JP7628494B2 - 動的発振回路を有する高電圧直流電流用の電流遮断装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にはＨＶＤＣネットワークと称される、高電圧直流電流を輸送するおよび／または供給するネットワークの分野に関する。本発明は、特に、このようなネットワーク用の故障電流遮断装置に関する。

ＨＶＤＣネットワークは、特に、異種のまたは非同期の発電箇所（de sites de production d'electricite disparates ou non synchrones）の相互接続に対するソリューションと考えられる。ＨＶＤＣネットワークは、特に、交流電流テクノロジーというよりもむしろ、沖合の風力発電所によって生成されるエネルギーの輸送および供給を想定したものと考えられる。これは、長距離のネットワークにおいて線路損失がより低く寄生容量の影響がないためである。典型的には、このようなネットワークは、１００ｋＶであったり１００ｋＶよりも高かったりする程度の電圧レベルを有する。

本明細書において、公称動作電圧が直流電流において１５００Ｖよりも高い装置が、直流電流に関する高電圧と考えられる。補足すると、そのような高電圧は、直流電流において７５０００Ｖ（７５ｋＶ）よりも高い場合において、超高電圧に分類される。当然ながら、高電圧領域は、超高電圧領域を含む。

このようなネットワークにおける直流電流の遮断は、このようなネットワークの実現可能性および発展に直接的に影響する重要な検討事項である。

交流電流の遮断を実現する、すなわち電流の遮断が機械的切替素子の開放のみによって実現される、機械的サーキットブレーカータイプの遮断装置が知られている。このような機械的切替素子は、切替素子が投入されると機械的および電気的に接触し切替素子が開放されると機械的に分離される２つの接触形成用の導電性部品を含む。このような機械的サーキットブレーカーには、自身に大電流が流れるときに、様々な欠点がある。

大電流および／または高電圧下においては、機械的分離により、２つの導電性部品の間で電気アークが形成されうる。これは、装置が保護するネットワークに蓄積された大きなエネルギーに依るものである。機械的分離による電気アークが形成されたままでは、遮断装置は、電気的遮断を成し遂げない。なぜなら、アークの存在により、電流が装置を流れ続けるためである。電気的遮断は、電流の流れを有効に妨げるという意味では、直流電流かつ高電圧下という電気アークが維持され易い状況においては成し遂げるのが非常に困難であることがある。さらに、この電気アークは、一方では２つの接触形成用の導電性部品をエロ―ジョンにより劣化させ、他方では周辺環境をイオン化により劣化させる。さらに、このイオン化が原因で、電流を止めるのにいくらかの時間がかかる。このことにより、遮断装置のメンテナンス作業が必要となるのであるが、メンテナンス作業は煩わしく費用がかかる。

ＨＶＤＣネットワークにおける故障電流は、非常に激しく破壊的である。大電流が生じる故障が発生したときには、その電流を素早く遮断する必要があり、あるいは、遮断が可能となるのを待つ間において電流を制限する必要も生じうる。さらに、ＨＶＤＣ電流の遮断は、交流電流（ＡＣ）の遮断よりも成し遂げるのが困難である。交流電流の遮断の際には、遮断を成し遂げるのに電流のゼロクロスが利用される。しかし、直流電流、特にＨＶＤＣの場合はこれに該当しない。

従来技術
様々なソリューションが、ＨＶＤＣ線路における電流遮断を容易にするために提案されてきた。例えば、書類ＷＯ２０１５／０７８５２５、ＵＳ２０１７／０１７８８４４またはＤＥ２１３６８６５を参照できる。

ソリューションには、主としてサイリスタおよびＩＧＢＴである、多数の能動的な半導体切替素子を用いるものがある。しかし、これらの素子は、高価格／高電力効率である。このような半導体スイッチを過度に用いると、ソリューションのコストが増加する。

文書ＷＯ２０１５／１８５０９６、ＵＳ４４４２４６９およびＵＳ３７５８７９０の各々には、高電圧直流電流用の電流遮断装置が記載されている。これらの装置は、第１機械的スイッチおよび第２機械的スイッチを備える。第１機械的スイッチおよび第２機械的スイッチは、第１ポイントおよび第２ポイントの間の主線路に連続的に挿入されているが、主線路の中間ポイントから見て互いに反対側に位置する。これら２つの機械的スイッチの各々は、開放状態および投入状態の間で制御される。しかし、機械的スイッチにおいて、機械的に分離した接点間の電気アークの存在下で電流を妨げるという問題は、未解決のままである。

さらに、スイッチと電気的に並列に配置された発振回路を設けることが知られている。発振回路は、スイッチにおける電流のゼロクロスを形成することで第１スイッチが機械的に開放されているときに第１スイッチにおける電気的遮断を容易にするように設計されており、また、これが可能である。いくつかの知られた実施形態では、発振回路は、インダクタ、キャパシタおよび発振トリガを少なくとも含む。これらは、有効に電気的遮断されることが望まれるスイッチと並列に設けられた発振回路に、電気的に直列に入るように配置されている。しばしば、発振回路が動作を開始する前に、キャパシタは予め充電されるようになっている（est prevu que）。この例では、回路は、キャパシタを予め充電するための回路を含みうる。しかし、その場合、発振回路は、特に想定されうる最大強度の故障電流を含め、対象となるスイッチにおいて生じうるあらゆる故障電流を妨げることができるように構成される必要がある。しかし、使用時には、この最大値には達しない故障電流が生じることがある。この例では、発振回路は、発振回路が生成する逆電流（contre-courant）が故障電流に比べて非常に大きいという意味で、大き過ぎることになる。さらに、この例では、発振回路は、対象となるスイッチを流れる電流の１または複数のゼロクロスを生成するが、そのようなゼロクロスは、スイッチにおける強度の変化速度ｄＩ／ｄｔが過度に高い状態で生じうる。スイッチにおける強度の変化速度ｄＩ／ｄｔが過度に高いと、ゼロクロスがあっても電気的遮断がなされない可能性がある。

ＥＰ－３０９１６２６に記載の装置は、このタイプのものであり、スイッチと電気的に並列に配置された発振回路を含む。この文書は、第１スイッチと並列に設けられた発振回路に抵抗が直列に挿入されうる遮断装置を開示していない。電気回路において、２つの素子は、同一電流が流れれば、直列である。従って、ＥＰ－３０９１６２６では、抵抗１５０は、スイッチに並列に設けられた発振回路に直列に入りえない（ne peut pas etre en serie dans）。ＥＰ－３０９１６２６では、２つのスイッチ１３０，１４０が開放されているとき、抵抗１５０を流れる電流は、ＬＣ素子１２０を流れる電流と同じと考えられる。しかし、この例では、抵抗１５０もＬＣ素子１２０も、スイッチ１１０と並列な発振回路内にはない（ni la resistance 150 ni le composant LC 120 ne sont dans un circuit oscillant en parallele de l'interrupteur 110）。スイッチ１２０または１３０が投入されているとき、抵抗１５０を流れる電流は、ＬＣ素子１２０を流れる電流と同じにはなりえない。なぜなら、ＬＣ素子１２０を流れる電流のほとんどは、投入されたスイッチ１２０または１３０を含む分岐路を流れるのであって、抵抗１５０を流れないためである。Ｄ１において、抵抗１５０の役割は、単にキャパシタを充電させることである。抵抗は、発振回路が主線路に電流を注入するときには、発振回路において役割を有さない。

いくつかの先行技術文献では、故障電流に応じて、発振回路の特性を適合化する動的回路が提案されている。

ＤＥ－１０２０１１０８３５１４としても発行されている文書ＵＳ－２０１４／２９９５７９では、少なくとも２つの並列分岐路であって各々がキャパシタ分岐スイッチと直列に設けられたキャパシタを有する並列分岐路を含む発振回路が記載されている。故障電流に応じて、発振回路に蓄えられた電荷を放電するキャパシタの数を選択できる。よって、この動的回路は、主線路に注入される逆電流の強度を適合化できる。システムにおける各分岐路では、スイッチはフル電圧に耐える必要があるが、このことは高価かつ大型の素子を必要とする。

文書ＷＯ－２０１５／１６６６００では、発振回路のインダクタンス値を適合化するための手段を含む発振回路が記載されている。一実施形態は、例えば複数のコイルである複数の専用の誘導素子を含み、それらの少なくともいくつかにはバイパススイッチが設けられている。バイパススイッチは高電圧に耐える必要があり、このことは高価かつ大型の素子を必要とする。

しかし、上記の最後の２つの文献における装置は、発振回路において実装される合計キャパシタンスまたは合計インダクタンスに影響を与えるものであり、通常、発振回路が故障電流のありうる全範囲にわたる電気アークを妨げることができるように合計キャパシタンスまたは合計インダクタンスに関する多くの段階を設けることを必要とする。現実には、これは、誘導性または容量性の専用素子の数を増加させ、さらには発振回路に直接関連付けられた制御スイッチの数を増加させる。このことは高コストおよび大スペースの要求を引き起こす。

