JP2021518100A - 遮断器制御モジュール - Google Patents

Abstract

本発明では、遮断器制御モジュールについて開示する。本発明の遮断器制御モジュールは、送配電線路の電流の流れを遮断するか、前記電流の流れ方向が転換されるようにスイッチングする複数の半導体スイッチング部、複数の半導体スイッチング部それぞれにトリップ信号を伝送して、各半導体スイッチング部のターン−オン又はターン−オフ動作を制御する制御部、及び複数の半導体スイッチング部と制御部が絶縁されるように、複数の半導体スイッチング部と制御部との間に構成されて、制御部からのトリップ信号を複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する複数の絶縁型信号伝送素子部、とを含むところ、電気的アークによる事故のリスクを減らして、制御部の安全性と信頼性を高めることができる。

Description

本発明は、電力系統や送配電線路の故障電流を遮断する遮断器制御モジュールに関し、詳細には、電子式半導体スイッチング構造を適用して、アークによる事故のリスクを減らし、遮断器を制御するための制御回路が絶縁状態で維持されるようにして、安全性と信頼性を高めることのできる遮断器制御モジュールに関する。

電力系統や送電及び配電線路等における故障が発生する場合、故障線路と電気的に連結された電力機器及び設備を保護するために、直流遮断器等で故障電流を遮断することになる。例えば、送電及び配電線路にサージ電圧等の過電圧／過電流が発生すれば、これをモニタリングする制御器や継電器等は、トリップ信号を故障線路の遮断器に供給して、故障電流の流れる故障線路を遮断することになる。

しかし、前述した従来の方式により故障線路の遮断スイッチを直接遮断する場合は、故障線路の両端の間に電気的アークが発生するようになる。このようなアーク発生時は、電気的な遮断効果が減ることになり、遮断回数が増えるほど、遮断スイッチらが焼損する等の問題があった。

このため、最近は、送電及び配電線路を遮断するための遮断器を開発するとき、反応速度に優れながらも、欠陥発生時も周辺線路の被害を最小限にすることができる電力用半導体スイッチを活用して、遮断器を設計している。

前述したように、故障線路の電流遮断時、直接に遮断スイッチらを制御して、故障線路が遮断されるようにすれば、電気的アークが発生するようになる。よって、電力用半導体スイッチで故障線路を先に遮断した後、遮断スイッチらを遮断すれば、アークが発生するリスクを減らせるようになる。

しかし、電力用半導体スイッチらは、送電及び配電線路に構成された状態で、別途制御器や計測器から直接にトリップ信号を受けるため、送電及び配電線路にサージ電圧、過電圧、過電流等が発生したとき、制御器や計測器にまで電気的な影響を受けるようになる問題があった。このように、制御器や計測器が直接に過電圧／過電流の影響を受けるようになれば、その安全性と信頼性は、著しく低下するしかなかった。

また、従来に送電及び配電線路の電流をセンシングするためのセンシング方法は、送電及び配電線路のバスバーに直接に抵抗等の電流センシング素子を構成して、電流量を検出した。このように、電流量を検出する過程でも、送電及び配電線路にサージ電圧等が発生したとき、制御器や計測器にまでその電気的な影響を受けるようになるため、遮断器を始め、遮断器を制御する構成にまで全て電気的リスクにさらすしかなかった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであって、電力系統や送電及び配電線路の故障電流を遮断するとき、電子式半導体スイッチング構造を用いて、故障線路を先に遮断するようにする。このため、本発明では、アークによる事故のリスクを減らせる遮断器制御モジュールを提供することにその目的がある。

また、故障電流が流れる故障線路と遮断器を制御する制御回路が絶縁されるようにして、制御回路の安全性と信頼性を高められる遮断器制御モジュールを提供することにその目的がある。

課題を解決しようとする手段

前述したような目的を達成するために、本発明の実施形態による遮断器制御モジュールは、送配電線路の電流の流れを遮断するか、前記電流の流れ方向が転換されるようにスイッチングする複数の半導体スイッチング部、複数の半導体スイッチング部それぞれにトリップ信号を伝送して、各半導体スイッチング部のターン−オン又はターン−オフ動作を制御する制御部、及び複数の半導体スイッチング部と制御部が絶縁されるように、複数の半導体スイッチング部と制御部との間に構成されて、制御部からのトリップ信号を複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する複数の絶縁型信号伝送素子部、とを含む。

