JP2022094932A - 送電グリッド用ハイブリッドスイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電グリッドのためのハイブリッドスイッチング装置を提供する。【解決手段】本発明のスイッチング装置は、１つ以上の電気機械式スイッチングデバイスを含む第１電気ブランチと、複数のソリッドステート式スイッチングデバイスを含む第２電気ブランチとを備える。第２電気ブランチは、第１電気ブランチと電気的に並列に接続されている。第２電気ブランチは、電流遮断回路を備えている。前記電流遮断回路は、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスと、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスに電気的に並列に接続された第１電子回路とを含む。第２電気ブランチは、電流制限回路をさらに備える。前記電流制限回路は、前記電流遮断回路と電気的に直列に接続され、かつ、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスと、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスに電気的に並列に接続された第２電子回路とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、送電グリッド分野に関連している。より詳細には、本発明は、送電グリッド、例えばＤＣ送電グリッド、において回路保護機能を提供するためのハイブリッドスイッチング装置に関する。

ＤＣ送電グリッドは、太陽光発電システム、海軍システム、バッテリーを用いた蓄電システム（BESS）など、さまざまな用途に広く採用されている。知られているように、ＤＣ送電線に障害事象（過負荷や短絡など）が発生すると、送電線に電気的に接続されている多くの電気部品が、大変な電気故障を引き起こす可能性がある。明らかに、このような事態は致命的な結果を招く可能性があり、特に、発電システム（太陽光発電パネルなど）や蓄電システム（バッテリーなど）が送電グリッド内に設置されている場合、致命的な結果を招く可能性がある。このような事態を防ぐために、ＤＣ送電グリッドでは、通常、故障発生時に送電グリッドの一部を選択的に切り離すことができるように構成された複数のスイッチング装置が設置されている。

現在の技術水準のいくつかのスイッチング装置は、電気機械式スイッチングデバイスを含む、このスイッチングデバイスは、すなわち、電流を伝導するために結合することができ電流を遮断するために切り離されることができる電気接点を有するスイッチングデバイス（例えば、サーキットブレーカー）である。一般的に、これらのスイッチングデバイスは、切断されたグリッド部分間の直流的絶縁を保証するという利点がある。加えて、これらのデバイスは、産業レベルにおいて実現するために比較的安価である。
しかし、これらのデバイスの動作原理から、電気機械式スイッチングデバイスは一般的に満足のいく遮断定格を提供しない。例えば、比較的高い電圧（例えば、DC1.5kVまで又はそれ以上）では、開いている時間が非常に長くなる。通常、分離した状態の電気接点間で発生する電気アークは、結果的に比較的長い時間続くことがある。当然、このことは、信頼性やメンテナンスコストの面で関連する問題を引き起こす可能性がある。

現在の技術水準の他のスイッチング装置は、ソリッドステート式スイッチングデバイスを含む、すなわちこのスイッチングデバイスは半導体材料をベースにしたスイッチングコンポーネントを含んでいる。ソリッドステート式スイッチングデバイスの主な利点は、アークレスのスイッチング動作により、無限の電気的耐久性を持つ可能性があることである。さらに、これらのデバイスは、電気機械式のスイッチングデバイスと比較して、動作が速く、中断時間が著しく短い。しかし、一般的には、閉状態のときに電流による発熱を除去するためにこれらのデバイスをしっかりと冷却する必要がある。

このような問題を解決するために、電気機械式スイッチングデバイスとソリッドステート式スイッチングデバイスの両方を用いたハイブリッドスイッチング装置が開発されている。これらの保護デバイスの例は、特許文献１および特許文献２に開示されている。一般的に、特に短絡の場合、このタイプの公知のスイッチング装置は、用いていた電気機械式スイッチングデバイスからソリッドステート式スイッチングデバイスに切り替えられた電流を適切に管理することができない。例えば、このスイッチング装置は、ある電気ブランチから別の電気ブランチに電流を切り替えるのに必要な時間が比較的長いため、ソリッドステート式スイッチングデバイスだけを使用した装置ほど高速に介入することはできない。さらに、ソリッドステート式スイッチングデバイスは比較的長い時間比較的大きい電流に耐えられるように設計される必要がある。従って、ソリッドステートスイッチングデバイスは、多くの場合、大きくなり、産業レベルで製造するには比較的高価になる。

WO 2017/186262 A1 WO 2011/057675 A1

本発明の主な目的は、送電グリッド、例えばＤＣ送電グリッド、のためのハイブリッドスイッチング装置を提供することであり、この装置により上述の課題を克服または軽減することができる。より具体的には、本発明の目的は、電気故障において、特に短絡電流の存在下において、性能の高い遮断定格を保証するハイブリッドスイッチング装置を提供することである。
さらなる目的として、本発明は、現在の技術水準の対応するソリューションに対して、より安価で小型のソリッドステートスイッチングデバイスを用いることができるハイブリッドスイッチング装置を提供することを目的とする。
また、本発明のもう一つの目的は、産業レベルにおいて現在の技術水準のソリューションに対して競争力のあるコストで容易に製造することができるハイブリッドスイッチング装置を提供することである。

これらの目的を達成するために、本発明は、以下の請求項１および関連する従属請求項に記載のスイッチング装置を提供する。
本発明に係るハイブリッドスイッチング装置は、対応するグリッド部分と電気的に接続するための第１電気端子および第２電気端子と、１つ以上の電気機械式スイッチングデバイスを含む第１電気ブランチと、複数のソリッドステート式スイッチングデバイスを含む第２電気ブランチとを備える。前記電気機械式スイッチングデバイスは、電流を導通するために機械的に結合し電流を遮断するために機械的に切り離される電気接点を有し、各ソリッドステート式スイッチングデバイスは、半導体材料に基づく１つ以上のスイッチングコンポーネントを含み、各ソリッドステート式スイッチングデバイスは、前記スイッチングデバイスが電流を流すオン状態と、前記スイッチングデバイスが電流を遮断するオフ状態との間で切り替わるように設けられる。上記の第２電気ブランチは、第１電気端子と第２電気端子との間で第１電気ブランチと電気的に並列に接続されている。

本発明によれば、スイッチング装置は、第２電気ブランチに沿って流れる電流を遮断するように設けられた電流遮断回路を備える。前記電流遮断回路は、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスと、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスに電気的に並列に接続された第１電子回路とを含む。
本発明によれば、前記スイッチング装置は、第２電気ブランチに沿って流れる電流を制限するように設けられた電流制限回路を備える。前記電流制限回路は前記電流遮断回路と直列に電気的に接続されており、前記電流制限回路は、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスと、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスに電気的に並列に接続された第２電子回路とを含んでいる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、前記スイッチング装置の第１電気ブランチは、１つの第１電気機械式スイッチングデバイスを含み、第１電気機械式スイッチングデバイスは、第１電気機械式スイッチングデバイスが電流を流す閉状態と、第１電気機械式スイッチングデバイスが電流を遮断する開状態とを可逆的に切り替えることができる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、前記スイッチング装置の第１電気ブランチは、第１電気機械式スイッチングデバイスと、第２電気機械式スイッチングデバイスとが電気的に直列に接続されている。第１電気機械式スイッチングデバイスは、第１電気機械式スイッチングデバイスが電流を流す閉状態と、第１電気機械式スイッチングデバイスが電流を遮断する開状態とを切り替えることができる。

本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置の一実施形態を模式的に示した図である。 本発明によるスイッチング装置を含むＤＣ送電グリッドを模式的に示した図である。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。 多数のスイッチンググループを含む電池エネルギー貯蔵システムを含むＤＣ送電グリッドの動作例を模式的に示す図であり、スイッチンググループのそれぞれが本発明によるスイッチング装置を含む。

第１電気機械式スイッチングデバイスは、外部からの制御信号や外部からの電力供給を受けることなく、前記スイッチング装置に沿って流れる電流によって駆動されて、前記閉状態から前記開状態へと切り替わることができる自動式のスイッチングデバイスである。動作において、第１電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って流れる電流が対応する所定のしきい値を超えたとき、または前記スイッチング装置に沿って流れる電流の変化率が対応する所定のしきい値を超えたとき、またはこれら２つの条件の組み合わせにより、前記閉状態から前記開状態へと切り替わる。

第２電気機械式スイッチングデバイスは、第２電気機械式スイッチングデバイスが電流を流す閉状態と、第２電気機械式スイッチングデバイスが電流を遮断する開状態とを切り替えることができる。動作において、第２電気機械式スイッチングデバイスは、対応する入力制御信号を受けて閉状態と開状態との間で切り替わる。
好ましくは、第１電気機械式スイッチングデバイスは、第１電気機械式スイッチングデバイスの電気接点を作動させるために、前記スイッチング装置に沿った電流の流れによって発生する電気力学的な力を利用することができる第１アクチュエータを含み、それによって、第１電気機械式スイッチングデバイスを閉状態から開状態に切り替えることができる。
好ましくは、第１アクチュエータは、第１電気機械式スイッチングデバイスの電気接点に動作可能に繋がったトムソンコイル作動装置を含む。

好ましくは、第２電気機械式スイッチングデバイスは、対応する入力制御信号を受信すると、第２電気機械式スイッチングデバイスの電気接点を作動させる第２アクチュエータを含む。
第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、一方向タイプまたは双方向タイプのいずれかになるように配置することができ、すなわち、ＤＣネットワークにおいて一方向に流れる電流のみを伝導および遮断することができ、または、ＤＣまたはＡＣネットワークにおいて任意の方向の電流を伝導および遮断することができる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、逆並列の構成または逆直列の構成に従って配置された、半導体材料に基づく一対のスイッチングコンポーネントを備え、このことにより第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流を制御することが可能になる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、第２電気ブランチは、第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御を可能にするために、前記電流遮断回路に動作可能に関連付けられた第１ダイオードブリッジを備える。また、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスは、一方向タイプまたは双方向タイプのいずれかになるように配置することができる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスは、逆並列の構成または逆直列の構成に従って配置された、半導体材料に基づく一対のスイッチングコンポーネントを備え、このことにより第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御が可能になる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、第２電気ブランチは、第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御を可能にするように、前記電流制限回路に動作可能に関連付けられた第２ダイオードブリッジを備える。
本発明のいくつかの実施形態によれば、第２電気ブランチは、双方向の電流の制御を可能にするように配置された第３ダイオードブリッジ回路を備える。

好ましくは、第１電気機械式スイッチングデバイスは、短絡電流が前記スイッチング装置に沿って流れた場合に、閉状態から開状態に切り替えるように設けられている。
好ましくは、第１電気機械式スイッチングデバイスは、過負荷電流または通常電流が前記スイッチング装置に沿って流れる場合、閉状態から開状態に切り替わらないように設けられている。

好ましくは、第２電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って短絡電流が流れた場合に、閉状態から開状態に切り替わるように設けられている。しかしながら、第２電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って過負荷電流または通常電流が流れた場合にも、閉状態から開状態に切り替えるように指令されてもよい。

