JP2011222413A

JP2011222413A - 遮断装置

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Publication number: JP2011222413A
Application number: JP2010092400A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Murai; 謙介村井; Tadatoshi Babasaki; 忠利馬場崎; Norimitsu Tanaka; 憲光田中
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】スナバ回路を用いることなく、半導体遮断器を破損させずに電流を遮断する。
【解決手段】直流電源から給電線を介して給電される負荷と直流電源との間に設けられた遮断装置であって、給電線上の第１の接続点に接続されて電流値を検出する電流検出部と、給電線上の第２の接続点に接続され、電流検出部にて検出された電流値が所定の電流値に達すると、第２の接続点に流れる電流の遮断を開始する半導体遮断器と、給電線に流れる電流を分岐した電流によって電気エネルギーを蓄積し、給電線に流れる電流が増加し続ける場合、第１の接続点よりも上流で、蓄積した電気エネルギーを電流として給電線に出力し、半導体遮断器が電流の遮断を開始すると、第２の接続点よりも負荷側で、給電線を構成する正極線と負極線とを接続する電路を形成し、遮断の開始によって発生する起電力に応じた電流を、形成した電路を介して流す起電力抑制部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、短絡が発生した際に回路を保護する遮断装置に関する。

直流電源と直流電源から給電線を介して給電される負荷とを備えた給電回路においては、短絡が発生した際に回路を保護するために、電流を遮断する遮断装置が直流電源と負荷との間に設けられている。なお、短絡には、例えば地絡が含まれる。遮断装置としては、ヒューズや、半導体を用いた遮断器、サーキットブレーカ等が利用される。

半導体を用いた遮断器を利用した給電回路に短絡が発生すると、コレクタとエミッタとからなるスイッチング素子によって電流の遮断が開始される。このとき、直流電源から流れる電流の時間変化と、給電回路のインダクタンスとに応じた起電力が半導体にかかる。

これにより、半導体のコレクタとエミッタとの間の電圧値が急激に上昇し、半導体が破損してしまう恐れがある。以降、半導体を用いた遮断器のことを「半導体遮断器」といい、コレクタとエミッタとの間の電圧値のことを「半導体遮断器の両端間の電圧値」という。

半導体が破損するのを回避するために、半導体遮断器を利用した給電回路は、スナバ回路を備えているのか一般的である。なお、スナバ回路によって半導体遮断器の両端間の電圧値の急激な上昇を抑制するための技術が例えば、非特許文献１に開示されている。

図８は、半導体遮断器を利用した給電回路の一例を示す図である。

図８に示す給電回路は、直流電源８０と、遮断装置１００と、負荷９０とを備えている。

遮断装置１００は、制御部１１と、半導体遮断器１２と、電流検出部１３と、スナバ回路１０１とを備えている。

スナバ回路１０１においては通常、図８に示すように、抵抗とコンデンサとが直列に接続され、半導体遮断器１２とスナバ回路１０１とは、並列に接続されている。

また、図８に示した給電回路においては、正極線５１に流れる電流の電流値が電流検出部１３によって検出されている。そして、検出された電流値が所定の電流値に達すると、電流検出部１３は、制御部１１へ信号を出力する。そして、制御部１１は、電流検出部１３から出力された信号を受け付けると、半導体遮断器１２をオフの状態にすることにより、正極線５１に流れる電流の遮断が開始される。

半導体遮断器１２が電流の遮断を開始すると、電流がスナバ回路１０１に転流される。これにより、半導体遮断器１２の両端間の電圧値の急激な上昇が抑制され、半導体が破損するのを回避することができる。

http://www.fujielectric.co.jp/fdt/scd/technical/ application/pdf/RH984/RH984_05.pdf

上述したように、スナバ回路を用いれば、半導体遮断器が破損するのを回避することができる。

しかし、スナバ回路を用いた場合、スナバ回路の分だけ遮断装置が大きくなる。例えば、正極線と負極線との両方に流れる電流を遮断する必要がある場合、正極線上と負極線上の両方に半導体遮断器及びスナバ回路を設けなければならず、遮断装置の大型化が避けられない。この場合、遮断装置を設置するためのスペースが増大してしまうという問題点がある。

また、スナバ回路を用いた場合、電流の遮断が完了した後にスナバ回路のコンデンサを充電するために電流が流れる。そのため、直流電源から出力された電流を電流分配装置によって複数の給電系統に分岐して負荷へ給電している場合、短絡が発生した給電系統において電流を遮断することによって発生する電圧変動が、短絡が発生していない給電系統に伝播してしまうという問題点がある。

