JP4615721B2 - Electrical switch device and method of interrupting electrical load - Google Patents

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Description

【0001】
発明の属する技術分野
本発明は、機械的高速電気スイッチを具備する電気スイッチ装置に関する。当該装置は、基本的に、過電流を生じたような場合に大出力電流を遮断することを目的とする。
【0002】
本発明はまた、添付の方法に関する請求項の前提部分に記載された電気的負荷の遮断方法に関するものである。
【0003】
本発明にかかる装置は、より正確には、発電所又は電力ネットワークにおける対象物の接続及び遮断、および、発電設備あるいは接続された対象物から特定の部分を電気的に接続又は切断することに関するものである。ここで「対象物」とは、極めて広い意味で使用しており、発電設備と電力ネットワークに含まれる全ての装置と機器、及び、発電設備および/または電力ネットワークの各部分を含む概念として使用する。
【0004】
例えば、対象物とは、発電機、変圧器あるいはモータのように磁気回路を有する装置である。あるいは、対象物の別の例は、送電線、スイッチギア装置等である。本発明は中電圧及び高電圧において使用することを意図したものである。IEC標準に基づけば、中電圧とは、1−72.5kV、高電圧とは72.5kVよりも高い電圧をいう。したがって、送電、配電、分電の電圧レベルはこれに含まれる。
【0005】
発電設備においては、対象物を接続したり遮断したりするために、通常、例えばSFブレーカと称する、オイルブレーカ又はいわゆるバキュウムブレーカのような既知のブレーカが使用されている。まれではあるが、極めて高速に作動する要請が有る場合には、例えば、サイリスタやIGBTのような半導体「ブレーカ」が使用される。
【0006】
これらの回路ブレーカはいずれも、2つの金属接点(アーチ接点)の間を流れる電流を遮断する際、遮断すべき電流がアーチとなって流れ続けることがおきる。そこで、電流がゼロになったとき、つまり、50Hzの電力供給網であれば20ミリ秒に2回づつ発生する極性が変化する瞬間に、電流をゼロにする。したがってこの種のブレーカは交流に対しては使用することができるが、電流がゼロになる瞬間がない直流電流に対しては使用することができない。
【0007】
上述のような構造を有する回路ブレーカは、大部分の場合が相当する中程度の電流、いわゆるオペレーション電流のみならず、大きな過電流、故障電流の遮断が可能なように再設計する必要がある。
【0008】
回路遮断機は、端子間にアークを形成して流れる過電流の大きなエネルギーを遮断することができるように設計する必要がある。アークが再生しないように、つまり、遮断の継続を保証するためには、電流の遮断に成功した後、極めて短い時間の間に、端子間の空間に非常に高い絶縁性を与える必要がある。
【0009】
例えば、SFブレーカのようなオイルブレーカあるいはいわゆる真空ブレーカは、短時間の間に同じ位置で、大きな熱的負荷と電気的負荷に耐える必要が有るため、構造が比較的複雑になり遮断までの時間が比較的長くなる。
【0010】
ここで過電流とは、基本的に、スイッチで接続されている対象物の絶縁システムが喪失したときにおきる短絡時の大電流のようなものを念頭においている。このような喪失は、外部のネットワーク/装置の短絡電流(ショート電流)がアークとして流れることを意味する。その結果、非常に大きな損傷が発生することになる。スウェーデンの電力ネットワークで想定している短絡電流(故障電流)は63kVである。短絡電流(故障電流)は、実際は、40−50Aとなる。
【0011】
上述の回路ブレーカの問題は遮断までの時間が長いことである。遮断が完全に実行されるまでの遮断時間(IEC−標準)は150msである。現在の設備ではこの遮断時間を90−130ms程度より短くすることは非常に困難である。その結果、回路遮断機が遮断を行うまでの時間の間、極めて大きな電流が対象物を流れることになる。外部の電源ネットワークの全出力がこの時間流れることは、接続された対象物にとっては非常に大きな負荷である。この間ネットワークの作動も阻害され、同じネットワークに接続された他の機器も大幅な外乱や、損傷を受けることになる。接続された対象物が、損傷や壊滅的な被害を受けることが無いようにするためには、回路遮断器の遮断時間中に流れる短絡電流/故障電流がほとんど記載するほどの損傷を与えないようにこれらを処理することが必要になる。接続される対象物を、短絡電流/故障電流がかなりの時間流れても良いように設計することは、コストの増大と性能の低下を招くことになる。ネットワークとそれに接続された機器が受ける外乱に関しては、現在のところネットワークには保護が設けられていないために、製造者は敏感な装置には「バックアップ」とネットワーク安定化装置を設けることが必要である。通信及びコンピュータシステムのようなマイクロプロセッサに基づく、より敏感なシステムは、大きな費用のかかるリスタートが頻繁に必要になる。
【0012】
サイリスタ、MOSFETやIGBTのような半導体電力装置は、単独では上述の電圧を負担することができないために、複数のコンポーネントを直列接続することが必要である。高電圧設備の場合には、この種のコンポーネントを数百個直列接続することが必要になる。このために確実に作動させるためには、例えば、電圧と電力が構成要素に対して均一に分配されるように、複雑な制御が必要になる。シリコンからなる半導体コンポーネントは、さらに比較的損失が大きいために、コンポーネントを熱障害によって損壊させないためには効率的な冷却が必要になる。制御、規制と冷却部を含む全システムの、コンポーネントをそれぞれ固有の電圧に直列接続するシステムは非常に複雑であり、全体のコストが非常に高くなる。そのコストとは回路ブレーカのコストをはるかに上回り、そのために、ここで述べるような発電設備や送電網に半導体コンポーネントを使用することは一般に行われていなかった。
【0013】
本発明の目的は、より良好なスイッチングを実現して、接続された対象物に加わる負荷を低減し、かつ、ネットワークが受ける外乱とネットワークに接続された他の機器の損傷を低減することことができる、コスト的にも魅力的な装置と方法とを提供することを目的とする。
【0014】
本発明に基づくこの目的は、添付の請求項1の前提部分に記載した装置によって達成される。第2のスイッチが、以降シャントエレメントと呼ぶスイッチングエレメントが、電気接点を有する第1の電気スイッチと並列に機械的高速電気スイッチの形で接続されている。シャントエレメントは、例えば光や電子ビームの照射を受けたときに導電性を有するように設計されている。切断つまり遮断を行うときは、シャントエレメントに対して照射を行い、このことによってシャントエレメントが導電状態になり、機械的スイッチが熱又は電気的負荷無しに遮断を実行する。好ましくは、ブレーカが開の状態になったときに、シャントエレメントへの照射を停止して当該エレメントを絶縁状態に戻す。
【0015】
照射を受けない時は逆バイアスを受け、線源からの照射を受けることによって自由電化キャリアを発生させて電流を流す整流手段をスイッチングエレメントとして使用することによって、対象物を電源ネットワークあるいはそれに類するものから所望の時間内に極めて高速に遮断され、スイッチングエレメントが照射を受けなくなると、当該エレメントは逆バイアスに戻って即座に導電性を失う。また、整流手段が照射を受けて装置が導電状態のときに、機械的電気スイッチをトランジエント無しで閉とすることもできるので、従来のものに比較して非常に大きな利点を有する。
【0016】
したがって、本発明は機械的な操作に基づいて回路の開閉を行うだけでなく、コストが高く損失が大きい従来の電力半導体を使用せず、機械的な電気スイッチとシャントエレメントを有し、スイッチング装置の導電性を照射によって制御する原理に基づくものである。機械的な接点を電気的負荷と熱的負荷から開放することによって、極めて高速な遮断を実行することが可能になる。
【0017】
好ましい実施例に拠れば、前記の制御手段は整流ダイオードである。この装置の第2の電気スイッチとして逆バイアスを受けるダイオードを使用することは、必要であれば照射によって制御することが容易で信頼も高く、絶縁状態にあるときは効率的に電圧を阻止するので好ましい。さらに、この種のダイオードは、市場で広くかつ、低額で購入することができる。P. Roggwiler とR. SittigによるCH1616−2・80・0000−0646 500.75、1980年IEEEによれば、逆バイアスをかけサイリスタとアンチパラレルに接続されて、逆バイアスがかかっていたダイオードに照射を当てて自由マイノリティー電化キャリアを発生させることによって導電性にすることで、サイリスタをオフにするフォトコンダクティブダイオードが開示されている。ダイオードが導電性を有する時間が十分長ければ、サイリスタはスイッチオフされる。しかし、本発明はそのような整流ダイオードの新しい使用、つまり、機械的高速電気スイッチを有してスイッチング装置を流れる電流の大部分を取り扱い、電気スイッチが回路を断とすることで、従来のものに比較して特に大電力の場合に、電気スイッチ装置を流れる電流をはるかに高速に遮断することができるスイッチへの使用を提案するものである。
