JP2002509335A - Electrical switching device and method for performing electrical disconnection of a load - Google Patents
Electrical switching device and method for performing electrical disconnection of a loadInfo
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Abstract
(57)【要約】 電気スイッチング・デバイスは、高速機械電気スイッチ5と、照射光源8と、照射に敏感でありそして照射光源によりそれが照射されると電気機械スイッチをバイパスする十分な導電性を有する電流路を発生するがしかし照射されない時には電気的に絶縁体の状態であるのに適合した少なくとも1個のスイッチング素子7とを有する。前記高速機械電気スイッチは、機械スイッチの接点が離れる際に生ずる電気アークが消滅した後に急速に脱イオン化することができるスイッチである。 The electrical switching device comprises a high speed electromechanical switch 5, an illuminating light source 8, and sufficient conductivity to be sensitive to illumination and to bypass the electromechanical switch when illuminated by the illuminating light source. It has at least one switching element 7 adapted to generate a current path but to be electrically insulated when not illuminated. The high-speed electromechanical switch is a switch that can be rapidly deionized after the electric arc generated when the contacts of the mechanical switch are separated has disappeared.
Description
【0001】 (本発明および先行技術の技術分野) 本発明は、高速機械電気スイッチを有する電気スイッチング・デバイスに関す
る。このデバイスは、例えば過大電流が起こった時のような、大きな電力を非接
続にすることを主として目的としている。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electrical switching devices having high speed mechanical electrical switches. This device is primarily intended to disconnect large amounts of power, such as when an overcurrent occurs.
【0002】 本発明はまた、請求項の方法の前文に従い負荷の電気的非接続を実行する方法
に関する。[0002] The invention also relates to a method for performing an electrical disconnection of a load according to the preamble of the claimed method.
【0003】 このデバイスの目的をさらに正確にいえば、電力プラントに含まれている他の
装置またはそれに接続されている対象体にまたはからその一部分を接続および非
接続にすること、電力プラントまたは電力ネットワークの中の対象体を接続する
および非接続にすることである。したがって、「対象体」という用語は広い意味
で用いられている。ここでの「対象体」は、電力プラントおよび電力ネットワー
クに含まれるすべての装置およびデバイスを包含しており、およびまた電力プラ
ントおよび/または電力ネットワークの各部分を全体的に包含している。[0003] More precisely, the purpose of the device is to connect and disconnect parts to or from other equipment or objects connected to it, which are included in the power plant, Connecting and disconnecting objects in the network. Thus, the term "subject" is used in a broad sense. The "subject" herein includes all equipment and devices included in the power plant and the power network, and also entirely includes each part of the power plant and / or the power network.
【0004】 1つの例として述べるならば、対象体は磁気回路を有する電気装置、例えば発
電機、変圧器または電動機であることができる。また他の対象体、例えば電力用
線路およびケーブル、開閉装置などを考えることができる。本発明は、中程度の
電圧および高電圧に対して用いられることを意図している。IEC基準に従い、
中程度の電圧は1〜72.5kVを意味し、一方、高電圧は>72.5kVを意
味する。したがって、伝送レベル、下位伝送レベルおよび分配レベルが含まれる
。[0004] As an example, the object can be an electrical device with a magnetic circuit, for example a generator, a transformer or an electric motor. Other objects, such as power lines and cables, switchgear, etc., can also be considered. The present invention is intended to be used for medium and high voltages. According to IEC standards,
Medium voltage means 1-72.5 kV, while high voltage means> 72.5 kV. Therefore, a transmission level, a lower transmission level, and a distribution level are included.
【0005】 電力プラントでは、既知の回路ブレーカ、例えばSF6ブレーカ、オイル・ブ レーカまたはいわゆる真空ブレーカは、着目している対象体の接続および非接続
のために通常は用いられている。非常な高速が要求されるいくつかのまれな場合
には、例えばサイリスタまたはIGBTのような半導体「ブレーカ」を用いるこ
とができる。In power plants, known circuit breakers, such as SF 6 breakers, oil breakers or so-called vacuum breakers, are usually used for connecting and disconnecting the object of interest. In some rare cases where very high speeds are required, semiconductor "breakers" such as, for example, thyristors or IGBTs can be used.
【0006】 前記の回路ブレーカはすべて、遮断を行う時、2個の金属接点(アーク作用接
点)間の電気的分離(galvanic separation)が起こるように設計される。この 2個の金属接点の間で遮断されるべき電流がアークとして流れ続ける。この場合
には遮断または中断は、電流がゼロを通過する時にすなわちブレーカを流れる電
流がゼロに到達しそして極性を変える時に、このアークが消滅するようにブレー
カを構成することにより達成される。ブレーカを流れる電流がゼロに到達しそし
て極性を変えるのは、50Hzのネットワークでは20ミリ秒ごとに2回起こる
。したがって、これらの回路ブレーカは交流電流に対してだけ機能し、そしてゼ
ロを通過することが起こらない直流電流に対しては機能しない。[0006] All of the above-mentioned circuit breakers are designed such that when breaking, galvanic separation occurs between two metal contacts (arcing contacts). The current to be interrupted between the two metal contacts continues to flow as an arc. In this case, the interruption or interruption is achieved by configuring the breaker such that this arc is extinguished when the current passes through zero, ie when the current flowing through the breaker reaches zero and changes polarity. The current through the breaker reaching zero and changing polarity occurs twice every 20 ms in a 50 Hz network. Thus, these circuit breakers function only for alternating currents, and not for direct currents that do not pass through zero.