本発明は、スナバ回路を用いることなく、半導体遮断器を破損させずに電流の遮断を実現できる遮断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の遮断装置は、直流電源から給電線を介して給電される負荷と前記直流電源との間に設けられた遮断装置であって、
前記給電線上の第１の接続点に接続され、前記第１の接続点に流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、
前記給電線上の第２の接続点に接続され、前記電流検出部にて検出された電流値が所定の電流値に達すると、前記第２の接続点に流れる電流の遮断を開始する半導体遮断器と、
前記給電線に流れる電流を分岐し、該分岐した電流によって電気エネルギーを蓄積し、前記給電線に流れる電流が増加し続ける場合、前記第１の接続点よりも上流で、前記蓄積した電気エネルギーを電流として前記給電線に出力し、前記半導体遮断器が電流の遮断を開始すると、前記第２の接続点よりも前記負荷側で、前記給電線を構成する正極線と負極線とを接続する電路を形成し、前記遮断の開始によって発生する起電力に応じた電流を前記電路を介して流す起電力抑制部と、を有する。

本発明は以上説明したように構成されているので、短絡発生後、半導体遮断器が電流の遮断を開始したときに、直流電源から給電線を介して流れる電流が抑制される。これにより、直流電源から半導体遮断器までの間の給電線のインダクタンスに基づく起電力が抑制される。

また、半導体遮断器が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器から負荷までの間の給電線のインダクタンスに基づく起電力が半導体遮断器の両端間にかからなくなる。

従って、半導体遮断器の両端間の電圧値の急激な上昇を抑制することができ、スナバ回路を用いることなく、半導体遮断器を破損させずに電流の遮断を実現できる。

また、スナバ回路を用いた場合よりも遮断装置を設置するためのスペースを低減することができる。特に、正極線上と負極線上の両方に半導体遮断器を設けた場合でも、起電力抑制部をそれぞれの半導体遮断器に用いる必要がないため、遮断装置の省スペース化を実現できる。

また、スナバ回路を用いた場合よりも、電流の遮断時に、短絡が発生していない給電系統に伝搬する電圧変動を抑制することができる。

本発明の遮断装置を適用した給電回路の第１の実施形態の構成を示す図である。図１に示した遮断装置の場合と、半導体遮断器及びスナバ回路を用いた場合とにおいて、電流の遮断時の半導体遮断器の両端間の電圧値を測定したシミュレーション結果の一例を示す図であり、（ａ）が図１に示した遮断装置の場合を示す図、（ｂ）が半導体遮断器及びスナバ回路を用いた場合を示す図である。図１に示した遮断装置を適用した場合と、半導体遮断器及びスナバ回路を適用した場合とにおいて、短絡が発生していない給電系統に伝播する電圧変動を測定したシミュレーション結果の一例を示す図であり、（ａ）が図１に示した遮断装置を適用した場合を示す図、（ｂ）が半導体遮断器及びスナバ回路を適用した場合を示す図である。本発明の遮断装置を適用した給電回路の第２の実施形態の構成を示す図である。本発明の遮断装置を適用した給電回路の第３の実施形態の構成を示す図である。本発明の遮断装置を適用した給電回路の第４の実施形態の構成を示す図である。図６に示した遮断装置にさらにダイオードを備えた場合の構成の一例を示す図である。半導体遮断器を利用した給電回路の一例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の遮断装置を適用した給電回路の第１の実施形態の構成を示す図である。

本実施形態の給電回路は図１に示すように、遮断装置１０と、直流電源８０と、負荷９０とを備えている。

また、遮断装置１０と直流電源８０と負荷９０とは、正極線５１及び負極線５２から構成される給電線によって接続されている。そして、直流電源８０から給電線を介して電流が流れることにより、負荷９０へ給電される。

遮断装置１０は、直流電源８０と負荷９０との間に設けられており、制御部１１と、半導体遮断器１２と、電流検出部１３と、起電力抑制部であるコンデンサ１４及びダイオード１５とを備えている。

電流検出部１３は、給電線上の第１の接続点に接続され、第１の接続点に流れる電流の電流値を検出する。そして、電流検出部１３は、検出された電流値が所定の電流値に達すると、制御部１１へ信号を出力する。