要するに、従来技術には、機械的スイッチにおける電流の有効な遮断、ここで電流は充電電流であるか故障電流であるかによらない、を遮断するべき広い電流範囲にわたって実現するコンパクトかつ安価なソリューションは、特に１０００アンペアよりも小さくてもよい値から１０ｋＡよりも大きくてもよい値までという遮断するべき電流範囲を考慮したときには、存在しない。

従って、本発明は、高電圧直流電流用の電流遮断装置であって、以下を含むタイプのものを提案する：
－第１ポイントおよび第２ポイントの間の主線路であって、主線路に挿入された少なくとも１つの第１機械的スイッチを含む主線路；
－第１スイッチと並列に配置された第１サージ抑制器；および
－第１スイッチと電気的に並列かつ第１サージ抑制器と電気的に並列に配置された発振回路であって、電気的に直列に設けられたインダクタ、キャパシタおよび発振トリガを少なくとも含む発振回路。

本発明の一側面では、装置は、発振回路において、発振回路に直列に挿入された、抵抗値を変化させるための制御可能デバイスを含む。

本発明に係る装置は、本発明の任意の他の特徴を、単独でまたは組み合わせで備えていてもよい。

制御可能デバイスは、少なくともバイパススイッチおよびダンピング抵抗によって形成されていてもよい、または、バイパススイッチおよびダンピング抵抗を少なくとも含んでいてもよい。バイパススイッチは、開放状態と投入状態の間で切り替え可能であり、ダンピング抵抗およびバイパススイッチは、バイパススイッチがある状態のときにダンピング抵抗が発振回路に電気的に直列に挿入されて発振回路のインダクタ、キャパシタおよび発振トリガと電気的に直列となり（la resistance d'amortissement est inseree electriquement en serie dans le circuit d'oscillation avec l'inductance, la capacite et l'enclencheur d'oscillation du circuit d'oscillation）、一方、バイパススイッチが別の状態のときにダンピング抵抗が発振回路で短絡する（la resistance d'amortissement est court-circuitee par rapport au circuit d'oscillation）ように、配置されていてもよい。

発振回路は、発振回路に永久的に挿入され、発振回路のインダクタ、キャパシタおよび発振トリガと電気的に直列に設けられた少なくとも１つの永久抵抗を含んでいてもよい。

発振回路は、複数のダンピング抵抗であって複数のダンピング抵抗の各々がそのダンピング抵抗の別個のバイパススイッチに関連付けられている複数のダンピング抵抗を含み、各バイパススイッチは、開放状態と投入状態の間で切り替え可能であり、ダンピング抵抗および関連付けられたバイパススイッチは、バイパススイッチがある状態のときにスイッチに関連付けられたダンピング抵抗が発振回路に電気的に直列に挿入されて発振回路のインダクタ、キャパシタおよび発振トリガと電気的に直列となり、一方、バイパススイッチが別の状態のときにスイッチに関連付けられたダンピング抵抗が発振回路で短絡するように、配置されていてもよい。

遮断装置は、主線路に挿入された第２機械的スイッチを含み、第１機械的スイッチおよび第２機械的スイッチは、第１ポイントおよび第２ポイントの間の主線路に連続して挿入されているが主線路の中間ポイントから見て互いに反対側（de part et d'autre d'un point intermediaire de la ligne principale）に配置され、これら２つの機械的スイッチの各々は、独立して、開放状態および投入状態の間で制御されてもよい。

遮断装置は、電気的に中間ポイントおよび第２ポイントの間に配置された、第２スイッチと電気的に並列に配置された第２サージ抑制器を含んでいてもよい。

遮断装置は、第１ポイントおよび第２ポイントの間に、第１スイッチおよび第２スイッチによって形成されたアセンブリと電気的に並列、かつ、第１サージ抑制器および第２サージ抑制器によって形成されたアセンブリと電気的に並列に設けられた、容量性バッファ回路を含み、容量性バッファ回路は、作動スイッチおよびバッファキャパシタを含んでいてもよい。典型的には、容量性バッファ回路は、専用の誘導素子を含まない。

作動スイッチおよびバッファキャパシタは、第１ポイントから第２ポイントに延びる容量性バッファ回路の線路において電気的に直列に配置されていてもよい。

容量性バッファ回路は、バッファキャパシタを放電するための回路を含んでいてもよい。

容量性バッファ回路は、作動スイッチと並列に配置された第３サージ抑制器であって、例えば、作動スイッチの複数の端子に直接的かつ該端子間領域を跨ぐように接続された第３サージ抑制器（directement aux bornes de l'interrupteur d'activation）を含んでいてもよい。

第１スイッチは、少なくとも１つの真空スイッチを含んでいてもよい。

第２スイッチは、少なくとも１つの絶縁ガススイッチを含んでいてもよく、少なくとも１つの真空スイッチを含んでいてもよい。

本発明はまた、遮断装置を制御するための制御方法であって、装置を流れる遮断されるべき電流の強度の値を決定することと、決定された故障電流の強度の値に応じて、少なくとも１つのバイパススイッチが切り替わることによってバイパススイッチが至るべき状態（de l' etat dans lequel l'au moins un interrupteur de by-pass doit etre bascule）を決定することと、を含むことを特徴とする制御方法に関する。このような方法では、発振回路の全てのバイパススイッチが、同時に切り替えられてもよく、反対に、互いに時間差をつけて切り替えられてもよい。

図１は、本発明に係る遮断装置の第１実施形態の模式図である。 図２は、本発明に係る遮断装置の第２実施形態の模式図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る、開放工程における装置の動作に関するいくつかの量的特性の変化を模式的に示すグラフである。 図４は、本発明に係る遮断装置において実装可能な発振回路の一変形例の模式図である。 図５は、本発明に係る遮断装置において実装可能な発振回路の他の変形例の模式図である。

図１は、本発明に係る遮断装置１０の第１実施形態を模式的に示す。この装置は、高電圧あるいはさらには超高電圧における直流電流用である。

図１に見られるように、電流遮断装置１０は、第１端子１２でありうる第１ポイントと、第２端子１４でありうる第２ポイントと、を含む。第１ポイント１２および第２ポイント１４またはこれらの端子は、装置１０における電流の入力部／出力部を形成する。これらのポイントの各々は、装置１０の物理的な端子、例えば、装置１０の物理的接続端子、または、導電体上の（long）点である仮想的端子に対応しうる。

図１の装置１０は、主線路１６を含む。主線路１６は、第１端子１２および第２端子１４の間で延びている。第１ポイント１２および第２ポイント１４の間の主線路１６では、第１端子２０および第２端子２２を有する第１スイッチ１８と、第１端子２６および第２端子２８を有する第２スイッチ２４とが、連続して挿入されている。第１スイッチ１８の第１端子２０は、第１ポイント１２と同電位である。第２スイッチ２４の第２端子２８は、第２ポイント１４と同電位である。第１スイッチ１８の第２端子２２および第２スイッチ２４の第１端子２８は、同電位であり、２つのスイッチ１８、２４の間に配置された主線路１６の中間ポイント１３と同電位である。第１スイッチ１８および第２スイッチ２４が電流を流す投入状態にあるとき、電流は装置１０を通じて主線路１６において流れる。主線路１６は、装置１０における第１ポイント１２および第２ポイント１４の間において最もインピーダンスが低い線路である。第１スイッチ１８および第２スイッチ２４の片方または両方は、開放状態または投入状態に切り替えられうる。

装置１０は、電気設備に組み込まれることを意図したものである。例えば、装置１０の第１端子１２は、高電圧源を備えうる設備の一部に接続されうる。高電圧電源は、例えば、１００キロボルトよりも大きい。第２端子１４は、例えば、電流消費回路に接続されうる。電流消費回路は、例えば、電気負荷または電気ネットワークである。この態様において、図示の例では、電流が流れる方向について、第１端子１２は、上流端子または電流入力端子であり、一方、第２端子１４は、下流端子または電流出力端子であると考えることができる。この例では、装置の主線路１６は、直流電圧源によって印加される公称電流が流れることを意図したものである。ただし、本発明に係る装置１０は、可逆的なものであり、装置を流れる電流の流れは、反対方向でありうる。

電気設備は、高電圧領域すなわち少なくとも１５００ボルトよりも大きい電圧、好ましくは超高電圧領域すなわち７５０００Ｖよりも大きい電圧における、公称直流電圧で動作するように構成されている。本発明は、特に、少なくとも１０００００ボルト（１００ｋＶ）よりも大きい電圧における、３０００アンペアまで、好ましくは１００００アンペアまで、またはさらには２００００アンペアまでの電流を遮断する能力を有する遮断装置に有利に利用されうる。