好ましくは、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、短絡電流が第１電気ブランチから第２電気ブランチに切り替えられた瞬間から第１の時間間隔が経過した後に、オン状態からオフ状態に切り替わるように設けられている。
好ましくは、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、過負荷電流または通常電流が第１電気ブランチから第２電気ブランチに切り替えられた瞬間から第３の時間間隔が経過した後に、オン状態からオフ状態に切り替えるように設けられている。
好ましくは、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスは、第１電気ブランチから第２電気ブランチに電流が切り替えられた後に、オン状態からオフ状態に切り替わるように設けられている。

さらなる態様では、本発明は、以下の請求項１８および関連する従属請求項による、送電グリッドを保護する方法に関する。一般に、前記送電グリッドは、前記送電グリッドの複数の異なるグリッド部分を電気的に接続または電気的に切り離すための複数のスイッチンググループを備える。
好ましくは、前記送電グリッドは、複数のバッテリーユニットを含む電池エネルギー貯蔵システムと、前記バッテリーユニットを電力変換器に電気的に接続するためのＤＣバスと、前記バッテリーユニットを前記ＤＣバスに電気的に接続または電気的に切断するための複数のスイッチンググループとを備える。

各スイッチンググループは、双方向の電流を制御可能な本発明のスイッチング装置と、前記スイッチング装置と電気的に直列に接続された断路器とを備える。
前記スイッチング装置は、前記スイッチング装置が電流を流す閉状態と、前記スイッチング装置が電流を遮断する開状態と、前記スイッチング装置が第１電気ブランチから第２電気ブランチに切り替えられた電流を制限する電流制限モードとに切り替えることができる。
前記断路器は、前記断路器が電流を流す閉状態と、前記断路器が電流を遮断する開状態とに切り替え可能であり、各スイッチンググループは、前記スイッチング装置が閉状態で前記断路器が閉状態である閉状態と、前記スイッチング装置が開状態で前記断路器が開状態である開状態と、前記スイッチング装置が電流制限モードで前記断路器が閉状態である電流制限モードと切り替わることが可能である。

本発明の方法は、前記送電グリッドに電気故障が発生すると、前記スイッチンググループを電流制限モードに切り替えるステップと、前記電気故障に最も近いスイッチンググループを開状態に切り替え、前記送電グリッドの残りのスイッチンググループを電流制限モードに維持するステップと、前記電気故障に最も近いスイッチンググループが開状態であるときに、前記電気故障が所定の時間間隔内に電気的に絶縁された場合には、前記電気故障に最も近いスイッチンググループを開状態に維持し、前記送電グリッドの残りのスイッチンググループを閉状態に切り替え、前記電気故障に最も近いスイッチンググループが開状態にあるときに、前記電気故障が所定の時間間隔内に電気的に絶縁されない場合には、前記電力グリッドのすべてのスイッチンググループを開状態に切り替えるステップとを含む。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明による接触器の好ましいが排他的ではない実施形態の説明から明らかになり、その非限定的な例が添付の図面に記載されている。

前述の図面を参照すると、本発明は、送電グリッド用のハイブリッドスイッチング装置１に関する。
本発明のスイッチング装置は、特に低電圧ＤＣ送電グリッドでの使用に適しており、このスイッチング装置が、本発明の範囲をいかなる形でも限定する意図はなく、簡潔にするためだけに、特にこれらの用途に関連して以下に説明される。
本発明のスイッチング装置は、実際には、低電圧ＡＣ送電グリッドまたは中電圧ＡＣ送電グリッドまたは中電圧ＤＣ送電グリッドのような異なるタイプの電気システムでうまく使用することもできる。
本願において、「低電圧」（ＬＶ）という用語は、ＡＣ１ｋＶよりも低い動作電圧およびＤＣ１．５ｋＶよりも低い動作電圧に関し、一方、「中電圧」（ＭＶ）という用語は、ＡＣ１ｋＶよりも高く数十ｋＶ、例えばＡＣ７２ｋＶ、までの動作電圧及びＤＣ１．５ｋＶよりも高く数十ｋＶ、例えばＤＣ１００ｋＶ、までの動作電圧に関する。

スイッチング装置１は、対応するグリッド部分（図示せず）、例えば、ＤＣリンクバスおよび電気負荷、と電気的に接続するための第１電気端子１１および第２電気端子１２を備える。好ましくは、電気端子１１、１２のうちの１つにおいて、断路器１５０（または他の等価なスイッチングデバイス）がスイッチング装置１に動作可能に関連付けられ、スイッチンググループ１１０を形成する。

断路器１５０は、スイッチング装置を送電グリッドの別の回路部分と電気的に接続または電気的に切断するために配置されている。従って、断路器１５０は、必要に応じて、異なる複数の回路部分（そのうちの１つにスイッチング装置１が含まれる）の間でガルバニック絶縁を行うことができる。この目的のために、断路器１５０は、断路器が電流を伝導する閉状態と、断路器が電流を遮断する開状態との間で可逆的に切り替わるように設けられている。断路器１５０は、スイッチング装置の一部であってもよいし、そうでなくてもよい。一般に、断路器１５０は、既知のタイプであってよい。したがって、その機能性は、本発明に関係する側面に関連してのみ、以下で説明される。

スイッチング装置１は、電気端子１１、１２の間に電気的に並列接続された第１電気ブランチ３と第２電気ブランチ４とを備える。
第１電気ブランチ３は、１つまたは複数の電気機械式スイッチングデバイス３０、３１、３２を備える、この電気機械式スイッチングデバイスは、適切な機械的または電気機械的な力の発揮により結合することができるまたは切り離されることができる電気接点を有する。第１電気ブランチ３の各電気機械式のスイッチングデバイス３０、３１、３２は、機械的に結合し電流を導通させることができる又は機械的に切り離され電流を遮断することができる電気接点を有する。より詳細には、第１電気ブランチ３の各電気機械式スイッチングデバイス３０、３１、３２は、１つ以上の固定接点と、１つ以上の可動接点とを有し、この可動接点は、前記固定接点に結合し電流を導通させることができる又は前記固定接点から切り離され電流を遮断することができる。第１電気ブランチ３の各電気機械式スイッチングデバイス３０、３１、３２は、その電気接点が相互に結合していて電流を導通させているときには閉状態にあり、一方、その電気接点が互いに切り離されており電流を遮断しているときには開状態にある。

一般に、第１電気ブランチ３の１つまたは複数のスイッチングデバイス３０、３１、３２は、既知のタイプのソリューションに従って実現することができる。したがって、以下では、本発明にとって関心のある側面に関連してのみ、それらを説明する。

本発明のいくつかの実施形態（図１、３、５、６）によれば、第１電気ブランチ３は、電流を流す閉状態と電流を遮断する開状態とを切り替えることができる電気機械式スイッチングデバイス３０を１つだけ備える。
好ましくは、スイッチングデバイス３０は、適切な入力制御信号の受信に応答して閉状態から開状態へ切り替わり（開ける操作）、または開状態から閉状態への切り替わる（閉める操作）、この入力制御信号は、可動接点を動かす駆動機構を起動させる又は可動接点の動きをトリップさせる駆動機構を起動させる。以下に例示されるように、スイッチングデバイス３０の動作を制御するための制御信号は、制御ユニット９０によってタイミングよく提供されてもよい、この制御ユニットは、スイッチング装置の一部であってもなくてもよい。動作において、スイッチングデバイス３０は、通常電流、過負荷電流、または短絡電流がスイッチング装置に沿って流れるときに、必要に応じて、閉状態から開状態に切り替えるように指令されてもよい。

明確にするために、本願の目的の範囲内では、「通常電流」とは、通常、公称値程度（例えば、公称値の１．１倍まで）又はそれ以下の動作値を有する電流であり、「過負荷電流」とは、通常、より高い動作値を有する電流であり、例えば、公称値の１．１倍から１０倍までの動作値を有する電流であり、「短絡電流」とは、通常、さらに高い動作値を有する電流であり、例えば、公称値の１０倍から公称値の数十倍までの動作値を有する電流である。

本発明の他の実施形態（図２、４、５Ａ、７）によれば、第１電気ブランチ３は、第１電気機械式スイッチングデバイス３１と、第２電気機械式スイッチングデバイス３２とを備え、これらは電気的に直列に接続されている。
スイッチングデバイス３１は、スイッチング装置に沿って流れる電流によって駆動され、閉状態から開状態に高速で切り替えることができる自動式のスイッチングデバイスである。このため、スイッチングデバイス３１は、開ける操作を指令する外部制御信号を受信することなく、また、外部からの電力供給を受けることなく、開ける操作を実行することができる。
明確にするために、本発明の範囲内では、電気接点の開いている時間が１ｍｓよりも短く、より好ましくは５００μｓよりも短い場合、電気機械式スイッチングデバイスは「高速スイッチング」であるとみなされる。

スイッチングデバイス３１は、スイッチング装置に沿って流れる電流が対応するしきい値（例えば短絡値、典型的には公称値の１０～２０倍）を超えたとき、または電流の変化率が対応するしきい値（例えば１０ｋＡ／ｍｓより大きい）を超えたとき、またはこれら２つの条件の組み合わせが発生したときに、閉状態から開状態に高速で切り替わる（開ける操作）ように設けられている。
好ましくは、スイッチングデバイス３１は、短絡電流がスイッチング装置に沿って流れるときは常に、閉状態から開状態に（開ける操作）高速で切り替えるように設けられており、また、スイッチングデバイス３１は、過負荷電流または通常の電流がスイッチング装置に沿って流れるときに、閉状態から開状態に（開ける操作）切り替わらないように設けられている。

好ましくは、スイッチング装置３１は、開ける操作において、スイッチング装置に沿って電流が流れることによって発生する電気力学的な力を、電気接点を作動させるために利用することができる第１アクチュエータ（図示せず）を備えている。
好ましくは、スイッチング装置３１は、開ける操作において電気接点を作動させるように電気接点に動作可能に繋がった（例えば、適切な運動連鎖を介して）トムソンコイル作動装置（図示せず）を備える。トムソンコイル作動装置は、流れる電流が対応するしきい値を超えたとき、および／または、電流の変化率が対応するしきい値を超えたとき、特に流れる電流が短絡電流であるときに、第１スイッチング装置３１の電気接点を切り離すのに十分な作動力を提供するように設けられている。一般に、トムソンコイル作動装置は、適切な運動連鎖を介して、（第１電気ブランチに沿って配置されている）第１電気機械式スイッチングデバイス３１の電気接点に動作可能に接続されている。

