JP2013081338A - 直流給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷装置に短絡等による事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させること。
【解決手段】電源側半導体遮断器１０の制御回路２３及び負荷側半導体遮断器１１−１，・・・の制御回路３３は、過電流検知後のオフ動作が行われると所定の再オン間隔経過後にスイッチ部１６，１９をオンさせるという再オン動作を少なくとも１回行う。再オン動作を行って直ちにオフ動作を行う再オン即時遮断が所定の事故判定条件を満たさずに起こると再度の再オン動作を行い、再オン即時遮断が事故判定条件を満たして起こると再度の再オン動作を行わない。電源側半導体遮断器１０の再オン間隔は、負荷側半導体遮断器１１−１，・・・におけるいずれの再オン間隔よりも短い。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置から負荷装置へ過電流が流れた場合にこれを遮断することが可能な半導体遮断器を備えた直流給電システムに関する。

近年、データセンタや通信局舎などにおいては、ルータやサーバ等の各種負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムの構築が進められている。直流給電システムは、電源装置からの直流電力（直流電流）を電力供給線を介して負荷装置へ供給するものであり、１つの電源装置から複数の負荷装置へ給電する場合には、電源装置からの直流電力を電流分配装置で分配して複数の負荷装置へ供給するように構成される。

このような直流給電システムでは、負荷装置への給電を高信頼・高品質で行えるようにすることが要求されている。そのため、電源装置と負荷装置の間には、負荷装置側で短絡等の事故が発生した場合に生じる過大な短絡電流からシステムを保護するために、保護装置が設けられる。上述した電流分配装置を備えたシステムにおいては、その電流分配装置内において分配先毎に保護装置が設けられるのが一般的である。

保護装置としては、従来よりヒューズの使用が一般的であるが、ヒューズの場合、過電流によって溶断する度に交換する必要があったり、高電圧の直流給電システムになるとそれに応じた定格のものを用いる必要があるなど、手間やコストの点で難点がある。そのため、ヒューズに代わる保護装置として、電力供給線上に半導体スイッチング素子を挿入し、この半導体スイッチング素子によって電力供給線を導通・遮断可能に構成された半導体遮断器が種々提案されている。

半導体遮断器は、通常動作時は半導体スイッチング素子を常時オンして電源装置から負荷装置へ電力を供給させるが、例えば、短絡事故が生じて半導体スイッチング素子を流れる電流が所定の閾値以上となった場合、即ち過電流状態になった場合には、これを検出して半導体スイッチング素子をオフすることで、過電流を遮断する。

ところで、過電流の発生は短絡事故が生じた場合には限られない。例えば瞬間的に流れる突入電流やノイズによって発生するなど、直流給電システムが正常であっても過電流が発生する場合がある。

このような、突入電流やノイズなどによる過電流は、短絡等による事故電流とは違って、システムの異常によって発生するものではないため、そのような過電流が検出された場合には必ずしも継続的に遮断させる必要はない。

従来、過電流が発生した場合に、それが短絡等による事故電流なのかそれとも突入電流やノイズなどによる一時的なものなのかを判定し、事故電流であった場合には半導体スイッチング素子を完全にオフさせるという技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特許文献１，２に記載された技術は、半導体スイッチング素子を流れる電流が閾値以上か否か判断し、閾値以上となった場合に一旦遮断し、所定期間経過後に半導体スイッチング素子のオン・オフ（以下「リトライ動作」という）を繰り返すことで、短絡電流を限流するものである。リトライ動作を行う毎に、そのオン時に半導体スイッチング素子を通過する電流をみて、閾値を下回っているか否か判断する。そして、閾値を下回るまでリトラ
イ動作を繰り返し、閾値を下回ったならばリトライ動作を停止して半導体スイッチング素子を常時オン状態に復帰させる。

一方、所定時間リトライ動作を繰り返しても閾値を下回らなかった場合は、短絡等による事故電流であると判定して、半導体スイッチング素子を完全にオフする。

特開２００７−２３６０６１号公報 特開平１１−４１７８７号公報

ところで、システムの設計の仕方によっては、直流給電システムの構成として、図５に示すように、１つの電源装置１０３と、該電源装置１０３に接続された１つの半導体遮断器（上位の半導体遮断器）１１０と、該上位の半導体遮断器１１０に接続された各半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１１−１〜１１１−Ｎ（Ｎは１以上の整数）と、該下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎのそれぞれに接続された各負荷装置１５１−１〜１５１−Ｎを備えた形態が考えられる。なお、一般に上位の半導体遮断器１１０の電流閾値（第１閾値）は下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎの電流閾値（第２閾値）よりも大きい値に設定されている。

上位の半導体遮断器１１０は、主に上位の半導体遮断器１１０の出力側から下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎの入力までの間の短絡等の事故が発生した場合に生じる短絡電流（過電流）からシステムを保護する機能を有している。

下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎは、主に下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎのそれぞれに接続された各負荷装置１５１−１〜１５１−Ｎ側で短絡等の事故が発生した場合に生じる短絡電流（過電流）からシステムを保護する機能を有している。

上位の半導体遮断器１１０と下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎのリトライ動作については、リトライ動作開始のトリガとなる電流閾値が異なる点以外は両者共に同様の動作を行うように設定されていることが通常である。