【0018】
ダイオードは、照射によって制御されるものであれば、考えられるもの全てを含み、pn−ダイオード、pinダイオード、ショットキーダイオードはそれぞれ異なる実施例に対応する。このようなダイオードはこの観点からは低いコストで市場で入手可能である。
【0019】
本発明の1つの実施例によれば、整流手段は、SiCからなる少なくとも1つの層とダイヤモンドからなる少なくとも1つの層を有する。このような、SiCあるいはダイヤモンドからなる整流手段は、これらの材料が有する特性に起因して電気スイッチ手段としてきわめて優れた特性を示す。これらの材料は何れも極めて高い絶縁破壊電圧を有し、従来の半導体を使用した整流手段に比較して、顕著に高い阻止電圧を有する。このことは、従来の整流手段であれば多くのものを直列に使用しなければならないような状況で、もっと数の少ない整流手段を直列に使用すれば足りることを意味している。さらに、SiCとダイヤモンドは、1000Kに達する非常な高温でも安定であり、この点も高電圧を扱う場合には大きな利点となる。
【0020】
本発明の別の好ましい実施例によれば、整流手段は光電導エレメントである。このことによって、整流手段の制御がきわめて容易になる。
【0021】
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記第2の電気スイッチは、直列に接続した整流手段を複数有し、電圧が非常に高い場合にも十分に作動する。
【0022】
本発明に別の好ましい実施例の場合には、上述の最後に述べた構成をさらに改良したものに相当し、前記の複数の整流手段のうちの少なくとも2つは互いに反対の極性に接続されており、一方が正の方向で有り他方が負の方向を向いている。この実施例は、前記複数とは2つであり、この2つの整流手段が互いに逆向きに接続された構成が特に強調されている。この種のスイッチ装置は、常に少なくとも1つの整流装置が逆向きであり、この整流装置が照射によって導通するようにされ、必要なら第2の電気スイッチが電流の大部分を流すようにすることができるので、交流電流を極めて高速に遮断するのに使用される。2つ以上の整流装置を使用するときは、スイッチエレメントが導電状態になるためには、すべての整流手段に逆バイアスがかかることが必要であり、このことは、前記の線源が逆バイアスを加えられたすべての整流手段に同時に照射するように構成された本発明のさらに別の実施例において説明されている。
【0023】
本発明の別の好ましい実施例では、装置は前出の機械的高速電気スイッチを複数直列にし、そのそれぞれと並列に第2の電気スイッチが接続されている。この種の装置は、極めて大きな電力を取り扱うために使用するもので、機械的高速電気スイッチは第2の電気スイッチ同様に、同時に制御されるのが好ましい。
【0024】
本発明の別の好ましい実施例によれば、スイッチエレメントは3を含む数の積層された半導体を有し、そのうちの最外層の2つは第1の導電性nまたはpが他にドープされて、中間層は第2の導電性にドープされて同じ数の直列接続されて極性が互いに逆向きの整流手段を形成する2つのpn接合を構成している。この種のスイッチエレメントは、交流電流を、位相の状態にかかわらず高速に遮断するために好適に使用することができる。
【0025】
本発明の別の好ましい実施例によれば、当該スイッチエレメントは、中間の本質的なバルク層と、当該中間層の一方の面に設けられたpドープ層のアイランドと、前記中間層の反対側の面の、前記アイランドのあいだの空間に対応する位置を実質的に覆うように設けられたnドープ層とを具備し、n型層から他のp型層に連続的な交流電流の流路を構成し、反対の極性を有する2つの連続したダイオードを有する複数のpinダイオードを構成する。この種のスイッチエレメントは、極めて高い電圧に対して好適に使用することができ、その「バイポーラ」型の構造に起因して交流電圧を高速に切り替えることができる。
【0026】
本発明のさらに別の実施例によれば、前記第1の電気スイッチとスイッチエレメントに少なくとも1つのバリスタが並列に接続される。遮断時の誘導負荷のためにバリスタ内に誘導電流を発生し、バリスタによって磁界によるエネルギが吸収される。したがって、バリスタは電気スイッチに蓄積される可能性のある磁界のエネルギを消費する。
【0027】
本発明の別の好ましい実施例によれば、上述のいずれかの電気スイッチ装置を対象物を発電設備に対して接続又は切り離しを行い、電力ネットワークを形成しあるいは他の装置を発電所に接続することを行う。高速で対象物の接続および遮断を行うことが重要な場合には、これはこの種のスイッチ装置の好ましい用途である。
【0028】
本発明はさらに、第1の機械的な電気スイッチと並列に接続された第2の電気スイッチと、線源と、照射に反応するスイッチエレメント、スイッチ素子が線源の照射を受けるとスイッチエレメントは絶縁状態から導電状態に移行して、優れた導電性を示して、第1の電気スイッチを阻止する機械的高速電気スイッチを具備する手段によって、特に大きな電力の負荷の遮断を行う方法を含む。この方法によって極めて高速の遮断を行うことができるので、電気的負荷を遮断する好ましい方法である。
【0029】
本発明のさらに別の利点と好ましい特性については、以下の記載および他の従属請求項から明らかになる。添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例について以下に記述する。
【0030】
発明の好ましい実施例の詳細な説明
図1は、本発明の第1の実施例に基づく電気スイッチ装置1を極めて概念的に示したものである。この装置は、例えば発電機のような対象物2を具備する発電所に設置されるものである。対象物はライン3によって外部の電力供給ネットワーク4に接続されている。電気スイッチ装置は当該対象物を、電力ネットワーク4に対して対象物2を接続および遮断するために設けられている。しかし、発電設備に他のどのような部位に対しても同様に対象物のスイッチングを行うことができることを強調しておく必要がある。対象物2のネットワークからの遮断は、ネットワークの故障電流から対象物や装置を保護する目的、あるいは、当該対象物に対して流れる大きな故障電流から生じる電圧および作動妨害からネットワークを保護するために行われる。
【0031】
スイッチ装置は、遮断のためには互いに離れて接続のためには互いに接触する接点を具備する切り離し機又は遮断機である、機械的高速スイッチ形式の第1の電気スイッチ5を具備する。第1のスイッチと並列に接続された第2のスイッチ6は、対象物2がネットワーク4に接続されたときには逆バイアスとなるように配置された光電導ダイオード7の形式のスイッチエレメントを具備する。ネットワーク4はこの例の場合には直流ネットワークである。第2の電気スイッチはさらに、ダイオード7に対して自由電化キャリアを照射して照射を受けている間ダイオード7を導電状態に維持する線源8を有する。スイッチングエレメントは、このエレメントからは電気的に分離した線源によって制御される。
【0032】
さらに、装置は、線源8と機械的スイッチ5を制御する制御ユニット9を有する。当該ユニットは、ライン3上の過電流を示すパラメータを検出するセンサ10が接続されている。
【0033】
機械的スイッチ5と並列にバリスタ11が接続されており、その機能は以下に説明する。
【0034】
この電気スイッチは従来の回路ブレーカに比較して極めて高速で、ライン3の故障電流は最大値には到達しないことを意味する。
【0035】
図2と図3は、センサ10が過電流を検知し、制御ユニット9がスイッチ装置に対象物2をネットワーク/設備4から遮断させたときに起きる事柄を示すものである。過電流の検出時刻である時刻tにおいて、機械的スイッチは接点を開くように制御を受け、接点は図2において線xで示されるように2つの接点の距離が広がる。同時に光源8がダイオード7に照射を開始するように制御を受け、ダイオードの導電性は図2においてσで表したように変化する。これは、機械的なスイッチが作動する間、機械的なスイッチ5が制御を受ける際のギャップは、実質的には電気あるいは熱的な負荷を受けないことを意味する。電流の経路の遮断は、その代わり、バリスタ11が磁界のエネルギを吸収するダイオード7(シャントエレメント)で行われている。このように、故障電流に対する遮断は極めて高速に行われる。線源8は、機械的スイッチ5の接点が最大開度となった時刻tにおいてダイオード7に照射を与え、ダイオードに対する照射が終了したときは、機械的なスイッチ5は問題なく対象物をネットワーク/設備4から電気的に絶縁する。