複数の半導体スイッチング部のうち、第１の半導体スイッチング部は、送配電線路に直列構造で構成されて、制御部からのトリップ信号に応じてターン−オン又はターン−オフされる第１のスイッチング素子、及び第１のスイッチング素子と並列構造から送配電線路に構成されて、第１のスイッチング素子のターン−オフ時、送配電線路の電流が流れるようにする第１のダイオード素子、とを含み、複数の半導体スイッチング部のうち、第２の半導体スイッチング部は、第１のスイッチング素子と直列に送配電線路に構成されて、制御部からのトリップ信号に応じてターン−オン又はターン−オフされる第２のスイッチング素子、及び第１のダイオード素子とは反対向き方向に第２のスイッチング素子に並列に構成されて、第２のスイッチング素子のターン−オフ時、送配電線路の電流が流れるようにする第２のダイオード素子、とを含む。

制御部は、第１及び第２のスイッチング素子にトリップ信号を伝送して、第１及び第２のスイッチング素子をターン−オフさせることにより、送配電線路の電流の流れを遮断するか、第１のスイッチング素子は、ターン−オンさせるものの、第２のスイッチング素子にだけトリップ信号を伝送して、第２のスイッチング素子をターン−オフさせることにより、送配電線路の電流が逆方向に流れるように制御し、第２のスイッチング素子は、ターン−オンさせるものの、第１のスイッチング素子にだけトリップ信号を伝送して、第１のスイッチング素子をターン−オフさせることにより、送配電線路の電流が順方向に流れるように制御する。

複数の絶縁型信号伝送素子部は、複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターを含み、複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターを用いて、制御部からのトリップ信号を前記複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する。

複数の絶縁型信号伝送素子部は、複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターを含み、複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターは、送配電線路に流れる電流量に対応する検出信号を複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する。

本発明における遮断器制御モジュールは、送配電線路に複数の半導体スイッチング部と直列に構成されて、制御部の制御によって送配電線路を遮断する少なくとも一つの遮断スイッチ、送配電線路に複数の半導体スイッチング部と直列に構成された少なくとも一つのインダクタンス、送配電線路に複数の半導体スイッチング部と直列に構成された少なくとも一つの過電流防止ヒューズ、及び送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部のうち、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端から構成されて、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、検出済み電流量に対応する検出信号を制御部に伝送する第１の電流量検出部をさらに含む。

第１の電流量検出部は、送配電線路と予め設定された間隔を空けて構成された孔センサーを用いて、送配電線路の電磁場を検出し、検出済み電磁場に対応する電流及び電圧値を制御部に伝送する。

送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部のうち、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に構成されて、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、検出済み電流量に対応する検出信号を制御部に伝送する第２の電流量検出部をさらに含む。

制御部は、第１の電流量検出部からの電流量検出信号、及び前記第２の電流量検出部からの電流量検出信号を互いに比較し、比較済み差電圧の大きさが、予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小なくなれば、複数の半導体スイッチング部に、同時にトリップ信号を伝送して、配電線路の電流の流れを遮断させる。

本発明における遮断器制御モジュールは、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部のうち、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端と並列に、グラウンド電圧源の間に構成されて、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端にサージ電圧が発生すれば、サージ電圧をグラウンド電圧にショートさせる第１のショートサーキット回路部、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部とは並列に構成されて、複数の半導体スイッチング部の両端にサージ電圧が発生すれば、サージ電圧をグラウンド電圧にショートさせる第２のショートサーキット回路部、及び送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部のうち、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端と並列に、グラウンド電圧源の間に構成されて、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端にサージ電圧が発生すれば、サージ電圧をショートさせる第３のショートサーキット回路部をさらに含む。

本発明における遮断器制御モジュールは、第１のショートサーキット回路部と並列に構成されて、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧を検出して、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を制御部に供給する第１の電圧検出部、及び第３のショートサーキット回路部と並列構造で構成されて、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧を検出して、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を制御部に供給する第２の電圧検出部をさらに含む。

制御部は、第１の電圧検出部から検出された第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値、及び第２の電圧検出部から検出された第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を比較し、比較済み差電圧の大きさが予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小なくなれば、複数の半導体スイッチング部に、同時にトリップ信号を伝送して、配電線路の電流の流れを遮断させる。

本発明における遮断器制御モジュールは、第１の電圧検出部と制御部が絶縁されるように、第１の電圧検出部と前記制御部との間に構成されて、第１の電圧検出部から検出された前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を制御部に伝送する第１の絶縁型信号伝送部、及び第２の電圧検出部と制御部が絶縁されるように、第２の電圧検出部と制御部との間に構成されて、第２の電圧検出部から検出された第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を制御部に伝送する第２の絶縁型信号伝送部をさらに含む。

上記のように多様な技術特徴を有する本発明の遮断器制御モジュールは、電力系統や送電及び配電線路の故障電流を遮断するとき、電子式半導体スイッチング構造を用いて、故障線路を先に遮断させることにより、アークによる事故のリスクを減らせる効果がある。