【0007】 前記に従う構成を有する回路ブレーカは、比較的に中程度の電流、いわゆる動
作電流、を有する大部分の遮断の場合と、しかしまた大きな過大電流、故障電流
を有する遮断の場合との両方で遮断を行うことができるように設計されなければ
ならない。A circuit breaker having a configuration according to the above describes both in the case of most interruptions with a relatively medium current, the so-called operating current, but also in the case of interruptions with large overcurrents and fault currents. It must be designed to be able to perform the cutoff.
【0008】 回路ブレーカは、アーク作用接点の間のアークの中の過大電流を遮断する時、
大量のエネルギを処理することができるように設計されなければならない。アー
クの再点火が回避されるように、すなわち遮断が確実に持続して存在するように
電流の遮断がうまく実行された後、短い時間間隔の間、接点の間の間隙は非常に
大きな誘電的強度を有しなければならない。[0008] The circuit breaker, when interrupting excessive current in the arc between the arcing contacts,
It must be designed to handle large amounts of energy. After a successful interruption of the current in order to avoid reignition of the arc, i.e. to ensure that the interruption is sustained, for a short time interval the gap between the contacts is very large dielectric Must have strength.
【0009】 回路ブレーカ、例えばSF6ブレーカ、オイル・ブレーカまたはいわゆる真空 ブレーカは、短い時間間隔の間に1個の同じ臨界的な領域の中で大きな熱負荷お
よび大きな電気負荷を処理しなければならないから、その構造は比較的に複雑に
なり、そして遮断時間が比較的に長くなるであろう。Circuit breakers, such as SF 6 breakers, oil breakers or so-called vacuum breakers, have to handle large thermal and electrical loads in one and the same critical area during short time intervals. Thus, the structure will be relatively complicated and the blocking time will be relatively long.
【0010】 ここで主として目指している過大電流は、例えばスイッチされる対象体の電気
絶縁システムの中の故障の結果として、スイッチされる対象体に対する接続の中
で発生する短絡回路電流である。このような故障は、外部ネットワーク/装置の
故障電流(短絡回路電流)がアークを通じて流れる傾向があるであろうことを意
味する。このことは失敗に導くことがある。スエーデン電力ネットワークの最大
短絡回路電流(故障電流)の規格は63kAであることをまた挙げておくことが
できる。短絡回路電流は実際には40〜50kAであることがある。[0010] The overcurrents which are mainly aimed here are short-circuit currents which occur in the connection to the switched object, for example as a result of a fault in the electrical insulation system of the object to be switched. Such a fault means that the fault current (short circuit current) of the external network / device will tend to flow through the arc. This can lead to failure. It can also be mentioned that the Swedish power network has a maximum short circuit current (fault current) specification of 63 kA. The short circuit current may actually be 40-50 kA.
【0011】 前記回路ブレーカが有する1つの問題点は、その遮断時間が長いことである。
遮断が完全に実行されるための最大遮断時間(IEC基準)は150ミリ秒(m
s)である。動作状態に応じてこの遮断時間を90〜130ms以下に小さくす
ることには、大きな困難が伴う。この結果、回路ブレーカが遮断を行うのに必要
な全時間の期間中、その中に故障があると、非常に大きな電流がスイッチされる
対象体を通って流れるであろう。外部電力ネットワークの故障電流の総計は、こ
の時間間隔の間にスイッチされる対象体にかなりのストレスを及ぼすことを意味
する。この時間間隔の間、ネットワークの動作がまた乱されるであろう。したが
って、このネットワークに接続された他の装置もまた大幅に乱され、あるいは大
幅に損傷を受けるであろう。スイッチされる対象体に対する損傷および全体のブ
レークダウンを回避するために、前に説明した損傷をなんら起さないで、回路ブ
レーカの遮断時間の期間中に短絡回路電流/故障電流に作用して管理できるよう
にこれが構成される。かなりの時間の間、短絡回路電流/故障電流を引き受ける
ことができるようにスイッチされる対象体を構成する必要性は、その構成をさら
に高価にしそして特性が低下するという大幅な欠点を生ずる。ネットワークおよ
びそれに接続された装置の乱れに関しては、ネットワークの中に保護を集積する
ことは当面はなく、したがってそれぞれの製造業者は「バックアップ」およびネ
ットワーク安定化装置でもって敏感な装置を保護しなければならない。マイクロ
プロセッサに基づくシステム例えば通信およびコンピュータ・システムのような
もっと敏感な装置は、再開始するにはそれに伴って大幅なコストを必要とするこ
とが多い。One problem with the circuit breakers is that they have a long shut-off time.