上記した形態の直流給電システムでは、例えば、負荷装置１５１−１で短絡事故が発生した場合、短絡電流が下位の半導体遮断器１１１−１だけでなく、さらにその上位に位置する半導体遮断器１１０にも流れる。この短絡電流の電流値は極めて大きく下位の半導体遮断器１１１−１の第２閾値を超えるとともに上位の半導体遮断器１１０の第１閾値を超える場合が多い。

このため、下位の半導体遮断器１１１−１と上位の半導体遮断器１１０が同時に遮断し、所定期間経過後に、同時にリトライ動作を開始し、所定時間リトライ動作を行っても短絡事故が継続している場合は、両半導体遮断器１１１−１，１１０の半導体スイッチング素子が同時に継続的なオフ状態となる。

したがって、下位の半導体遮断器１１１−１のみならず上位の半導体遮断器１１０にも保護動作（電源装置から負荷装置への電力供給が継続的に遮断する動作をいい、以下、「遮断動作」と呼ぶ。）が働くことになる。

このため、直流給電システム全体がダウンしてしまう。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、負荷装置に短絡等による事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させることが可能な半導体遮断器を備えた直流給電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の直流給電システムは、直流電源装置からの電力供給線を導通・遮断するための上位遮断器と、前記電力供給線が分配された複数の電力供給線のそれぞれを導通・遮断するための複数の下位遮断器とを備えた直流給電システムであって、前記上位遮断器及び複数の前記下位遮断器は、それぞれ、半導体スイッチのオン・オフにより電力供給線を導通・遮断するスイッチ手段と、前記スイッチ手段に流れる電流が過電流であることを検知する過電流検知手段と、前記過電流検知手段により前記過電流が検知されると前記スイッチ手段を直ちにオフさせるオフ動作を行わせる遮断手段と、前記遮断手段により前記オフ動作が行われると所定の再オン間隔経過後に前記スイッチ手段をオンさせるという再オン動作を少なくとも１回行うが、前記再オン動作を行うと直ちに前記遮断手段により前記オフ動作が行われるという再オン即時遮断が所定の事故判定条件を満たさずに起こった場合、再度の前記再オン動作を行い、一方、前記再オン即時遮断が前記事故判定条件を満たして起こった場合、再度の前記再オン動作を行わないリトライ制御手段とを有して構成されている。上位遮断器の前記再オン間隔は、前記複数の負荷側半導体遮断器のいずれの前記再オン間隔よりも短くなるようにしている。

ここで、「再オン動作を行うと直ちに前記遮断手段により前記オフ動作が行われる」における「直ちに」とは「間髪入れずに」という意味である。すなわち、図３（ｃ）に示すような動作（リトライ動作が開始後所定時間（区間（ｅ））をおいてスイッチ手段をオフさせる動作）を、再オン即時遮断から排除している。

請求項１に係る直流給電システムによれば、例えば、下位遮断器が導通・遮断する電力供給線の負荷側が短絡した場合、上位遮断器及び下位遮断器が同時に遮断する。そして、上位遮断器の再オン間隔がいずれの下位遮断器の再オン間隔よりも短いので、上位遮断器の方が先に再オン動作を行い、その後に下位遮断器が再オン動作を行う。このため、下位遮断器が再オン動作を行う前の期間は上位遮断器に過電流が流れず上位遮断器は継続した導通状態（定常電流が流れている状態）に一旦なる。

そして、下位遮断器が上記再オン動作を行ったときには下位遮断器は即時に遮断（再オン即時遮断）を直ちに行うが、上位遮断器は再オン即時遮断には該当しない遮断を直ちに行う。

そして、下位遮断器では、上記再オン即時遮断が繰り返し行われ、いずれ事故判定条件を満たして再度の再オン動作は行われなくなるが、上位遮断器では、再オン即時遮断が行われないため事故判定条件を満たすことはなく、再度の再オン動作が行われる。

すなわち、下位遮断器はいずれ継続的な遮断状態になり、そのとき上位遮断器は継続的な導通状態になる。したがって、下位遮断器が導通・遮断する電力供給線の負荷側が短絡した場合でも、直流給電システム全体がダウンすることはない。

このため、負荷装置に短絡等の事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させることができる。
また、請求項２に記載の直流給電システムは、直流電源装置からの電力供給線を導通・遮断するための１つの上位遮断器と、該上位遮断器からの電力供給線を導通・遮断するための１つの下位遮断器とを備えた直流給電システムであって、前記上位遮断器及び前記下位遮断器は、それぞれ、半導体スイッチのオン・オフにより電力供給線を導通・遮断する
スイッチ手段と、前記スイッチ手段に流れる電流が過電流であることを検知する過電流検知手段と、前記過電流検知手段により前記過電流が検知されると前記スイッチ手段を直ちにオフさせるオフ動作を行わせる遮断手段と、前記遮断手段により前記オフ動作が行われると所定の再オン間隔経過後に前記スイッチ手段をオンさせるという再オン動作を少なくとも１回行うが、前記再オン動作を行うと直ちに前記遮断手段により前記オフ動作が行われるという再オン即時遮断が所定の事故判定条件を満たさずに起こった場合、再度の前記再オン動作を行い、一方、前記再オン即時遮断が前記事故判定条件を満たして起こった場合、再度の前記再オン動作を行わないリトライ制御手段とを有して構成されている。上位遮断器の前記再オン間隔は、前記複数の負荷側半導体遮断器のいずれの前記再オン間隔よりも短くなるようにしている。