また、本発明の遮断器制御モジュールは、故障電流が流れる故障線路と遮断器の制御回路が絶縁されるようにして、電気的な衝撃による安全性と信頼性を高められる効果がある。

本発明の第１実施形態による遮断器制御モジュールの構成を示した構成図。 図１に示された遮断器制御モジュールの電流の流れ方向を制御する方法を説明するための構成図。 図１及び図２に示された第１の絶縁型信号伝送素子部の構成を具体的に示した構成図。 図１及び図２に示された第１の電流量検出部の構成を具体的に示した構成図。 本発明の第２実施形態による遮断器制御モジュールの構成を示した構成図。 本発明の第３実施形態による遮断器制御モジュールの構成を示した構成図。

前述した目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述され、これによって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにおいて、本発明に係る公知の技術に対する具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には詳細な説明を省略する。以下では、添付の図面を参照して、本発明による好ましい実施形態を詳説する。図面における同じ参照符号は、同一又は類似の構成要素を示すことに使われる。

以下では、本発明の遮断器制御モジュールについてさらに詳説する。

図１は、本発明の第１実施形態による遮断器制御モジュールの構成を示した構成図である。

図１に示された遮断器制御モジュールは、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０、制御部１００、複数の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０、少なくとも一つの遮断スイッチ１０１、１０２、少なくとも一つのインダクタンス１６０、少なくとも一つの過電流防止ヒューズ１７０、及び第１の電流量検出部１５０、とを含む。

具体的には、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０は、電力系統や送電及び配電線路にそれぞれ構成される。かかる半導体スイッチング部１１０、１２０は、電力用半導体スイッチング素子を用いて、送電及び配電線路の電流の流れを遮断するか、送電及び配電線路の電流の流れ方向が転換されるようにスイッチングする。

このために、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第１の半導体スイッチング部１１０は、送配電線路に直列構造で構成されて、制御部１００からのトリップ信号に応じてターン−オン又はターン−オフされる第１のスイッチング素子（ＳＴ１）、及び第１のスイッチング素子（ＳＴ１）と並列構造で構成されて、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）のターン−オフ時、送配電線路の電流が流れるようにする第１のダイオード素子（Ｄ１）を含む。

複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第２の半導体スイッチング部１２０は、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）と直列に送配電線路に構成されて、制御部１００からのトリップ信号に応じてターン−オン又はターン−オフされる第２のスイッチング素子（ＳＴ２）、及び第１のダイオード素子（Ｄ１）とは反対向き方向に第２のスイッチング素子（ＳＴ２）に並列に構成されて、第２のスイッチング素子（ＳＴ２）のターン−オフ時、送配電線路の電流が流れるようにする第２のダイオード素子（Ｄ２）、とを含む。

複数の半導体スイッチング部１１０、１２０は、ターン−オン時、電流の流れによって順方向である場合、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の性質を有し、逆方向である場合、ダイオード（Ｄｉｏｄｅ）の性質を全て有する素子に用いることもできる。この場合は、一つの素子で具現可能である。

制御部１００は、少なくとも一つのＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を用いて、送配電線路の電流の流れの状態によって、各半導体スイッチング部１１０、１２０のスイッチング動作を制御する。

制御部１００は、第１の電流量検出部１５０等を通じて検出及び入力された送配電線路の電流量を、予め設定された基準電流量と比較し、その比較結果によって、送配電線路の故障有無を判断する。ここで、送配電線路の故障判断は、送配船線路にサージ電圧が印可されるか、過電圧又は過電流等が発生する場合を故障と判断及び定義することができる。

このため、制御部１００は、送配電線路の故障判断時、絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０を通じて、各々の半導体スイッチング部１１０、１２０にトリップ信号を伝送することにより、各半導体スイッチング部１１０、１２０のターン−オン又はターン−オフ動作を制御する。

制御部１００において、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０にいずれもトリップ信号を伝送する場合は、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０がいずれもターン−オフされて、送配電線路の電流の流れが遮断される。

送配電線路の故障判断時、制御部１００は、送配電線路に構成された少なくとも一つの遮断スイッチ１０１、１０２を先にターン−オフさせて、直接に送配電線路の電流の流れを遮断することもできる。しかし、各々の遮断スイッチ１０１、１０２は、機械スイッチであるため、遮断スイッチ１０１、１０２を直ちにターン−オフさせる場合、高電圧によるアークが発生したりもして、遮断回数が多い程、焼損リスクが大きくなる。

このため、制御部１００は、送配電線路の故障判断時、絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０を通じて、各々の半導体スイッチング部１１０、１２０にトリップ信号を伝送することにより、先に各半導体スイッチング部１１０、１２０をターン−オフさせる。その後、送配電線路の遮断スイッチ１０１、１０２で送配電線路を遮断することにより、アーク発生によるリスクを減らして、安全性を高めるようになる。