The maximum blocking time (IEC standard) for a complete blocking to be performed is 150 milliseconds (m
s). It is very difficult to reduce the cutoff time to 90 to 130 ms or less depending on the operation state. As a result, during the entire time required for the circuit breaker to make a cut-off, if there is a fault therein, a very large current will flow through the switched object. The sum of the fault currents of the external power network means that the objects to be switched during this time interval are significantly stressed. During this time interval, the operation of the network will also be disturbed. Thus, other devices connected to this network will also be significantly disturbed or severely damaged. In order to avoid damage to the objects to be switched and overall breakdown, do not cause any of the damage described previously and act on the short-circuit current / fault current during the break time of the circuit breaker This is configured as possible. The need to configure a switched object to be able to accept short circuit / fault currents for a significant amount of time creates significant disadvantages that make the configuration more expensive and degrade. With regard to disturbances of the network and the devices connected to it, there is no immediate integration of protection in the network, so each manufacturer must protect sensitive devices with "back-up" and network stabilization devices. No. More sensitive devices, such as microprocessor-based systems such as communication and computer systems, often require a correspondingly high cost to restart.
【0012】 サイリスタ、MOSFETおよびIGBTのような半導体電力用デバイスはそ
れだけでは着目している電圧に耐えることはできず、したがってその多数個を直
列に接続しなければならない。高電圧への応用では、このような部品を100個
程度直列に接続しなければならない。確実に動作させるためには、すなわち電圧
と電力を部品に均一に分配するためには、装置の制御システムは複雑になる。シ
リコンで作成された半導体部品を用いると損失がまた比較的に大きく、効率的な
冷却が必要になる。それはもし冷却しないと、部品が熱的にブレークダウンする
ことがあるからである。直列に接続されたすべての部品を個々の電圧レベルに関
して個別に制御、調整および冷却するシステムの全体は非常に複雑になる傾向が
あり、したがってシステム全体のコストは高くなる。そのコストは回路ブレーカ
のコストを大幅に越えることがあり、ここで考察される応用に対して電力プラン
トおよび電力ネットワークにこのような半導体部品を用いることは一般に除外さ
れる。[0012] Semiconductor power devices such as thyristors, MOSFETs and IGBTs by themselves cannot withstand the voltage of interest, and a large number must be connected in series. For high voltage applications, about 100 such components must be connected in series. In order to ensure reliable operation, ie to distribute voltage and power evenly to the components, the control system of the device is complicated. The use of semiconductor components made of silicon also results in relatively high losses and requires efficient cooling. This is because if not cooled, the components may thermally break down. The overall system of individually controlling, regulating and cooling all components connected in series with respect to individual voltage levels tends to be very complex, thus increasing the cost of the overall system. The cost can significantly exceed the cost of circuit breakers, and the use of such semiconductor components in power plants and power networks for the applications discussed herein is generally ruled out.
【0013】 (発明の要約) 本発明の目的は、さらに良好なスイッチングを得ることを可能にし、そしてス
イッチされる対象体に及ぼすストレスが小さく、およびまたそれに接続されたネ
ットワークおよび装置に及ぼす攪乱が少なく、そしてこのような状況でコスト的
に有利であるデバイスおよび方法を得ることである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to make it possible to obtain better switching and to reduce the stress on the objects to be switched and also on the networks and devices connected to it. It is to obtain devices and methods that are less and cost-effective in such situations.
【0014】 この目的は本発明に従い、請求項1の特徴部分によるデバイスを備えることに
より得られる。ここでは、下記で分路素子と呼ばれるスイッチング素子が第1電
気スイッチと並列に接続されるように第2電気スイッチが設計される。前記第1
電気スイッチは高速機械電気スイッチの形式であり、したがってその接点は金属
導電率を有する接点である。前記分路素子は、例えば光ビームまたは電子ビーム
によって照射されることにより導電状態になることができるように設計される。
非接続すなわち遮断が実行される時、分路素子は前記の照射を受けそれにより分
路素子が導電状態になり、そして機械スイッチが大きな熱負荷または電気負荷を
伴うことなく非接続を実行するように制御されることができる。ブレーカが離れ
た位置にある時、分路素子に対する照射が止むことが好ましい。分路素子に対す
る照射が止むことは、この素子の導電率が減少することを意味する。This object is obtained according to the invention by providing a device according to the features of claim 1. Here, the second electrical switch is designed such that a switching element, hereinafter referred to as a shunt element, is connected in parallel with the first electrical switch. The first
The electrical switch is in the form of a high speed mechanical electrical switch, so that the contacts are contacts having metallic conductivity. The shunt element is designed such that it can be brought into a conductive state by being illuminated by, for example, a light beam or an electron beam.
When a disconnection or disconnection is performed, the shunt element is subjected to said irradiation, whereby the shunt element becomes conductive and the mechanical switch performs the disconnection without significant thermal or electrical load. Can be controlled. Preferably, when the breaker is at a remote position, the illumination to the shunt element stops. Stopping irradiation of the shunt element means that the conductivity of the element is reduced.