ここで、「再オン動作を行うと直ちに前記遮断手段により前記オフ動作が行われる」における「直ちに」とは「間髪入れずに」という意味である。すなわち、図３（ｃ）に示すような動作（リトライ動作が開始後所定時間（区間（ｅ））をおいてスイッチ手段をオフさせる動作）を、再オン即時遮断から排除している。

本発明に係る直流給電システムは、電源装置と、該電源装置に接続された１つの上位遮断器と、該上位遮断器に接続された１つの下位遮断器と、該下位遮断器に接続された１つの負荷装置で構成されたものであり、給電系統は１つである。

したがって、給電系統が１つであることと、下位遮断器に遮断動作が働き上位遮断器に遮断動作が働かず通常状態に戻るという状況に照らせば、短絡事故が負荷装置に生じたことを特定し易くなる。

また、前記事故判定条件は、前記再オンが前記再オン間隔で所定回数連続しているという条件であることが好ましい（請求項３）。このようにすることにより、事故判定条件を簡易かつ適切に設定することができる。

また、前記事故判定条件は、前記再オンが前記再オン間隔で所定時間連続しているという条件であることが好ましい（請求項４）。このようにすることにより、事故判定条件を簡易かつ適切に設定することができる。

また、請求項５に示すように、設定装置をさらに備え、前記設定装置が前記事故判定条件を設定する設定部を備えるようにしてもよい。
したがって、下位遮断器の事故判定条件の設定変更や設定更新が容易に行えるので、システムの設定変更・更新を容易に行うことができ、システムの設定の自由度が広がる。

第１実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。 （ａ）は負荷側半導体遮断器の動作を説明するための図であり、（ｂ）は電源側半導体遮断器の動作を説明するための図である。 （ａ）は負荷側半導体遮断器の半導体スイッチ部に流れる出力電流波形を示した図であり、（ｂ）は負荷側半導体遮断器の半導体スイッチ部のゲート駆動電圧の波形を示した図であり、（ｃ）は電源側半導体遮断器の半導体スイッチ部に流れる出力電流波形を示した図であり、（ｄ）は電源側半導体遮断器の半導体スイッチ部のゲート駆動電圧の波形を示した図である。 本発明の直流給電システムの変形例を示した図である。 従来の直流給電システムを説明するための図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
（１）直流給電システムの構成
図１に、本発明が適用された実施形態の直流給電システム１の概略構成を表す。図１に示すように、本実施形態の直流給電システム１は、電源装置３からの直流電力を複数の給電系統に分配して該給電系統毎にそれぞれ複数の負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・へ直流電力を供給するように構成されたものである。図１では、一例として、分配された１つの系統に対して１つの負荷装置が接続された構成が示されている。

直流給電システム１は、電力供給線７，８を導通・遮断するための電源側半導体遮断器（上位の半導体遮断器）１０と、電源側半導体遮断器１０の後段に配置され、負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・にそれぞれ接続され電力供給線１２，１３を導通・遮断するための複数の負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）５１−１，５１−２，５１−３，・・・とを備えて構成されている。

電源装置３は、各負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・へその動作用の直流電力を供給するものである。この電源装置３の具体的構成としては、例えば、商用交流電力を直流電力に変換する整流装置を備えてなるものが考えられるが、負荷装置側へ所定電圧の直流電力を供給できるものである限り、その具体的構成は特に限定されるものではない。

各負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・は、いずれも電源装置３からの直流電力によって動作するものである。
電源側半導体遮断器１０は、２本の電力供給線７，８のうちの一方の電力供給線７に設けられた半導体スイッチ部１６と、この半導体スイッチ部１６が設けられた電力供給線７を流れる電流を検出するための電流センサ１５と、電流センサ１５による検出結果に基づいて半導体スイッチ部１６の動作（オン・オフ）を制御する制御回路２３とを備えている。

なお、２本の電力供給線７，８のうち、半導体スイッチ部１６が設けられた一方の電力供給線７は電源装置３内の直流電源（直流電圧）の正極側に接続され、他方の電力供給線８は電源装置３内の直流電源の負極側に接続されている。但し、各電力供給線７，８のうちどちらに半導体スイッチ部１６や電流センサ１５を設けるかについては特に限定されるものではなく、半導体スイッチ部１６については、負荷装置５１−１側へ直流電力を供給又は遮断できるものである限り、また電流センサ１５については、負荷装置側５１−１へ流れる電流を検出できるものである限り、具体的にどの電力供給線へどのように設けるかは適宜決めることができる。

半導体スイッチ部１６は、電力供給線７上に挿入された半導体スイッチング素子（図示略。例えばＭＯＳＦＥＴ。）を備えてなるものであり、制御回路２３からの駆動信号（詳しくは後述する駆動部２４からの駆動信号）に従ってその半導体スイッチング素子がオン・オフされる。即ち、半導体スイッチング素子が例えばＭＯＳＦＥＴで、正極側に半導体スイッチ部を設ける場合は、ドレインが電源装置３側に接続され、ソースが負荷装置５１−１側に接続され、ゲートが駆動部２４に接続され、該ゲートに駆動部２４からの駆動信号が入力されることとなる。