複数の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０は、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０と前記制御部１００が絶縁されるように、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０と制御部１００との間に構成される。

各々の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０は、制御部１００からターン−オンスイッチング信号及びトリップ信号が供給されると、供給されたターン−オンスイッチング信号やトリップ信号を各々の半導体スイッチング部１１０、１２０に伝送する。

各々の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０は、絶縁型信号伝送素子として少なくとも一つの両方向デジタルアイソレーター、及び複数のフォトカプラーのうち、少なくとも一つの素子を含むところ、送配電線路に直接接続された各半導体スイッチング部１１０、１２０と制御部１００が絶縁されるようにする。

各半導体スイッチング部１１０、１２０と制御部１００が絶縁状態を維持する場合、送配電線路にサージ電圧や過電圧又は過電流が発生する場合も、制御部１００には、その電気的な影響を最小限にすることができる。

一方、各々の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０は、送配電線路に流れる電流量、例えば、各半導体スイッチング部１１０、１２０の入力端又は出力端に流れる電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送したりもする。すなわち、各々の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０は、制御部１００からターン−オンスイッチング信号及びトリップ信号を、各々の半導体スイッチング部１１０、１２０に伝送するとともに、各半導体スイッチング部１１０、１２０の入力端又は出力端に流れる電流量を検出し、検出済み電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送する。かかる各々の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０に対する構成と動作については、以下に添付の図面を参照して、さらに具体的に説明する。

少なくとも一つの遮断スイッチ１０１、１０２は、送配電線路に複数の半導体スイッチング部１１０、１２０と直列に構成される。少なくとも一つの遮断スイッチ１０１、１０２は、各半導体スイッチング部１１０、１２０の入力端又は出力端に直列に構成されうるし、制御部１００から遮断信号（例えば、ターン−オフ信号）が入力されると、送配電線路を遮断することになる。

少なくとも一つのインダクタンス１６０は、送配電線路に複数の半導体スイッチング部１１０、１２０と直列に構成されて、制御部１００における送配電線路の電流変化と逆起電力の比率を検出するために用いられる。

少なくとも一つの過電流防止ヒューズ１７０も、送配電線路に複数の半導体スイッチング部１１０、１２０と直列に構成され、過電流発生時、送配電線路が自動に短絡されるようにする。

第１の電流量検出部１５０は、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端に構成されてもよい。かかる第１の電流量検出部１５０は、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、検出済み電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送する。このため、制御部１００は、第１の電流量検出部１５０を通じて検出及び入力された送配電線路の電流量を、予め設定された基準電流量と比較し、その比較結果によって、送配電線路の故障有無を判断することができるようになる。

図２は、図１に示された遮断器制御モジュールの電流の流れ方向を制御する方法を説明するための構成図である。

図２に示されたように、第１の半導体スイッチング部１１０の第１のスイッチング素子（ＳＴ１）は、送配電線路に直列構造で構成されて、制御部１００からのターン−オンスイッチング信号及びトリップ信号に応じてターン−オン又はターン−オフされる。

このとき、第１のダイオード素子（Ｄ１）は、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）と並列構造で構成されるため、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）のターン−オフ時は、第１のダイオード素子（Ｄ１）の方向に従って、送配電線路に逆方向（Ｂ矢印方向）に電流が流れるようにする。

第２の半導体スイッチング部１２０の第２のスイッチング素子（ＳＴ２）は、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）と直列に送配電線路に構成されて、制御部１００からのターン−オンスイッチング信号及びトリップ信号に応じてターン−オン又はターン−オフされる。

第２のダイオード素子（Ｄ２）は、第１のダイオード素子（Ｄ１）とは反対向き方向に第２のスイッチング素子（ＳＴ２）と並列に構成される。このため、第２のスイッチング素子（ＳＴ２）のターン−オフ時は、第２のダイオード素子（Ｄ２）の方向に従って、送配電線路に順方向（Ａ矢印方向）に電流が流れるようにする。

かかる構成により、制御部１００は、第１及び第２のスイッチング素子（ＳＴ１、ＳＴ２）にいずれもトリップ信号を伝送し、第１及び第２のスイッチング素子（ＳＴ１、ＳＴ２）をターン−オフさせることにより、送配電線路の電流の流れを遮断させることができる。

制御部１００は、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）をターン−オンスイッチング信号にターン−オンさせるものの、第２のスイッチング素子（ＳＴ２）にだけトリップ信号を伝送して、第２のスイッチング素子（ＳＴ２）をターン−オフさせることにより、送配電線路の電流が逆方向（Ｂ矢印方向）に流れるように制御することができる。