本発明のいくつかの実施形態によれば、トムソンコイル作動装置は、スイッチング装置の第１端子１１または第２端子１２に直列に電気的に接続される。特に、トムソンコイルは、第１端子１１または第２端子１２と、第１電気ブランチ３および第２電気ブランチ４の共通ノード（第１及び第２電気ブランチが互いに分けられる位置）との間に配置されてもよい。
本発明の他の実施形態によれば、トムソンコイル作動装置は、第１電気ブランチ３に沿って配置され、第１電気機械式スイッチング装置３１の電気接点と直列に電気的に接続される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、第１電気機械式スイッチングデバイス３１は、第１電気ブランチ３に沿って電流がもう流れない場合、または、何らかの理由で電流がより低い強度の値に戻った場合、開ける操作に続いて直ちに閉状態に戻るように設けられている。この目的のために、第１スイッチングデバイス３１は、開ける操作の間に蓄積された弾性エネルギーを引き出すことにより電気接点を作動させる適切なバネ作動式構造（図示せず）を含む。

本発明の他の実施形態によれば、第１電気機械式スイッチングデバイス３１は、いったん開ける操作を実行すると、開状態を維持するように設けられている。この目的のために、第１電気機械式スイッチングデバイス３１は、電気接点を切り離して維持することができる適切なラッチ機構（図示せず）と、対応する入力制御信号を受信したときに電気接点を結合する作動機構（図示せず）とを含むことができる。

本発明の追加の変形例（図示せず）によれば、電子回路（例えば、スナバ回路、スパークギャップ、放電管、金属酸化物バリスタ、または半導体部品を含む）が第１スイッチングデバイス３１に電気的に並列に接続され、前記スイッチングデバイスを開ける操作中に第１スイッチングデバイス３１を（例えば、電圧過渡を制限することによって）保護し、および／または、必要に応じて電気エネルギーを散逸させる。

上述した本発明の実施形態（図２、図４、図５Ａ、図７）によれば、第１電気ブランチ３は、第１電気機械式スイッチングデバイス３１と電気的に直列に接続された第２電気機械式スイッチングデバイス３２を備える。電気機械式スイッチングデバイス３２は、完全に制御可能であり、操作の実行を指令する対応する入力制御信号を受信すると、閉状態と開状態との間で可逆的に切り替わる。

以下に説明されるように、電気機械式スイッチングデバイス３２の動作を制御するための制御信号は、制御ユニット９０によってタイミングよく提供されてもよい、制御ユニット９０はスイッチング装置の一部であってもよくなくてもよい。一般に、電気機械式スイッチングデバイス３２は、第１スイッチングデバイス３１よりもかなり長い開いている時間を有し、例えば数ms（例えば約5～20ms）である。好ましくは、電気機械式スイッチングデバイス３２は、対応する入力制御信号を受けて第２スイッチングデバイス３２の電気接点を作動させる電気機械式の第２アクチュエータを含む。

好ましくは、第１スイッチングデバイス３１が閉状態から開状態に切り替わるとすぐに、特に第１電気ブランチ３に沿って（例えば、公称値の１０～２０倍の値を有する）短絡電流が流れるときに、電気機械式スイッチングデバイス３２は閉状態から開状態に切り替わるように指令される。しかし、第１電気機械式スイッチングデバイス３１とは異なり、第１電気ブランチ３に沿って流れる電流が上記の短絡値よりも低い値をとる場合であっても、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は閉状態から開状態に切り替わる（開ける操作）ように指令されてもよい。このように、過負荷電流（例えば、公称値の２～３倍の値を有する）が第１電気ブランチ３に沿って流れる場合、または、第１電気ブランチ３に沿って流れる電流が通常の値（例えば、公称値程度またはそれ以下）をとる場合であっても、ハイブリッドスイッチング装置の開ける操作を実行しなければならない場合、例えばオペレータの要求に応じて、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、開ける操作を実行するように指令されてもよい。

上述したように、第１電気機械式スイッチングデバイス３１および第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、電気的に直列に接続されている。このようにして、これらのスイッチングデバイスは、第１電気ブランチ３に沿って流れる電流を、その電流の性質に応じて適切な方法で制御することができる。

例えば、第１電気ブランチ３に沿って流れる電流が短絡電流である場合、第１電気機械式スイッチングデバイス３１は高速で介入して開ける操作を実行し、入力制御信号を受信する必要なく前記電流を遮断する。この場合、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、同様に開ける操作を実行するように指令される。しかし、その開ける操作は第１スイッチングデバイス３１よりもゆっくりなので、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、第１スイッチングデバイス３１よりも遅くそのような開ける操作を行う、典型的には、電流がすでに前記第２電気ブランチ4に切り替えられているときに、開ける操作を行う。

第１電気ブランチ３に沿って流れる電流が通常の電流または過負荷電流である場合、第１電気機械式スイッチングデバイス３１は介入せず、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、入力された適切な制御信号を受信することにより、開ける操作を実行しそのような電流を遮断するように指令されてもよい。

本発明によれば、第２電気ブランチ４は、複数のソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２を備えている。各ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２は、半導体材料に基づく１つまたは複数のスイッチングコンポーネントを含む。一般に、前記半導体スイッチングコンポーネントは、例えば、パワーMOSFET、JFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（「IGBT」）、ゲートターンオフサイリスタ（「GTO」）、集積化ゲート転流サイリスタ（「IGCT」）などの従来型のものであってよい。適切な入力制御信号を受信することに応答して、第２電気ブランチ４の各ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２は、電流を伝導するオン状態と、電流を遮断するオフ状態との間で可逆的に切り替えることができる。ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２は、オン状態からオフ状態に切り替わるとオフ状態になり、オフ状態からオン状態に切り替わるとオン状態になる。

以下に説明されるように、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の動作を制御するための制御信号は、制御ユニット９０によってタイミングよく提供されてもよい、制御ユニット９０はスイッチング装置の一部であってもよくなくてもよい。

本発明によれば、第２電気ブランチ４は、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流を遮断するように設けられた電流遮断回路４０Ａを備える。遮断回路４０Ａは、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１と、第１電子回路４８とを含み、第１電子回路は、必要に応じて第１ソリッドステート式スイッチングデバイスを（例えば、電圧過渡から）保護し、エネルギーを散逸させるように設けられる。第１電子回路４８は、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１に電気的に並列に接続されており、スナバ回路、スパークギャップ、放電管、金属酸化物バリスタ、または半導体部品を含んでいてもよい。一般的に、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流の挙動に応じて動作し、また、第１電気ブランチ３のスイッチングデバイス３０、３１、３２の挙動に応じて動作する。
以下の説明からより明らかになるように、このソリューションにより、過負荷電流または短絡電流が流れる動作状態を効率的に管理することができる。

好ましくは、何らかの理由で第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１がオフ状態にある場合、第１ソリッドステートスイッチングデバイス４１は、電気機械式スイッチングデバイス３０、第１電気機械式スイッチングデバイス３１または第２電気機械式スイッチングデバイス３２が開ける操作を実行するとすぐに、またはその前に、オン状態に切り替えるように指令される。このようにして、第１電気ブランチ３に沿って流れる電流を、第２電気ブランチ４に切り替えることができる。

好ましくは、電気機械式スイッチングデバイス３０又は第１電気機械式スイッチングデバイス３１による開ける操作により、短絡電流（すなわち、所定の短絡しきい値よりも高い）が第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に完全に切り替えられた瞬間から第１の時間間隔が経過した後に第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１がオフにされる。
好ましくは、再点弧の可能性を回避するために、電気機械式スイッチングデバイス３０又は第１電気機械式スイッチングデバイス３１の電気接点間のギャップの絶縁耐力を回復するために要求される最小時間（このような最小時間は、しばしば「ギャップクリア時間」と呼ばれる）に応じて上記の第１の時間間隔が計算される。

好都合には、送電グリッドのスイッチング装置間の通信が可能な場合、それらのスイッチング装置の動作をよりよく協調させるために、第１の時間間隔を変更することができる。実際には、上記の第１の時間間隔は、電気機械式スイッチングデバイス３０の電気接点間の再点弧現象又は第１電気機械式スイッチングデバイス３１の電気接点間の再点弧現象を防止するのに十分な長さであって、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１の過熱損傷を防止するのに十分な短さとなるように選択される。

第２電気ブランチ４に短絡電流が流れ、その短絡を発生させている故障が上記第１の時間間隔を経過するまでに解消できない場合、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１をオフにする。短絡電流が第２電気ブランチ４へと完全に切り替えられた瞬間から一定の時間遅れて第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１がオフにされるので、初期に短絡電流が存在していたとしても、条件によっては、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１はオンのままである場合もある。短絡電流が第２電気ブランチ４へと切り替えられ、そのような短絡を発生させる故障が、上記の第１の時間間隔が経過する前に何らかの方法で（例えば、外部のサーキットブレーカーの介入により）解消できる場合、第２電気ブランチ４に沿って初期に短絡電流が流れていたとしても、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１はオフ状態にならずオン状態のままである。

好ましくは（ただし、上で説明したソリューションの代替案である必要はない）、以下の条件のうち１つ以上が実現された場合、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、自己保護の目的でオフになるように指令されてもよい。
－電気ブランチ４に沿って流れる電流が、所定の閾値電流値を超える。
－スイッチングデバイス４１の温度が所定の閾値温度値を超える。
－スイッチングデバイス４１にかかる電圧が所定の閾値を超えている。
－スイッチングデバイス４１で消費される電力が所定のしきい値を超える。
また、このソリューションはいくつかの顕著な利点をもたらす。例えば、電気機械式スイッチングデバイス３０又は第１電気機械式スイッチングデバイス３１および第２電気機械式スイッチングデバイス３２が開状態である状態で電気保護装置１が送電線に再接続され、既存の故障の存在により第２電気ブランチ４に沿って短絡電流が流れると、第２の時間間隔（実際には、上述の物理量を示す検出信号を適切に処理することにより故障の存在を検出するのに必要な時間）が経過するとすぐに第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１がオフにされるので、過熱被害が防止される。

好ましくは、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、過負荷電流（すなわち、所定の過負荷しきい値よりも高い）または通常電流（すなわち、公称値以下の値を有する）が、スイッチングデバイス３０の開ける操作又は第２スイッチングデバイス３２の開ける操作に伴って第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第３の時間間隔が経過した後にも、オフ状態にするように指令される（この場合、スイッチングデバイス３１は介入しない）。
好都合には、上記の第３の時間間隔は、上記の第１の時間間隔と同様の基準に基づいて算出される。一般に、上記第３の時間間隔は、必要に応じて、上記第１の時間間隔とは異なってもよく、または同等であってもよい。

本発明によれば、第２電気ブランチ４は、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流を制限するように設けられた電流制限回路40も備える。電流制限回路４０は、上述の電流遮断回路４０Ａと直列に電気的に接続されている。電流制限回路４０は、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２と、第２電子回路４９とを含み、第２電子回路４９は、必要に応じて、電流を制限し、スイッチングデバイス４２を（例えば、電圧過渡から）保護し、電気エネルギーを散逸させるように設けられる。第２電子回路４９は、スイッチングデバイス４２に電気的に並列に接続されており、好ましくは、バリスタまたは抵抗デバイスまたはその両方を含む。

一般に、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流の挙動に応じて動作する。例えば、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、スイッチオンされ第２電子回路４９をバイパスして第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４への電流の切り替えを容易にしてもよい。