なお、以下の説明で半導体スイッチ部１６について「オン」「オフ」という場合は、詳しくは半導体スイッチ部１６を構成する半導体スイッチング素子の「オン（ターンオン）」「オフ（ターンオフ）」を意味しているものとする。

そのため、半導体スイッチ部１６がオンしている間は、この半導体スイッチ部１６が設けられている電力供給線７が導通される。即ち、電源装置３から負荷装置５１−１への電力供給が可能な状態となる。逆に、半導体スイッチ部１６がオフされている間は、この半導体スイッチ部１６が設けられている電力供給線７が遮断される。即ち、電源装置３から負荷装置５１−１への電力供給が遮断される。

制御回路２３は、電流計測部２１と、計測値記憶部２２と、制御部２６と、駆動部２４と、設定情報記憶部２５とを備えて構成されている。電流計測部２１は、電流センサ１５により検出された電流値を計測してその電流値を示すデータ（電流Ｉａ）を出力する。計測値記憶部２２は、電流計測部２１から出力されたデータ（電流Ｉａ）を記憶する。制御部２６は、計測値記憶部２２に記憶された電流Ｉａに基づいて後述する各種判断を行い、その判断結果に応じて半導体スイッチ部１６をオン又はオフさせるための制御信号を出力する。駆動部２４は、制御部２６からの制御信号に従って半導体スイッチ部１６へ駆動信号を出力することにより半導体スイッチ部１６をオン・オフさせる。設定情報記憶部２５は、制御部２６にて行われる各種判断に用いられる各種設定情報を記憶する。

設定情報記憶部２５には、設定情報として「電源側過電流閾値」、「電源側リトライ回数」、及び「電源側再オン間隔」が記憶されている。
「電源側過電流閾値」は、半導体スイッチ部１６を流れる過電流が短絡等による事故電流であるか否かを判断するための判断基準として用いられる。

「電源側リトライ回数」は、後述する電源側半導体遮断器１０のリトライ動作の最大回
数である。「電源側リトライ回数」は、半導体スイッチ部１６を流れる過電流が短絡等による事故電流であると判断され、半導体スイッチ部１６を継続的にオフさせるか否かの判定（事故判定）を下すための判定基準として用いられる。

この「事故判定」の条件としては、後述する「再オン動作」を行って直ちにオフ動作を行う「再オン即時遮断」が「電源側再オン間隔」で「電源側リトライ回数」連続しているという条件である。

そして、これらの設定情報は、例えば、外部の設定装置７０からネットワーク（例えば、ＬＡＮ）６０及び入力インタフェース１４を介して設定情報記憶部２５に入力・記憶される。また、これらの設定情報は、システムの設定変更に伴い適宜更新される。

なお、電流計測部２１は、半導体スイッチ部１６がオンした時の電流Ｉａを計測し、計測結果を出力している。そして、計測される毎に、その計測結果である電流Ｉａが計測値記憶部２２へ記憶される。

電流分配装置９は、電源側半導体遮断器１０の後段に接続され、電源装置３からの直流電力を各負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・毎に分配して供給するために設けられたものである。

この電流分配装置９には、分配された各系統にそれぞれ、負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・側へ流れる過電流を検出して必要に応じてこれを遮断するための、負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・が設けられている。

本実施形態の直流給電システム１においては、上記した各系統において定格電流よりも大きい過電流が発生することがある。ここで、過電流としては、例えば、突入電流や、負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・側の短絡等の事故により継続的に発生する短絡電流などが考えられる。

本実施の形態では、複数の負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・のうち１つの負荷装置５１−１への系統には１つの負荷側半導体遮断器１１−１が設けられ、別の１つの負荷装置５１−２への系統にも１つの負荷側半導体遮断器１１−２が設けられ、また別の１つの負荷装置５１−３への系統にも１つの負荷側半導体遮断器１１−３が設けられている。

本実施形態では、電流分配装置９内に設けられた複数の負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・は、いずれも基本的に同じ構成であるため、代表として１つの負荷側半導体遮断器１１−１についてその構成を説明することとする。

負荷側半導体遮断器１１−１は、２本の電力供給線１２，１３のうち一方の電力供給線１２に設けられた半導体スイッチ部１９と、この半導体スイッチ部１９が設けられた電力供給線１２を流れる電流を検出するための電流センサ１８と、この電流センサ１８により検出された電流に基づいて半導体スイッチ部１９の動作（オン・オフ）を制御する制御回路３３とを備えて構成されている。

なお、２本の電力供給線１２，１３のうち、半導体スイッチ部１９が設けられた一方の電力供給線１２は電源装置３内の直流電源（直流電圧）の正極側に接続され、他方の電力供給線１３は電源装置３内の直流電源の負極側に接続されている。

半導体スイッチ部１９は、電力供給線１２上に挿入された半導体スイッチング素子（図示略。例えばＭＯＳＦＥＴ。）を備えてなるものであり、制御回路３３からの駆動信号に従ってその半導体スイッチング素子がオン・オフされる。