制御部１１は、電流検出部１３から出力された信号を受け付けると、半導体遮断器１２をオンの状態からオフの状態へ切り替える。

半導体遮断器１２は、給電線上の第２の接続点に接続され、制御部１１によってオンの状態とオフの状態とが切り替えられる。半導体遮断器１２は、オンの状態からオフの状態に切り替えられることにより、第２の接続点に流れる電流の遮断を開始する。

コンデンサ１４は、第１及び第２の接続点よりも直流電源８０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。コンデンサ１４には、正極線５１に流れる電流が分岐されて流入する。コンデンサ１４は、流入した電流によって充電される。

ダイオード１５は、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続され、負極線５２から正極線５１への方向の電流を通過させる。

以下に、上記のように構成された給電回路における遮断装置１０の動作について説明する。

まず、図１に示した給電回路に短絡が発生していない場合について説明する。

図１に示した給電回路に短絡が発生していない場合には、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、負荷９０へ流れるだけではなくコンデンサ１４へも流入し、コンデンサ１４は充電された状態となる。また、ダイオード１５には常に逆電圧がかかるため、ダイオード１５には電流が流れない。従って、遮断装置１０は、コンデンサ１４とダイオード１５とがない場合と同様に動作する。

次に、図１に示した給電回路に短絡が発生した場合について説明する。

図１に示した給電回路に短絡が発生すると、直流電源８０から給電線を介して流れる電流が増加していく。また、コンデンサ１４からも給電回路に電流が流れ、時間とともに増加していく。そして、第１の接続点に流れる電流の電流値が所定の電流値に達すると、電流検出部１３が制御部１１へ信号を出力する。

電流検出部１３から出力された信号を受け付けた制御部１１は、半導体遮断器１２をオンの状態からオフの状態へ切り替える。これにより、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始する。

半導体遮断器１２が電流の遮断を開始すると、半導体遮断器１２に流れる電流が減少し、直流電源８０と遮断装置１０の給電線に流れる電流はコンデンサ１４に流れる。コンデンサ１４が電流によって充電されてコンデンサ１４の電圧が上がると、直流電源８０と遮断装置１０の給電線に流れる電流は減少する。これにより、半導体遮断器１２には以下の式（１）で表される起電力Ｖが発生する。

上記の式（１）において、Ｌ₁は直流電源８０から半導体遮断器１２までの間の給電線のインダクタンスであり、Ｌ₂は半導体遮断器１２から負荷９０までの間の給電線のインダクタンスである。また、Ｖ₀は直流電源８０の給電電圧であり、ｄＩ₁／ｄｔは直流電源８０から遮断装置１０までの給電線に流れる電流の時間変化であり、ｄＩ₂／ｄｔは遮断装置１０から負荷９０までの給電線に流れる電流の時間変化である。

本実施形態においては、短絡が発生していない状態では、直流電源８０から給電線を介して流れる電流はコンデンサ１４に分岐され、コンデンサ１４は分岐された電流によって充電される。つまり、コンデンサ１４は電気エネルギーを蓄積する。そして、短絡が発生すると、コンデンサ１４が放電することにより、コンデンサ１４と正極線５１との接続点から、蓄積された電気エネルギーが電流として正極線５１へ出力される。

また、本実施形態において、コンデンサ１４と正極線５１との接続点は、第１の接続点よりも電流の流れに対して上流にある。これにより、直流電源８０から給電線を介して流れる電流と、コンデンサ１４の放電によって流れる電流とを合わせた電流の電流値が所定の電流値に達すると、電流検出部１３は制御部１１へ信号を出力する。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、コンデンサ１４がない場合と比べて少なくなる。また、遮断開始後にはコンデンサ１４に電流が流れるため、電流の変化量はコンデンサ１４がない場合と比べて少なくなる。このため、上記の式（１）において、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））は、コンデンサ１４がない場合と比べて小さくなる。

さらに、本実施形態においてダイオード１５は、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。これにより、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１と負極線５２とを接続する電路が形成され、遮断装置１０から負荷９０までの給電線に流れる電流はほぼ変化せずに流れる。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２の両端間には、上記の式（１）において、インダクタンスＬ₂に基づく起電力（Ｌ₂（ｄＩ₂／ｄｔ））はかからない。すなわち、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２の両端間にかかる起電力は、直流電源８０による給電電圧Ｖ₀とインダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））との和のみとなる。

なお、遮断装置１０から負荷９０まででは、インダクタンスＬ₂に基づく起電力により、ダイオード１５を介して電流が流れるが、この電流は、給電線の抵抗によって電気エネルギーを消費し、徐々に減少していく。