【0015】 機械スイッチの接点が離れる際にそこに生じた電気アークが消滅した後、急速
に脱イオン化されることが可能なスイッチを前記高速機械電気スイッチとして用
いることにより、前記接点が離れるように移動を始めかつそれ故それらの間に電
気アークが生ずることによって非接続動作を開始し、そして接点が移動を始める
ことに対して一定の遅延をもって前記スイッチング素子の照射を開始し、そして
このデバイスの非接続状態を高速に達成することができる。このように電気アー
クは発生するが、しかし非接続状態を得るまでの短い時間間隔の期間中にスイッ
チング素子を十分に照射することができるであろう。前記時間は、前記接点の間
の間隙を脱イオン化しそして前記照射が止んだ時に電気アークが再点火するのを
防止するのには十分に長い時間である。また先行技術に比べて、デバイスが導電
状態になる時に、スイッチング素子が照射されしたがって過渡的電流が全くなく
機械電気スイッチが閉じることができるという大きな利点が得られる。[0015] By using a switch capable of being rapidly deionized as the high-speed mechanical electric switch after the electric arc generated therein disappears when the contacts of the mechanical switch are separated, the contacts are separated. Commences movement and thus initiates a disconnection operation by the occurrence of an electric arc between them, and starts irradiating said switching element with a certain delay for the contacts to commence movement; and The disconnected state can be achieved at high speed. In this way, an electric arc is generated, but the switching element will be able to be fully illuminated during a short time interval before obtaining a disconnected state. The time is long enough to deionize the gap between the contacts and prevent the electric arc from reigniting when the irradiation stops. Also, a significant advantage over the prior art is that when the device becomes conductive, the switching elements are illuminated and therefore the electromechanical switch can be closed without any transient current.
【0016】 このように本発明は、回路の開閉に対して機械的動作にだけ頼るのではなく、
およびコストが高くそして損失の大きい従来の電力用半導体部品をそれに接続し
て用いるのではなくて、機械電気スイッチとその導電率が照射により制御される
分路素子とがその代わりに用いられるという原理に基づいている。着目する動作
期間中の電気的ストレスおよび熱的ストレスから機械接点を解放するこの方法は
、非常に高速の遮断が得られるようにブレーカを構成することができることを意
味する。このスイッチング・デバイスは交流電流と直流電流との両方に対して十
分に機能するであろう。Thus, the present invention does not rely only on mechanical action for opening and closing the circuit,
And the principle that instead of using costly and lossy conventional power semiconductor components connected to it, a mechanoelectric switch and a shunt element whose conductivity is controlled by irradiation are used instead. Based on This method of relieving mechanical contacts from electrical and thermal stresses during the operating period of interest means that the breaker can be configured for very fast interruptions. This switching device will work well for both AC and DC currents.
【0017】 本発明の好ましい実施例に従い、前記機械電気スイッチは真空遮断器である。
真空遮断器を用いることはこの形式の電気スイッチング・デバイスにおいて非常
に好ましい。それは、接点の間の間隙が10μsのような非常に短い時間内に脱
イオン化することができるからである。このことは、真空遮断器の中の接点から
の金属の蒸気の中で電気アークが発火するという事実によっている。いまの場合
分路素子を閉じることにより電流が取り去られる時、金属の蒸気が流出しそして
遮断器の内壁およびそれと同等の部分に付着し、したがって間隙を通って電流を
流すイオンが存在しなくなり、そして遮断が完了する。このことは、比較的に短
い時間間隔の期間中にスイッチング素子を十分に照射しなければならないことを
意味し、したがって分路素子を制御するのに必要なエネルギは少量である。この
ことはまた、短い時間間隔の期間中だけ照射を行うことができる例えば光源のよ
うな新しい形式の照射源を用いることが可能であることを意味する。さらに、照
射源に及ぼす熱的ストレスもまた減少する。According to a preferred embodiment of the present invention, the electromechanical switch is a vacuum circuit breaker.
The use of a vacuum circuit breaker is highly preferred in this type of electrical switching device. This is because the gap between the contacts can be deionized in a very short time, such as 10 μs. This is due to the fact that the electric arc ignites in the metal vapor from the contacts in the vacuum circuit breaker. In this case, when the current is removed by closing the shunt element, the vapor of the metal escapes and adheres to the inner wall of the circuit breaker and equivalents, so that there are no more ions carrying the current through the gap, Then, the cutoff is completed. This means that the switching elements must be fully illuminated during relatively short time intervals, so that less energy is required to control the shunt elements. This also means that it is possible to use a new type of illumination source, such as a light source, which can only illuminate during short time intervals. Furthermore, the thermal stress on the irradiation source is also reduced.
【0018】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、前記デバイスは制御装置を有する。
この制御装置は、非接続になる時、最初に第1電気スイッチの接点が離れるよう
に移動するように制御することに適合しており、および第1電気スイッチの接点
がこのスイッチの閉じた位置から接点間の最大距離までの経路の少なくとも大部
分を移動した時に第1電気スイッチの接点が閉じた位置からその最大に離れた位
置にまで移動するのに必要な時間に比べて短い時間間隔の間、スイッチング素子
を照射することにより十分な導電性を有する電流路を形成するように第2電気ス
イッチを制御することに適合している。このことは、スイッチング素子を制御す
るのに必要なエネルギは少量であることを意味する。この素子に及ぼす熱的負荷
は比較的に小さいであろう。According to another preferred embodiment of the present invention, the device has a controller.