そのため、半導体スイッチ部１９がオンされている間は、この半導体スイッチ部１９が設けられている電力供給線１２が導通される。逆に、半導体スイッチ部１９がオフされている間は、この半導体スイッチ部１９が設けられている電力供給線１２が遮断される。ここで、例えば、負荷装置５１−１で短絡事故が発生すると、半導体スイッチ部１６，１９がオンしているときは短絡電流が電力供給線７，１２に流れる。

制御回路３３は、電流計測部４１と、計測値記憶部４２と、制御部４３と、駆動部４４と、設定情報記憶部４５とを備えて構成されている。電流計測部４１は、電流センサ１８により検出された電流値を計測してその電流値を示すデータ（電流Ｉｂ）を出力する。計測値記憶部４２は、電流計測部４１から出力されたデータ（電流Ｉｂ）を記憶する。制御部４３は、計測値記憶部４２に記憶された電流Ｉｂに基づいて後述する各種判断を行い、その判断結果に応じて半導体スイッチ部１９をオン又はオフさせるための制御信号を出力する。駆動部４４は、制御部４３からの制御信号に従って半導体スイッチ部１９へ駆動信号を出力することにより半導体スイッチ部１９をオン・オフさせる。設定情報記憶部４５は、制御部４３にて行われる各種判断に用いられる各種設定情報を記憶する。

設定情報記憶部４５には、設定情報として「負荷側過電流閾値」、「負荷側リトライ回数」、及び「負荷側再オン間隔」が記憶されている。
「負荷側過電流閾値」は、半導体スイッチ部１９を流れる過電流が短絡等による事故電流であるか否かを判断するための判断基準として用いられる。

「負荷側リトライ回数」は、後述する負荷側半導体遮断器１１−１のリトライ動作の最
大回数である。「負荷側リトライ回数」は、半導体スイッチ部１９を流れる過電流が短絡等による事故電流であると判断され、半導体スイッチ部１９を継続的にオフさせるか否かの判定（事故判定）を下すための判定基準として用いられる。

この「事故判定」の条件としては、後述する「再オン動作」を行って直ちにオフ動作を行う「再オン即時遮断」が「負荷側再オン間隔」で「負荷側リトライ回数」連続しているという条件である。

そして、これらの設定情報は、例えば、外部の設定装置７０からネットワーク（ＬＡＮ）６０及び入力インタフェース３４−１を介して設定情報記憶部４５に入力・記憶される。また、これらの設定情報は、システムの設計変更に伴い適宜更新される。

なお、電流計測部４１は、半導体スイッチ部１９がオンした時の電流Ｉｂを計測し、計測結果を出力している。そして、計測される毎に、その計測結果である電流Ｉｂが計測値記憶部４２へ記憶される。

（２）電源側半導体遮断器及び負荷側半導体遮断器の動作説明
まず、上記のように構成された電源側半導体遮断器１０及び負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・のリトライ動作について図２を参照して説明する。なお、本実施形態では、電流分配装置９内に設けられた複数の負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・は、いずれも基本的に同じ動作を行うため、代表として１つの負荷側半導体遮断器１１−１についてその動作を説明することとする。

図２（ａ）は負荷側半導体遮断器１１−１の動作を説明するための図であって半導体スイッチ部１９のゲート駆動電圧波形である。図２（ｂ）は電源側半導体遮断器１０の動作を説明するための図であって半導体スイッチ部１６のゲート駆動電圧波形である。

まず、負荷側半導体遮断器１１−１の動作について説明する。
通常状態（定常状態：期間Ａ１）において、半導体スイッチ部１９に負荷側過電流閾値よりも大きい短絡電流が流れると（図２（ａ）の時刻ｔ＝０）、一旦遮断する。そして、期間Ｔ_sa経過後に半導体スイッチ部１９のリトライ動作（以下、「負荷側リトライ動作」と呼ぶ。）を行うための制御信号を駆動部４４へ出力して負荷側リトライ動作を行うことにより、半導体スイッチ部１９を介して負荷装置５１−１側へ流れる電流を限流する。

ここで、負荷側リトライ動作とは、図２（ａ）に示すように、第１の半導体スイッチ部１９に流れる直流電流が過電流（短絡電流）と判断されて遮断され、所定時間経過後に、オン周期Ｔ１で第１の半導体スイッチ部のオン・オフを繰り返し行う動作をいう。

半導体スイッチ部１９がオンされる毎に、そのオン時に半導体スイッチ部１９を流れる電流を電流センサ１８が検出する。制御部４３は、前記検出された電流が負荷側過電流閾値以上であるか否かを判断する。そして、検出された電流が負荷側過電流閾値未満である場合には負荷側リトライ動作が停止して通常状態に戻る。前記検出された電流が負荷側過電流閾値以上になった場合には一旦遮断し、所定時間経過後に負荷側リトライ動作が行われる。この負荷側リトライ動作を設定情報記憶部４５に記憶された負荷側リトライ回数（本例では４回）だけ繰り返す。

負荷側リトライ動作のリトライ回数が負荷側リトライ回数以上になり、半導体スイッチ部１９を流れる電流が負荷側過電流閾値以上である場合には、制御部４３は半導体スイッチ部１９を継続的にオフさせる。