【0036】
図3は、機械的なスイッチ内部において、電流Iが遮断操作の開始時点であるtから下降するかと、ダイオード7の中を流れる電流Iがtからtにかけて下がるかを示した図である。
【0037】
後に対象物2がネットワーク/設備4に対して接続される必要があるときは、電気スイッチ装置は再度制御ユニット9の線源8によってダイオード7に照射を与え、機械スイッチが過渡変化を発生させることなく閉じる。
【0038】
本発明の第2の好ましい実施例の電気スイッチ装置の部分を図4にきわめて概念的に示した。当該実施例は、スイッチエレメントが逆向きに直列接続された2つのダイオード7,7’を具備する点が図1に示した実施例とは異なっている。各ダイオードに対して、線源8、8’が設けられている。この装置は、照射を受けない限り一方のダイオードが常に逆バイアスとなっているので、交流のスイッチングに適している。過電流が検出され、機械スイッチ5の接点が離されると、その時点で逆バイアスを受けているダイオードに対応する線源が照射を開始して、図2と3で直流電圧に関して説明したのと同様な遮断過程をすすめる。
【0039】
図5は、pnpまたはnpn積層構造半導体層12−14構造によって交流用スイッチエレメントを示すものである。最外層12,14は同じ導電型nまたはpであり、中間層は逆の型pまたはnにドープされている。したがって、接合面15,16では層間にpn接合が形成されており、当該半導体コンポーネントに加わる電圧の方向によっていずれか一方の接合面には逆電圧が加わる。2つの光源8、8'が図4に示した2つのダイオード7、7'と同様に設けられる。例えば、pn接合15にバイアス電圧が印加されている状態で、層12に対して照射を与えると、層12にマイノリティキャリアを生じ、接合面を通って電流が流れる。
【0040】
図6は、直流電圧の場合において図1に示した装置を置換しえる装置である。図には、高電圧の場合に、必要に応じて機械的なスイッチ5の中にダイオードの形態をした整流装置が直列接続されている様子を示す。各ダイオードには磁界のエネルギーを吸収してダイオード7、7'が遮断の際の電圧と電力を均等に受け持つように、バリスタ11が設けられて居る。遮断機は、スイッチエレメント6とネットワーク/設備4との間に設けられて、対象物2をネットワーク/設備から遮断した後に、遮断状態のダイオードから電圧を除去するために、ネットワーク/設備4をダイオードから遮断するように制御を受ける。
【0041】
図7に示す本発明のさらに別の実施例は、図6に示した実施例と図4に示したものとの組み合わせてある。この場合、2つの機械的なスイッチ5、5'が直列されており、互いに逆向きのダイオード7、7'が各機械スイッチと並列に直列接続されている。当該装置は交流電流の遮断に好適であり、機械的スイッチが直列に接続されているために高圧電流を取り扱うことができる。
【0042】
図8は、交流電流のスイッチングを行うためのスイッチ装置で使用することができるスイッチエレメントのために複数の整流手段を製作する好ましい方法を示したものである。このスイッチエレメント6は、同一の半導体上に埋めこまれたカスケード接続されたpinダイオードから構成される。1枚の「半絶縁ウエハ」から例えば10−40である多数のダイオードを具備するカスケードを製造することは容易である。上面は第1の導電性を有するように例えばp型にドーピングされるか同様の層によって被覆し、下面を逆の例えばn型でドーピングする。例えば、層18−20はp型にドーピングされ、層21−23はn型にドーピングされる、層17は実質的にドーピングされていない。図8の右に、ダイオードが構成される様子を示す。各エレメント(ダイオード)が、1kVのスイッチであれば、40のダイオードが直列接続された場合には全体として20kVをスイッチングすることができる。この構造は、従来の光電導スイッチとして機能する、つまり、照射を受けたときは導電性で照射を受けないときは絶縁性である。各ダイオードのスイッチング性能は使用される材料、層厚17とドーピング特性に依存し、層17にSiCまたは本質的ダイヤモンドを使用することによって、ダイオードは非常に高い電圧、例えば、10kVあるいはそれ以上の電圧を阻止できる。
【0043】
本発明は上述の実施例に制限されないことは当然であり、特許請求項の記載によって規定される発明の技術思想の範囲内で多くの変更が可能である。
【0044】
整流装置、機械的スイッチおよび他の構成要素の数は当然任意である。
【0045】
線源は、可視光線、UV光線、IR光線、電子ビーム、イオンビーム、x線等の照射を行うものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の好ましい実施例に基づいて、電気スイッチ装置の最も基本的な構成を示すものである。
【図2】 図1に示した電気スイッチ装置の機械的電気スイッチの接点間距離xと、光電ダイオードの導電性を電気スイッチ装置が負荷を遮断した際の時間経過に対して示したものである。
【図3】 図1に示した構成において、負荷を遮断したときからの経過時間に対して、機械的電気スイッチを流れる電流Iの大きさと、光導電装置を流れる電流Iの大きさとを示す図である。
【図4】 本発明の第2の実施例に基づく電気スイッチ装置の簡略化した図面である。
【図5】 本発明の第2の実施例に基づくスイッチ装置のスイッチエレメントの断面図である。
【図6】 本発明の第3の実施例のスイッチ装置を示す概念図である。
【図7】 本発明の第4の実施例のスイッチ装置を示す概念図である。
【図8】 本発明に基づくスイッチ装置のスイッチエレメントを示す概念図である。
[0001]
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrical switch device having a mechanical high-speed electrical switch. The device is basically intended to cut off a large output current when an overcurrent occurs.
[0002]
The invention also relates to a method for interrupting an electrical load as set out in the preamble of the appended claims relating to the method.
[0003]
More precisely, the device according to the invention relates to the connection and disconnection of objects in a power plant or power network and to electrically connecting or disconnecting a specific part from a power generation facility or a connected object. It is. Here, “object” is used in a very broad sense, and is used as a concept including all devices and equipment included in the power generation facility and the power network, and each part of the power generation facility and / or the power network. .
[0004]
For example, the object is a device having a magnetic circuit such as a generator, a transformer, or a motor. Alternatively, another example of the object is a power transmission line, a switch gear device, or the like. The present invention is intended for use at medium and high voltages. Based on IEC standards, medium voltage refers to 1-72.5 kV, and high voltage refers to a voltage higher than 72.5 kV. Therefore, the voltage levels of power transmission, distribution and distribution are included in this.