第１スイッチ１８および第２スイッチ２４は、特に、サーキットブレーカータイプ、断路器タイプ、またはヒューズタイプ等でありうる。以下のより具体的な例では、第１スイッチ１８および第２スイッチ２４の各々は、例えば、サーキットブレーカーによって形成されている。

第１スイッチ１８および第２スイッチ２４の両方は、好ましくは、２つの電気的接点または一対の電気的接点を移動させることによって、特に離間させることによって、電気的遮断が実現される機械的電気遮断装置である。機械的装置では、電気的接点の移動は、一般的には、機械的な、空圧式の、水圧式のまたは電気式の、操作部材またはアクチュエータにより実行されるものであり、運動伝達キネマティクスによるものでありうる。この移動は、電子的に監視されうる。上述のとおり、大電流および／または高電圧の存在下では、電気的接点の機械的分離により、スイッチにおける２つの電気的接点間に電気アークが形成されうる。これは、装置が保護するネットワークに蓄積された大きなエネルギーのせいである。機械的遮断による電気アークが形成されたままでは、スイッチは、電気的遮断を成し遂げない。なぜなら、アークの存在により、電流がスイッチを流れ続けるためである。以下に説明するように、本発明は、電流の流れを有効に妨げるという意味で、電気遮断を実現するための手段を提供する。

第１スイッチ１８および／または第２スイッチ２４の各々は、単一の機械的電気遮断装置でありうる、または、電気的に直列および／または並列に配置された複数の機械的電気遮断装置でありうる。これは、絶縁流体が充填された密閉容器内に電流供給手段（“バスバー”とも称される）が収容された、“金属収容”装置と称される装置でありうる。特に、金属収容装置は、空気において絶縁が成し遂げられる装置に比べてよりコンパクトに設計されうる。

機械的電気遮断スイッチは、特に、接地電位にある容器の周壁から離れた固定位置に絶縁支持体によって保持される２つの電極を含む、従来形式のものでありうる。これらの電極は、これらの電極の一方の一部を形成する可動接続部材の位置に基づいて、電気的に接続されたり電気的に分離されたりする。可動接続部材は、例えば、命令により駆動される摺動管（tube coulissant）である。管は、一般には、それが電気的に接続される電極によって保持され、反対側の電極からの管の分離は電気アークを引き起こしがちである。この電気アークは、当該反対側の電極から管が移動するスイッチの開放動作の期間にわたり持続されうる。機械的電気遮断スイッチは、通常、管によって保持される２対の電気的接点と、２つの電極と、を含む。第１対は、装置の完全投入状態において公称電流が流れる対である。この接点対は、接点の第２対によって補助されうる。接点の第２対は、アーク接点対または第２接点対と称される。この対における２つの接点は、第１対におけるアーク現象が最小化され完全投入状態における良好な電気導電状態が確保されるように、第１対の分離中において直接接触したままとされることを意図したものである。反対に、第２対の接点は最後に分離され、電気アークが形成される。

いくつかの実施形態では、第１スイッチ１８は、真空スイッチである、または、少なくとも１つの真空スイッチを含む。第１スイッチ１８では、能動遮断部材、特に電気的接点が、大気圧よりも低い圧力、特に１００ミリバール未満、特に１０マイクロバール未満の、密閉容器に収容されている。そのようなスイッチには、電流の強度変化速度が高いすなわち時間に関する強度の微分値（ｄＩ／ｄｔ）が高い場合においても完全な電気的遮断を実現できるという利点がある。

本発明のいくつかの実施形態では、第２スイッチ２４は、絶縁流体スイッチである、または、少なくとも１つの絶縁流体スイッチを含む。絶縁流体スイッチは、特に、絶縁ガススイッチである。このタイプのスイッチは、高電圧下、さらには超高電圧下における、電流の遮断に特に適している。このような装置では、能動的な遮断部材は、特に電気的接点は、絶縁流体が存する密閉容器に収容されている。絶縁流体は、ガスでありうるし、通常は通常六フッ化硫黄（ＳＦ₆）であるが、液体またはオイルもまた用いられうる。絶縁流体は、加圧された、例えば絶対圧力で３バール以上の流体である。この流体は、その絶縁性を目的に選ばれ、具体的には同等の圧力の乾燥空気よりも大きい絶縁耐力を有するように選ばれる。

後により詳細に説明する実施形態を含め、いくつかの実施形態では、第１スイッチ１８は、真空スイッチである、または、真空スイッチを含む、そして、第２スイッチ２４は、絶縁流体スイッチであり特に絶縁ガススイッチである、または、絶縁流体スイッチを含み特に絶縁ガススイッチを含む。ただし、他の組み合わせは可能である。例えば、同一テクノロジーの、特に両方が真空スイッチタイプの、第１スイッチおよび第２スイッチという組み合わせを装置が含んでいてもよい。

図１に見られるように、装置１０は、第１ポイント１２および中間ポイント１３の間で第１スイッチ１８と並列に配置され従って第１スイッチ１８と電気的に並列に配置された第１サージ抑制器３０と、第２スイッチ２４と電気的に並列に配置され従って電気的に中間ポイント１３および第２ポイント１４の間に配置された第２サージ抑制器３２と、を含む。

このような複数のサージ抑制器により、それらと並列に配置されたスイッチの端子間の電位差の大きさを制限できる。サージ抑制器３０、３２または“電圧サージアレスタ”は、従って、その端子間の電圧のピークを制限する装置である。サージ抑制器３０、３２は、通常、その端子間の電圧に応じて変化する可変抵抗を有する電気素子を備える。抵抗値の変化は、通常、サージ抑制器３０、３２の端子間の電圧に対して非線形である。通常、サージ抑制器３０、３２の端子間の電圧が遷移電圧よりも低いと、サージ抑制器３０、３２の抵抗は大きく、電圧の上昇に応じた抵抗の低下はゼロまたは比較的小さく、サージ抑制器は、好ましくは１アンペア（Ａ）未満、またはさらには１００ミリアンペア（ｍＡ）未満の漏れ電流しか流さない。これに対し、サージ抑制器の端子間の電圧が遷移電圧よりも高いと、サージ抑制器の抵抗は電圧の上昇に応じて急速に低下し、クリッピング電圧値または保護電圧に至り、この電圧では、サージ抑制器の抵抗は低いまたはさらには非常に低い。換言すると、サージ抑制器は、選択された電流範囲にわたる、該サージ抑制器の端子間の電圧の制限器として動作する。サージ抑制器は、サージ抑制器の大きさに応じた最大電流を流すときに保護電圧を印加する。遷移電圧よりも低いと、サージ抑制器は、電流の流れを妨げる。遷移電圧よりも高いと、サージ抑制器は、サージ抑制器を電流が流れるようにし、その端子間の電圧が少し上昇する。知られているように、遷移電圧は、通常、正確な値ではなく、むしろ、遷移電圧の範囲に対応する。しかし、本明細書において、サージ抑制器の遷移電圧は、サージ抑制器に１アンペア（Ａ）の電流が流れる電圧であると定義する。保護電圧は、サージ抑制器にその大きさに応じた最大電流が流れるときの、サージ抑制器の端子間の電圧である。サージ抑制器の中で、ライトニングアレスタは、特に、複数のバリスタとＴＶＳダイオード（“Transil（商標）”ダイオードまたはＴＶＳダイオードのような過渡電圧抑制ダイオード）とを備えうるものとして知られている。特に、本発明の範囲において、第１サージ抑制器３０および／または第２サージ抑制器３２の各々は、金属酸化物バリスタ（または、ＭＯＶ）を備えていてもよい。

有利には、図示の例では、第１サージ抑制器３０は、遷移電圧が例えば１００００ボルト（１０ｋＶ）から１０００００ボルト（１００ｋＶ）の範囲にあるサージ抑制器でありうる。第２サージ抑制器３２は、通常、第１サージ抑制器３０の遷移電圧よりも遷移電圧が高いサージ抑制器である。より具体的には、サージ抑制器は、好ましくは、第２サージ抑制器３２および第１サージ抑制器３０の間の遷移電圧比が１と１０の間であるような、遷移電圧を有する。

２つの連続的な第１スイッチ１８および第２スイッチ２４を含む図１の例では、第１サージ抑制器３０の遷移電圧は、遮断装置１０が挿入される電気設備の公称電圧よりも厳密に小さい。特に最適化された実施形態では、第１サージ抑制器３０および第２サージ抑制器３２は、第１サージ抑制器３０の遷移電圧および第２サージ抑制器３２の遷移電圧の合計が電気設備の公称電圧以上となるように、選択される。