次に、電源側半導体遮断器１０の動作について説明する。
図２（ｂ）に示すように、通常状態（期間Ａ２）において、半導体スイッチ部１６に電源側過電流閾値よりも大きい短絡電流が流れると（時刻ｔ＝０）、制御部２３は、一旦遮
断する。そして、期間Ｔ_sb経過後に半導体スイッチ部１６のリトライ動作（以下、「電源側リトライ動作」と呼ぶ。）を行うための制御信号を駆動部２４へ出力して電源側リトライ動作を行うことにより、半導体スイッチ部１６を介して負荷側半導体遮断器１１−１側へ流れる電流を限流する。

ここで、電源側リトライ動作とは、図２（ｂ）に示すように、半導体スイッチ部１６に流れる直流電流が過電流（短絡電流）と判断されて遮断され、所定時間経過後に、オン周期Ｔ２で半導体スイッチ部１６のオン・オフを繰り返し行う動作をいう。

半導体スイッチ部１６がオンされる毎に、そのオン時に半導体スイッチ部１６を流れる電流を電流センサ１５が検出する。制御部２６は、前記検出された電流が電源側過電流閾値以上であるか否かを判断する。そして、前記検出された電流が電源側過電流閾値未満である場合には電源側リトライ動作を停止して通常状態に戻る。前記検出された電流が負荷側過電流閾値以上になった場合には一旦遮断し、所定時間経過後に負荷側リトライ動作を行う。この負荷側リトライ動作を設定情報記憶部４５に記憶された負荷側リトライ回数（本例では４回）だけ繰り返す。

前記検出された電流が電源側過電流閾値以上である間は、継続して電源側リトライ動作を設定情報記憶部２５に記憶された電源側リトライ回数（本例では４回）繰り返す。
電源側リトライ動作のリトライ回数が電源側リトライ回数以上になり、半導体スイッチ部１６を流れる電流が電源側過電流閾値以上である場合には、制御部２６は半導体スイッチ部１６を継続的にオフさせる。

次に、負荷側半導体遮断器１１−１の制御部４３の基本的な動作について説明する。
まず、負荷側半導体遮断器１１−１の制御部４３は、電源装置３からの定常的な直流電力の供給が開始されると、半導体スイッチ部１９をオンする。次に、制御部４３内のカウンタ（図示せず）を初期化する。

次に、計測した電流Ｉｂが負荷側過電流閾値以上であるか否かを判断し（負荷側過電流閾値判断処理）、負荷側過電流閾値以上ならば半導体スイッチ部１９をオフする（図２（ａ）の時刻ｔ＝０）。

次に、カウンタの値が予め設定された負荷側リトライ回数（本例では４回）以上であるか否かを判断する（電源側リトライ回数判断処理）。
次に、カウンタの値が予め設定された負荷側リトライ回数（本例では４回）未満である場合には、所定期間Ｔ_sa経過後（例えば、１００μs後）に、半導体スイッチ部１９を再
オンさせる。その後、カウンタ値を＋１だけアップさせて、前記負荷側過電流閾値判断処理に戻る。

負荷側過電流閾値判断処理に戻った後は、カウンタの値が予め設定された負荷側リトライ回数になるまで、上記した負荷側過電流閾値判断処理から上記したカウンタ値のアップまでの処理が繰り返される。

カウンタの値が予め設定された負荷側リトライ回数（本例では４回）以上になった場合（図２（ａ）の時刻ｔ＝ｔ₁）には、半導体スイッチ部１９を継続的にオフする。
なお、上記判断処理は、制御部４３内の記憶手段（例えば、ＲＯＭ）に格納された所定のプログラムに基づいて実行される。

なお、電源装置３からの定常的な直流電力の供給が開始された後における電源側半導体遮断器１０の制御部２６の基本的な動作については、上述した負荷側半導体遮断器１１−
１の制御部４３の動作と同様であるので、その説明を省略する。

以下に、負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・側のいずれか（本例では負荷装置５１−１とする。）に短絡事故が発生した場合に、短絡事故が発生した負荷装置５１−１に接続される負荷側半導体遮断器１１−１及び電源側半導体遮断器１０の動作について図３を参照して説明する。

負荷装置５１−１に短絡事故が発生して短絡電流が負荷側半導体遮断器１１−１の半導体スイッチ部１９に流れる（電流Ｉｂが負荷側過電流閾値以上である（図３（ａ）の時刻ｔ＝０））と、一旦遮断し、所定期間Ｔ_sa経過後（図３（ｂ）の時刻ｔ＝ｔ₆）に負荷側
半導体遮断器１１−１の負荷側リトライ動作が開始する。

一方、電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６に流れる電流Ｉａも電源側過電流閾値以上となるので、一旦遮断し、所定期間Ｔ_sb経過後（図３（ｄ）の時刻ｔ＝ｔ₄）
に電源側半導体遮断器１０の電源側リトライ動作が開始する。なお、図３では、Ｔ_sbは半導体スイッチ１６のオフ期間Ｔｂと同じ長さにしており、Ｔ_saは半導体スイッチ１９のオフ期間Ｔａと同じ長さにしているが、Ｔ_sbがＴ_saよりも短くなるように設定されていればよい。なお、図３に示すように、Ｔ_sa＝Ｔ_a＞Ｔ_sb＝Ｔ_bである。