The control device is adapted to control the contacts of the first electrical switch to move away first when disconnected, and that the contacts of the first electrical switch are in the closed position of the switch. A short time interval compared to the time required for the contact of the first electrical switch to move from the closed position to its maximum distant position when traveling at least a majority of the path from the contact to the maximum distance between the contacts. Meanwhile, it is adapted to control the second electrical switch so as to form a current path having sufficient conductivity by illuminating the switching element. This means that the energy required to control the switching element is small. The thermal load on the device will be relatively small.
【0019】 すぐ前記で説明した実施例をさらに発展した本発明の好ましいまた別の実施例
に従い、接点の間の最大距離までの前記大部分は接点の間の最大距離までの経路
の主要部分である。スイッチング素子を通るバイパスを達成するために接点の移
動の期間中を長く待つことにより、前記接点の間の間隙を脱イオン化するために
スイッチング素子の短い時間間隔の照射の後、非常に高い電圧を信頼性をもって
遮断することができる。According to yet another preferred embodiment of the present invention, which further extends the embodiment just described, the majority of the path up to the maximum distance between the contacts is the major part of the path up to the maximum distance between the contacts. is there. By waiting long during the movement of the contacts to achieve a bypass through the switching element, a very high voltage is applied after a short time interval irradiation of the switching element to deionize the gap between said contacts. It can be shut off reliably.
【0020】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、第1機械スイッチの接点が離れるよ
うに移動する終端においてスイッチング素子を照射することにより、十分な導電
性を有する電流路を形成するように第2電気スイッチを制御できるよう前記制御
装置が構成されている。このことは、このデバイスにより高電圧を信頼性をもっ
て遮断するために前記照射に対して要求されるエネルギは最小限であることを意
味する。According to another preferred embodiment of the present invention, the switching element is illuminated at the end where the contacts of the first mechanical switch move away, thereby forming a current path having sufficient conductivity. The control device is configured to control the two electric switches. This means that the energy required for the irradiation in order to reliably shut off high voltages with this device is minimal.
【0021】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、前記スイッチング素子の照射時間は
、非接続になる時、第1機械スイッチの接点が閉じた位置から最大距離にまで離
れた位置に移動するのに要する時間の1/10以下であり、好ましくは1/50
以下である。このことは、機械スイッチの中にいかなる電気アークの形成も受け
入れられずそして前記接点がその閉じた位置から開放位置までの移動の全体にわ
たって十分な導電性を有する電流路によるバイパスが保持される場合に関して、
前記スイッチング素子の照射に必要なエネルギは非常に小さいことを意味する。
スイッチング素子の照射時間の長さと機械スイッチの接点が閉じた位置から最大
距離に離れた位置にまで移動するのに要する時間との間の非常に好ましい可能な
関係は、本発明の1つの好ましい実施例に従い、約10μsから1msである。According to another preferred embodiment of the present invention, the irradiation time of the switching element is such that when disconnected, the contact of the first mechanical switch moves from the closed position to a position away from the closed position by a maximum distance. Is 1/10 or less of the time required for
It is as follows. This means that the formation of any electric arc in the mechanical switch is unacceptable and the contacts are kept bypassed by a current path with sufficient conductivity throughout their movement from the closed position to the open position. About
This means that the energy required for irradiating the switching element is very small.
A very favorable possible relationship between the length of irradiation time of the switching element and the time required for the contacts of the mechanical switch to move from the closed position to the maximum distance is one preferred implementation of the present invention. According to the example, it is about 10 μs to 1 ms.
【0022】 本発明の好ましい実施例に従い、価電子帯と伝導帯との間のエネルギ・ギャッ
プが少なくとも2.5eVである材料で作成された少なくとも1個の層をスイッ
チング素子が有する。このような「バンド・ギャップの大きい材料」に適合して
いるのは例えばSiC、ダイヤモンド、AlN、GaNおよびBNである。特に
、SiCまたはダイヤモンドで作成されたこのようなスイッチング素子は、これ
らの材料の特性により、この形式の電気スイッチング・デバイスに非常に好まし
い。これらの2つの材料はいずれも非常に高いブレークダウン電圧を有し、した
がってこのようなスイッチング素子は、照射されていない時、従来において用い
られた半導体材料で作成されたこのようなスイッチング素子よりも大幅に高い電
圧を保持することができる。このことは、非常に高い電圧を保持するために従来
の材料のこのようなスイッチング素子を用いるよりも、直列接続された複数個の
このようなスイッチング素子または直列接続された少数個のこのようなスイッチ
ング素子を通常は必要とするであろう電圧を、1個のこのようなスイッチング素
子が保持することができることを意味する。さらに、SiCとダイヤモンドはい
ずれも1000Kまでの非常に高い温度で安定である。大電力を処理しなければ
ない時、このことは非常に有用である。According to a preferred embodiment of the present invention, the switching element has at least one layer made of a material having an energy gap between the valence band and the conduction band of at least 2.5 eV. Suitable for such “large band gap material” are, for example, SiC, diamond, AlN, GaN and BN. In particular, such switching elements made of SiC or diamond are highly preferred for this type of electrical switching device due to the properties of these materials. Both of these two materials have a very high breakdown voltage, and therefore such switching elements, when not illuminated, are better than such switching elements made of conventionally used semiconductor materials. A significantly higher voltage can be maintained. This is more than using such switching elements of conventional materials to hold very high voltages, or a plurality of such switching elements connected in series or a small number of such switching elements connected in series. This means that one such switching element can hold the voltage that would normally require the switching element. Furthermore, both SiC and diamond are stable at very high temperatures up to 1000K. This is very useful when high power must be handled.