図１のような装置においては、保護電圧が２００ｋＶよりも小さい第１サージ抑制器３０を選択することにより、第１スイッチ１８の端子間の電圧がこの保護電圧以下に維持され、これにより等価の高電圧システムに比べてコストおよびスペースの要求が大幅に小さいスイッチを使用することが可能となる。第１スイッチ１８における電気的遮断も容易となる。

第１サージ抑制器３０および／または第２サージ抑制器３２の各々は、電気的に直列および／または並列に配置された複数のディスクリート素子のアセンブリによって形成されていてもよい。例えば、各ディスクリート素子は、ライトニングアレスタ、特に金属酸化物バリスタのようなバリスタであり、またはＴＶＳダイオードである。好ましくは、電気的に直列および／または並列に配置された複数のディスクリート素子のアセンブリは、装置の他の部分から見て、アセンブリとしての等価な遷移電圧およびアセンブリとしての等価な保護電圧を有する単一のサージ抑制器の挙動を示す。

図２は、本発明に係る遮断装置１０の第２実施形態を模式的に示す。この装置は、高電圧あるいはさらには超高電圧における直流電流用である。この装置は、シンプル化されて設計されたものである。２つの実施形態において共通する要素は同一の参照符号により示され、そうではないという教示がない限り、上述したそれらに関する詳細はこの第２実施形態にも適用可能である。

このシンプル化された実施形態では、遮断装置１０は、第１ポイント１２および第２ポイント１４の間を延びる主線路１６において、第１スイッチ１８のみを含む。そのため、この実施形態は、第１実施形態で説明した第２スイッチを含まない。これは、第１スイッチ１８を直列または並列に配置された複数の電気的スイッチのアセンブリで形成することを妨げないが、回路の他の部分からは、単一のスイッチとして見られる。第１スイッチ１８の第１端子２０は、第１ポイント１２と同電位である。第１スイッチ１８の第２端子２２は、第２ポイント１４と同電位である。第１スイッチ１８が電流を流す投入状態であるとき、電流は、装置１０を通じて主線路１６において流れる。主線路１６は、第１ポイント１２および第２ポイント１４の間において装置１０で最もインピーダンスが低い線路である。第１スイッチ１８は、開放状態または投入状態に切り替わりうる。

第１スイッチ１８は、好ましくは、機械的電気遮断装置である。第１スイッチ１８は、単一の機械的電気遮断装置であってもよく、電気的に直列および／または並列に配置された複数の機械的電気遮断装置であってもよい。第１スイッチ１８は、“金属収容”装置と称される装置でありうる。いくつかの実施形態では、第１スイッチ１８は、真空スイッチである、または、少なくとも１つの真空スイッチを含む。

図２に見られるように、装置１０は、第１ポイント１２および中間ポイント１４の間で第１スイッチ１８と並列に配置され従って第１スイッチ１８と電気的に並列に配置された第１サージ抑制器３０を含む。第１ポイント１２および第２ポイント１４の間に第１スイッチ１８のみを備えるこの実施形態では、第１サージ抑制器３０の遷移電圧は、厳密に、電気設備の公称電圧以上とすることができる。

本発明の両方の実施形態に共通の一側面において、遮断装置１０は、第１スイッチ１８と電気的に並列に配置された発振回路４０を含む。発振回路４０は、第１サージ抑制器３０と電気的に並列に配置されていることに留意されたい。発振回路４０は、第１スイッチ１８における電流のゼロクロスを形成するように設計されており、また、これが可能である。第１実施形態では、発振回路４０は、第１ポイント１２および中間ポイント１３の間に配置されており、第１スイッチ１８のみを流れ第２スイッチ２４を流れない電流のゼロクロスを生成する。図２の第２実施形態では、発振回路４０は、第１ポイント１２および第２ポイント１４の間に配置されている。

このような発振回路４０の目的は、第１スイッチ１８が機械的に開放されているときの第１スイッチ１８における電気的遮断を容易にすることにある。このようなスイッチの開放後であっても、スイッチにおける離間した接点間で電気アークが継続して形成されることがあり、これにより有効な電気的遮断の達成が妨げられることがある。発振回路４０によって生成される、第１スイッチを流れる電流のゼロクロスは、第１スイッチ１８における電気的遮断を容易にする。

発振回路４０は、発振回路４０に電気的に直列に入りかつ第１スイッチ１８と電気的に並列となるように配置された、インダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６であって、図１に示す第１実施形態では第１ポイント１２および中間ポイント１３の間に配置され図２に示す第２実施形態では第１ポイント１２および第２ポイント１４の間に配置されたものを少なくとも含む。両方の例において、このような発振回路４０を動作させるために、有利には、発振回路４０の動作を開始する前に、キャパシタ４４が予め充電されている。この例では、発振回路４０は、キャパシタ４４を事前に充電するための回路（図示していない）をさらに含んでいてもよい。

本発明の一側面では、装置は、発振回路４０において、発振回路４０のインダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列に設けられた少なくとも１つのダンピング抵抗４８を含み、発振回路４０は、発振回路に直列に挿入された、抵抗値を変化させるための制御可能装置を含む。

図１および２に示す２つの例示的な実施形態では、有利には、このような発振回路４０には、少なくとも１つのダンピング抵抗４８と、ダンピング抵抗４８の少なくとも１つのバイパススイッチ５０と、が設けられうる。バイパススイッチ５０は、開放状態と投入状態の間で切り替え可能である。ダンピング抵抗４８およびバイパススイッチ５０は、例えば、バイパススイッチ５０がある状態のときにダンピング抵抗４８が発振回路４０に電気的に直列に入りインダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列となり、一方、バイパススイッチ５０が別の状態のときにダンピング抵抗４８が発振回路４０で短絡するように、互いに並列に配置されている。

図１および２の例では、ダンピング抵抗４８は、第１スイッチ１８と直接接続されかつ第１スイッチ１８のみと並列に延びる（qui s' etend directement et uniquement en parallele de l'interrupteur primaire 18）発振回路４０の電気線路であって、図１の第１実施形態では第１ポイント１２および中間ポイント１３の間を延び図２の第２実施形態では第１ポイント１２および第２ポイント１４の間を延びる電気線路において、インダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列である。バイパススイッチ５０は、ダンピング抵抗４８と直接接続されかつダンピング抵抗４８のみと並列に配置されている。バイパススイッチ５０が開放状態であるとき、ダンピング抵抗４８は発振回路４０に電気的に直列に入りインダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列となり、一方、バイパススイッチ５０が投入状態であるとき、ダンピング抵抗４８は、発振回路４０で短絡する。

ダンピング抵抗４８は、電気的に直列および／または並列に配置された複数のディスクリート素子のアセンブリによって形成されていてもよいことに留意されたい。その場合、関連付けられたバイパススイッチ５０は、通常、そのアセンブリと電気的に並列に配置される。

発振トリガ４６は、スイッチであり、有利には半導体スイッチであるが、機械スイッチであってもよく、特に図２に示すような第１スイッチのみを含む装置であってもよい。発振トリガ４６は、好ましくは、双方向スイッチである。図１の例では、発振トリガ４６は、互いに並列であり反対方向に向けられた（montes tete-beche）２つのサイリスタ４６ａおよび４６ｂのアセンブリによって形成されていてもよい。このようなアセンブリは、ＴＲＩＡＣに類似している。しかし、ＩＧＢＴまたは他のタイプの制御スパークギャップのような、他の半導体素子が用いられうる。耐電圧または電流処理の観点から、発振トリガ４６は、電気的に直列および／または並列に配置された複数のスイッチのアセンブリで形成されていてもよい。しかし、発振トリガ４６は、好ましくは、装置の他の部分に対する単一のスイッチとして振る舞うよう制御されうる。

バイパススイッチ５０は、有利には半導体スイッチであるが、機械的スイッチであってもよい。バイパススイッチ５０は、好ましくは、双方向スイッチである。図１および２の例のように、バイパススイッチ５０は、互いに並列であり反対方向に向けられた２つのサイリスタ５０ａおよび５０ｂのアセンブリによって形成されていてもよい。このようなアセンブリは、ＴＲＩＡＣに類似している。しかし、ＩＧＢＴまたは他のタイプの制御スパークギャップのような、他の半導体素子が用いられうる。耐電圧または電流処理の観点から、バイパススイッチ５０は、電気的に直列および／または並列に配置された複数のスイッチのアセンブリで形成されていてもよい。しかし、バイパススイッチ５０は、好ましくは、装置の他の部分に対する単一のスイッチとして振る舞うよう制御されうる。