[0005]
In power generation facilities, known breakers such as oil breakers or so-called vacuum breakers, for example called SF 6 breakers, are usually used to connect and disconnect objects. In rare cases, when there is a demand to operate at a very high speed, for example, a semiconductor “breaker” such as a thyristor or IGBT is used.
[0006]
In any of these circuit breakers, when the current flowing between the two metal contacts (arch contacts) is interrupted, the current to be interrupted continues to flow as an arch. Therefore, when the current becomes zero, that is, at the moment when the polarity generated twice every 20 milliseconds changes in the case of a 50 Hz power supply network, the current is made zero. Therefore, this type of breaker can be used for alternating current, but cannot be used for direct current without a moment when the current becomes zero.
[0007]
The circuit breaker having the above-described structure needs to be redesigned so as to be able to cut off not only a moderate current, which is the case in most cases, a so-called operation current, but also a large overcurrent and a fault current.
[0008]
The circuit breaker needs to be designed so as to be able to cut off a large overcurrent energy that flows by forming an arc between the terminals. In order to prevent the arc from regenerating, that is, to guarantee the continuation of the interruption, it is necessary to give a very high insulation to the space between the terminals for a very short time after the interruption of the current.
[0009]
For example, oil breakers such as SF 6 breakers or so-called vacuum breakers need to withstand large thermal and electrical loads at the same position in a short time, so that the structure becomes relatively complicated and up to shut-off. Time is relatively long.
[0010]
Here, the overcurrent basically means a large current at the time of a short circuit that occurs when the insulation system of the objects connected by the switch is lost. Such loss means that the short circuit current (short current) of the external network / device flows as an arc. As a result, very large damage will occur. The short circuit current (failure current) assumed in the Swedish power network is 63 kV. The short-circuit current (failure current) is actually 40-50A.
[0011]
The problem with the circuit breaker described above is that it takes a long time to shut off. The interruption time (IEC-standard) until the interruption is completely executed is 150 ms. With current equipment, it is very difficult to make this shut-off time shorter than about 90-130 ms. As a result, a very large current flows through the object during the time until the circuit breaker shuts off. The fact that the entire output of the external power network flows for this time is a very heavy load for the connected objects. During this time, the network operation is also hindered, and other devices connected to the same network are severely disturbed and damaged. In order to prevent connected objects from being damaged or catastrophic, the short-circuit current / fault current that flows during the circuit breaker shut-off time should not be damaged as much as described. It is necessary to process these. Designing the connected objects so that the short circuit current / fault current may flow for a significant amount of time results in increased cost and reduced performance. With respect to disturbances experienced by the network and the equipment connected to it, the network is currently not protected, so manufacturers are required to provide “backup” and network stabilization devices for sensitive devices. is there. More sensitive systems based on microprocessors such as communications and computer systems often require large and costly restarts.