これと違って、制御部１００は、第２のスイッチング素子（ＳＴ２）をターン−オンスイッチング信号にターン−オンさせるものの、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）にだけトリップ信号を伝送して、第１のスイッチング素子（ＳＴ１）をターン−オフさせることにより、送配電線路の電流が順方向（Ａ矢印方向）に流れるように制御することができる。

図３は、図１及び図２に示された第１の絶縁型信号伝送素子部の構成を具体的に示した構成図である。

具体的には、図３（ａ）は、第１の絶縁型信号伝送素子部１３０に絶縁型信号伝送素子で両方向デジタルアイソレーター１３１が構成された例を示した図面である。

両方向デジタルアイソレーター１３１は、送配電線路に直接接続された第１の半導体スイッチング部１１０と制御部１００が絶縁されるようにする。そして、両方向デジタルアイソレーター１３１は、絶縁状態で、制御部１００からターン−オンスイッチング信号やトリップ信号（Ｓ_１３０）が供給されると、供給されたターン−オンスイッチング信号やトリップ信号（Ｓ_１３０）を第１の半導体スイッチング部１１０に伝送する。

また、図３（ａ）の両方向デジタルアイソレーター１３１は、送配電線路に流れる電流量、例えば、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端に流れる電流量に対応する検出信号（Ｓ_１）を制御部１００に伝送したりもする。

図面に示していないが、第２の絶縁型信号伝送素子部１４０も、絶縁型信号伝送素子で両方向デジタルアイソレーター１３１が構成されてもよい。この場合、第２の絶縁型信号伝送素子部１４０の両方向デジタルアイソレーター１３１も、送配電線路に直接接続された第２の半導体スイッチング部１２０と制御部１００が絶縁されるようにする。そして、制御部１００からターン−オンスイッチング信号やトリップ信号が供給されると、供給されたターン−オンスイッチング信号やトリップ信号を第２の半導体スイッチング部１２０に伝送する。そして、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端に流れる電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送したりもする。

次に、図３（ｂ）は、第１の絶縁型信号伝送素子部１３０に絶縁型信号伝送素子で複数のフォトカプラー１４１が両方向に構成された例を示した図面である。

両方向に構成された複数のフォトカプラー１４１は、送配電線路に直接接続された第１の半導体スイッチング部１１０と制御部１００が絶縁されるようにする。そして、両方向に構成された複数のフォトカプラー１４１は、絶縁状態で、制御部１００からターン−オンスイッチング信号やトリップ信号（Ｓ_１３０）が供給されると、供給されたターン−オンスイッチング信号やトリップ信号（Ｓ_１３０）を第１の半導体スイッチング部１１０に伝送する。

また、両方向に構成された複数のフォトカプラー１４１は、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端に流れる電流量に対応する検出信号（Ｓ_１）を制御部１００に伝送したりもする。

図面に示していないが、第２の絶縁型信号伝送素子部１４０も、絶縁型信号伝送素子で複数のフォトカプラー１４１が両方向に構成されてもよい。この場合、第２の絶縁型信号伝送素子部１４０に両方向に構成された複数のフォトカプラー１４１も、送配電線路に直接接続された第２の半導体スイッチング部１２０と制御部１００が絶縁されるようにする。そして、制御部１００からターン−オンスイッチング信号やトリップ信号が供給されると、供給されたターン−オンスイッチング信号やトリップ信号を第２の半導体スイッチング部１２０に伝送する。そして、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端に流れる電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送したりもする。

かかる第１及び第２の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０の構成によって、制御部１００は、第１及び第２の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０を通じて、第１及び第２の半導体スイッチング部１１０、１２０の両端電流量による検出信号らを入力されることができる。ここで、第１及び第２の半導体スイッチング部１１０、１２０の両端電流量による検出信号らを、第１及び第２の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０の特性によって電圧値として入力されるようになる。

このため、制御部１００は、第１及び第２の半導体スイッチング部１１０、１２０の両端電流量による検出信号らを互いに比較し、比較済み差電圧の大きさが予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小さくなれば、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０に、同時にトリップ信号を伝送して、送配電線路の電流の流れを遮断させることができる。

図４は、図１及び図２に示された第１の電流量検出部の構成を具体的に示した構成図である。

図４に示された第１の電流量検出部１５０は、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端に構成されてもよい。かかる第１の電流量検出部１５０は、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、検出済み電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送する。