図４では、本発明に係る遮断装置１０の発振回路４０の第１変形例が描かれている。この変形例では、発振回路４０は、発振回路４０に永久的に挿入され、インダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列に設けられた少なくとも１つの永久抵抗Ｒ’を含む。永久抵抗Ｒ’は、バイパススイッチと関連付けられていない。この例では、永久抵抗Ｒ’は、ダンピング抵抗４８が発振回路４０で短絡したときの、発振回路の抵抗の最小値を定める。ダンピング抵抗４８が発振回路４０に、例えば関連付けられたバイパススイッチ５０が開放されているときに挿入されたとき、発振回路の抵抗値は、永久抵抗Ｒ’の電気抵抗値とダンピング抵抗４８の電気抵抗値との合計によって定められる。永久抵抗Ｒ’は、電気的に直列および／または並列に配置された複数のディスクリート素子のアセンブリによって形成されていてもよい。

図５では、本発明に係る遮断装置１０の発振回路４０の第２変形例が描かれている。この変形例では、発振回路４０は、少なくとも１つの第２ダンピング抵抗４８’と、第２ダンピング抵抗４８’と関連付けられた少なくとも１つの第２バイパススイッチ５０’と、を含む。第２バイパススイッチ５０’は、開放状態および投入状態の間で切り替えられうる。第２ダンピング抵抗４８’および第２バイパススイッチ５０’は、ここでは、第２バイパススイッチ５０’がある状態のときに第２ダンピング抵抗４８’が発振回路４０に電気的に直列に入りインダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列となり、第１ダンピング抵抗４８が発振回路４０に挿入されている場合には第１ダンピング抵抗４８と電気的に直列となるように、互いに並列に配置されている。第２バイパススイッチ５０’が別の状態のとき、第２ダンピング抵抗４８’は発振回路４０で短絡する。２つのダンピング抵抗４８、４８’が発振回路４０に挿入されているとき、すなわちこの例では、２つの関連付けられた２つのバイパススイッチ５０、５０’が開放されているとき、発振回路の抵抗値は、２つのダンピング抵抗４８、４８’の電気抵抗値の合計によって定められる。

当然ながら、図５の変形例は２つよりも多いダンピング抵抗に一般化され、従って２つよりも多いバイパススイッチに一般化されうる。発振回路４０は、複数のダンピング抵抗であって、複数のダンピング抵抗の各々がそのダンピング抵抗の別個バイパススイッチに関連付けられており、各バイパススイッチが開放状態および投入状態の間で切り替えられうる複数のダンピング抵抗を含んでいてもよい。ダンピング抵抗および関連付けられたバイパススイッチは、例えば、バイパススイッチがある状態のときにスイッチに関連付けられたダンピング抵抗が発振回路４０に電気的に直列に挿入されてインダクタ４２、キャパシタ４４および発振トリガ４６と電気的に直列となり、一方、バイパススイッチが別の状態のときにスイッチに関連付けられたダンピング抵抗が発振回路４０で短絡するように、互いに並列に配置されている。

各々がバイパススイッチに関連付けられている複数のダンピング抵抗を有することにより、バイパススイッチが同時に制御されうる。反対に、発振回路の複数のバイパススイッチの少なくともいくつかは、互いに時間差をつけて切り替えられてもよい。発振回路の合計の抵抗値に、２つよりも多い抵抗値の段階を適用できる。

図４および５の２つの変形例は、少なくとも１つの永久抵抗および複数のダンピング抵抗を同時に含む発振回路に組み込まれ、それらは全て発振回路に互いに直列に挿入されている、または、直列に挿入されうることに留意されたい。

このような発振回路４０の役割およびこのような発振回路４０が存在する利点は、特に、このような発振回路４０が設けられた装置の動作の説明から明らかとなる。この目的で、このような遮断装置１０を用いて実装される遮断動作中の図１の装置のいくつかのパラメータの変化を示す図３を参照する。ただし、このような発振回路４０の役割およびこのような発振回路４０が存在する利点を説明する前に、以下において、遮断装置１０の別の変形例に関する補足的な要素が概括的に説明されている。これらの補足的な要素は任意である。

図１に示すようないくつかの実施形態において、本発明に係る遮断装置１０は、第１ポイント１２および第２ポイント１４の間に、第１スイッチ１８および第２スイッチ２４によって形成されたアセンブリと電気的に並列、かつ、第１サージ抑制器３０および第２サージ抑制器３２によって形成されたアセンブリと電気的に並列に設けられた、専用の誘導素子がない容量性バッファ回路３４を含んでいてもよい。容量性バッファ回路３４は、作動スイッチ３６およびバッファキャパシタ３８を含む。図示の例では、この回路は、電気線路３５を備える。電気線路３５の一端は、第１ポイント１２と同電位でありかつ第１スイッチ１８の第１端子２０と同電位であるポイントにおいて主線路１６と電気的に接続されている。電気線路３５の他端は、第２ポイント１４と同電位でありかつ第２スイッチ２４の第２端子２８と同電位であるポイントにおいて主線路１６と電気的に接続されている。この線路３５には、作動スイッチ３６およびバッファキャパシタ３８が電気的に直列に挿入されている。バッファキャパシタ３８は、例えば、合計電気キャパシタンスＣ３８を有する１または複数のキャパシタを備える、または、合計電気キャパシタンスＣ３８を有する１または複数のキャパシタによって形成されている。

容量性バッファ回路３４は、他の回路のように、特に、容量性バッファ回路３４が備える電気素子の性質および回路の幾何形状に由来する寄生インダクタンスを有していてもよい。しかし、例示的な実施形態では、容量性バッファ回路３４は、専用の誘導素子を含まない、すなわち、所望の誘導機能を有するディスクリート素子を含まない、そのため、寄生インダクタンスよりも大きいインダクタンスを有する素子を含まず、特にコイルまたは誘導性強磁性コアを含まない。そのため、容量性バッファ回路のインダクタンスは非常に低くてもよく、例えば、公称ネットワーク電圧の１０キロボルトの範囲につき、５０マイクロヘンリー未満、または１マイクロヘンリー未満である。

図１に示すようないくつかの実施形態では、容量性バッファ回路３４は、バッファキャパシタ３８を放電するための回路を含んでいてもよい。図１の例では、放電回路は、受動放電回路であり、能動素子を有さない。この例では、放電回路は、バッファキャパシタ３８と並列に配置された抵抗３９を含む。好ましくは、抵抗３９は、高い電気抵抗値Ｒ３９を有する。電気抵抗値Ｒ３９は、並列に配置されたバッファキャパシタ３８および抵抗３９のダイポールであって電気線路３５に挿入されたダイポールが、第２スイッチ２４における電気遮断時間に比べて長い（importante）時定数を有するような値である。この時定数は、例えば５０ミリ秒よりも大きい時定数であり、好ましくは１００ミリ秒よりも大きい時定数である。この例では、時定数は、積Ｒ３９×Ｃ３８に等しい。図示されていない他のタイプの放電回路は、制御スイッチのような少なくとも１つの能動素子を含んでいてもよい。放電回路は、抵抗３９に直接接続され抵抗３９と電気的に直列に配置された（agence directement en serie electriquement avec la resistance 39）制御スイッチを備え、これら２つの素子のアセンブリがバッファキャパシタ３８と並列に設けられていてもよい。制御スイッチが投入状態に切り替わって電流が流れているときに、バッファキャパシタ３８の２つの電極板間に放電回路が形成されうる。

図１に示す実施形態は、容量性バッファ回路３４において、作動スイッチ３６と並列に配置された第３サージ抑制器３７が、任意的に存在することが示されていることに留意されたい。第３サージ抑制器３７は、有利には、図示されているように、作動スイッチ３６の複数の端子に直接的かつ該端子間領域のみを跨ぐように接続されるように、配置されており、反対側に配置されているという意味では、容量性バッファ回路３４の線路３５において、バッファキャパシタ３８と電気的に直列に接続されている（Ce parasurtenseur tertiaire 37 peut avantageusement etre, comme illustre, agence directement et uniquement aux bornes de l'interrupteur d'activation 36, au sens qu'il est au contraire agence, dans la ligne 35 du circuit capacitif tampon 34, electriquement en serie avec la capacite tampon 38）。第３サージ抑制器３７は、有利には、作動スイッチ３６の端子間の電圧を制限するサイズを有しうる。例えば、保護電圧が１００００ボルト（１０ｋＶ）から１０００００ボルト（１００ｋＶ）の範囲にあるサージ抑制器を選択可能である。保護電圧がこの電圧範囲にある第３サージ抑制器３７を選択することにより、作動スイッチ３６の端子間の電圧がこの電圧範囲に維持され、これにより等価のより高電圧のシステムに比べてコストおよびスペースの要求が大幅に小さいスイッチを使用することが可能となる。

ただし、容量性バッファ回路４０においてこのような第３サージ抑制器３７が存在する場合、好ましくは、第１サージ抑制器３０の保護電圧よりも大きい遷移電圧を有する第３サージ抑制器が選択されることに留意されたい。