【0023】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、スイッチング素子は光導電素子であ
る。このスイッチング素子を制御することは容易である。According to another preferred embodiment of the present invention, the switching element is a photoconductive element. It is easy to control this switching element.
【0024】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、前記第2電気スイッチは直列に接続
された複数個の前記スイッチング素子を有する。このことは、このデバイスは非
常に高い電圧を遮断する時、十分に機能することを意味する。According to still another preferred embodiment of the present invention, the second electric switch has a plurality of the switching elements connected in series. This means that the device works well when interrupting very high voltages.
【0025】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、このデバイスは、直列に接続され、
かつそれらと並列に接続された第2の電気スイッチを有する最初に述べた複数個
の高速機械電気スイッチを有する。このようなデバイスは非常に大きな電力を処
理するのに用いることができ、そしてその場合、高速機械電気スイッチはこのデ
バイスの第2電気スイッチと共に同時に制御されることが好ましい。According to another preferred embodiment of the present invention, the devices are connected in series,
And a plurality of high-speed mechanical electrical switches as described above with a second electrical switch connected in parallel with them. Such a device can be used to handle very high power, in which case the high-speed mechanical electrical switch is preferably controlled simultaneously with the second electrical switch of the device.
【0026】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、少なくとも1個のバリスタが第1電
気スイッチおよびスイッチング素子と並列に接続される。誘導性の負荷を遮断す
る時に発生するであろう過大電圧は前記バリスタの中に電流を誘起し、そしてこ
のバリスタの中で磁気エネルギが吸収される。したがって、遮断された回路の中
に蓄えられることが可能な磁気エネルギを吸収するのに、バリスタが用いられる
。According to another preferred embodiment of the present invention, at least one varistor is connected in parallel with the first electric switch and the switching element. Excessive voltage that would occur when interrupting an inductive load induces current in the varistor, where magnetic energy is absorbed. Thus, varistors are used to absorb magnetic energy that can be stored in a disconnected circuit.
【0027】 本発明の好ましいまた別の実施例に従い、前記で説明した本発明のいづれかの
実施例に従う電気スイッチング・デバイスを用いて、電力プラントの中に含まれ
る電力ネットワークまたは他の装置に又はこれらから、それぞれ電力プラントの
中の対象体を接続および非接続を行うことができる。これは、この形式の電気ス
イッチング・デバイスの好ましい利用法である。それは、対象体を高速に接続す
るおよび非接続にする問題点がそこでは特に強調されているからである。According to another preferred embodiment of the present invention, the electrical switching device according to any of the embodiments of the present invention described above is used to or in a power network or other equipment included in a power plant. Therefore, it is possible to connect and disconnect the objects in the power plant. This is the preferred use of this type of electrical switching device. This is because the problem of fast connecting and disconnecting objects is particularly emphasized there.
【0028】 本発明により、高速機械電気スイッチの手段により、負荷の電気的非接続を実
行する方法、特に大電力の非接続を実行する方法が得られる。ここでは、第1機
械電気スイッチに並列に接続されそして照射光源とこの照射に敏感なスイッチン
グ素子とを有する第2電気スイッチは、第1電気スイッチの接点が閉じた位置か
ら最大距離に離れた位置までの経路の大部分を移動した後、照射光源によりそれ
が照射されることにより第1電気スイッチをバイパスする十分な導電性を有する
電流路を形成する。したがってこの時、スイッチング素子は絶縁体状態から導電
体状態に進み、そして前記スイッチング素子の導電体状態の期間中に第1電気ス
イッチが脱イオン化される。この方法は、可能な照射光源と、前記で説明したそ
の照射によりスイッチング素子を適切に制御するのに必要なエネルギが少ないこ
ととに関して、前記で説明した利点を有する。According to the present invention, there is provided a method of performing an electrical disconnection of a load, in particular of a high power disconnection, by means of a high speed mechanical electrical switch. Here, a second electrical switch connected in parallel with the first electromechanical switch and having an illumination light source and a switching element sensitive to this illumination is located at a maximum distance from the closed position of the contacts of the first electrical switch. After traveling most of the way up, it is illuminated by the illumination light source to form a current path with sufficient conductivity to bypass the first electrical switch. Thus, at this time, the switching element goes from the insulator state to the conductor state, and the first electrical switch is deionized during the conductor state of the switching element. This method has the advantages described above in terms of possible illumination sources and the low energy required to properly control the switching element by its illumination as described above.
