ回路及び抑制制御回路のブロック図。

【図７】本発明の第４の実施の形態における自己消弧形
スイッチ回路及び抑制制御回路のブロック図。

【図８】本発明の第５の実施の形態における自己消弧形
スイッチ回路及び抑制制御回路のブロック図。

【図９】本発明の第６の実施の形態における自己消弧形
スイッチ回路及び抑制制御回路のブロック図。

【図１０】本発明の第７の実施の形態における自己消弧
形スイッチ回路及び抑制制御回路のブロック図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態における自己消弧
形スイッチ回路の回路図。

【図１２】本発明の第９の実施の形態における自己消弧
形スイッチ回路の回路図。

【図１３】一般的な半導体交流スイッチ装置によるシス
テム連系を示す回路図。

【図１４】従来例の半導体交流スイッチ装置の回路図。

【図１５】従来例における制御回路の回路図。

【図１６】従来例の遮断動作のタイミングチャート。

【符号の説明】

１ 受電・電源システム ２ 受電・電源システム ３ 半導体交流スイッチ装置 ９ 遮断器 １０ 電圧検出器 ５０ 変流器 ６０ 変成器 ７０ 自己消弧形スイッチ回路 ８０ 抑制制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G013 AA01 AA04 BA01 CA12 5G066 AB01 AE11 5H410 CC04 DD04 EA03 EA28 EA34 FF03 FF05 FF22 FF25 HH02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源あるいは電源及び負荷から成る複数
   の受電・電源システム相互間を連系装置により連系する
   複数の相から構成される半導体交流スイッチ装置におい
   て、 自己消弧形半導体素子を有する自己消弧形スイッチ手段
   と、前記連系装置を通過する電流あるいは電力を検出
   し、前記スイッチ手段を制御する抑制制御手段とを備
   え、 前記連系装置を通過する電流あるいは電力が所定値以下
   となるようフィードバック制御を行なうことを特徴とす
   る半導体交流スイッチ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体交流スイッチ装
   置において、前記抑制制御手段の中に、前記自己消弧形
   スイッチ手段の動作監視手段又は受電・電源システムの
   状態監視手段を備え、電流抑制動作が継続又は前記受電
   ・電源システムの事故が継続する場合には、恒久的に前
   記スイッチ手段をオフ状態に維持することを特徴とする
   半導体交流スイッチ装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体交流スイッチ装
   置において、前記自己消弧形スイッチ手段と直列に接続
   された遮断器を備え、電流抑制動作が継続又は前記受電
   ・電源システムの事故が継続する場合には、前記スイッ
   チ手段を恒久的にオフ状態に維持すると共に、前記遮断
   器を開放することを特徴とする半導体交流スイッチ装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体
   交流スイッチ装置において、前記自己消弧形スイッチ手
   段の抑制制御手段は、電流検出手段又は電力検出手段、
   基準信号発生手段、比較・演算手段、制御ゲート信号発
   生手段及び極間電圧検出手段から構成され、 前記自己消弧形スイッチ手段内の自己消弧形半導体素子
   を通過する交流電流の瞬時値が基準値以上になると、前
   記自己消弧形半導体素子をターンオフさせ、その極間電
   圧が所定値以下になった時に再度ターンオンさせること
   を特徴とする半導体交流スイッチ装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２又は４に記載の半導体交流
   スイッチ装置において、前記複数の受電・電源システム
   を連系開始する際には、複数の受電・電源システム相互
   間の同期をとり、前記自己消弧形スイッチ手段をオンさ
   せることを特徴とする半導体交流スイッチ装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の半導体交流スイッチ装
   置において、前記自己消弧形スイッチ手段と遮断器で前
   記複数の受電・電源システムを連系開始する際には、前
   記遮断器を投入した後に複数の受電・電源システム相互
   間の同期をとり、前記スイッチ手段をオンさせることを
   特徴とする半導体交流スイッチ装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体
   交流スイッチ装置において、前記自己消弧形スイッチ手
   段として、逆阻止能力のある自己消弧形半導体素子の逆
   並列接続構成、又は逆阻止能力のない自己消弧形半導体
   素子と逆阻止能力のあるダイオードとの並列接続構成
   を、互いに逆方向に直列接続した構成にしたことを特徴
   とする半導体交流スイッチ装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体
   交流スイッチ装置において、当該交流スイッチに対して
   並列に第１の電圧抑制手段を設けると共に直列に電流上
   昇抑制手段を設け、第２の電圧抑制手段を前記交流スイ
   ッチと電流上昇抑制手段との直列接続構成に対して並列
   に設けたことを特徴とする半導体交流スイッチ装置。
9. 【請求項９】 請求項２又は３に記載の半導体交流スイ
   ッチ装置において、前記自己消弧形スイッチ手段の動作
   監視手段として、自己消弧形スイッチのターンオフ動作
   回数判定手段を設け、前記受電・電源システムの状態監
   視手段として、交流電圧低下検出手段を設け、事故など
   により、交流電圧低下が継続した場合、あるいは交流電
   圧低下が継続し、かつターンオフ動作が所定値以上の回
   数実施された場合、恒久的に前記自己消弧形半導体素子
   をターンオフ状態に維持することを特徴とする半導体交
   流スイッチ装置。