図３では、図１に示す遮断装置であって装置を通って電流が流れる投入状態から第１ポイント１２が第２ポイント１４から電気的に絶縁された開放状態へと切り替わるものに関する、以下のパラメータの経時的な変化が描かれている：
－第２スイッチ２４の端子間の電圧Ｖ２４；
－第２スイッチ２４を流れる電流の強度Ｉ２４；
－発振トリガ４６を流れる電流の強度Ｉ４６；
－バイパススイッチ５０を流れる電流の強度Ｉ５０；
－第１スイッチ１８の端子間の電圧Ｖ１８
－第１スイッチ１８を流れる電流の強度Ｉ１８；
－第１サージ抑制器３０を流れる電流の強度Ｉ３０；
－第２サージ抑制器３２を流れる電流の強度Ｉ３２；
－装置１０を流れる電流の強度Ｉ１２；および
－装置１０の端子間の電圧Ｖ１２１４；

本発明に係る遮断装置１０を制御するための制御方法は、装置を投入状態から開放状態に遷移させる観点から、第１スイッチ１８および図１の実施形態については第２スイッチ２４を機械的に開放する工程を備える。２つのスイッチは、機械的に同時に開放されてもよく、任意の順序で連続的に開放されてもよい。図３の例では、時刻ｔ０で開放が有効となるものとする。１つまたは２つのスイッチを開放する工程は、例えば装置１０を公称電流が流れている公称負荷時において、例えば、装置１０の第１ポイント１２に電気的に接続された電気設備の一部を、装置１０の第２ポイント１４に電気的に接続された電気設備の別の一部から電気的に絶縁するために、遮断装置を開放するという単純な要求によって開始されうる。１つまたは２つのスイッチを開放する工程は、電気設備における電気的故障、例えば遮断装置１０を流れる故障電流を伴う、の発生により開始されうる。故障電流は、装置１０を流れる最大公称電流よりも大きくてもよい。故障の発生時のそのような開放は、その故障の検出、特に装置１０を流れる電流の１または複数のパラメータの検出、例えば装置１０を流れる電流の強度の検出、に基づいたものであってもよい。上述のように、１つまたは２つのスイッチ１８、２４の機械的開放は、それ自身によって、第１スイッチまたは２つのスイッチの各々における電気アークの形成に起因する遮断装置１０を流れる電流の流れを遮断するという意味での電気的開放をもたらさないことがありうることに留意されたい。以下の方法に関する説明は、この前提に基づいたものである。

この前提において、この方法では、開放した第１スイッチ１８における電流を遮断して、第１サージ抑制器３０の遷移電圧よりも高く第１サージ抑制器３０を電流通電モードに切り替えることに適した電圧を、第１スイッチの端子間に生じさせる。

本発明の一側面では、開放した第１スイッチ１８において電流を遮断するために、上述の発振回路４０の任意の変形例のいずれかであって以下に説明する内容に従ったものを用いることができる。図３の例では、発振回路４０の実装は、発振トリガ４６の投入に対応する時刻ｔ１において開始され、第１スイッチ１８の電気的開放は時刻ｔ３において有効になるものとする。

そのため、図１および２または図４および５に描かれ上述された発振回路４０を実装することが提案される。そのような装置によれば、要望によっては制御可能な態様で、さらに一時的であってもよい態様で、発振回路４０と、第１スイッチ１８を含む主線路１６の一部と、によって形成される発振ループに、少なくとも１つのダンピング抵抗４８を挿入できる。発振キャパシタ４４が充電されたりその初期充電レベルが高まったりインダクタ４２が充電されたりすることなく（sans changer la capacite d'oscillation 44, ni son niveau de chargement initial, et sans changer l'inductance 42）、発振回路４０による発振ループに注入される発振電流を、より低コストで変更できるようになる。

いくつかの実施形態では、ダンピング抵抗４８に関連付けられたバイパススイッチ５０の存在は、発振回路４０を、即座に、ＲＬＣ直列回路からＬＣ直列回路に変更し、また、ＬＣ直列回路からＲＬＣ直列回路に変更することを可能にする。他の実施形態では、ダンピング抵抗４８に関連付けられたバイパススイッチ５０の存在は、ＲＬＣ直列回路である発振回路４０を、即座に、合計電気抵抗値が異なる別のＲＬＣ直列回路に変更することを可能にする。

主線路１６を流れる故障電流に応じて、第１スイッチ１８における有効な電気的遮断を実現する観点から、あるＲＬＣ直列回路の放電、あるＬＣ直列回路の放電、または合計電気抵抗値が異なる別のＲＬＣ直列回路の放電のいずれかに由来する発振電流を、発振ループに注入できる。

このような態様で、図１および２または図４および５に示す発振回路４０を含む遮断装置１０を制御するための制御方法であって、ある時刻において、装置を流れる遮断されるべき電流の少なくとも１つのパラメータを決定すること、例えばこの電流の強度の値を決定すること、を含む制御方法を提供できる。この決定は、例えば第１スイッチ１８を含む主線路１６の一部における電流強度センサの存在による、直接的なものでありうる。この決定は、例えば遮断装置のまたは設備の他のパラメータを分析することによる、間接的なものでありうる。この決定は、直接的な決定および間接的な決定の両方を組み合わせたものでありうる。この決定は、遮断装置の開放の工程の開始前、特に第１スイッチ１８の機械的開放前に、行われうる。この決定は、遮断装置の開放の工程の開始後、特に第１スイッチ１８の機械的開放後に、行われうる。当然ながら、この決定に関して、遮断装置１０の開放の工程の開始の前および後に決定されたパラメータを考慮することもできる。

この決定に基づいて、例えば故障電流の強度の決定された値に応じて、制御方法は、ダンピング抵抗４８に関連付けられたバイパススイッチ５０（l'interrupteur de by-pass 50 associe a la resistance d'amortissement 48, ou a une esistanced'amortissement 48）が切り替わることによってバイパススイッチ５０が至るべき状態と、特に、バイパススイッチ４８が切り替わるべきかどうかと、いつ切り替わるべきかとを、発振回路４０の合計電気抵抗値を適合させるために決定できる。

図３に示す例では、より具体的には図１に示す装置の動作に関して、発振回路４０が時刻ｔ１において発振トリガ４６の投入により駆動される例が描かれている。この時刻およびその直後の時刻において、バイパススイッチ５０を流れる電流Ｉ５０はゼロに維持されており、このことは時刻ｔ２までバイパススイッチ５０が開放状態であることを示していることに留意されたい。時刻ｔ１とｔ２の間において、ダンピング抵抗４８は発振回路４０に有効に挿入され、ＲＬＣ直列回路が形成される。発振キャパシタ４４の放電の開始は、ＲＬＣ直列回路の放電に対応する。時刻ｔ２から、ダンピング抵抗４８を短絡させるように、バイパススイッチ５０は投入状態に切り替えられる。発振キャパシタ４４の放電の残部は、ＬＣ直列回路の放電に対応する。

当然ながら、時刻ｔ１およびｔ２の間の期間すなわち時間間隔ｄ１ｔ、ダンピング抵抗４８が発振回路４０に有効に（effectivement）挿入される時間間隔である、を決定することが可能である。この期間ｄ１ｔは、予め決定されていてもよく、装置における電流のいくつかのパラメータ、特に第１スイッチ１８を流れる故障電流のパラメータ、に基づいて決定されてもよい。

本発明に係る発振回路４０を含む遮断装置１０は、発振トリガ４６の投入時において、少なくとも１つのダンピング抵抗４８が発振回路４０に挿入されるように、または反対に、少なくとも１つのダンピング抵抗４８がこの回路で短絡されるように、制御されうる。ダンピング抵抗４８が発振回路４０に挿入されると、特に、発振キャパシタ４４の放電開始時において発振回路４０によって生成される第１スイッチ１８における電流の強度の変化速度ｄ（Ｉ１８）／ｄｔが制限されうる。発振トリガ４６の投入時にダンピング抵抗４８が発振回路に有効に挿入される例では、ダンピング抵抗４８は、図３に示すように第１スイッチ１８において電気的遮断が有効となる前を含めたある時間間隔後に短絡されるように選択されうる、または反対に、ダンピング抵抗４８は、発振回路４０の全作動期間において発振回路にダンピング抵抗４８が挿入されたままとなるように選択される。

図１に示す装置では、発振回路における特徴的なパラメータ間の最適関係は、
のように定められる。ここで、
－ｄ１ｔ：ダンピング抵抗４８が発振回路４０に有効に挿入される時間間隔；
－（ｄＩ１８／ｄｔ）ｍａｘ：第１スイッチ１８が自身で電気的遮断を実行できる、第１スイッチ１８における電流のゼロクロス時のｄＩ１８／ｄｔの最大値；
－Ｖ４４ｉ：発振回路のキャパシタ４４の端子間の初期電圧
－Ｉｄｅｆ：装置１０を流れる遮断されるべき電流の強度；
－Ｒ４８：ダンピング抵抗４８の電気抵抗値；
－Ｃ４４：発振回路４０のキャパシタ４４のキャパシタンス値；
－Ｌ７２：発振回路４０のインダクタ４２のインダクタンス値。