別の例として、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流を制限しなければならない場合には、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２をオフにしてもよい。このようにして、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１を大きくする必要なく、第２電気ブランチ４に沿って故障電流を伝導させることができる。
好ましくは、それが何らかの理由でオン状態にある場合、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、電気機械式スイッチングデバイス３０、第１電気機械式スイッチングデバイス３１または第２電気機械式スイッチングデバイス３２が開ける操作を実行するとすぐに、またはその前に、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１と同時にオン状態に切り替えるように指令される。このようにして、第１電気ブランチ３に沿って流れる電流を、第２電気ブランチ４へ切り替えることが可能になる。

好ましくは、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、電気機械式スイッチングデバイス３０の開ける操作又は第１電気機械式スイッチングデバイス３１の開ける操作により第１電気ブランチ３から短絡電流（すなわち、所定の短絡しきい値よりも高い）が切り替えられた後にオフ状態にされる。
好ましくは、（第１電気ブランチ３からの切り替えが完了した後において）第２電気ブランチ４に沿って短絡電流が流れ、そのような短絡を発生させる故障がどのようにしても解消されない場合、（第２電子回路４９によりバイパスされている）第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２をオフにして、第２電子回路４９に沿って電流を強制的に流し、当該電流を制限する。

好ましくは、第２電気ブランチ４に沿って短絡電流が流れ、そのような短絡を発生させる故障が何らかの方法で解消されると（例えば、外部のサーキットブレーカーの介入により）、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、（上で説明したように）初期には電流制限機能を提供するためにオフにされるが、故障が解消されて電流が低い値に戻ると再びオンにされる。電気機械式スイッチングデバイス３０又は第１電気機械式スイッチングデバイス３１又は第２電気機械式スイッチングデバイス３２が閉状態に戻ると、電流は元の第１電気ブランチ３へと切り替わる。

好都合には、電気機械式スイッチングデバイス３０の開ける操作又は第２電気機械式スイッチングデバイス３２の開ける操作により過負荷電流が第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた後にも、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオフにするように指令されることがある（この場合、第１スイッチングデバイス３１は介入しない）。
好都合には、何らかの理由で電気機械式スイッチングデバイス３０の開ける操作又は第２電気機械式スイッチングデバイス３２の開ける操作が実行され、通常電流（すなわち、公称値以下の値を有する）が第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた後にも、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオフにするように指令されてもよい。

図１は、本発明のスイッチング装置１の可能な実施形態を示している。この場合、第１電気ブランチ３は、電気機械式スイッチングデバイス３０の１つだけを備え、第２電気ブランチ４は、電流遮断回路４０Ａおよび電流制限回路４０を備えている。本発明のこの実施形態によれば、スイッチング装置１は、通常、端子１１、１２の間に電流を流している。しかし、必要に応じて、送電線に沿って流れる広範囲の電流について電気的に絶縁（開状態）することが可能である。

スイッチング装置１は、特に短絡電流が発生している場合に、電流制限機能（電流制限モード）を提供することができる。
以下に、図１の実施形態におけるスイッチング装置の動作をより詳細に説明する。

閉状態（通常動作）
通常の動作（すなわち、公称値程度またはそれ以下の電流が流れている場合）において、電気機械式スイッチングデバイス３０は閉状態にあり、一方で、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、必要に応じてオン状態またはオフ状態にすることができる。また、断路器１５０も閉状態になっている。何らかの理由でソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２がオンになったとしても、第１電気ブランチ３の方が等価抵抗が低いため、電流は自然と第１電気ブランチ３に沿って優勢に流れることになる。

過負荷電流または通常電流の遮断
電気機械式スイッチングデバイス３０は、閉状態となっているものとする。
過負荷電流が流れている場合に、スイッチングデバイス３０は開ける操作を実行するように指令される。まだオン状態でなければ、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオン状態になるように指令される。

スイッチングデバイス３０の電気接点が切り離されるとすぐに、電流が第２電気ブランチ４に沿って流れ始める。第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４への電流の完全な切り替えは、スイッチングデバイス３０の電気接点間のアーク現象を消滅させる。
（スイッチングデバイス３０が再点弧を回避するのに十分な耐電圧を有するように）電流が第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第３の時間間隔が経過すると、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２がオフになるように指令される。過負荷電流は、消滅するまで第１電子回路４８および第２電子回路４９に沿って強制的に流れる。

他の方法としては、第２電気ブランチ４への電流の完全な切り替えの後、ソリッドステート式スイッチングデバイス４２がオフになるように指令され、電流は第２電子回路４９および第1ソリッドステート式スイッチングデバイス４１に沿って強制的に流れる。
これらのいずれの場合も、スイッチング装置１は、過負荷電流の電流制限機能（電流制限モード）を提供する。そして、過負荷電流が第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第３の時間間隔が経過した後に、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１はオフになるように指令される。

さらに別の方法としては、第２電気ブランチ４に電流が完全に切り替えられた後、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１のみが、第３の時間間隔が経過した後にオフ状態（開状態）になるように指令される。この場合、電流は、消滅するまで第１電子回路４８に沿って強制的に流れる。電気機械式スイッチングデバイス３０が開状態であるため、電流は第１電気ブランチ３に沿って再び流れ始めることはできない。
好都合には、電流の遮断の後、断路器１５０は開ける操作を実行するように指令され、それによってスイッチング装置を含むグリッド部分にガルバニック絶縁を提供することができる。
スイッチング装置は、何らかの理由で通常電流を遮断するよう要求された場合も、同様に動作する。

短絡電流の遮断
電気機械式スイッチングデバイス３０は、閉状態になっているものとする。
短絡電流が発生している場合、スイッチングデバイス３０は、好ましくは入力制御信号を受信することや外部からの電力供給を受けることを必要とせず、開ける操作を実行する。第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、まだ導通状態になっていない場合には、オン状態になるように指令される。スイッチングデバイス３０の電気接点が切り離されることにより、電流が第２電気ブランチ４に強制的に切り替えられる。第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４への電流の完全な切り替えにより、電気機械式スイッチングデバイス３０の電気接点間のアーク現象が消滅する。

第２電気ブランチ４に切り替えられた短絡電流は、最初は第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２の両方を流れる。電流が第２電気ブランチ４に完全に切り替えられるとすぐに、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２がオフになるように指令され、電流は第２電子回路４９および第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１に沿って強制的に流れる。この状況では、スイッチング装置１は、短絡電流の電流制限機能性（電流制限モード）を提供する。スイッチングデバイス４１は、短絡電流が第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第１の時間間隔が経過した後、オフになるように指令されるべきである。

しかし、第１の時間間隔が経過する前に、短絡電流を発生させる故障が何らかの方法（例えば、外部のサーキットブレーカーの介入により）で解消された場合には、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流が低い値に戻るため、スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように指令されず、オン状態のままとなる。この場合、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、オフ状態に維持されてもよい。
他の方法として、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２が新たにオン状態になるように指令され、電気ブランチ４に沿って流れる電流が新たに第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２に沿って流れてもよい。

いずれにしても、その間に、電気機械式スイッチングデバイス３０は、閉じる操作を実行するように指令される。
スイッチングデバイス３０が最終的に閉状態に戻ると、電流が第２電気ブランチ４から第１電気ブランチ３に自然に切り替わるので、スイッチング装置１は新たに通常の状態で動作する。

一方、短絡電流を発生させる故障が第１の時間間隔が経過する前に解消されない場合には、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように指令される。電流は、消滅するまで第１電子回路４８および第２電子回路４９に沿って強制的に流れる。上述したように、電流は、第１電気ブランチ３に沿って流れ始めることはできない。
その後、断路器１５０は、開ける操作を実行するように指令され、それにより、スイッチング装置を含むグリッド部分にガルバニック絶縁を提供する。

送電線への再接続
電気機械式スイッチングデバイス３０は開状態であり、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１及び第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオフ状態であるものとする。
断路器１５０は、閉める操作を実行するように指令される。スイッチング装置を含むグリッド部分と、（スイッチング装置を含まない）他のグリッド部分とのガルバニック絶縁は、もはや確保されない。
ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、オンになるように指令される。他の方法として、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の両方がオンになるように指令される。

電流は、第２半導体ブランチ４に沿って流れる。ソリッドステート式スイッチングデバイス４１のみがオンになった場合、電流は第２電子回路４９およびスイッチングデバイス４１に沿って流れる。ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の両方がオンになると、これらのスイッチングデバイスの両方に沿って電流が流れる。
（短絡が存在するかどうかを確認するために必要な）第２の所定の時間間隔内に短絡が検出されない場合、スイッチングデバイス３０は、閉める操作を実行するように指令される。

上述したように、第２スイッチングデバイス４２は、オン状態であってもオフ状態であってもよい。第２スイッチングデバイス４２がオン状態である場合、その状態を維持してもよいし、オフ状態にしてもよい。また、第２スイッチングデバイス４２がオフ状態であれば、その状態を維持してもよいし、オン状態にしてもよい。第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、オン状態に維持されてもよいし、オフ状態にされてもよい。
スイッチングデバイス３０が閉める操作を完了するとすぐに、スイッチング装置１は通常の状態で動作を開始し、電流は自然に第１電気ブランチ３に切り替わる。

短絡故障が発生しているときの送電線への再接続
電気機械式スイッチングデバイス３０は開状態であり、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は閉状態であるものとする。
断路器１５０は、閉める操作を実行するように指令される。スイッチング装置を含むグリッド部分と（スイッチング装置を含まない）他のグリッド部分とのガルバニック絶縁はもはや確保されない。

ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、スイッチングデバイス４２がオフ状態に維持されている間にオン状態になるように指令され、スイッチングデバイス４２はスイッチングデバイス４１よりも遅くオン状態となる。他の方法として、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の両方が同時にオン状態になるように指令される。短絡電流は、最初は第２半導体ブランチ４に沿って流れる。スイッチングデバイス４１のみがオンになると、電流は、第２電子回路４９およびスイッチングデバイス４１に沿って流れる（電流制限モード）。（短絡状態を確認するのに必要な）第１の所定の時間間隔の後、スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように指令される。電流は、消滅するまで第１電子回路４８に沿って強制的に流れる。

スイッチングデバイス４１、４２の両方が同時にオン状態になると、電流はこれらのスイッチングデバイスの両方に沿って流れる。第１の所定の時間間隔の後、スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように指令され、一方、スイッチングデバイス４２はオフ状態にされてもよいし、オン状態に維持されてもよい。電流は、消滅するまで第１電子回路４８に沿って強制的に流れる。スイッチングデバイス３０は、閉じる操作を実行するように指令されておらず、開状態のままである。
その後、断路器１５０に開ける操作を実行するように指令し、それによってスイッチング装置を含むグリッド部分にガルバニック絶縁を提供する。