ここで、負荷側半導体遮断器１１−１の半導体スイッチ部１９のオフ期間Ｔ_saの間に電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６がオンすることとなる。すなわち、負荷側半導体遮断器１１−１の半導体スイッチ部１９がオンする前に電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６がオンすることとなる（図３（ｄ）の時刻ｔ＝ｔ₄）。

このため、電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６がオンしたときには電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６には短絡電流が流れていない（図３（ｃ）の区間（ｅ））ので、電源側半導体遮断器１０で設定された電源側リトライ回数がリセット（初期化）され、電源側半導体遮断器１０は通常状態となる。

その後、負荷側半導体遮断器１１−１の半導体スイッチ部１９がオン（例えば、図３（ｂ）の時刻ｔ＝ｔ₆）すると、電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６に短絡電
流が流れるので、電源側半導体遮断器１０は、オフ期間Ｔｂだけオフした後に再度のリトライ動作を開始する（図３（ｄ）の時刻ｔ＝ｔ₅）。

電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６は、負荷側半導体遮断器１１−１の半導体スイッチ１９のオフ期間Ｔａの間にオンするが、オフ期間Ｔｂの間、半導体スイッチ部１６には短絡電流が流れていないので、電源側半導体遮断器１０で設定された電源側リトライ回数が再びリセット（初期化）され、電源側半導体遮断器１０は通常状態となる。以降、この動作が、負荷側半導体遮断器１１−１の負荷側リトライ動作の回数が設定された負荷側リトライ回数（本例では４回）以上になるまで繰り返し行われる。

負荷側リトライ動作の回数が設定された負荷側リトライ回数以上になった後は半導体スイッチ部１９が継続的にオフされ（図３（ｂ）の時刻ｔ₃以降）、半導体スイッチ部１６
には短絡電流が流れなくなるので、電源側半導体遮断器１０は通常状態（半導体スイッチ部１６がオンを維持）に戻る（図３（ｄ）の時刻ｔ＝ｔ₇）。

また、上述した電源側過電流閾値及び負荷側過電流閾値は短絡電流の電流値よりも小さな値に設定されており、基本的に電源側過電流閾値が負荷側過電流閾値以上の値になるように設定されている。本実施の形態では、便宜上電源側過電流閾値と負荷側過電流閾値が同じであるとして説明している。

以上説明したように、複数の負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・の内の少なくとも１つの負荷装置、例えば負荷装置５１−１が短絡した場合、負荷側半導体遮断器１１−１及び電源側半導体遮断器１０が同時に遮断する。そして、所定時間経過後に電源側半導体遮断器１０の方が先に再オン動作を行い、その後に負荷側半導体遮断器１１−１が再オン動作を行うため、負荷側半導体遮断器１１−１が再オン動作を行う前の期間（図３（ｃ）の期間（ｅ））は電源側半導体遮断器１０に過電流が流れず電源側半導体遮断器１０は継続した導通状態に一旦なる。

そして、負荷側半導体遮断器１１−１が再オン動作を行ったときには負荷側半導体遮断器１１−１は即時に遮断（再オン即時遮断）を行うが、電源側半導体遮断器１０は再オン即時遮断には該当しない遮断を直ちに行う。ここで、「再オン即時遮断」とは、再オン動作を行って直ちにオフ動作を行うことをいう。

そして、負荷側半導体遮断器１１−１では、再オン動作が繰り返し行われ、所定の負荷側リトライ回数を超えると再度の再オン動作は行われなくなる。一方、電源側半導体遮断器１０では、負荷側リトライ回数がリセットされるため負荷側リトライ回数を超えることはなく、再度の再オン動作が繰り返される。

すなわち、負荷側半導体遮断器１１−１は負荷側リトライ回数を超えると継続的な遮断状態になり、そのとき電源側半導体遮断器１０は継続的な導通状態になる。
このため、負荷側半導体遮断器が導通・遮断する電力供給線の負荷側が短絡した場合でも、短絡事故が発生した負荷装置に接続された下位の半導体遮断器を除き、直流給電システム全体がダウンすることはない。

したがって、負荷装置に短絡等の事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［変形例１］
例えば、上記第１実施形態では、短絡等による事故電流が半導体スイッチ部１６，１９に流れる状態が継続する場合において半導体スイッチ部１６，１９を継続的にオフさせるか否かの判定（以下、「オフ判定」と呼ぶ。）を行うための判定基準として「リトライ回数」を用いて説明したが、前記判定基準として、リトライ動作が開始されてから所定時間経過するまでの時間（事故判定時間）を用いてもよい。

［変形例２］
また、電源側半導体遮断器及び負荷側半導体遮断器の上記オフ判定を行うための判定基準として、これら電源側半導体遮断器及び負荷側半導体遮断器のいずれか一方については「リトライ回数」を用いて行い、他方については「事故判定時間」を用いて行ってもよい。

［変形例３］
また、上記した第１実施形態に係る直流給電システム１は、１つの電源装置３と、該電源装置３に接続された１つの電源側半導体遮断器（上位の半導体遮断器）１０と、該電源側半導体遮断器１０に接続された複数の負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１−１，１１−２，・・・と、該負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，・・・のそれぞれに接続された各負荷装置５１−１，５１−２，・・・を備えて構成される。