このために、図４のように、第１の電流量検出部１５０は、送配電線路のバスバー４００と予め設定された間隔を空けて間接に構成された孔センサー３００を用いて、送配電線路の電磁場を検出し、検出済み電磁場に対応する電流及び電圧値を制御部１００に伝送することができる。このように、孔センサー３００を用いて、送配電線路のバスバーと、予め設定された間隔を空けて間接に電流量を検出することになれば、別途絶縁素子を用いることなく、送配電線路と絶縁状態を維持するため、制御部１００の安全性を高められるようになる。そして、制御部１００は、第１の電流量検出部１５０を通じて間接に検出された送配電線路の電流量を、予め設定された基準電流量と比較し、その比較結果によって、送配電線路の故障有無を安定して判断することができる。

図５は、本発明の第２実施形態による遮断器制御モジュールの構成を示した構成図である。

図５に示された遮断器制御モジュールは、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端に構成された第２の電流量検出部１５２をさらに含む。

第２の電流量検出部１５２は、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、検出済み電流量に対応する検出信号を制御部１００に伝送する。

第２の電流量検出部１５２も、送配電線路のバスバーと予め設定された間隔を空けて間接に構成された孔センサー３００を用いて、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端の電磁場を検出し、検出済み電磁場に対応する電流及び電圧値を制御部１００に伝送することができる。

このため、制御部１００は、第１の電流量検出部１５０からの電流量検出信号、及び前記第２の電流量検出部１５２からの電流量検出信号を互いに比較し、比較済み差電圧の大きさが、予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小さくなれば、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０に、同時にトリップ信号を伝送して、送配電線路の電流の流れを遮断させることができる。

図６は、本発明の第３実施形態による遮断器制御モジュールの構成を示した構成図である。

図６に示されたように、遮断器制御モジュールは、第１のショートサーキット回路部２０９、第２のショートサーキット回路部２１０、第３のショートサーキット回路部２１１、第１の電圧検出部（ＳＶ１）、及び第２の電圧検出部（ＳＶ２）をさらに含む。

ここで、第１のショートサーキット回路部２０９は、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端と並列に、グラウンド電圧源の間に構成される。第１のショートサーキット回路部２０９は、金属酸化物バリスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｖａｒｉｓｔｏｒ）を含む。このため、第１のショートサーキット回路部２０９は、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端にサージ電圧が発生すると、サージ電圧をグラウンド電圧にショートさせて、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端の電圧を安定化する。

第２のショートサーキット回路部２１０は、送配電線路に直列に連結された第１及び第２の半導体スイッチング部１１０、１２０とは並列に構成される。かかる第２のショートサーキット回路部２１０は、第１及び第２の半導体スイッチング部１１０、１２０の両端にサージ電圧が発生すると、サージ電圧をグラウンド電圧にショートさせて、第１及び第２の半導体スイッチング部１１０、１２０の両端電圧を安定化する。

第３のショートサーキット回路部２１１は、送配電線路に直列に連結された複数の半導体スイッチング部１１０、１２０のうち、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端と並列に、グラウンド電圧源の間に構成される。かかる第３のショートサーキット回路部２１１は、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端にサージ電圧が発生すると、サージ電圧をショートさせて、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端の電圧を安定化する。

第１の電圧検出部（ＳＶ１）は、第１のショートサーキット回路部２０９と並列構造で構成される。かかる第１の電圧検出部（ＳＶ１）は、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端の電圧を検出して、第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端の電圧値を制御部１００に供給する。

本発明の遮断器制御モジュールに構成された第１及び第２の絶縁型信号伝送素子部１３０、１４０と、第１及び第２の電流量検出部は、送配電線路の電流量を検出して、電流量に対応する検出信号や電圧値を制御部１００に供給するため、送配電線路の電圧を検出する回路が必要である。

このため、第１の電圧検出部（ＳＶ１）は、複数の抵抗熱から構成されて、抵抗熱による分配電圧値を制御部１００に供給する。

第２の電圧検出部（ＳＶ２）の場合は、第３のショートサーキット回路部２１１と並列構造で構成される。このため、第２の電圧検出部（ＳＶ２）は、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端の電圧を検出して、第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端の電圧値を制御部１００に供給する。第２の電圧検出部（ＳＶ２）も、複数の抵抗熱から構成されて、抵抗熱による分配電圧値を制御部１００に供給する。

第１及び第２の電圧検出部（ＳＶ１、ＳＶ２）の構成によって、制御部１００は、第１の電圧検出部（ＳＶ１）から検出された第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端の電圧値、及び第２の電圧検出部（ＳＶ２）から検出された第１の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端の電圧値を互いに比較することができる。そして、制御部１００は、比較された差電圧の大きさが、予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小さくなれば、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０に、同時にトリップ信号を伝送して、配電線路の電流の流れを遮断させることができる。

一方、図６に示されたように、本発明の遮断器制御モジュールは、制御部１００が送配電線路と絶縁状態を維持するようにするための構成であって、第１の絶縁型信号伝送部２５１及び第２の絶縁型信号伝送部２５０をさらに含めたりもする。