第１スイッチ１８のみを含む図２に示す遮断装置において、第１スイッチ１８を流れる電流の遮断により、第１スイッチ１８の端子間に電圧が生じうる。この電圧は、第１サージ抑制器３０の端子間に反映される。第１サージ抑制器３０は、第１スイッチ１８の端子間の電圧を制限する役割を担い、電気アークの再点孤のリスクを抑えうる。第１サージ抑制器３０の保護電圧は、サージ抑制器を流れる電流が存在する限りすなわち電流Ｉ３０がゼロではない限り、ネットワークの公称電圧よりも大きい。これは、ネットワークへのエネルギーの吸収と密接に関係がある。このエネルギーが吸収されると、図２の遮断装置１０は開放されると考えられる。なぜなら、漏れ電流しか第１サージ抑制器３０を通って装置１０を流れることができないためである。これに関し、遮断装置１０の端子間の電圧は、第１サージ抑制器３０の端子間の電圧に等しいことに留意されたい。遮断装置１０が開放されている定常状態において、この電圧は、通常、設備の公称電圧に等しい。よって、第１サージ抑制器３０を、その遷移電圧が設備の公称電圧以上となるように選択することが賢明である。

図１に示す遮断装置では、第１スイッチ１８を流れる電流を遮断すると、装置１０を流れる電流によりキャパシタ４４が充電され、このことはキャパシタ４４の端子間の電圧の上昇を引き起こし、これにより第１サージ抑制器３０の端子間に同一電圧が生じ、これにより第１スイッチ１８の端子間に同一電圧が生じる。故障電流が大きい場合、この電圧は図３の時刻ｔ４において第１サージ抑制器３０の遷移電圧に達し、第１サージ抑制器３０の抵抗が変化して電圧の上昇が制限され、電圧が平坦となる。この段階で、第１サージ抑制器３０は、電流を通すようになると考えられる。時刻ｔ４から、装置１０を流れる電流は、第１サージ抑制器３０を流れるが、第２スイッチ２４の接点間のアークの存在により、第２スイッチ２４を継続して流れる。

いずれの例においても、ダンピング抵抗４８の電気抵抗値は大きくなくてもよい。そのため、１または複数のダンピング抵抗を形成する１または複数の素子は、コンパクトかつ安価でありうる。さらに、低い抵抗値によれば、抵抗に関連付けられたバイパススイッチ５０に印加される電圧の値もまた、比較的低い。このため、１または複数のバイパススイッチ５０を形成する１または複数の素子は、コンパクトかつ安価でありうる。

第２スイッチ２４における電気アークを遮断するために、作動スイッチ３６を投入することによって容量性バッファ回路３４を作動させる。これは、図３の時刻ｔ５に対応する。換言すると、容量性バッファ回路３４において、バッファキャパシタ３８が充電され第２スイッチ２４から電流が逸れるのに適した電流が流れるように、作動スイッチ３６が切り替わる。初期状態において、バッファキャパシタ３８は、例えば、ここでは放電抵抗３９によって形成される放電回路の存在により、放電されている。そのため、そして第１サージ抑制器３０の端子間の電位差の存在により、装置１０を流れる電流は、容量性バッファ回路３４へと切り替わり、バッファキャパシタ３８を充電する。第１に、図示の例では、抵抗３９の抵抗値Ｒ３９は十分に大きく、抵抗を流れる放電電流は無視できることとする。反対に、容量性バッファ回路３４の電気インピーダンスの値は、時刻ｔ５の前の値よりも大幅に小さい。バッファキャパシタ３８の充電期間、図３では時刻ｔ６まで続くものとされている、は、非常に重要である。なぜなら、この期間において、装置１０を流れる電流は、作動スイッチ３６を流れる電流Ｉ３６という形で実質的に容量性バッファ回路３４を流れ、これにより第２スイッチ２４を流れる電流が低減またはキャンセルされるためである。ここで、第２スイッチ２４は、その接点が互いに分離した機械的遮断状態にあることを思い出されたい。第２スイッチ２４を流れる電流Ｉ２４の低減またはさらにはキャンセルは、有利には、第２スイッチ２４における電気アークの消弧を引き起こす。時刻ｔ５からの期間、この期間は第２スイッチ２４からバッファ回路３４に電流が逸れるべき期間である、は、非常に長い期間である必要はないことに留意されたい。容量性バッファ回路３４が電流を通す期間は、第２スイッチ２４の離間した接点間に存在するガスの脱イオン化に必要な期間よりも長ければ十分である。ガスが脱イオン化すると、第２スイッチ２４の接点のギャップは、アークの再点孤を防止するのに十分となる。この期間は、数マイクロ秒程度であり、好ましくは２０マイクロ秒未満である。

第２スイッチ２４における電流Ｉ２４が低減しまたはさらにはキャンセルされる逸れ期間ｄ２ｔ、時刻ｔ５から時刻ｔ６までである、は、回路の素子のサイズを適切に定めることにより、要求される期間に調整されうる。通常、バッファキャパシタ３８の合計電気キャパシタンスＣ３８の増加は、逸れ期間を増加させる傾向にある。

第１の近似では、逸れ期間ｄ２ｔ、時刻ｔ５から時刻ｔ６までである、は、以下の法則に支配されると仮定されうる：
ｄ２ｔ＝Ｖｔ３０×Ｃ３８／Ｉｄｅｆ、
ここで：
ｄ２ｔは、所望の逸れ期間である；
Ｖｔ３０は、第１サージ抑制器３０の遷移電圧である；
Ｃ３８は、バッファキャパシタ３８の合計電気キャパシタンスである；
Ｉｄｅｆは、装置を流れる故障電流の値である。

一指標として、バッファキャパシタ３８の合計電気キャパシタンスＣ３８の有利な値は、この値が、所望の逸れ期間ｄ２ｔに装置を流れることが想定される最大故障電流値Ｉｄｅｆｍａｘを乗じ第１サージ抑制器３０の遷移電圧Ｖｔ３０で割った値、すなわち：
Ｃ３８＝ｄ２ｔ×Ｉｄｅｆｍａｘ／Ｖｔ３０
以上となるように、決定されうる。

時刻ｔ６の後、第２スイッチ２４は電気的に開放され電気アークの再点孤のリスクなく電圧が第２スイッチ２４の端子間に現れうると考えられる。この電圧は、第２サージ抑制器３２の端子間に反映される。第２サージ抑制器３２は、第２スイッチの端子間の電圧を制限する役割を担いうる。サージ抑制器３０の端子間の電圧およびサージ抑制器３２の端子間の電圧の合計は、電圧１２１４である。電圧の合計は、サージ抑制器を流れる電流が存在する限り、すなわち、電流Ｉ３２がゼロとは異なる限りにおいて、ネットワークの公称電圧よりも大きい電圧でありうる。これは、ネットワークへのエネルギーの吸収と密接に関係がある。

時刻ｔ７から、遮断装置１０は開放されていると考えられる。なぜなら、漏れ電流しか、装置１０を、第１サージ抑制器３０および第２サージ抑制器３２を介して流れることができないためである。これに関し、遮断装置１０の端子間の電圧は、第１サージ抑制器３０の端子間の電圧と第２サージ抑制器３２の端子間の電圧との合計であることに留意されたい。通常、この電圧は、遮断装置１０が開放された定常状態において、設備の公称電圧と等しい。よって、第１サージ抑制器３０および第２サージ抑制器３２を、それらの遷移電圧の合計が設備の公称電圧以上となるように選択することが賢明である。

本発明に係る遮断装置１０は、電気設備において、他の遮断装置と電気的に直列に関連付けられてもよいことに留意されたい。上記他の遮断装置は、例えば断路器タイプの、線路における電流を完全かつ信頼性のある態様で遮断できる遮断装置である。上記他の遮断装置は、その電流遮断能力を最適化することを必要とすることなくその絶縁性能が最適化されるように、そのサイズが定められうる。なぜなら、電流遮断能力は、本発明に係る遮断装置によって主として確保されるためである。

さらに、本発明に係る遮断装置は、装置を流れる電流をその流れ方向に関わらず遮断可能な、従って装置を双方向に流れる電流を遮断可能な、双方向性の装置であることに留意されたい。よって、そのような遮断装置は、所与の時刻のネットワークの構成に応じて、線路においていずれの方向にも直流電流が流れうるメッシュネットワークを含む設備において実装されうる。