図２は、図１に示した遮断装置１０の場合と、半導体遮断器及びスナバ回路を用いた場合とにおいて、電流の遮断時の半導体遮断器の両端間の電圧値を測定したシミュレーション結果の一例を示す図であり、（ａ）が図１に示した遮断装置１０の場合を示す図、（ｂ）が半導体遮断器及びスナバ回路を用いた場合を示す図である。図２では、定格電圧値が３８０Ｖである場合を一例として示している。

図２を参照すると、図１に示した遮断装置１０の場合、半導体遮断器１２による電流の遮断時の半導体遮断器１２の両端間の電圧の最大値は、半導体遮断器及びスナバ回路を用いた場合と同様に抑制されていることがわかる。

このように本実施形態の遮断装置１０は、第１及び第２の接続点よりも直流電源８０側で正極線５１及び負極線５２に接続されたコンデンサ１４と、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続され、負極線５２から正極線５１への方向の電流を通過させるダイオード１５とを備えている。

コンデンサ１４を備えていることにより、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））が抑制される。また、直流電源８０から給電線を介して流れる電流がコンデンサ１４に流入するため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときの電流が抑制され、半導体遮断器１２の両端間の電圧値を抑制することができる。

また、ダイオード１５を備えていることにより、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、インダクタンスＬ₂に基づく起電力（Ｌ₂（ｄＩ₂／ｄｔ））が半導体遮断器１２の両端間にかからなくなる。

従って、半導体遮断器１２の両端間の電圧値の急激な上昇を抑制することができ、スナバ回路を用いなくても、スナバ回路を用いた場合と同様に、半導体遮断器１２を破損させずに電流の遮断を実現できる。

また、スナバ回路を用いる必要がなくなるため、遮断装置の省スペース化を実現できる。

また、スナバ回路を用いる必要がなくなるため、電流の遮断を完了した後にスナバ回路のコンデンサを充電するための電流が流れることがない。そのため、直流電源８０から出力された電流を電流分配装置によって複数の給電系統に分岐して負荷へ給電している場合、短絡が発生した給電系統において電流を遮断することによって発生する電圧変動が、短絡が発生していない給電系統に伝播するのを抑制できる。

図３は、図１に示した遮断装置１０を適用した場合と、半導体遮断器及びスナバ回路を適用した場合とにおいて、短絡が発生していない給電系統に伝播する電圧変動を測定したシミュレーション結果の一例を示す図であり、（ａ）が図１に示した遮断装置１０を適用した場合を示す図、（ｂ）が半導体遮断器及びスナバ回路を適用した場合を示す図である。図３では、定格電圧値が３８０Ｖである場合を一例として示している。

図３を参照すると、図１に示した遮断装置１０を適用した場合、短絡が発生していない給電系統に伝播する電圧変動は、半導体遮断器及びスナバ回路を適用した場合と比べて抑制されていることがわかる。

また、直流電源８０から出力された電流を電流分配装置によって複数の給電系統に分岐して負荷へ給電している場合、短絡が発生した給電系統からの過電圧変動が他の給電系統へ伝播するのを回避するために、電流分配装置はコンデンサを備えている必要がある。しかし、本実施形態の構成の場合、電流分配装置のコンデンサをコンデンサ１４で代用できる。そのため、電流分配装置にコンデンサを備えておく必要がなくなり、電流分配装置を小型化することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の遮断装置を適用した給電回路の第２の実施形態の構成を示す図である。

本実施形態の給電回路において遮断装置２０は、上述した第１の実施形態における遮断装置１０と比べると、ダイオード１５の代わりにコンデンサ１６を備えている点が異なる。つまり、本実施形態においては、第１のコンデンサであるコンデンサ１４と第２のコンデンサであるコンデンサ１６との２つのコンデンサによって起電力抑制部を構成することとなる。他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。

コンデンサ１６は、第１の接続点よりも直流電源８０側、かつ、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。

以下に、上記のように構成された給電回路における遮断装置２０の動作について説明する。

まず、図４に示した給電回路に短絡が発生していない場合について説明する。

図４に示した給電回路に短絡が発生していない場合には、上述した第１の実施形態と同様に、コンデンサ１４は充電された状態となる。また、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、コンデンサ１６へも流入し、コンデンサ１６も充電された状態となる。つまり、コンデンサ１４，１６は電気エネルギーを蓄積する。充電後はコンデンサ１４，１６には電流が流れないため、遮断装置２０は、コンデンサ１４，１６がない場合と同様に動作する。