[0012]
A semiconductor power device such as a thyristor, a MOSFET, or an IGBT cannot bear the above-mentioned voltage alone, and thus it is necessary to connect a plurality of components in series. In the case of high voltage installations, it is necessary to connect several hundreds of such components in series. For this purpose, in order to operate reliably, for example, complicated control is required so that voltage and power are evenly distributed to the components. Semiconductor components made of silicon are more lossy and require efficient cooling to prevent the components from being damaged by thermal failure. In all systems, including control, regulation and cooling, the system in which the components are connected in series with their own voltage is very complex and the overall cost is very high. That cost far exceeds the cost of circuit breakers, and for this reason, it has not generally been the case for semiconductor components to be used in power generation facilities and grids as described herein.
[0013]
The object of the present invention is to realize better switching, reduce the load applied to the connected object, and reduce the disturbance received by the network and the damage of other equipment connected to the network. An object is to provide a cost-effective apparatus and method.
[0014]
This object according to the invention is achieved by the device described in the preamble of claim 1. A switching element, hereinafter referred to as a shunt element, is connected in the form of a mechanical high-speed electrical switch in parallel with a first electrical switch having electrical contacts. The shunt element is designed to have conductivity when irradiated with light or an electron beam, for example. When cutting or shutting off, the shunt element is irradiated, which causes the shunt element to become conductive and the mechanical switch performs the shut-off without heat or electrical load. Preferably, when the breaker is in an open state, irradiation to the shunt element is stopped and the element is returned to the insulated state.
[0015]
When the object is not irradiated, it is reverse biased, and the object is made a power supply network or the like by using as a switching element a rectifier that generates free electrified carriers by receiving irradiation from a radiation source and flows current. If the switching element is interrupted very quickly within a desired time and the switching element is no longer irradiated, the element returns to reverse bias and immediately loses conductivity. Further, when the rectifying means is irradiated and the device is in a conductive state, the mechanical electric switch can be closed without a transient, which has a great advantage over the conventional one.
[0016]
Therefore, the present invention not only opens and closes a circuit based on mechanical operation, but also uses a conventional electric power semiconductor with high cost and high loss, and has a mechanical electric switch and a shunt element, and a switching device This is based on the principle of controlling the conductivity of the material by irradiation. By releasing the mechanical contacts from electrical and thermal loads, it is possible to perform a very fast interruption.
[0017]
According to a preferred embodiment, the control means is a rectifier diode. Using a reverse-biased diode as the second electrical switch in this device is easy and reliable to control by irradiation if necessary, and effectively blocks the voltage when in an insulated state. preferable. Furthermore, this type of diode is widely available on the market and can be purchased at a low price. According to CH1616-2, 80, 0000-0646 500.75, 1980 IEEE by P. Roggwiler and R. Sittig, the reverse-biased thyristor and anti-parallel diode connected to the reverse-biased diode Has been disclosed to make a thyristor off by making it conductive by generating free minority electrified carriers. If the time for which the diode is conductive is long enough, the thyristor is switched off. However, the present invention provides a new use of such a rectifier diode, i.e., having a mechanical high-speed electrical switch, handles the majority of the current flowing through the switching device, and the electrical switch breaks the circuit. The present invention proposes the use of a switch that can cut off the current flowing through the electrical switch device much faster, particularly when the power is high.
[0018]
The diode includes all possible ones that are controlled by irradiation, and the pn-diode, pin diode, and Schottky diode each correspond to a different embodiment. Such diodes are commercially available from this point of view at a low cost.
[0019]
According to one embodiment of the invention, the rectifying means comprises at least one layer made of SiC and at least one layer made of diamond. Such rectifying means made of SiC or diamond exhibits extremely excellent characteristics as an electrical switch means due to the characteristics of these materials. All of these materials have a very high breakdown voltage, and a remarkably high blocking voltage as compared with a rectifying means using a conventional semiconductor. This means that it is sufficient to use a smaller number of rectifying means in series in the situation where many conventional rectifying means must be used in series. Furthermore, SiC and diamond are stable even at very high temperatures up to 1000K, which is also a great advantage when handling high voltages.
[0020]
According to another preferred embodiment of the invention, the rectifying means is a photoconductive element. This makes it very easy to control the rectifying means.
[0021]
According to another preferred embodiment of the invention, the second electrical switch has a plurality of rectifying means connected in series and operates well even when the voltage is very high.
[0022]
In the case of another preferred embodiment of the present invention, it corresponds to a further improvement of the above-mentioned last configuration, and at least two of the plurality of rectifying means are connected to opposite polarities. One is in the positive direction and the other is in the negative direction. In this embodiment, the plural is two, and the configuration in which the two rectifying means are connected in opposite directions is particularly emphasized. This kind of switching device always has at least one rectifier in the reverse direction, this rectifier being made conductive by irradiation, and if necessary a second electrical switch carrying the majority of the current. It can be used to cut off alternating current very quickly. When using more than one rectifier, all the rectifiers must be reverse-biased in order for the switch element to become conductive, which means that the source is reverse-biased. This is illustrated in yet another embodiment of the present invention which is arranged to irradiate all added rectifying means simultaneously.
[0023]
In another preferred embodiment of the present invention, the apparatus has a plurality of the above-described mechanical high-speed electrical switches in series, and a second electrical switch is connected in parallel with each of them. This type of device is used to handle very large amounts of power, and the mechanical high speed electrical switch is preferably controlled simultaneously as the second electrical switch.
[0024]
According to another preferred embodiment of the invention, the switch element has a number of stacked semiconductors including three of which two of the outermost layers are otherwise doped with a first conductivity n or p. The intermediate layer is doped to the second conductivity to form two pn junctions that form the same number of rectifiers connected in series and having opposite polarities. This type of switch element can be suitably used to cut off alternating current at high speed regardless of the phase state.
[0025]
According to another preferred embodiment of the invention, the switch element comprises an intermediate bulk layer, a p-doped island on one side of the intermediate layer, and the opposite side of the intermediate layer. And an n-doped layer provided so as to substantially cover a position corresponding to the space between the islands, and a continuous alternating current flow path from the n-type layer to another p-type layer And a plurality of pin diodes having two consecutive diodes having opposite polarities. This type of switch element can be suitably used for extremely high voltages, and can switch AC voltage at high speed due to its “bipolar” type structure.
[0026]
According to a further embodiment of the invention, at least one varistor is connected in parallel to the first electrical switch and the switch element. An induced current is generated in the varistor due to the inductive load at the time of interruption, and the energy due to the magnetic field is absorbed by the varistor. Thus, the varistor consumes magnetic field energy that can be stored in the electrical switch.