【0029】 本発明のこの他の利点および好ましい特徴は、下記説明およびその他の請求項
から容易に理解される。[0029] Other advantages and preferred features of the invention will be readily apparent from the following description and other claims.
【0030】 下記において添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を例として取
り上げて詳細に説明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【0031】 (本発明の好ましい実施例の詳細な説明) 図1は、本発明の好ましい第1実施例に従う電気スイッチング・デバイス1の
概要図である。このデバイスは、発電装置のようなスイッチされる対象体2を有
する電力プラントの中に配置される。この対象体は、線路3を通して、外部電力
供給ネットワーク4に接続される。この電気スイッチング・デバイスは、対象体
にスイッチングを行うために配置される、すなわち対象体2と電力ネットワーク
4とを接続または非接続にするために配置される。けれども、対象体の前記スイ
ッチングは電力プラントの他のすべての部分に対して行うことができることを強
調しておく。ネットワークに対して対象体2を非接続にすることは、ネットワー
クまたは装置からの故障電流に対して対象体を保護する、または対象体に向かう
大きな故障電流により生ずる電圧および動作の乱れに対してネットワーク/装置
を保護するの両方のために行うことができる。FIG. 1 is a schematic diagram of an electrical switching device 1 according to a first preferred embodiment of the present invention. This device is arranged in a power plant having a switched object 2 such as a generator. This object is connected to an external power supply network 4 via a line 3. This electrical switching device is arranged for switching to the object, ie for connecting or disconnecting the object 2 and the power network 4. However, it is emphasized that said switching of the object can be performed for all other parts of the power plant. Disconnecting the object 2 from the network protects the object against fault currents from the network or devices, or protects the network against voltage and operation disturbances caused by large fault currents towards the object. / Can be done both to protect the device.
【0032】 このスイッチング・デバイスは、2個の接点を備えた高速機械スイッチの形式
の第1電気スイッチ5を有する。この第1電気スイッチ5の2個の接点は、この
スイッチを閉じるように相互に接触するおよび相互に離れる方向に移動するよう
に制御される。この機械スイッチはこの場合は、スイッチの接点が離れる際その
間に発生する電気アークが消滅した後、高速に脱イオン化することができるスイ
ッチである。そしてこのスイッチは、この実施例では真空遮断器であることがで
きる。第1電気スイッチ5と並列に第2電気スイッチ6が接続される。の第2電
気スイッチ6は、光導電素子7の形式のスイッチング素子を有する。第2電気ス
イッチはまた、素子7を照射することに適合した照射光源8を備えている。照射
光源8は素子7を照射している間、素子7を導電状態にする。スイッチング素子
7に対する照射が止むとすぐに、このスイッチング素子は「開放」状態になり、
したがって非導電の阻止状態になるであろう。したがってこのスイッチング素子
は、前記素子から電気的に分離された装置である照射光源により制御される。This switching device has a first electrical switch 5 in the form of a high-speed mechanical switch with two contacts. The two contacts of the first electrical switch 5 are controlled to contact each other to close the switch and to move away from each other. In this case, the mechanical switch is a switch that can be rapidly deionized after the electric arc generated during the separation of the contact of the switch is extinguished. And this switch can be a vacuum circuit breaker in this embodiment. A second electric switch 6 is connected in parallel with the first electric switch 5. The second electrical switch 6 has a switching element in the form of a photoconductive element 7. The second electrical switch also comprises an illumination light source 8 adapted to illuminate the element 7. The irradiation light source 8 makes the element 7 conductive while irradiating the element 7. As soon as the illumination of the switching element 7 stops, this switching element is in the "open" state,
Thus, a non-conductive blocking state will result. The switching element is therefore controlled by an illumination light source, which is a device electrically isolated from said element.
【0033】 さらにこのデバイスは、光源8および機械スイッチ5を制御するのに適合した
制御ユニット9を有する。このユニットはセンサ10に接続される。センサ10
は、線路3に過大電流が現れたことを指示するパラメータを検出するのに適合し
ている。Furthermore, the device has a control unit 9 adapted to control the light source 8 and the mechanical switch 5. This unit is connected to the sensor 10. Sensor 10
Are suitable for detecting a parameter indicating that an overcurrent has appeared on the line 3.
【0034】 機械スイッチ5と並列にバリスタ11が接続される。バリスタ11の機能は下
記で詳細に説明されるであろう。A varistor 11 is connected in parallel with the mechanical switch 5. The function of the varistor 11 will be explained in detail below.
【0035】 この電気スイッチング・デバイスは従来の回路ブレーカに比べて非常に高速に
動作する。このことは、線路3の中の故障電流がその最高レベルにまで上昇しな
いことを意味する。整流回路を適切に設計することにより、整流回路のインダク
タンスおよび整流時間を可能な限り小さくすることがまた好ましい。This electrical switching device operates much faster than a conventional circuit breaker. This means that the fault current in the line 3 does not rise to its highest level. It is also preferred that the inductance and the rectification time of the rectification circuit be minimized by appropriately designing the rectification circuit.