具体的には、第１の絶縁型信号伝送部２５１は、第１の電圧検出部（ＳＶ１）と制御部１００が絶縁されるように、第１の電圧検出部（ＳＶ１）と前記制御部１００との間に構成される。かかる第１の絶縁型信号伝送部２５１は、第１の電圧検出部（ＳＶ１）から検出された第２の半導体スイッチング部１２０の入力端又は出力端の電圧値を制御部１００に伝送する。

第２の絶縁型信号伝送部２５０は、第２の電圧検出部（ＳＶ２）と制御部１００が絶縁されるように、第２の電圧検出部（ＳＶ２）と制御部１００との間に構成される。かかる第２の絶縁型信号伝送部２５０は、第２の電圧検出部（ＳＶ２）から検出された第１の半導体スイッチング部１１０の入力端又は出力端の電圧値を制御部１００に伝送する。ここで、第１及び第２の絶縁型信号伝送部２５１、２５０は、少なくとも一つのアイソレーターやフォトカプラーから構成されて、第１及び第２の電圧検出部（ＳＶ１、ＳＶ２）と制御部１００が絶縁されるようにすることができる。

制御部１００は、第１及び第２の絶縁型信号伝送部２５１、２５０を通じて、第１及び第２の電圧検出部（ＳＶ１、ＳＶ２）からそれぞれ検出された電圧値を受信することができる。このため、制御部１００は、第１及び第２の電圧検出部（ＳＶ１、ＳＶ２）からそれぞれ検出された電圧値を互いに比較し、比較済み差電圧の大きさが、予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小さくなれば、複数の半導体スイッチング部１１０、１２０を制御して、送配電線路の電流の流れを遮断させることができる。

以上にて前述したように、本発明の遮断器制御モジュールは、電力系統や送電及び配電線路の故障電流を遮断するとき、電子式半導体スイッチング構造を用いて故障線路を先に遮断させることにより、アークによる事故のリスクを減らせるようになる。

また、本発明の遮断器制御モジュールは、故障電流が流れる故障線路と遮断器の制御回路が絶縁されるようにして、電気的な衝撃による安全性と信頼性を高めることができる。

前述した本発明は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって本発明の技術的思想を脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、前述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではない。

Claims (13)