[0027]
According to another preferred embodiment of the present invention, any of the electrical switch devices described above are connected to or disconnected from a power generation facility to form a power network or connect other devices to the power plant. Do things. This is a preferred application for this type of switch device when it is important to connect and disconnect objects at high speed.
[0028]
The present invention further includes a second electrical switch connected in parallel with the first mechanical electrical switch, a radiation source, a switch element that reacts to radiation, and when the switch element is illuminated by the radiation source, It includes a method of interrupting a particularly high power load by means comprising a mechanical high speed electrical switch that transitions from an insulated state to a conductive state and exhibits excellent electrical conductivity and blocks the first electrical switch. Since this method can perform a very high-speed interruption, it is a preferable method for interrupting an electrical load.
[0029]
Further advantages and preferred properties of the invention will become apparent from the following description and other dependent claims. Preferred embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings.
[0030]
Detailed description of a preferred embodiment of the invention Figure 1 is a very conceptual representation of an electrical switch device 1 according to a first embodiment of the invention. This apparatus is installed in a power plant including an object 2 such as a generator. The object is connected to an external power supply network 4 by a line 3. The electrical switch device is provided to connect and disconnect the object 2 to and from the power network 4. However, it should be emphasized that the object can be similarly switched to any other part of the power generation facility. The interruption of the object 2 from the network is performed for the purpose of protecting the object and the device from the fault current of the network, or to protect the network from the voltage and operation disturbance caused by the large fault current flowing to the object. Is called.
[0031]
The switch device comprises a first electrical switch 5 in the form of a mechanical high-speed switch, which is a disconnector or a breaker with contacts that are separated from each other for connection and contact with each other for connection. The second switch 6 connected in parallel with the first switch comprises a switch element in the form of a photoconductive diode 7 arranged to be reverse biased when the object 2 is connected to the network 4. Network 4 is a DC network in this example. The second electrical switch further includes a radiation source 8 that irradiates the diode 7 with free charge carriers and maintains the diode 7 in a conductive state during irradiation. The switching element is controlled by a source that is electrically separated from the element.
[0032]
Furthermore, the device has a control unit 9 for controlling the source 8 and the mechanical switch 5. The unit is connected to a sensor 10 that detects a parameter indicating an overcurrent on the line 3.
[0033]
A varistor 11 is connected in parallel with the mechanical switch 5 and its function will be described below.
[0034]
This electrical switch is very fast compared to a conventional circuit breaker, meaning that the fault current in line 3 does not reach its maximum value.
[0035]
FIGS. 2 and 3 show what happens when the sensor 10 detects an overcurrent and the control unit 9 causes the switch device to shut off the object 2 from the network / facility 4. At time t 1 is the detection time of the overcurrent, the mechanical switch receives control to open the contacts, contact spreads the distance between two contact points, as indicated by line x in Fig. At the same time, the light source 8 is controlled to start irradiating the diode 7, and the conductivity of the diode changes as indicated by σ in FIG. This means that while the mechanical switch is activated, the gap when the mechanical switch 5 is controlled is substantially free of electrical or thermal loads. Instead, the current path is interrupted by a diode 7 (shunt element) in which the varistor 11 absorbs the energy of the magnetic field. In this way, the fault current is interrupted at a very high speed. Source 8 gives the radiation to the diode 7 at time t 2 when the contacts of the mechanical switch 5 is maximized opening, when the irradiation of the diode is completed, the network a mechanical switch 5 is no problem object / Electrically insulate from equipment 4.
[0036]
FIG. 3 shows, within the mechanical switch, whether the current I 1 falls from t 1 which is the start point of the shut-off operation, and whether the current I 2 flowing in the diode 7 falls from t 1 to t 2 . FIG.
[0037]
When the object 2 needs to be connected to the network / equipment 4 later, the electrical switch device again irradiates the diode 7 by the source 8 of the control unit 9 and the mechanical switch causes a transient change. Close without closing.
[0038]
The electrical switch device portion of the second preferred embodiment of the present invention is shown very conceptually in FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that the switch element includes two diodes 7 and 7 'connected in series in opposite directions. For each diode, a source 8, 8 'is provided. This device is suitable for alternating current switching because one diode is always reverse biased unless irradiated. When an overcurrent is detected and the contact of the mechanical switch 5 is released, the radiation source corresponding to the diode that is reversely biased at that time starts irradiating, and the DC voltage described with reference to FIGS. A similar blocking process is recommended.
[0039]
FIG. 5 shows an AC switch element by a pnp or npn laminated semiconductor layer 12-14 structure. The outermost layers 12 and 14 are of the same conductivity type n or p, and the intermediate layer is doped to the opposite type p or n. Accordingly, pn junctions are formed between the junction surfaces 15 and 16, and a reverse voltage is applied to one of the junction surfaces depending on the direction of the voltage applied to the semiconductor component. Two light sources 8, 8 'are provided in the same manner as the two diodes 7, 7' shown in FIG. For example, when the layer 12 is irradiated with a bias voltage applied to the pn junction 15, minority carriers are generated in the layer 12, and a current flows through the junction surface.
[0040]
FIG. 6 shows a device that can replace the device shown in FIG. 1 in the case of a DC voltage. The figure shows a state in which a rectifier in the form of a diode is connected in series in the mechanical switch 5 as necessary when the voltage is high. Each diode is provided with a varistor 11 so that the energy of the magnetic field is absorbed and the diodes 7 and 7 ′ are equally responsible for the voltage and power when the diodes are cut off. The circuit breaker is provided between the switch element 6 and the network / equipment 4, and after the object 2 is disconnected from the network / equipment, the network / equipment 4 is dioded to remove the voltage from the disconnected diode. Control to be cut off from.
[0041]
Still another embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is a combination of the embodiment shown in FIG. 6 and that shown in FIG. In this case, two mechanical switches 5, 5 ′ are connected in series, and diodes 7, 7 ′ opposite to each other are connected in series with each mechanical switch in parallel. The device is suitable for interrupting alternating current, and can handle high-voltage current because mechanical switches are connected in series.