上記から明らかなように、図１の実施形態に従って配置された場合、スイッチング装置１は、３つの異なる状態で動作することができる、３つの異なる状態とは、閉状態（通常動作）と、第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた電流を遮断する開状態と、第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた電流を制限する電流制限モード（過渡状態）とである。
さらに、スイッチング装置１と断路器１５０とが電気的に直列に接続されて形成されたスイッチンググループ１１０は、異なる状態で動作することができることも明らかになった、異なる状態とは、スイッチング装置１が閉状態で断路器１５０が閉状態である閉状態と、スイッチング装置１が開状態で断路器１５０が開状態である開状態と、またはスイッチング装置１が電流制限モードで断路器１５０が閉状態である電流制限モードとである。

図２は、本発明のスイッチング装置１の可能な実施形態を示している。この場合、第１電気ブランチ３は、電気的に直列に接続された第１電気機械式スイッチングデバイス３１および第２電気機械式スイッチングデバイス３２を備え、第２電気ブランチ４は、電流遮断回路４０Ａおよび電流制限回路４０を備える。
本発明のこの実施形態によれば、スイッチング装置１は、通常、端子１１、１２の間に電流を流すことができる。しかし、必要に応じて、スイッチング装置１は、送電線に沿って流れる広範囲の電流に対して、電気的な絶縁（開状態）をもたらすことができる。また、この場合、スイッチング装置１は、特に短絡電流が発生している場合に、電流制限機能（電流制限モード）を提供することもできる。
以下に、図２の実施形態に係るスイッチング装置の動作をより詳細に説明する。

閉状態（通常動作）
通常動作（すなわち、公称値程度またはそれ以下の電流が流れている場合）では、第１電気機械式スイッチングデバイス３１および第２電気機械式スイッチングデバイス３２は閉状態であり、一方、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、必要に応じてオン状態またはオフ状態にすることができる。また、断路器１５０も閉状態になっている。何らかの理由でソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２がオン状態になったとしても、第１電気ブランチ３の方が等価抵抗が低いため、電流は自然と第１電気ブランチ３に沿って優勢に流れる。

過負荷電流または通常電流の遮断
第１電気機械式スイッチングデバイス３１および第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、閉状態になっているものとする。
過負荷電流または通常電流が流れている場合、電気機械式スイッチングデバイス３１は介入しない（それによって閉状態のままである）一方、電気機械式スイッチングデバイス３２は、開ける操作を実行するように指令される。まだオン状態になっていなければ、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオン状態になるように指令される。
第２電気機械式スイッチングデバイス３２の電気接点が切り離されるとすぐに、電流が第２電気ブランチ４に沿って流れ始める。第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４への電流の完全な切り替えにより、電気機械式スイッチングデバイス３２の電気接点間のアーク現象が消滅する。

（電気機械式スイッチングデバイス３２が再点弧を回避するのに十分な耐電圧を有するように）電流が第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第３の時間間隔が経過した後、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２はオフ状態（開状態）になるように指令される。過負荷電流は、消滅するまで第１電子回路４８および第２電子回路４９に沿って強制的に流れる。
他の方法としては、第２電気ブランチ４への電流の完全な切り替えの後、ソリッドステート式スイッチングデバイス４２がオフ状態になるように指令され、電流は第２電子回路４９およびスイッチングデバイス４１に沿って強制的に流れる。
これらの両方の場合において、スイッチング装置１は、過負荷電流の電流制限機能（電流制限モード）を提供する。

その後、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、過負荷電流が第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第３の時間間隔が経過した後にオフ状態になるように指令される。さらに別の方法としては、第２電気ブランチ４に電流が完全に切り替えられた後、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１のみが、第３の時間間隔が経過した後にオフ状態（開状態）になるように指令される。この場合、電流は、消滅するまで第１電子回路４８に沿って強制的に流れる。第２電気機械式スイッチングデバイス３２が開状態であるため、電流は第１電気ブランチ３に沿って再び流れ始めることはできない。
好都合には、電流の遮断後に、断路器１５０は開ける操作を実行するように指令され、それによって、スイッチング装置を含むグリッド部分にガルバニック絶縁を提供する。
スイッチング装置は、何らかの理由で通常電流を遮断するように要求された場合にも、同様に動作する。

短絡電流の遮断
第１電気機械式スイッチングデバイス３１および第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、閉状態になっているものとする。
短絡電流が流れている場合、電気機械式スイッチングデバイス３１は、入力制御信号を受信することなく又は外部からの電力供給を受けることなく、直ちに開ける操作を実行する（高速スイッチング）。第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、まだ導通状態でなければ、オン状態になるように指令される。
また、電気機械式スイッチングデバイス３２は、開ける操作を実行するように指令される。しかし、電気機械式スイッチングデバイス３１の介入は、スイッチングデバイス３２のかなり前に行われる。
電気機械式スイッチングデバイス３１の電気接点が切り離されることにより、電流が第２電気ブランチ４に強制的に切り替えられる。第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４への電流の完全な切り替えにより、電気機械式スイッチングデバイス３１の電気接点間のアーク現象が消滅する。

第２電気ブランチ４に切り替えられた短絡電流は、最初は第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２の両方を流れる。電流が第２電気ブランチ４に完全に切り替えられるとすぐに、ソリッドステート式スイッチングデバイス４２がオフ状態になるように指令され、電流は第２電子回路４９およびスイッチングデバイス４１に沿って強制的に流れる。この状況では、スイッチング装置１は、短絡電流の電流制限機能（電流制限モード）を提供する。

ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、短絡電流が第２電気ブランチ４に切り替えられた瞬間から第１の時間間隔が経過した後に、オフ状態になるように指令されるべきである。しかし、第１の時間間隔が経過する前に、短絡電流を発生させる故障が何らかの方法で（例えば、外部のサーキットブレーカーの介入により）解消された場合、第２電気ブランチ４に沿って流れる電流が低い値に戻るため、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように指令されずオン状態のままとなる。この場合、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は、オフ状態に維持されてもよい。
別の方法として、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２を新たにオン状態にするように指令し、電気ブランチ４に沿って流れる電流を第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２に沿って新たに流してもよい。
いずれにしても、その間に、電気機械式スイッチングデバイス３１は閉状態に戻り、スイッチングデバイス３２は閉める操作を実行するように指令される。電気機械式スイッチングデバイス３１、３２の両方が最終的に閉状態に戻ると、電流が第２電気ブランチ４から第１電気ブランチ３に自然に切り替わるので、スイッチング装置１は新たに通常状態で動作する。

一方、短絡電流を発生させる故障が第１の時間間隔が経過する前に解消されない場合には、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１がオフ状態（開状態）になるように指令される。この電流は、消滅するまで第１電子回路４８および第２電子回路４９に沿って強制的に流れる。上で説明したように、電流は、第１電気ブランチ３に沿って再び流れ始めることはできない。
続いて、断路器１５０は、開ける操作を実行するように指令され、それにより、スイッチング装置を含むグリッド部分にガルバニック絶縁を提供する。

送電線への再接続
第１電気機械式スイッチングデバイス３１は既に閉状態であり、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は開状態であり、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１及び第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオフ状態であるものとする。
断路器１５０は、閉める操作を実行するように指令される。スイッチング装置を含むグリッド部分と（スイッチング装置を含まない）他のグリッド部分とのガルバニック絶縁はもはや確保されない。

スイッチングデバイス４１は、オン状態になるように指令される。別の方法としては、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の両方がオン状態になるように指令される。電流は、第２半導体ブランチ４に沿って流れる。ソリッドステート式スイッチングデバイス４１のみがオン状態になると、電流は第２電子回路４９およびスイッチングデバイス４１に沿って流れる。ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の両方がオン状態になると、電流はこれらのスイッチングデバイスの両方に沿って流れる。

（短絡が発生しているかどうかを確認するために必要な）第２の所定の時間間隔内に短絡が検出されない場合、第２スイッチングデバイス３２は、閉める操作を実行するように指令される。上述したように、スイッチングデバイス４２は、オン状態であってもオフ状態であってもよい。スイッチングデバイス４２がオン状態である場合、その状態を維持してもよいし、オフ状態にしてもよい。また、スイッチングデバイス４２がオフ状態であれば、その状態を維持してもよいし、オン状態にしてもよい。
電気機械式スイッチングデバイス３２が閉める操作を完了するとすぐに（電気機械式スイッチングデバイス３１は既に閉状態にある）、スイッチング装置１は通常の状態で動作を開始し、電流は自然に第１電気ブランチ３に切り替わる。

短絡故障が発生しているときの送電線への再接続
第１電気機械式スイッチングデバイス３１は既に閉状態であり、第２電気機械式スイッチングデバイス３２は開状態であり、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１及び第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２はオフ状態であるものとする。
断路器１５０は、閉める操作を実行するように指令される。スイッチング装置を含むグリッド部分と（スイッチング装置を含まない）他のグリッド部分とのガルバニック絶縁はもはや確保されない。
ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は、スイッチングデバイス４２がオフ状態に維持されている間にオン状態になるように指令され、スイッチングデバイス４２はスイッチングデバイス４１よりも遅くオン状態になる。別の方法としては、ソリッドステート式スイッチングデバイス４１、４２の両方が同時にオン状態になるように指令される。短絡電流は、最初、第２半導体ブランチ４に沿って流れる。

スイッチングデバイス４１のみがオン状態になると、電流は第２電子回路４９およびスイッチングデバイス４１に沿って流れる（電流制限モード）。（短絡状態を識別するのに必要な）第１の所定の時間間隔の後、スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように指令される。電流は、消滅するまで第１電子回路４８に沿って強制的に流れる。

スイッチングデバイス４１、４２の両方が同時にオン状態になると、電流はこれらのスイッチングデバイスの両方に沿って流れる。第１の所定の時間間隔の後、スイッチングデバイス４１はオフ状態になるように命令され、一方、スイッチングデバイス４２はオフ状態にされてもよいし、オン状態で維持されてもよい。電流は、消滅するまで第１電子回路４８に沿って強制的に流れる。第２電気機械式スイッチングデバイス３２は、閉める操作を実行するように指令されておらず、開状態のままである。
その後、断路器１５０は、開ける操作を実行するように指令され、それによって、スイッチング装置を含むグリッド部分にガルバニック絶縁を提供する。

以上のことから、スイッチング装置１は、図２の実施形態に従って配置された場合、閉状態（通常動作）と、第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた電流を遮断する開状態と、第１電気ブランチ３から第２電気ブランチ４に切り替えられた電流を制限する電流制限モード（過渡状態）との３つの異なる状態で動作することができることが明らかになった。
さらに、スイッチング装置１と電気的に直列に接続された断路器１５０とによって形成されたスイッチンググループ１１０が、スイッチング装置１が閉状態であり断路器１５０が閉状態である閉状態と、スイッチング装置１が開状態であり断路器１５０が開状態である開状態と、スイッチング装置１が電流制限モードであり断路器１５０が閉状態である電流制限モードという異なる状態に従って動作することができることが明らかになった。