1. 送配電線路の電流の流れを遮断するか、前記電流の流れ方向が転換されるようにスイッチングする、複数の半導体スイッチング部；
   前記複数の半導体スイッチング部それぞれにトリップ信号を伝送して、前記各半導体スイッチング部のターン−オン又はターン−オフ動作を制御する制御部；及び、
   前記複数の半導体スイッチング部と前記制御部が絶縁されるように、前記複数の半導体スイッチング部と前記制御部との間に構成されて、前記制御部からのトリップ信号を前記複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する、複数の絶縁型信号伝送素子部を含む、
   遮断器制御モジュール。
2. 前記複数の半導体スイッチング部のうち、第１の半導体スイッチング部は、
   前記送配電線路に直列構造で構成されて、前記制御部からのトリップ信号に応じて、ターン−オン又はターン−オフされる第１のスイッチング素子；及び、
   前記第１のスイッチング素子と並列構造で前記送配電線路に構成されて、前記第１のスイッチング素子のターン−オフ時、前記送配電線路の電流が流れるようにする第１のダイオード素子を含み、
   前記複数の半導体スイッチング部のうち、第２の半導体スイッチング部は、
   前記第１のスイッチング素子と直列に、前記送配電線路に構成されて、前記制御部からのトリップ信号に応じて、ターン−オン又はターン−オフされる第２のスイッチング素子；及び、
   前記第１のダイオード素子とは反対向き方向に、前記第２のスイッチング素子に並列に構成されて、前記第２のスイッチング素子のターン−オフ時、前記送配電線路の電流が流れるようにする第２のダイオード素子を含む、
   請求項１に記載の遮断器制御モジュール。
3. 前記制御部は、
   前記第１及び第２のスイッチング素子にトリップ信号を伝送して、前記第１及び第２のスイッチング素子をターン−オフさせることにより、前記送配電線路の電流の流れを遮断させるか、
   前記第１のスイッチング素子は、ターン−オンさせるものの、前記第２のスイッチング素子にだけトリップ信号を伝送して、前記第２のスイッチング素子をターン−オフさせることにより、前記送配電線路の電流が逆方向に流れるように制御し、
   前記第２のスイッチング素子は、ターン−オンさせるものの、前記第１のスイッチング素子にだけトリップ信号を伝送して、前記第１のスイッチング素子をターン−オフさせることにより、前記送配電線路の電流が順方向に流れるように制御する、
   請求項２に記載の遮断器制御モジュール。
4. 前記複数の絶縁型信号伝送素子部は、
   複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターを含み、前記複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターを用いて、前記制御部からのトリップ信号を、前記複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する、
   請求項１に記載の遮断器制御モジュール。
5. 前記複数の絶縁型信号伝送素子部は、
   複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターを含み、
   前記複数のフォトカプラー又は少なくとも一つのアイソレーターは、前記送配電線路に流れる電流量に対応する検出信号を、前記複数の半導体スイッチング部にそれぞれ伝送する、
   請求項１に記載の遮断器制御モジュール。
6. 前記送配電線路に、前記複数の半導体スイッチング部と直列に構成されて、
   前記制御部の制御によって、前記送配電線路を遮断する少なくとも一つの遮断スイッチ；
   前記送配電線路に、前記複数の半導体スイッチング部と直列に構成された少なくとも一つのインダクタンス；
   前記送配電線路に、前記複数の半導体スイッチング部と直列に構成された少なくとも一つの過電流防止ヒューズ；及び、
   前記送配電線路に直列に連結された前記複数の半導体スイッチング部のうち、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に構成されて、前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、
   前記検出済み電流量に対応する検出信号を前記制御部に伝送する、第１の電流量検出部をさらに含む、
   請求項１に記載の遮断器制御モジュール。
7. 前記第１の電流量検出部は、
   前記送配電線路と予め設定された間隔を空けて構成された孔センサーを用いて、
   前記送配電線路の電磁場を検出し、前記検出済み電磁場に対応する電流及び電圧値を前記制御部に伝送する、
   請求項６に記載の遮断器制御モジュール。
8. 前記送配電線路に直列に連結された前記複数の半導体スイッチング部のうち、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に構成されて、前記第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端に流れる電流量をリアルタイムで検出し、
   前記検出済み電流量に対応する検出信号を前記制御部に伝送する、第２の電流量検出部をさらに含む、
   請求項６に記載の遮断器制御モジュール。
9. 前記制御部は、
   前記第１の電流量検出部からの電流量検出信号、及び前記第２の電流量検出部からの電流量検出信号を互いに比較し、
   前記比較済み差電圧の大きさが、予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小さくなれば、前記複数の半導体スイッチング部に、同時にトリップ信号を伝送して、前記配電線路の電流の流れを遮断させる、
   請求項８に記載の遮断器制御モジュール。
10. 前記送配電線路に直列に連結された前記複数の半導体スイッチング部のうち、第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端と並列に、グラウンド電圧源の間に構成されて、前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端にサージ電圧が発生すれば、前記サージ電圧をグラウンド電圧にショートさせる第１のショートサーキット回路部；
    前記送配電線路に直列に連結された前記複数の半導体スイッチング部とは並列に構成されて、前記複数の半導体スイッチング部の両端にサージ電圧が発生すれば、前記サージ電圧をグラウンド電圧にショートさせる第２のショートサーキット回路部；及び、
    前記送配電線路に直列に連結された前記複数の半導体スイッチング部のうち、第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端と並列に、グラウンド電圧源の間に構成されて、前記第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端にサージ電圧が発生すれば、サージ電圧をショートさせる第３のショートサーキット回路部をさらに含む、
    請求項６に記載の遮断器制御モジュール。
11. 前記第１のショートサーキット回路部と並列に構成されて、前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧を検出して、前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を、前記制御部に供給する第１の電圧検出部；及び、
    前記第３のショートサーキット回路部と並列構造で構成されて、前記第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧を検出して、前記第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を、前記制御部に供給する第２の電圧検出部をさらに含む、
    請求項１０に記載の遮断器制御モジュール。
12. 前記制御部は、
    第１の電圧検出部から検出された、前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値、及び第２の電圧検出部から検出された、前記第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を比較し、
    前記比較済み差電圧の大きさが、予め設定された基準電圧値の範囲より大きいか小さくなれば、前記複数の半導体スイッチング部に、同時にトリップ信号を伝送して、前記配電線路の電流の流れを遮断させる、
    請求項１１に記載の遮断器制御モジュール。
13. 前記第１の電圧検出部と前記制御部が絶縁されるように、前記第１の電圧検出部と前記制御部との間に構成されて、前記第１の電圧検出部から検出された前記第２の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を、前記制御部に伝送する、第１の絶縁型信号伝送部；及び、
    前記第２の電圧検出部と前記制御部が絶縁されるように、前記第２の電圧検出部と前記制御部の間に構成されて、前記第２の電圧検出部から検出された前記第１の半導体スイッチング部の入力端又は出力端の電圧値を、前記制御部に伝送する、第２の絶縁型信号伝送部を含む、
    請求項１１に記載の遮断器制御モジュール。

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