[0042]
FIG. 8 shows a preferred method of producing a plurality of rectifying means for a switch element that can be used in a switch device for switching alternating current. The switch element 6 is composed of cascade-connected pin diodes embedded on the same semiconductor. It is easy to manufacture a cascade with a large number of diodes, eg 10-40, from a single “semi-insulating wafer”. The upper surface is doped with, for example, p-type so as to have the first conductivity or is covered with a similar layer, and the lower surface is doped with the opposite, for example, n-type. For example, layers 18-20 are doped p-type, layers 21-23 are doped n-type, and layer 17 is substantially undoped. The right side of FIG. 8 shows how the diode is configured. If each element (diode) is a 1 kV switch, when 40 diodes are connected in series, 20 kV can be switched as a whole. This structure functions as a conventional photoconductive switch, that is, it is conductive when irradiated and insulating when not irradiated. The switching performance of each diode depends on the material used, the layer thickness 17 and the doping characteristics, and by using SiC or essentially diamond for the layer 17, the diodes have a very high voltage, for example a voltage of 10 kV or higher. Can be prevented.
[0043]
Naturally, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are possible within the scope of the technical idea of the invention defined by the description of the claims.
[0044]
The number of rectifiers, mechanical switches and other components is of course arbitrary.
[0045]
The radiation source may irradiate visible light, UV light, IR light, electron beam, ion beam, x-ray or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the most basic configuration of an electrical switch device according to a first preferred embodiment of the present invention.
2 shows the distance x between the contacts of the mechanical electrical switch of the electrical switch device shown in FIG. 1 and the electrical conductivity of the photodiode with respect to the passage of time when the electrical switch device interrupts the load. .
3 shows the magnitude of the current I 1 flowing through the mechanical electrical switch and the magnitude of the current I 2 flowing through the photoconductive device with respect to the elapsed time from when the load is cut off in the configuration shown in FIG. FIG.
FIG. 4 is a simplified drawing of an electrical switch device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a switch element of a switch device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a switch device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a switch device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a switch element of the switch device according to the present invention.

Claims (21)

第1の機械的高速電気スイッチ(5、5’)を具備する電気スイッチ装置であって、
前記第1の機械的高速電気スイッチと並列に第2の電気スイッチ(6)が接続され、該第2の電気スイッチ(6)は、線源(8、8')と、少なくとも1つの第1のスイッチエレメント(7、7')とを具備し、
前記少なくとも1つのスイッチエレメント(7、7’)は、直列接続された複数の整流手段(7、7')を具備し、
前記整流手段(7、7')は、照射に対して感受性を有して、線源からの照射を受けると導電性となって第1の機械的高速電気スイッチをバイパスするとともに照射を受けない状態では絶縁性を有し、逆バイアスを受ける整流手段であって、線源からの照射を受けると自由電荷キャリアを発生させて導電性を有し、
前記複数の整流手段のうちの少なくとも2つ(7、7')が相互に逆方向に接続されて、少なくとも1つが正のバイアス方向に接続されたときに少なくとも1つが負のバイアス方向に接続され、
前記複数の整流手段(7、7')は、中間層であるイントリンジックバルク層(17)と、中間層の一方の面に形成された複数のpドープされたアイランド(18−20)と、中間層の他の面で前記pドープされたアイランドの間の領域に相当する部分を実質的に覆うように形成されたnドープされたアイランド(21−23)とを有して、n型の層からp型の層を通って交互に電流の流路を形成する直列接続した複数のpinダイオードであって、逆方向に向いて連続する2つのダイオードとなる複数のpinダイオードから構成され、
電気スイッチ装置が、直列接続した第1の機械的高速電気スイッチ(5、5')を複数有し、そのそれぞれに対して第2の電気スイッチ(6)が並列に接続されたことを特徴とする電気スイッチ装置。
An electrical switch device comprising a first mechanical high speed electrical switch (5, 5 '),
A second electrical switch (6) is connected in parallel with the first mechanical high-speed electrical switch, electrical switch (6) of said second radiation source and (8,8 '), at least one first Switch elements (7, 7 ')
The at least one switch element (7, 7 ') comprises a plurality of rectifying means (7, 7') connected in series;
The rectifying means (7, 7 ') is sensitive to irradiation, becomes conductive when irradiated from a radiation source, bypasses the first mechanical high-speed electrical switch and does not receive irradiation. in a state has an insulating property, a rectifying means for receiving a reverse bias, by generating free charge carriers when irradiated from the source have a conductivity,
At least two (7, 7 ') of the plurality of rectifying means are connected in the opposite directions, and at least one is connected in the negative bias direction when at least one is connected in the positive bias direction. ,
The plurality of rectifying means (7, 7 ′) include an intrinsic bulk layer (17) as an intermediate layer, and a plurality of p-doped islands (18-20) formed on one surface of the intermediate layer. An n-doped island (21-23) formed so as to substantially cover a portion corresponding to a region between the p-doped islands on the other surface of the intermediate layer, A plurality of pin diodes connected in series to form a current flow path alternately from the p-type layer through the p-type layer, the two diodes being two diodes continuous in opposite directions,
The electrical switch device has a plurality of first mechanical high-speed electrical switches (5, 5 ′) connected in series, and a second electrical switch (6) is connected in parallel to each of the first mechanical high-speed electrical switches (5, 5 ′). Electrical switch device.