本発明のいくつかの実施形態（図１～２）によれば、スイッチング装置１は、制御ユニット９０（既知のタイプであってもよい）を含み、制御ユニット９０は、電気機械式スイッチングデバイス３０または第２電気機械式スイッチング装置３２の動作、および第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２の動作を制御するように構成された１つまたは複数の制御ロジックを含む。
好ましくは、制御ユニット９０は、断路器１５０の動作も制御することができる。制御ユニット９０は、１つまたは複数のセンサ９３から検知信号Ｓを受信するように設けられ、複数のセンサ９３は、スイッチング装置の適切な位置に配置され、第１電気ブランチ３および第２電気ブランチ４に沿った電流及び／又は他の物理量の挙動を監視する。制御ユニット９０は、上述のセンサ９３から提供された検知信号Ｓを処理し、上述の動作モードに従って制御信号Ｃを提供するように設けられ、電気機械式スイッチングデバイス３０又は第２スイッチングデバイス３２を動作させ、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１および第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２を動作させ、場合によっては断路器１５０を動作させる。

制御ユニット９０は、適切なデータ処理アルゴリズムを実行して、センサ９３から提供された情報を処理し、スイッチングデバイス３０、３２、４１、４２、および場合によっては断路器１５０を動作させるための特定の動作基準が満たされているかどうかをチェックしてもよい。制御ユニット９０は、オペレータが手動で実行すべき動作を要求した場合、または外部からの動作要求がスイッチング装置に送信された場合に、制御信号を提供してスイッチングデバイス３０、３２、４１、４２、および場合によっては断路器１５０を動作させてもよい。

本発明の変形実施形態（図示せず）によれば、制御ユニット９０は、スイッチング装置１に搭載されていない。一例として、制御ユニット９０は、スイッチング装置に動作可能に関連付けられたデジタルリレーに搭載されていてもよいし、別のスイッチング装置に搭載されていてもよいし、遠隔のコンピュータ化されたプラットフォームに搭載されていてもよい。この場合、スイッチング装置１は、制御ユニット９０と通信するための通信インターフェースを含んでいてもよい。

図３～７Ａは、本発明の変形実施形態を示し、これらの実施形態では、スイッチング装置１が双方向の電流を制御することができる。これらのソリューションは、スイッチング装置がＡＣ送電グリッドに設置される場合に特に有効に利用することができる。
図３は、図１に示した実施形態の変形ソリューションを示す。この実施形態によれば、第２電気ブランチ４は、電流遮断回路４０Ａに動作的に関連付けられた第１ブリッジ回路４５と、電流制限回路４０に動作的に関連付けられた第２ブリッジ回路４６とを備える。本発明のこの実施形態の動作は、図１の実施形態について上述したものと同様である。

図４は、図２に示す実施形態の変形ソリューションを示す。この実施形態でも、第２電気ブランチ４は、電流遮断回路４０Ａに動作的に関連付けられた第１ブリッジ回路４５と、電流制限回路４０に動作的に関連付けられた第２ブリッジ回路４６とを備えている。本発明のこの実施形態の動作は、図２の実施形態について上述したものと同様である。

図５は、図３に示す実施形態の変形ソリューションを示す。この実施形態によれば、第２電気ブランチ４は、第２電気ブランチにある複数の構成要素に動作可能に関連付けられた第３ブリッジ回路４７を含み、複数の構成要素は例えば、電流制限回路４０と電流遮断回路４０Ａとで形成される直列回路である。本発明のこれらの実施形態の動作は、図１の実施形態について上述したものと同様である。

図５Ａは、図４に示した実施形態の変形ソリューションを示す。この場合も、第２電気ブランチ４は、第２電気ブランチにある複数の構成要素に動作可能に関連付けられた第３ブリッジ回路４７を含み、複数の構成要素は、例えば、電流制限回路４０と電流遮断回路４０Ａとで形成される直列回路である。本発明のこれらの実施形態の動作は、図２の実施形態について上述したものと同じである。
好ましくは、図３～図５Ａに示された実施形態では、各ブリッジ回路４５、４６、４７は、Graetzブリッジの構成に従って配置された複数のダイオードを含む。

図６は、図１に示した実施形態の追加的な変形ソリューションを示している。この実施形態によれば、電流遮断回路４０Ａは逆並列の構成で相互に接続された一対の半導体スイッチングコンポーネント４１Ａ、４１Ｂを備え、電流制限回路４０は逆並列の構成で相互に接続された一対の半導体スイッチングコンポーネント４２Ａ、４２Ｂを備えている。このような構成において、各半導体スイッチングコンポーネントが逆阻止型であるか、又はダイオードに直列に配置されている必要がある。半導体スイッチングコンポーネント４１Ａ、４１Ｂはいずれも第１電子回路４８に電気的に並列接続されており、一方、半導体スイッチングコンポーネント４２Ａ、４２Ｂはいずれも第２電子回路４９に電気的に並列接続されている。
本発明のこの実施形態の動作は、図１の実施形態について上述したものと同様である。

本発明のさらなる変形実施形態（図示せず）によれば、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１が逆直列の構成に従って相互に接続される一対の半導体スイッチングコンポーネントを含み、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２が逆直列の構成に従って相互に接続される一対の半導体スイッチングコンポーネントを含んでもよい。この構成において、各半導体スイッチングコンポーネントは、逆の導電型であるか、又はダイオードと並列に配置されていなければならない。

図７は、図２に示した実施形態の追加的な変形ソリューションを示している。この場合も、電流遮断回路４０Ａが逆並列の構成で相互に接続された一対の半導体スイッチングコンポーネント４１Ａ、４１Ｂを備え、電流制限回路４０が逆並列の構成で相互に接続された一対の半導体スイッチングコンポーネント４２Ａ、４２Ｂを備えている。このような構成において、各半導体スイッチングコンポーネントが逆阻止型であるか、又はダイオードに直列に配置されている必要がある。半導体スイッチングコンポーネント４１Ａ、４１Ｂはいずれも第１電子回路４８に電気的に並列に接続されており、一方、半導体スイッチングコンポーネント４２Ａ、４２Ｂはいずれも第２電子回路４９に電気的に並列に接続されている。
本発明のこの実施形態の動作は、図２の実施形態について上述したものと同様である。

本発明のさらなる変形実施形態（図示せず）によれば、第１ソリッドステート式スイッチングデバイス４１は逆直列の構成に従って相互に接続される一対の半導体スイッチングコンポーネントを含み、第２ソリッドステート式スイッチングデバイス４２は逆直列の構成に従って相互に接続される一対の半導体スイッチングコンポーネントを含んでもよい。この構成において、各半導体スイッチングコンポーネントは、逆の導電型であるか又はダイオードと並列に配置されていなければならない。

図８は、ＤＣ送電グリッド１００の一例を示す図である。ＤＣ送電グリッドは、ＤＣバス１０１（ＤＣリンク）と、当該ＤＣバスに電気的に接続された複数のコンポーネントとを含む。いくつかのコンポーネントは、電気供給を受ける必要のある電気負荷または装置（例えば、電気モーター）によって構成されてもよい。また、他のコンポーネントは、エネルギー貯蔵装置（キャパシタバンクやバッテリーなど）や発電装置（太陽光発電所など）によって構成されてもよい、これらは電気エネルギーを供給することが可能である。

ＤＣ送電グリッド１００には、多数の本発明によるスイッチング装置が適切に導入され、上述のコンポーネントとＤＣ電気バスとの電気的な接続を管理する。好都合には、上述の説明のように、各スイッチング装置１は、断路器１５０と直列に電気的に接続されて、スイッチンググループ１１０を形成する。上述の図から、ＤＣバスに連結されたコンポーネントを介して流れるＤＣ電流は、双方向になり得ることが明らかである。
電気故障が発生した場合、ＤＣ送電グリッドの多くのコンポーネントは、それらに沿って逆方向の電流が流れる可能性があるため、生じえる短絡電流に寄与する場合がある。最悪の場合、ＤＣバスにおいて電気故障が発生した場合、多くのコンポーネントが直接電気故障を引き起こす可能性がある。

本発明によるスイッチング装置をＤＣ送電グリッドに採用することで、起こり得る電気故障に素早く反応することができ、適切な保護機能と選択機能を実装し起こり得る電気故障を管理することができる。さらに、送電グリッドの異なるブランチにおける回路保護介入を管理および調整するための効率的な戦略を実行することが可能になる。

図９～図１６は、簡略化されたＤＣ送電グリッド１００Ａにおける電気故障を管理するための実行可能な戦略のいくつかの例を示す。
ＤＣ送電グリッド１００Ａは、電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）を含んでおり、このＢＥＳＳでは、一群の電池ユニットが、ＤＣバス１０１Ａを介して電力変換器（図示せず）に電気的に接続されている。各電池ユニットは、スイッチンググループ１１０によって、ＤＣバス１０１Ａに電気的に接続されたり、ＤＣバス１０１Ａから電気的に切り離されたりする。各スイッチンググループ１１０は、双方向の電流を流すことができる本発明によるスイッチング装置１と、スイッチング装置１に直列に電気的に接続された断路器１５０とを含む。ＤＣバス１０１Ａは、（例えば電気機械式の）サーキットブレーカー１６０を介して、上記の電力変換器に電気的に接続され、または電力変換器から電気的に切り離される。

別の方法として、ＤＣバス１０１Ａは、双方向の電流を伝導することができる図２の実施形態における本発明のスイッチング装置を含む追加のスイッチンググループによって、上記電力変換器に電気的に接続されたり、上記電力変換器から電気的に切り離されたりしてもよい。

以上に説明したように、スイッチンググループは本発明のスイッチング装置を含むので、各スイッチンググループ１１０は、スイッチング装置１が閉状態であり断路器１５０が閉状態である閉状態と、スイッチング装置１が開状態であり断路器１５０が開状態である開状態と、スイッチング装置１が電流制限モードであり断路器１５０が閉状態である電流制限モードとの複数の状態で動作することができる。スイッチンググループが閉状態のときには、各スイッチンググループ１１０が電流を流すことで、対応するバッテリーユニットとＤＣバスとが電気的に接続される。 スイッチンググループが開状態のときには、各スイッチンググループ１１０が電流を遮断することで、対応するバッテリーユニットがＤＣバスから電気的に切り離される。スイッチンググループが電流制限モードであるときは、各スイッチンググループ１１０が電流制限機能を提供することで、対応するバッテリーユニットとＤＣバスとの間を流れる電流が制限される。

電力変換器をＤＣバス１０１Ａに電気的に接続したりＤＣバス１０１Ａから電気的に切断したりするためにサーキットブレーカー１６０が使用される場合、当該サーキットブレーカーは、電流を伝導して電力変換器をＤＣバスに電気的に接続する閉状態と、電流を遮断して電力変換器をＤＣバスから電気的に切り離す開状態とに切り替わることができる。
サーキットブレーカー１６０の代わりに、双方向の電流を導通させることができる本発明のスイッチング装置を含む追加のスイッチンググループが使用される場合、当該スイッチンググループは上述のように動作する、つまり、閉状態にある場合には電力変換器をＤＣバスに電気的に接続し、開状態にある場合には電力変換器をＤＣバスから電気的に切り離し、または電流制限モードにある場合には電力変換器とＤＣバスとの間を流れる電流を制限する。