次に、図４に示した給電回路に短絡が発生した場合について説明する。

短絡が発生すると、充電されているコンデンサ１４，１６は、コンデンサ１４，１６と正極線５１との接続点から、蓄積された電気エネルギーを電流として正極線５１へ出力する。

また、本実施形態において、コンデンサ１４，１６と正極線５１との接続点は、第１の接続点よりも電流の流れに対して上流にある。これにより、直流電源８０から給電線を介して流れる電流と、コンデンサ１４，１６の放電によって流れる電流とを合わせた電流の電流値が所定の電流値に達すると、電流検出部１３は制御部１１へ信号を出力する。

コンデンサ１４に加えてコンデンサ１６を備えていることにより、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、第１の実施形態の場合よりも、さらに少なくなる。この場合、上記の式（１）において、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））は、第１の実施形態の場合よりもさらに小さくなる。

また、本実施形態においてコンデンサ１６は、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。これにより、第２の接続点よりも負荷９０側の正極線５１と負極線５２とを接続する電路が形成される。また、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、コンデンサ１６には充電電圧が保持されている。この充電電圧は、半導体遮断器１２の両端間の電圧値を抑制する効果を持つ。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときの半導体遮断器１２の両端間の電圧値は、直流電源８０による給電電圧Ｖ₀とインダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））との和から、さらに、コンデンサ１６の充電電圧を差し引いた値となる。

また、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２に流れる電流は、直流電源８０から流れる電流とコンデンサ１４から流れる電流との和になり、コンデンサ１６から流れる電流は含まれない。そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始するときに、半導体遮断器１２に流れる電流は、第1の実施形態の場合よりも抑制される。

なお、インダクタンスＬ₂に基づいた起電力により、コンデンサ１６を介して、負荷９０側の給電線には電流が流れる。この電流によってコンデンサ１６は充電と放電とを繰り返す。つまり、コンデンサ１６としては、プラス側とマイナス側とが固定されていない無極性のコンデンサを用いる必要がある。そして、負荷９０側の給電線に流れる電流は、給電線の抵抗によって電気エネルギーが消費されるため徐々に減少していく。

このように本実施形態の遮断装置２０は、第１及び第２の接続点よりも直流電源８０側で正極線５１及び負極線５２に接続されたコンデンサ１４と、第１の接続点よりも直流電源８０側、かつ、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されたコンデンサ１６とを備えている。

コンデンサ１４に加えてコンデンサ１６を備えていることにより、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））が、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制される。また、直流電源８０から給電線を介して流れる電流がコンデンサ１４に流入するため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときの電流が抑制される。そのため、半導体遮断器１２の両端間の電圧値が、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制される。

また、コンデンサ１６を備えていることにより、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、インダクタンスＬ₂に基づく起電力（Ｌ₂（ｄＩ₂／ｄｔ））が半導体遮断器１２の両端間にかからなくなる。また、コンデンサ１６には充電電圧を保持されているため、半導体遮断器１２の両端間の電圧値は、その充電電圧の分だけ、第１の実施形態の場合よりも抑制される。

従って、本実施形態においては、半導体遮断器１２の両端間の電圧値の急激な上昇を、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制することができる。

（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態において遮断装置２０は、無極性のコンデンサ１６を備えていた。この場合、インダクタンスＬ₂に基づく起電力による電流が流れる際に、コンデンサ１６に過放電が発生し、逆電圧によって半導体遮断器１２にその逆電圧に応じた過電圧がかかる可能性がある。

本実施形態では、コンデンサ１６に過放電が発生するのを回避できる遮断装置について説明する。

図５は、本発明の遮断装置を適用した給電回路の第３の実施形態の構成を示す図である。

本実施形態の給電回路において遮断装置３０は、上述した第２の実施形態における遮断装置２０と比べると、ダイオード１５を備えている点が異なる。つまり、本実施形態においては、第１のコンデンサであるコンデンサ１４と第２のコンデンサであるコンデンサ１６とダイオード１５とによって起電力抑制部を構成することとなる。他の構成は第２の実施形態と同様であるため、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。