前記整流手段(7、7')は整流ダイオードである請求項1に記載の装置。  2. A device according to claim 1, wherein the rectifying means (7, 7 ') are rectifier diodes. 前記ダイオードがpnダイオードであることを特徴とする請求項2に記載の装置。  The apparatus of claim 2, wherein the diode is a pn diode. 前記ダイオードがショットキーダイオードであることを特徴とする請求項2に記載の装置。  The apparatus of claim 2, wherein the diode is a Schottky diode. 前記整流手段が少なくとも1つのSi層を有することを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の装置。Apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the rectifying means and having at least one Si layer. 前記整流手段が少なくとも1つのSiC層を有することを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の装置。Apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the rectifying means and having at least one SiC layer. 前記整流手段が少なくとも1つのダイヤモンド層を有することを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の装置。Apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the rectifying means and having at least one diamond layer. 前記整流手段(7、7')が光導電性エレメントであることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の装置。Apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that said rectifying means (7, 7 ') is a photoconductive element. 前記線源(8、8')は逆バイアスを受けるすべての整流手段に対して同時に照射を加えることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の装置。Apparatus according to any one of the radiation source (8,8 ') is claims 1, wherein the addition of irradiated simultaneously to all of the rectifier means for receiving a reverse bias 8. 前記スイッチエレメントが、3つの積層された半導体層(12−14)を有し、2つの外側の層(12、14)が第1の導電性を有するようにドープされ、中間層(13)が第2の導電性を有するようにドープされ、結果として対称的な2つのpn接合を形成して、直列接続された逆のバイアス特性を有する2つの整流手段を構成することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の装置。The switch element has three stacked semiconductor layers (12-14), two outer layers (12, 14) are doped to have a first conductivity, and an intermediate layer (13) A rectifying means doped with a second conductivity, resulting in two symmetrical pn junctions, forming two rectifying means with opposite bias characteristics connected in series. The apparatus according to any one of 1 to 8 . 前記第1の機械的高速電気スイッチ(5、5')は、断路器である請求項1ないし10のいずれかに記載の装置。It said first mechanical high-speed electrical switch (5, 5 ') A device according to any one of claims 1 to 10 is a disconnector. 装置の断路の際に発生する可能性のある磁気的エネルギーを吸収するための少なくとも1つの手段(11)が第1の機械的高速電気スイッチ(5、5')およびスイッチングエレメント(7、7')と並列に接続されていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の装置。At least one means (11) for absorbing magnetic energy that may occur during device disconnection is the first mechanical high-speed electrical switch (5, 5 ') and switching element (7, 7'). ) and apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is connected in parallel. 前記磁気的エネルギー吸収手段がバリスタ(11)である請求項12に記載の装置。Device according to claim 12 , wherein the magnetic energy absorbing means is a varistor (11). 前記スイッチエレメント(7、7')と線源(8、8')が互いに電気的に接続されていないことを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載の装置。Apparatus according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the switch element (7, 7 ') and the radiation source (8,8') is not electrically connected to each other. 制御ユニット(9)が第1の機械的高速電気スイッチと第2の電気スイッチに接続されて、当該制御手段に到達する情報に基づいて第1の機械的高速電気スイッチと第2の電気スイッチの機能を制御することを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の装置。The control unit (9) is connected to the first mechanical high-speed electrical switch and a second electrical switch, the first mechanical high-speed electrical switch and the second electrical switch on the basis of the information to reach the control means apparatus according to any one of claims 1 and controls the functions 14. 過電流を検出する手段(10)が制御ユニットに接続され、過電流に関する情報をこれに供給することを特徴とする請求項15に記載の装置。 16. Device according to claim 15 , characterized in that means (10) for detecting overcurrent is connected to the control unit and supplies information relating to overcurrent thereto. 前記制御ユニット(9)は、断路の際に、第2の電気スイッチ(6)を制御して照射によってスイッチエレメントに導電性の電流の流路を形成させ、次に、第1の機械的高速電気スイッチを遮断させることを特徴とする請求項15または16に記載の装置。The control unit (9) controls the second electrical switch (6) during disconnection to cause the switch element to form a conductive current flow path by irradiation, and then the first mechanical high speed The device according to claim 15 or 16 , characterized in that an electrical switch is interrupted. 対象物(2)を発電所又は発電所に含まれる他の設備の電源ネットワーク(4)から高速に接続又は遮断し、前記第1の機械的高速電気スイッチと第2の電気スイッチは対象物とネットワーク又は設備の間のライン(3)に接続されていることを特徴とする請求項1ないし17のいずれかに記載の装置。The object (2) is connected or disconnected at high speed from the power supply network (4) of the power plant or other equipment included in the power plant, and the first mechanical high-speed electrical switch and the second electrical switch are connected to the object. apparatus according to any one of claims 1, characterized in that connected to the line (3) between the network or equipment 17. 5kV以上の中電圧又は高電圧、特に10kV以上の電圧、好ましくは20kV以上、さらに好ましくは40kV、一層好ましくは72kV以上の電圧に使用されることを特徴とする請求項1ないし18のいずれかに記載の装置。Or high voltage in the above 5 kV, in particular 10kV or more voltage, preferably at least 20 kV, more preferably 40 kV, more preferably to any one of claims 1 to 18, characterized in that it is used in the above voltage 72kV The device described. 発電所内、電力ネットワークあるいは発電所に含まれる他の設備から対象物を接続および遮断するために、前記請求項1ないし18のいずれかに記載された電気スイッチ装置を使用する方法。Power plant, the method used to connect and cut off the object from other equipment included in the power network or power plant, an electrical switch device according to any one of the claims 1 to 18. 直列に接続した複数の第1の機械的高速電気スイッチ(5、5')によって、負荷(2)の電気的遮断、特に、高電圧下での遮断を行うための方法であって、
前記第1の機械的高速電気スイッチとそれぞれ並列に接続された第2の電気スイッチ(6)であって、線源(8、8')と、照射に反応する直列接続された複数の整流手段(7、7')を具備して、線源から照射を受けると良導電性となって電気絶縁状態から良導電性の状態に変化して、第1の機械的高速電気スイッチをバイパスするスイッチエレメントとを有する第2の電気スイッチを使用して、第1の機械的高速電気スイッチによって遮断する方法において、
前記複数の整流手段のうちの少なくとも2つ(7、7')が相互に逆方向に接続されて、少なくとも1つが正のバイアス方向に接続されたときに少なくとも1つが負のバイアス方向に接続され、
前記複数の整流手段(7、7')は、中間層であるイントリンジックバルク層(17)と、中間層の一方の面に形成された複数のpドープされたアイランド(18−20)と、中間層の他の面で前記pドープされたアイランドの間の領域に相当する部分を実質的に覆うように形成されたnドープされたアイランド(21−23)とを有して、n型の層からp型の層を通って交互に電流の流路を形成する直列接続した複数のpinダイオードであって、逆方向に向いて連続する2つのダイオードとなる複数のpinダイオードから構成されることを特徴とする方法。
A method for electrically disconnecting a load (2), in particular under high voltage, by means of a plurality of first mechanical high-speed electrical switches (5, 5 ') connected in series,
A second electrical switch (6) connected in parallel with each of the first mechanical high-speed electrical switches, comprising a radiation source (8, 8 ') and a plurality of series connected rectifiers responsive to irradiation (7, 7 '), a switch that becomes electrically conductive when irradiated from a radiation source and changes from an electrically insulated state to a highly electrically conductive state, bypassing the first mechanical high-speed electrical switch In a method of using a second electrical switch having an element and interrupting by a first mechanical high speed electrical switch,
At least two (7, 7 ') of the plurality of rectifying means are connected in the opposite directions, and at least one is connected in the negative bias direction when at least one is connected in the positive bias direction. ,
The plurality of rectifying means (7, 7 ′) include an intrinsic bulk layer (17) as an intermediate layer, and a plurality of p-doped islands (18-20) formed on one surface of the intermediate layer. An n-doped island (21-23) formed so as to substantially cover a portion corresponding to a region between the p-doped islands on the other surface of the intermediate layer, A plurality of pin diodes that are connected in series to form a current flow path alternately from the p-type layer through the p-type layer, and that are two diodes that are continuous in opposite directions A method characterized by that .
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