通常動作
図９は、通常時の送電グリッド１００Ａの動作を模式的に示したものである。この状態では、サーキットブレーカー１６０が閉状態であり、各スイッチンググループ１１０が閉状態である（通常動作）。サーキットブレーカー１６０の代わりに追加のスイッチンググループが使用された場合、そのスイッチンググループは閉状態である。電流Ｉ_N1、Ｉ_N2、Ｉ_N3は上記のバッテリーユニットに沿って流れ、電流Ｉ_NCは電力変換器に沿って流れる。電流Ｉ_NCは、実質的に電流Ｉ_N1、Ｉ_N2、Ｉ_N3の総和である。バッテリーユニットと電力変換器の間を流れる電流Ｉ_N1、Ｉ_N2、Ｉ_N3、Ｉ_NCは、いずれも当該バッテリーユニットについて予測される公称電流を超えない値をとり、同じ方向を向いている、この方向は基本的にはバッテリーユニットの動作モード（充電または放電）に依存する。

図９の例では、バッテリーユニットは放電モードであると想定されている。電流Ｉ_N1、Ｉ_N2、Ｉ_N3、Ｉ_NCは、バッテリーユニットが充電モードで動作している場合、逆の方向になる。しかし、送電グリッドの動作は実質的に同じである。

バッテリーユニットの短絡
図１０は、バッテリーユニットに短絡が発生した場合の状況を模式的に示している。電気故障が発生したバッテリーユニットには、短絡電流Ｉ_S1が流れる。この電気故障は、他のバッテリーユニットから流れる短絡電流Ｉ_S2、Ｉ_S3と、電力変換器を介して流れる短絡電流Ｉ_SCに影響を与える。電力変換器を流れる短絡電流Ｉ_SCは、電力変換器が放電モードになっているときの対応する電流Ｉ_NCとは逆向きになっている。

図１１に示すように、送電グリッド１００Ａに短絡電流Ｉ_SC、Ｉ_S1、Ｉ_S2、Ｉ_S3が流れるとすぐに、バッテリーユニットに動作的に関連付けられたスイッチンググループ１１０は、電流制限モードに切り替わる。サーキットブレーカー１６０は、閉状態に維持され、電気故障の解消の可能性を待つ。サーキットブレーカー１６０の代わりに追加のスイッチンググループが使用された場合、そのスイッチンググループは同様に電流制限モードで切り替わる。スイッチンググループ１１０が介入すると、電気故障に供給される短絡電流Ｉ_S1が制限される。
その後、短絡電流Ｉ_SC、Ｉ_S1、Ｉ_S2、Ｉ_S3が電力グリッド１００内を流れ続けるため、電気故障が発生したバッテリーユニットに最も近いスイッチンググループ１１０は、開状態に切り替わる。実際には、電気故障が発生したバッテリーユニットに最も近いスイッチンググループ１１０にはより大きな大きさの短絡電流が発生するため、このスイッチンググループは、他のスイッチンググループに比べてより短い時間、電流制限モードに留まることになる。

この対応するスイッチンググループ１１０が開状態に切り替わると、電気故障が発生したバッテリーユニットは、送電グリッドの残りの部分から電気的に絶縁される。この状況では、他のバッテリーユニットに動作的に関連するスイッチンググループ１１０は、電流制限モードのままであり、比較的小さな電流（例えば、公称値よりもさらに低い値を有する電流）が当該スイッチンググループを流れることになる（図１２）。サーキットブレーカー１６０は、依然として閉状態に維持される。
最後に、スイッチンググループ１１０を開状態で動作させることによって電気故障が解消されたので、電気故障が発生していないバッテリーユニットに動作的に関連付けられたスイッチンググループ１１０は、閉状態に切り替わり、通常の状態で再び動作することができる（図１３）。

サーキットブレーカー１６０の代わりに追加のスイッチンググループが使用された場合、そのようなスイッチンググループも同様に閉状態に切り替わる。送電グリッド１００内を流れる電流は、再び正常な値Ｉ_NC、Ｉ_N2、Ｉ_N3となり、同じ方向に流れる。
明らかに、電気故障が発生したバッテリーユニットは、送電グリッド１００Ａの残りの部分からガルバニック絶縁されたままである。
明らかに、電力変換器に沿って流れる電流Ｉ_NCはそれに応じて減少する。
バッテリーユニットが充電モードで動作している場合、送電グリッドの動作は実質的に同じである。

DCバスの短絡
図１４は、ＤＣバス１０１Ａで短絡が発生したときの状況を模式的に示している。短絡電流Ｉ_SC、Ｉ_S1、Ｉ_S2、Ｉ_S3がバッテリーユニットや電力変換器に沿って流れ、電気故障を増大させる。また、この場合、電力変換器が放電モードであるため、電力変換器を流れる短絡電流Ｉ_SCは、対応する電流Ｉ_NCに対して方向が逆になる。また、電気故障がＤＣバスに発生するため、バッテリーユニットに沿って流れる短絡電流Ｉ_S1、Ｉ_S2、Ｉ_S3は同一方向となり、この方向は電力変換器を流れる短絡電流Ｉ_SCとは逆方向となる。

図１５に示したように、短絡電流Ｉ_SC、Ｉ_S1、Ｉ_S2、Ｉ_S3が送電グリッド１００内を流れるとすぐに、バッテリーユニットに動作的に関連付けられたスイッチンググループ１１０は、電流制限モードに切り替わる。サーキットブレーカー１６０は、一時的に閉状態に維持され、電気故障の解消の可能性を待つ。サーキットブレーカー１６０の代わりにスイッチンググループ１１０が使用された場合、そのスイッチンググループは同様に電流制限モードで動作する。電気故障はＤＣバスに発生しているため、（電気故障に最も近い）１つのスイッチンググループ１１０を開状態で動作させても、電気故障を解消することはできない。電気故障が解消されていないので、上記第１の時間間隔が経過した後、すべてのスイッチンググループ１１０およびサーキットブレーカー１６０は開状態に切り替えられる。サーキットブレーカー１６０の代わりに追加のスイッチンググループが使用された場合、そのようなスイッチンググループも同様に開状態に切り替わる。
以上の結果、直流送電グリッド１００全体がシャットダウンする（図１６）。
バッテリーユニットが充電モードで動作している場合も、送電グリッドの動作は実質的に同じである。

異なるタイプ（例えばＡＣタイプ）の送電グリッドであって、当該送電グリッドの異なるグリッド部分を電気的に接続または切断するために複数の（上述のように構成されている）スイッチンググループ１１０を一般的に備える送電グリッドは、変更すべきところは変更して、上述のＤＣ送電グリッド１００Ａと実質的に同様に動作するであろうことが明らかになった。したがって、さらなる態様において、本発明は、前記送電グリッドの異なるグリッド部分を電気的に接続または切断するための複数の（上述のように構成される）スイッチンググループ１１０を含む送電グリッドを動作させるための方法に関することが明らかである。

送電グリッドに電気故障（即ち、短絡）がある場合、本発明に係る方法はスイッチンググループ１１０を電流制限モードで切り替えるステップを備える。そして、本発明に係る方法は、前記電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を開状態に切り替え、前記送電グリッドの残りのスイッチンググループを電流制限モードに維持するステップを備える。そして、電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０は、他のスイッチンググループに比べ、より短い時間、電流制限モードに留まることがなる、これは、このようなスイッチンググループにはより大きな大きさを有する短絡電流が発生するためである。

前記電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を動作させることにより、前記電気故障が（基本的には前記第１の時間間隔と一致する）所定の期間内に電気的に絶縁された場合、本発明の方法は、前記電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を開状態に維持し、前記送電グリッドの残りのスイッチンググループ１１０を閉状態に戻すステップを備える。
前記電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を動作させることにより、前記電気故障が前記所定の期間内に電気的に絶縁されない場合、本発明の方法は、前記送電グリッドのすべてのスイッチンググループ１１０を開状態に切り替えるステップを備える。

図９～図１６の上述の例に示されるように、本発明の方法は、ＤＣ送電グリッド１００Ａを保護するのに特に適しており、このＤＣ送電グリッド１００Ａは複数のバッテリーユニットを含む電池エネルギー貯蔵システムと、前記バッテリーユニットを電力変換器に電気的に接続するためのＤＣバス１０１Ａと、前記バッテリーユニットを前記ＤＣバスに電気的に接続または前記ＤＣバスから電気的に切り離すための複数の（上述のように構成される）スイッチンググループ１１０とを備える。この場合、本発明による方法は、電池エネルギー貯蔵システムに電気故障（即ち、短絡）が発生した場合に、スイッチンググループ１１０を電流制限モードで切り替えるステップを備える。

ＤＣバス１０１Ａが、（例えば電気機械式の）サーキットブレーカー１６０を介して上記電力変換器に電気的に接続されているか、または上記電力変換器から電気的に切り離されている場合、本発明に係る方法は、サーキットブレーカー１６０を閉状態に維持するステップをさらに備える。
ＤＣバス１０１Ａが追加のスイッチンググループ（スイッチンググループ１１０と同様のもの）を介して上記電力変換器に電気的に接続されているか、または上記電力変換器から電気的に切り離されている場合、本発明の方法は、当該追加のスイッチンググループを電流制限モードで切り替えるステップをさらに備える。
本発明に係る方法は、電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を開状態に切り替え、電池エネルギー貯蔵システムの残りのスイッチンググループ１１０を電流制限モードに維持するステップを備える。

電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を開状態に切り替えることにより、所定の期間（上記第１の時間間隔）内に電気故障が電気的に絶縁された場合、本発明の方法は、電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を開状態に維持し、電池エネルギー貯蔵システムの残りのスイッチンググループ１１０を閉状態に戻すステップを備える。
ＤＣバス１０１Ａが、（例えば電気機械式の）サーキットブレーカー１６０を介して上記電力変換器に電気的に接続されているか、または上記電力変換器から電気的に切り離されている場合、本発明の方法は、サーキットブレーカー１６０を閉状態に維持するステップをさらに備える。
ＤＣバス１０１Ａが追加のスイッチンググループ（スイッチンググループ１１０と同様のもの）を介して上記電力変換器に電気的に接続されているか、または上記電力変換器から電気的に切り離されている場合、本発明の方法は、当該追加のスイッチンググループを閉状態に切り替えるステップをさらに備える。

電気故障に最も近いスイッチンググループ１１０を開状態で動作させることにより、前記所定の期間内に電気故障を電気的に絶縁できない場合、本発明による方法は、電池エネルギー貯蔵システムの全てのスイッチンググループ１１０を開状態にスイッチングするステップを備える。
ＤＣバス１０１Ａが、（例えば電気機械式の）サーキットブレーカー１６０、または追加のスイッチンググループ（スイッチンググループ１１０と同様のもの）によって、上記電力変換器に電気的に接続されるか、または上記電力変換器から電気的に切り離されている場合、本発明に係る方法は、サーキットブレーカー１６０または当該追加のスイッチンググループを開状態に切り替えるステップをさらに備える。