本発明に係る装置によれば、急速かつ信頼性のある態様で電気的開放を実現することが可能となり、高電圧、特に１００ｋＶよりも高い電圧における、高強度の（特に、１０ｋＡよりも大きい）故障電流の流れを止めることができる。しかし、装置が開放された後、故障の原因が解消したと思われた場合には、電流を元の状態に戻すために遮断装置１０を電気的に再投入できるようにすることが必要である。図１の装置の例では、装置１０は、第１スイッチ１８及び第２スイッチ２４が機械的に投入され、好ましくは連続的かつその順序すなわち第１スイッチ１８が機械的に投入されその後第２スイッチ２４が機械的に投入されるように、制御される。この順序を遵守することにより、第２サージ抑制器３２が、第１スイッチ１８が機械的に再投入されたときの突入電流を制限することが可能となることに留意されたい。

第１スイッチ１８が投入された直ぐ後に、特に故障が除去されたことを確認するために、遮断装置１０を流れる電流の、および／または、相－接地間電圧の、または、設備における、１または複数のパラメータが決定されうる。しかし、故障は除去されていない可能性がある。そのため、装置を流れる電流および／または相－接地間電圧に関する検出されたパラメータに応じて、装置の速やかな再開放が、装置１０の完全な再投入である第２スイッチ２４の再投入を待たずに引き起こされうる。

Claims (18)

1. 高電圧直流電流用の電流遮断装置（１０）であって：
   －第１ポイント（１２）および第２ポイント（１４）の間の主線路（１６）であって、前記主線路（１６）に挿入された少なくとも１つの第１機械的スイッチ（１８）を含む主線路（１６）；
   －前記第１スイッチ（１８）と並列に配置された第１サージ抑制器（３０）；および
   －前記第１スイッチ（１８）と電気的に並列かつ前記第１サージ抑制器（３０）と電気的に並列に配置された発振回路（４０）であって、電気的に直列に設けられたインダクタ（４２）、キャパシタ（４４）および発振トリガ（４６）を少なくとも含む発振回路（４０）、
   を含むタイプのものであり、
   前記装置（１０）は、前記発振回路（４０）において、前記発振回路（４０）に直列に挿入された、抵抗値を変化させるための制御可能デバイス（５０、５０’）を含むことを、特徴とする、電流遮断装置（１０）。
2. 前記遮断装置は、バイパススイッチ（５０、５０’）およびダンピング抵抗（４８、４８’）を少なくとも含み、前記バイパススイッチ（５０、５０’）は、開放状態と投入状態の間で切り替え可能であり、前記ダンピング抵抗（４８、４８’）および前記バイパススイッチ（５０、５０’）は、前記バイパススイッチ（５０、５０’）がある状態のときに前記ダンピング抵抗（４８、４８’）が前記発振回路（４０）に電気的に直列に挿入されて前記発振回路（４０）の前記インダクタ（４２）、前記キャパシタ（４４）および前記発振トリガ（４６）と電気的に直列となり、一方、前記バイパススイッチ（５０、５０’）が別の状態のときに前記ダンピング抵抗（４８）が前記発振回路で短絡するように、配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の遮断装置。
3. 前記発振回路（４０）は、前記発振回路（４０）に永久的に挿入され、前記発振回路（４０）の前記インダクタ（４２）、前記キャパシタ（４４）および前記発振トリガ（４６）と電気的に直列に設けられた少なくとも１つの永久抵抗（Ｒ’）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の遮断装置。
4. 前記発振回路（４０）は、複数のダンピング抵抗（４８、４８’）であって前記複数のダンピング抵抗（４８、４８’）の各々がそのダンピング抵抗（４８、４８’）の別個のバイパススイッチ（５０、５０’）に関連付けられている複数のダンピング抵抗（４８、４８’）を含み、各バイパススイッチ（５０、５０’）は、開放状態と投入状態の間で切り替え可能であり、ダンピング抵抗（４８、４８’）および前記関連付けられたバイパススイッチ（５０、５０’）は、前記バイパススイッチ（５０、５０’）がある状態のときに前記バイパススイッチ（５０、５０’）に関連付けられた前記ダンピング抵抗（４８、４８’）が前記発振回路（４０）に電気的に直列に挿入されて前記インダクタ（４２）、前記キャパシタ（４４）および前記発振トリガ（４６）と電気的に直列となり、一方、前記バイパススイッチ（５０、５０’）が別の状態のときに前記バイパススイッチに関連付けられた前記ダンピング抵抗（４８、４８’）が前記発振回路（４０）で短絡するように、配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の遮断装置。
5. 前記遮断装置は、前記主線路（１６）に挿入された第２機械的スイッチ（２４）を含み、前記第１機械的スイッチ（１８）および前記第２機械的スイッチ（２４）は、前記第１ポイント（１２）および前記第２ポイント（１４）の間の前記主線路（１６）に連続して挿入されているが前記主線路（１６）の中間ポイント（１３）から見て互いに反対側に配置され、これら２つの機械的スイッチ（１８、２４）の各々は、独立して、開放状態および投入状態の間で制御されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の遮断装置。
6. 前記遮断装置は、電気的に前記中間ポイント（１３）および前記第２ポイント（１４）の間に配置された、前記第２スイッチ（２４）と電気的に並列に配置された第２サージ抑制器（３２）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の遮断装置。
7. 前記装置（１０）は、前記第１ポイント（１２）および前記第２ポイント（１４）の間に、前記第１スイッチ（１８）および前記第２スイッチ（２４）によって形成されたアセンブリと電気的に並列、かつ、前記第１サージ抑制器（３０）および前記第２サージ抑制器（３２）によって形成されたアセンブリと電気的に並列に設けられた、容量性バッファ回路（３４）を含み、前記容量性バッファ回路（３４）は、作動スイッチ（３６）およびバッファキャパシタ（３８）を含むことを特徴とする、請求項６に記載の遮断装置。
8. 前記容量性バッファ回路（３４）は、専用の誘導素子を含まないことを特徴とする、請求項７に記載の遮断装置。
9. 前記作動スイッチ（３６）および前記バッファキャパシタ（３８）は、前記第１ポイント（１２）から前記第２ポイント（１４）に延びる前記容量性バッファ回路の線路（３５）において電気的に直列に配置されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の遮断装置。
10. 前記容量性バッファ回路（３４）は、前記バッファキャパシタ（３８）を放電するための回路（３９）を含むことを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の遮断装置。
11. 前記容量性バッファ回路（３４）は、前記作動スイッチ（３６）と並列に配置された第３サージ抑制器（３７）を含むことを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の遮断装置。
12. 前記第３サージ抑制器（３７）は、前記作動スイッチ（３６）の複数の端子に直接的かつ該端子間領域を跨ぐように接続されていることを特徴とする、請求項１１に記載の遮断装置。
13. 前記第１スイッチ（１８）は、少なくとも１つの真空スイッチを含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の遮断装置。
14. 前記第２スイッチ（２４）は、少なくとも１つの絶縁ガススイッチを含むことを特徴とする、請求項５に記載の、または、請求項６から１３のいずれか一項と請求項５とに記載の遮断装置。
15. 前記第２スイッチ（２４）は、少なくとも１つの真空スイッチを含むことを特徴とする、請求項５に記載の、または、請求項６から１３のいずれか一項と請求項５とに記載の遮断装置。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の遮断装置を制御するための制御方法であって、
    前記遮断装置は、バイパススイッチ（５０、５０’）およびダンピング抵抗（４８、４８’）を少なくとも含み、前記バイパススイッチ（５０、５０’）は、開放状態と投入状態の間で切り替え可能であり、前記ダンピング抵抗（４８、４８’）および前記バイパススイッチ（５０、５０’）は、前記バイパススイッチ（５０、５０’）がある状態のときに前記ダンピング抵抗（４８、４８’）が前記発振回路（４０）に電気的に直列に挿入されて前記発振回路（４０）の前記インダクタ（４２）、前記キャパシタ（４４）および前記発振トリガ（４６）と電気的に直列となり、一方、前記バイパススイッチ（５０、５０’）が別の状態のときに前記ダンピング抵抗（４８）が前記発振回路で短絡するように、配置されていることを特徴とし、
    前記制御方法は、前記装置を流れる遮断されるべき電流の強度の値を決定することと、前記決定された故障電流の強度の値に応じて、前記少なくとも１つのバイパススイッチが切り替わることによって該バイパススイッチが至るべき状態を決定することと、を含むことを特徴とする、制御方法。
17. 前記発振回路の全ての前記バイパススイッチが、同時に切り替えられることを特徴とする、請求項１６に記載の遮断装置を制御するための制御方法。
18. 前記発振回路の前記複数のバイパススイッチの少なくともいくつかが、互いに時間差をつけて切り替えられることを特徴とする、請求項１６に記載の遮断装置を制御するための制御方法。

Images