しかし、本発明は、上記した構成に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、直流給電システム８０が、１つの電源装置３と、該電源装置３に接続された複数の電源側半導体遮断器１０−１，１０−２，・・・から構成された上位電流分配装置５と、該各電源側半導体遮断器１０−１，１０−２，・・・にそれぞれ接続された複数の下位電流分配装置９−１，９−２，・・・とを含んで構成されたものであってもよい。

具体的には、図４に示すように、下位電流分配装置９−１は、電源側半導体遮断器１０−１に接続された負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えて構成されている。下位電流分配装置９−２は、電源側半導体遮断器１０−２に接続された負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）２０−１〜２０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えて構成されている。

各負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１−１〜１１−Ｎには、それぞれ負荷装置５１−１〜５１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）が接続され、各負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）２０−１〜２０−Ｎには、それぞれ負荷装置５２−１〜５２−Ｎ（Ｎは２以上の整数）が接続されている。

［変形例４］
また、上記第１実施形態では、電流分配装置９によって分配される複数の系統の全てに負荷側半導体遮断器を設けたが、これは一例であって、必ずしも全ての系統に半導体遮断器を設ける必要はない。

１，８０…直流給電システム、３…電源装置、７，８…電力供給線、９…電流分配装置、１０…電源側半導体遮断器（上位遮断器）、１１−１，１１−２，１１−３…負荷側半導体遮断器（下位遮断器）、１２，１３…電力供給線、５１−１，５１−２，５１−３…負荷装置、１５，１８…電流センサ（過電流検知手段）、１６…半導体スイッチ部（スイッチ手段）、１９…半導体スイッチ部（スイッチ手段）、２１，４１…電流計測部、２２，４２…計測値記憶部、２３…制御回路（リトライ制御手段、遮断手段）、２４，４４…駆動部、２５，４５…設定情報記憶部、２６…制御部、３３…制御回路（リトライ制御手段、遮断手段）、３４−１，３４−２，３４−３…入力インタフェース、４３…制御部

Claims (5)

1. 直流電源装置からの電力供給線を導通・遮断するための上位遮断器と、前記電力供給線が分配された複数の電力供給線のそれぞれを導通・遮断するための複数の下位遮断器とを備えた直流給電システムであって、
   前記上位遮断器及び複数の前記下位遮断器は、それぞれ、
   半導体スイッチのオン・オフにより電力供給線を導通・遮断するスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段に流れる電流が過電流であることを検知する過電流検知手段と、
   前記過電流検知手段により前記過電流が検知されると前記スイッチ手段を直ちにオフさせるオフ動作を行わせる遮断手段と、
   前記遮断手段により前記オフ動作が行われると所定の再オン間隔経過後に前記スイッチ手段をオンさせるという再オン動作を少なくとも１回行うが、前記再オン動作を行うと直ちに前記遮断手段により前記オフ動作が行われるという再オン即時遮断が所定の事故判定条件を満たさずに起こった場合、再度の前記再オン動作を行い、一方、前記再オン即時遮断が前記事故判定条件を満たして起こった場合、再度の前記再オン動作を行わないリトライ制御手段と、を有し、
   前記上位遮断器の前記再オン間隔は、前記複数の負荷側半導体遮断器のいずれの前記再オン間隔よりも短いこと
   を特徴とする直流給電システム。
2. 直流電源装置からの電力供給線を導通・遮断するための１つの上位遮断器と、該上位遮断器からの電力供給線を導通・遮断するための１つの下位遮断器とを備えた直流給電システムであって、
   前記上位遮断器及び前記下位遮断器は、それぞれ、
   半導体スイッチのオン・オフにより電力供給線を導通・遮断するスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段に流れる電流が過電流であることを検知する過電流検知手段と、
   前記過電流検知手段により前記過電流が検知されると前記スイッチ手段を直ちにオフさせるオフ動作を行わせる遮断手段と、
   前記遮断手段により前記オフ動作が行われると所定の再オン間隔経過後に前記スイッチ手段をオンさせるという再オン動作を少なくとも１回行うが、前記再オン動作を行うと直ちに前記遮断手段により前記オフ動作が行われるという再オン即時遮断が所定の事故判定条件を満たさずに起こった場合、再度の前記再オン動作を行い、一方、前記再オン即時遮断が前記事故判定条件を満たして起こった場合、再度の前記再オン動作を行わないリトライ制御手段と、を有し、
   前記上位遮断器の前記再オン間隔は、前記負荷側半導体遮断器の前記再オン間隔よりも短いこと
   を特徴とする直流給電システム。
3. 請求項１又は２に記載の直流給電システムにおいて、
   前記事故判定条件は、前記再オン即時遮断が前記再オン間隔で所定回数連続しているという条件であること、
   を特徴とする直流給電システム。
4. 請求項１又は２に記載の直流給電システムにおいて、
   前記事故判定条件は、前記再オン即時遮断が前記再オン間隔で所定時間連続しているという条件であること、
   を特徴とする直流給電システム。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の直流給電システムにおいて、
   設定装置をさらに備え、
   前記設定装置は、前記事故判定条件を設定する設定部を備えている
   ことを特徴とする直流給電システム。

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