以下に、上記のように構成された給電回路における遮断装置３０の動作について説明する。

まず、図５に示した給電回路に短絡が発生していない場合について説明する。

図５に示した給電回路に短絡が発生していない場合には、上述した第２の実施形態の場合と同様に、コンデンサ１４，１６は充電された状態となる。また、上述した第１の実施形態の場合の同様に、ダイオード１５には常に逆電圧がかかるため、ダイオード１５には電流が流れない。従って、遮断装置３０は、コンデンサ１４，１６とダイオード１５とがない場合と同様に動作する。

次に、図５に示した給電回路に短絡が発生した場合について説明する。

短絡が発生し、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始すると、第１及び第２の実施形態の場合と同様に、上記の式（１）で表される起電力Ｖが半導体遮断器１２に発生する。

本実施形態においては、第２の実施形態と同様に、コンデンサ１４，１６が備えられている。また、コンデンサ１４，１６と正極線５１との接続点は、第１の接続点よりも電流の流れに対して上流にある。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、第２の実施形態の場合と同様に、第１の実施形態の場合よりもさらに少なくなる。この場合、第２の実施形態の場合と同様に、上記の式（１）において、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））は、第１の実施形態の場合よりもさらに小さくなる。

また、本実施形態においてコンデンサ１６は、第２の実施形態と同様に、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。これにより、第２の接続点よりも負荷９０側の正極線と負極線５２とを接続する電路が形成される。また、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、コンデンサ１６には充電電圧が保持されている。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２の両端間にかかる起電力は、第２の実施形態と同様に、直流電源８０による給電電圧Ｖ₀とインダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））との和から、さらに、コンデンサ１６の充電電圧を差し引いた値となる。

また、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２に流れる電流は、コンデンサ１６から流れる電流を含まないため、第２の実施形態と同様に、第1の実施形態の場合よりも抑制される。

このように本実施形態の遮断装置３０は、上述した第２の実施形態における遮断装置２０と比べ、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続され、負極線５２から正極線５１への方向の電流を通過させるダイオード１５をさらに備えている。

コンデンサ１４に加えてコンデンサ１６を備えていることにより、第２の実施形態と同様に、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））が、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制される。また、直流電源８０から給電線を介して流れる電流がコンデンサ１４に流入するため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときの電流が抑制される。そのため、第２の実施形態の場合と同様に、半導体遮断器１２の両端間の電圧値が、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制される。

また、コンデンサ１６を備えていることにより、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、インダクタンスＬ₂に基づく起電力（Ｌ₂（ｄＩ₂／ｄｔ））が半導体遮断器１２の両端間にかからなくなる。また、第２の実施形態と同様に、コンデンサ１６には充電電圧が保持されているため、半導体遮断器１２の両端間の電圧値は、その充電電圧の分だけ、第１の実施形態の場合よりも小さくなる。さらに、ダイオード１５を備えていることにより、インダクタンスＬ₂に基づく起電力による電流が流れる際に、コンデンサ１６に過放電が発生するのを回避できる。

従って、本実施形態においては、第２の実施形態において発生する可能性のある問題を回避しつつ、半導体遮断器１２の両端間の電圧値の急激な上昇を、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制することができる。

なお、本実施形態のような構成にすることにより、コンデンサ１６としては、無極性でないコンデンサを利用することも可能となる。

（第４の実施形態）
上述した第２及び第３の実施形態においては、コンデンサ１６が充電される際、正極線５１からコンデンサ１６へ電流が急激に流入した場合、コンデンサ１６が故障して、ショートしてしまう可能性がある。

本実施形態では、コンデンサ１６がショートするのを回避できる遮断装置について説明する。

図６は、本発明の遮断装置を適用した給電回路の第４の実施形態の構成を示す図である。

本実施形態の給電回路において遮断装置４０は、上述した第２の実施形態における遮断装置１０と比べると、ダイオード１５と抵抗１７とからなる並列回路４１を備えている点が異なる。つまり、本実施形態においては、第１のコンデンサであるコンデンサ１４と第２のコンデンサであるコンデンサ１６と並列回路４１とによって起電力抑制部を構成することとなる。他の構成は第２の実施形態と同様であるため、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。

並列回路４１は正極線５１に接続され、コンデンサ１６は負極線５２に接続されている。

並列回路４１とコンデンサ１６とは、直列に接続され、第１の接続点よりも直流電源８０側、かつ、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。