本発明の方法は、電気故障が電気的に絶縁できるか否かに応じて、送電グリッドにおける電気故障（すなわち、短絡）を選択的に管理することを可能にする。
本発明の方法は、まず、送電グリッドの様々な部分に沿って流れる故障電流を制限する。
特定のスイッチンググループ１１０（短絡に最も近いもの）を開状態で動作させることにより電気故障を所定の期間内に解消することができる場合、本発明の方法は、送電グリッドのうち、電気故障に関与していない部分を通常の導通モードに戻すことを提供する。
前記特定のスイッチンググループ１１０を開状態で動作させても、前記所定の期間内に電気故障を解消できない場合、本発明の方法は、送電グリッドをシャットダウンすることを提供する。

本発明の方法により、送電グリッドの使用における柔軟性を向上させることができる。さらに、短絡が存在している送電グリッドのサービス期間の停止の可能性を低減することができる。実際には、電気障害がどのようにしても解消されない厳密に必要な場合にのみ、送電グリッドはシャットダウンされる。
本発明によるスイッチング装置は、最先端の同様の既知のソリューションに関して、顕著な利点を提供する。
スイッチング装置１は、請求項に記載の発明の概念の範囲内にある多くの変形が可能である。
スイッチング装置１は、独立した装置として、または、（例えば、機械式サーキットブレーカー（MCCB）の各電極のための）アドオンモジュールとして、工業的に実現することができる。

更なる変形例によれば、スイッチング装置１は、上述の特許文献WO2017/186262A1に開示されているような、既知のタイプの付加的な切り替えブースター回路を含むことができる。
本発明によるスイッチング装置は、ソリッドステート式スイッチングデバイスを介して流れる可能性のある短絡電流に対する制限機能を提供することができる。
さらに、いくつかの実施形態（図２）では、送電線に電気故障が発生したときに、本発明によるスイッチング装置は高速な介入を行い可能性のある短絡電流を遮断することができる。
上述の特徴により、所定の公称電流に対してより小さなサイズのソリッドステート式デバイスを使用することができる。これにより、明らかにスイッチング装置のサイズとコストを大幅に削減することができる。

本発明によるスイッチング装置は、送電線に沿って流れる公称電流および可能な過負荷電流を信頼できる方法で管理することができる。
本発明によるスイッチング装置は、特に電流制限機能が実行される場合、搭載されたソリッドステート式スイッチングデバイスの改善された動作条件を利用することにより、改善された選択機能を実行することができる。
さらに、送電グリッドの異なるブランチに沿って回路保護介入を管理および調整するための効率的な戦略を実施することができる。
本発明によるスイッチング装置は、比較的容易で安価に、工業生産することができ現場への設置することができる。

Claims (19)

1. 送電グリッドのためのスイッチング装置であって、
   前記スイッチング装置は、対応するグリッド部分と電気的に接続するための第１電気端子および第２電気端子と、１つ以上の電気機械式スイッチングデバイスを含む第１電気ブランチと、複数のソリッドステート式スイッチングデバイスを含む第２電気ブランチとを備え、
   前記電気機械式スイッチングデバイスは、電流を導通するために機械的に結合することができ電流を遮断するために機械的に切り離すことができる電気接点を有し、
   各ソリッドステート式スイッチングデバイスは、半導体材料に基づく１つ以上のスイッチングコンポーネントを含み、かつ、前記ソリッドステート式スイッチングデバイスが電流を流すオン状態と、前記ソリッドステート式スイッチングデバイスが電流を遮断するオフ状態との間で切り替わるように設けられ、
   第２電気ブランチは、第１電気端子と第２電気端子との間で第１電気ブランチと電気的に並列に接続され、
   第２電気ブランチは、第２電気ブランチに沿って流れる電流を遮断するように設けられた電流遮断回路と、第２電気ブランチに沿って流れる電流を制限するように設けられた電流制限回路とを備え、
   前記電流遮断回路は、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスと、第１ソリッドステート式スイッチングデバイスに電気的に並列に接続された第１電子回路とを含み、
   前記電流制限回路は、前記電流遮断回路と電気的に直列に接続され、かつ、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスと、第２ソリッドステート式スイッチングデバイスに電気的に並列に接続された第２電子回路とを含むことを特徴とするスイッチング装置。
2. 第１電気ブランチは、電流を流す閉状態と電流を遮断する開状態とを切り替えることができる前記電気機械式スイッチングデバイスを１つだけ備えている請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 第１電気ブランチは、第１電気機械式スイッチングデバイスと、第１電気機械式スイッチングデバイスと電気的に直列に接続された第２電気機械式スイッチングデバイスとを備え、
   第１電気機械式スイッチングデバイスは、第１電気機械式スイッチングデバイスが電流を流す閉状態と、第１電気機械式スイッチングデバイスが電流を遮断する開状態との間で切り替え可能であり、
   第１電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って流れる電流によって駆動され、外部制御信号または外部からの電力供給を受け取ることなく、閉状態から開状態に切り替えることができる自動式のスイッチングデバイスであり、
   第１電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って流れる電流が対応する所定のしきい値を超えたとき、または前記スイッチング装置に沿って流れる電流の変化率が対応する所定のしきい値を超えたとき、またはこれら２つの条件の組み合わせにより、閉状態から開状態へと切り替わり、
   第２電気機械式スイッチングデバイスは、第２電気機械式スイッチングデバイスが電流を流す閉状態と、第２電気機械式スイッチングデバイスが電流を遮断する開状態との間で切り替え可能であり、
   第２電気機械式スイッチングデバイスは、対応する入力制御信号を受信すると、閉状態と開状態との間で切り替えを行う請求項１に記載のスイッチング装置。
4. 第１電気機械式スイッチングデバイスは、第１アクチュエータを含み、
   第１アクチュエータは、前記スイッチング装置に沿った電流の流れによって発生する電気力学的な力を利用して第１電気機械式スイッチングデバイスの電気接点を作動させることができ、それによって、第１電気機械式スイッチングデバイスを閉状態から開状態に切り替えることができる請求項３に記載のスイッチング装置。
5. 第１アクチュエータは、第１電気機械式スイッチングデバイスの電気接点に動作可能に繋がったトムソンコイル作動装置を含む請求項４に記載のスイッチング装置。
6. 第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御を可能にするために、逆並列の構成または逆直列の構成に従って配置された、半導体材料に基づく一対のスイッチングコンポーネントを備える請求項の１～５のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
7. 第２電気ブランチは、第１ダイオードブリッジを備え、
   第１ダイオードブリッジは、前記電流遮断回路に動作的に関連付けられ、第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御を可能にする請求項１～５のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
8. 第２ソリッドステート式スイッチングデバイスは、第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御を可能にするために、逆並列の構成または逆直列の構成に従って配置された、半導体材料に基づく一対のスイッチングコンポーネントを備える請求項１～７のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
9. 第２電気ブランチは、第２電気ブランチに沿って流れる双方向の電流の制御を可能にするために、前記電流制限回路に動作的に関連付けられた第２ダイオードブリッジを備える請求項１～７のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
10. 第２電気ブランチは、双方向の電流の制御を可能にするために、前記電流制限回路および前記電流遮断回路に動作的に関連する第３ダイオードブリッジ回路を備える請求項１～５のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
11. 第１電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って短絡電流が流れると，閉状態から開状態に切り替わるように設けられていることを特徴とする請求項３～１０のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
12. 第１電気機械式スイッチングデバイスは、前記スイッチング装置に沿って過負荷電流または通常電流が流れた場合に、閉状態から開状態に切り替わらないように設けられている請求項３～１１のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
13. 第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、第１電気ブランチから第２電気ブランチに短絡電流が切り替えられた瞬間から時間間隔が経過した後に、オン状態からオフ状態に切り替わるように設けられている請求項１～１２のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
14. 第１ソリッドステート式スイッチングデバイスは、過負荷電流または通常電流が第１電気ブランチから第２電気ブランチに切り替えられた瞬間から時間間隔が経過した後に、オン状態からオフ状態に切り替わるように設けられた請求項１～１３のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
15. 第２ソリッドステート式スイッチングデバイスは、第１電気ブランチから第２電気ブランチに電流が切り替えられた後に、オン状態からオフ状態に切り替わるように設けられた請求項１～１４のいずれか１つに記載のスイッチング装置。
16. 少なくとも請求項１～１５のいずれか１つに記載のスイッチング装置を備える送電グリッド。
17. 請求項１～１５のいずれか１つに記載のスイッチング装置と、前記スイッチング装置に電気的に直列に接続された断路器とを備えるスイッチンググループ。
18. 送電グリッドの保護方法であって、
    前記送電グリッドは、前記送電グリッドの異なる複数のグリッド部分を電気的に接続または電気的に切り離すための複数のスイッチンググループを含み、
    各スイッチンググループは、双方向の電流を制御可能な請求項１～１５のいずれか１つに記載のスイッチング装置と、前記スイッチング装置と電気的に直列に接続された断路器とを備え、
    前記スイッチング装置は、前記スイッチング装置が電流を流す閉状態と、前記スイッチング装置が電流を遮断する開状態と、前記スイッチング装置が第１電気ブランチから第２電気ブランチに切り替えられた電流を制限する電流制限モードとを切り替え可能であり、
    前記断路器は、前記断路器が電流を流す閉状態と、前記断路器が電流を遮断する開状態とを切り替え可能であり、
    各スイッチンググループは、前記スイッチング装置が閉状態であり前記断路器が閉状態である閉状態と、前記スイッチング装置が開状態であり前記断路器が開状態である開状態と、前記スイッチング装置が電流制限モードであり前記断路器が閉状態である電流制限モードとを切り替え可能であり、
    前記送電グリッドの保護方法は、
    前記送電グリッドに電気故障が発生した場合、前記スイッチンググループを電流制限モードに切り替えるステップと、
    前記電気故障に最も近いスイッチンググループを開状態に切り替え、前記送電グリッドの残りのスイッチンググループを電流制限モードに維持するステップと、
    前記電気故障に最も近いスイッチンググループが開状態であるときに、前記電気故障が予め定められた期間内に電気的に絶縁される場合には、前記電気故障に最も近いスイッチンググループを開状態に維持し、前記送電グリッドの残りのスイッチンググループを閉状態に戻し、前記電気故障に最も近いスイッチンググループが開状態にあるときに、前記電気故障が前記所定の期間内に電気的に絶縁されない場合には、前記送電グリッドのすべてのスイッチンググループを開状態に切り替えるステップとを含む保護方法。
19. 前記送電グリッドは、複数のバッテリーユニットを含む電池エネルギー貯蔵システムと、前記バッテリーユニットを電力変換器に電気的に接続するためのＤＣバスと、前記バッテリーユニットを前記ＤＣバスに電気的に接続または電気的に切断するための複数の前記スイッチンググループとを備える請求項１８に記載の方法。

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