ダイオード１５は、コンデンサ１６から正極線５１への方向の電流を通過させる。

以下に、上記のように構成された給電回路における遮断装置４０の動作について説明する。

まず、図６に示した給電回路に短絡が発生していない場合について説明する。

図６に示した給電回路に短絡が発生していない場合には、上述した第１〜第３の実施形態と同様に、コンデンサ１４は充電された状態となる。また、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、抵抗１７を介してコンデンサ１６にも流入し、コンデンサ１６も充電された状態となる。さらに、ダイオード１５には常に逆電圧がかかるため、ダイオード１５には電流が流れない。従って、遮断装置４０は、コンデンサ１４，１６及び並列回路４１がない場合と同様に動作する。

次に、図６に示した給電回路に短絡が発生した場合について説明する。

短絡が発生し、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始すると、第１〜第３の実施形態の場合と同様に、上記の式（１）で表される起電力Ｖが半導体遮断器１２に発生する。

本実施形態においては、第２及び第３の実施形態と同様に、コンデンサ１４，１６が備えられている。また、コンデンサ１４及び並列回路４１と正極線５１との接続点は、第１の接続点よりも電流の流れに対して上流にある。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、直流電源８０から給電線を介して流れる電流は、第２及び第３の実施形態の場合と同様に、第１の実施形態の場合よりもさらに少なくなる。この場合、第２及び第３の実施形態の場合と同様に、上記の式（１）において、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））は、第１の実施形態の場合よりもさらに小さくなる。

また、本実施形態において並列回路４１及びコンデンサ１６は、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。これにより、第２の接続点よりも負荷９０側の正極線と負極線５２とを接続する電路が形成される。また、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、コンデンサ１６には充電電圧が保持されている。

そのため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２の両端間にかかる起電力は、第２及び第３の実施形態と同様に、直流電源８０による給電電圧Ｖ₀とインダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））との和から、さらに、コンデンサ１６の充電電圧を差し引いた値となる。

また、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、半導体遮断器１２に流れる電流は、コンデンサ１６から流れる電流を含まないため、第２及び第３の実施形態と同様に、第1の実施形態の場合よりも抑制される。

なお、短絡が発生すると、並列回路４１のコンデンサ１６とダイオード１５とを介して、負荷９０側の給電線には電流が流れる。コンデンサ１６の電圧が０Ｖになった後も、インダクタンスＬ₂に基づく起電力によって放電が続き、コンデンサ１６とダイオード１５とを介して放電電流が０になると放電が終了する。放電後は、抵抗１７を介して緩やかに充電される。つまり、コンデンサ１６は無極性のコンデンサである必要がある。

このように本実施形態の遮断装置４０は、第１及び第２の接続点よりも直流電源８０側で正極線５１及び負極線５２に接続されたコンデンサ１４と、正極線５１に接続され、ダイオード１５と抵抗１７とからなる並列回路４１と、負極線５２に接続されたコンデンサ１６を備えている。そして、並列回路４１とコンデンサ１６とは、直列に接続され、並列回路４１及びコンデンサ１６は、第１の接続点よりも直流電源８０側、かつ、第２の接続点よりも負荷９０側で正極線５１及び負極線５２に接続されている。また、ダイオード１５は、コンデンサ１６から正極線５１への方向の電流を通過させる。

コンデンサ１４に加えてコンデンサ１６を備えていることにより、第２及び第３の実施形態と同様に、インダクタンスＬ₁に基づく起電力（Ｌ₁（ｄＩ₁／ｄｔ））は、第１の実施形態の場合と比べさらに小さくなる。また、直流電源８０から給電線を介して流れる電流がコンデンサ１４に流入するため、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときの電流が抑制される。そのため、第２及び第３の実施形態の場合と同様に、半導体遮断器１２の両端間の電圧値が、第１の実施形態の場合よりもさらに抑制される。

また、並列回路４１及びコンデンサ１６を備えていることにより、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始したときに、インダクタンスＬ₂に基づく起電力（Ｌ₂（ｄＩ₂／ｄｔ））が半導体遮断器１２の両端間にかからなくなる。また、第２及び第３の実施形態と同様に、コンデンサ１６には充電電圧が保持されているため、半導体遮断器１２の両端間の電圧値は、その充電電圧の分だけ、第１の実施形態の場合よりも小さくなる。

さらに、コンデンサ１６には、正極線５１から抵抗１７を介して電流が流入するため、コンデンサ１６に急激に電流が流入することがなくなり、コンデンサ１６がショートするのを回避できる。

従って、本実施形態においては、第２及び第３の実施形態において発生する可能性のある問題を回避しつつ、半導体遮断器１２の両端間の電圧値の急激な上昇を、第１の実施形態の場合よりも抑制することができる。

なお、インダクタンスＬ₂に基づく起電力による電流が流れる際に、コンデンサ１６に過放電が発生するのを回避するために、第３の実施形態の場合と同様にダイオードをさらに備えるようにしてもよい。

図７は、図６に示した遮断装置４０にさらにダイオードを備えた場合の構成の一例を示す図である。

図７に示す遮断装置５０のような構成にすることにより、第３の実施形態の場合と同様に、コンデンサ１６に過放電が発生するのを回避することができる。

また、上述した第１〜第４の実施形態において、電流検出部１３が所定の電流値を検出してから、半導体遮断器１２が電流の遮断を開始するまでの間の電流の増加を抑制するために、給電線上にインダクタを備えるようにしてもよい。

また、上述した第１〜第４の実施形態おいては、半導体遮断器１２及び電流検出部１３が正極線５１上に接続される場合を一例として説明したが、半導体遮断器１２及び電流検出部１３は、負極線５２上に接続されていてもよい。また、半導体遮断器１２と電流検出部１３との一方が正極線５１上に接続され、他方が負極線５２上に接続されていてもよい。

１０，２０，３０，４０，５０遮断装置
１１制御部
１２半導体遮断器
１３電流検出部
１４，１６コンデンサ
１５ダイオード
１７抵抗
４１並列回路
５１正極線
５２負極線
８０直流電源
９０負荷

Claims

直流電源から給電線を介して給電される負荷と前記直流電源との間に設けられた遮断装置であって、
前記給電線上の第１の接続点に接続され、前記第１の接続点に流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、
前記給電線上の第２の接続点に接続され、前記電流検出部にて検出された電流値が所定の電流値に達すると、前記第２の接続点に流れる電流の遮断を開始する半導体遮断器と、
前記給電線に流れる電流を分岐し、該分岐した電流によって電気エネルギーを蓄積し、前記給電線に流れる電流が増加し続ける場合、前記第１の接続点よりも上流で、前記蓄積した電気エネルギーを電流として前記給電線に出力し、前記半導体遮断器が電流の遮断を開始すると、前記第２の接続点よりも前記負荷側で、前記給電線を構成する正極線と負極線とを接続する電路を形成し、前記遮断の開始によって発生する起電力に応じた電流を前記電路を介して流す起電力抑制部と、を有する遮断装置。
請求項１に記載の遮断装置において、
前記起電力抑制部は、
前記第１及び第２の接続点よりも前記直流電源側で前記正極線及び前記負極線に接続されたコンデンサと、
前記第２の接続点よりも前記負荷側で前記正極線及び前記負極線に接続され、前記負極線から前記正極線への方向の電流を通過させるダイオードと、からなる遮断装置。
請求項１に記載の遮断装置において、
前記起電力抑制部は、
前記第１及び第２の接続点よりも前記直流電源側で前記正極線及び前記負極線に接続された第１のコンデンサと、
前記第１の接続点よりも前記直流電源側、かつ、前記第２の接続点よりも前記負荷側で前記正極線及び前記負極線に接続された無極性の第２のコンデンサと、からなる遮断装置。
請求項３に記載の遮断装置において、
前記起電力抑制部は、
前記第１及び第２のコンデンサと、
前記第２の接続点よりも前記負荷側で前記正極線及び前記負極線に接続され、前記負極線から前記正極線への方向の電流を通過させるダイオードと、からなる遮断装置。
請求項１に記載の遮断装置において、
前記起電力抑制部は、
前記第１及び第２の接続点よりも前記直流電源側で前記正極線及び前記負極線に接続された第１のコンデンサと、
前記正極線に接続され、第１のダイオードと抵抗とからなる並列回路と、
前記負極線に接続された無極性の第２のコンデンサと、からなり、
前記並列回路と前記第２のコンデンサとは、直列に接続され、
前記並列回路及び第２のコンデンサは、前記第１の接続点よりも前記直流電源側、かつ、前記第２の接続点よりも前記負荷側で前記正極線及び前記負極線に接続され、
前記第１のダイオードは、前記第２のコンデンサから前記正極線への方向の電流を通過させる遮断装置。
請求項５に記載の遮断装置において、
前記起電力抑制部は、
前記第１及び第２のコンデンサと、
前記並列回路と、
前記第２の接続点よりも前記負荷側で前記正極線及び前記負極線に接続され、前記負極線から前記正極線への方向の電流を通過させる第２のダイオードと、からなる遮断装置。