【0036】 図3〜図7は、過大電流がセンサ10により検出される時および制御ユニット
9がこのスイッチング・デバイスを制御して対象体2をネットワーク/装置4か
ら非接続にする時に何が起こるかを示した図である。過大電流の検出のための時
刻に対応する時刻t1において、真空遮断器が接点を分離することを開始するよ うに制御される。これらの接点は、2個の接点の間の距離を示す図3の直線に従
って離れるように移動する。このようにして時刻t2に、接点が最大距離にまで 離れた位置に到達する。時刻t2は時刻t1よりも約1ms後であるであろう。図
5は、分離が開始した時刻(t1)の後もまた、真空遮断器の接点の間で電流I1 (図2をまた見よ)が電気アークの形式でどのように流れ続けるかを示している
。時刻t3に光源8が制御されてスイッチング素子7の照射を開始する。時刻t3 では、真空遮断器の接点は接点間の最大距離x1までの経路の大部分を移動して いる。いまの場合、t3は、接点が離れる移動の終点のすぐ近くにある、すなわ ちこの移動の最後の10μsの期間内にある。図4は、前記照射の結果としてス
イッチング素子の導電率σがどのように変化するかを示した図である。図6は、
スイッチング素子7を流れる電流I2が時間と共にどのように変化するかを示し た図である。スイッチング素子7は、10μsのような短い時間間隔の間だけ照
射される。この時に、ネットワーク/装置4に対する対象体の非接続が完了する
であろう。図7は、バリスタ11を流れる電流I3が時間と共にどのように変化 するかを示した図である。図に示されているように、スイッチング素子の照射が
止んだ後の短い時間間隔の間、バリスタは伝導状態にあり、そしてI3 が消滅
した時に遮断が完了する。FIGS. 3 to 7 show what happens when an overcurrent is detected by the sensor 10 and when the control unit 9 controls this switching device to disconnect the object 2 from the network / device 4. FIG. At time t 1 corresponding to the time for the detection of excessive current, is by controlled so starts the vacuum circuit breaker to separate the contacts. These contacts move apart according to the straight line in FIG. 3, which shows the distance between the two contacts. In this way, at time t 2 , the contact reaches a position separated to the maximum distance. Time t 2 will be about 1 ms after time t 1 . FIG. 5 shows how the current I 1 (see also FIG. 2) continues to flow in the form of an electric arc between the contacts of the vacuum circuit breaker, also after the time (t 1 ) when the separation starts. ing. At time t 3 , the light source 8 is controlled to start irradiation of the switching element 7. At time t 3, the contacts of the vacuum circuit breaker is moving most of the route to the maximum distance x 1 between the contacts. In the present case, t 3 is in the immediate vicinity of the end point of the movement leaving the contact, ie within the last 10 μs of this movement. FIG. 4 is a diagram showing how the conductivity σ of the switching element changes as a result of the irradiation. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing how a current I 2 flowing through a switching element 7 changes with time. The switching element 7 is illuminated only during short time intervals, such as 10 μs. At this time, the disconnection of the object from the network / device 4 will be completed. Figure 7 is a diagram current I 3 flowing through the varistor 11 shows how the changes with time. As shown, the varistor is in a conductive state for a short period of time after the illumination of the switching element has ceased, and the shutoff is complete when I3 has disappeared.
【0037】 並列に接続された2個の電気スイッチをこのように制御する結果は下記の通り
である。真空遮断器5の接点が離れるように移動を開始する時、これらの接点の
間の間隙に電気アークが形成される。照射光源8が時刻t3 にスイッチング素
子7の照射を開始する時、真空遮断器をバイパスする十分な導電性を有する電流
路が形成され、したがって電流はスイッチング素子を通って代わって流れるであ
ろう。このことは、真空遮断器の中の電気アークが消滅しそしてその接点の間の
間隙が高速に脱イオン化されることを意味する。すなわち、接点の近傍で電気ア
ークから生ずる金属蒸気が消滅しそして真空遮断器の内壁に付着するとすぐに、
その内部が真空になることを意味する。このことは、10μsの程度の短い時間
間隔の間に達成されるであろう。スイッチング素子7の照射が止む時、スイッチ
ング素子7(分路素子)の中で電流路の電気的遮断が起こり、そしてその後、真
空遮断器の接点の間の間隙に電流が戻ることはないであろう。それは、この間隙
の中は完全な真空であるからである。そして、遮断すなわち非接続が完了するで
あろう。このことは、非接続工程の期間中の電気的または熱的なストレスの大部
分がスイッチング素子7により引き受けられるであろうことを意味する。残って
いる可能性のある磁気エネルギはバリスタ11の中に吸収される。したがって、
電気アークが電気機械スイッチの中に形成されることを許容することができ、そ
してなお、このスイッチング・デバイスにより非常に高速の非接続を得ることが
できる。それは、電気アークの消滅の後に急速に脱イオン化が可能な機械電気ス
イッチが用いられ、したがって間隙を脱イオン化しそして遮断を完了するための
短い時間間隔の間に、デバイスを流れる電流を光導電スイッチング素子に転ずる
ことが十分にできるからである。このことは、間隙の間に例えば空気がある従来
のスイッチでは可能ではないであろう。それは、その場合には機械スイッチから
電流を除去するのに、間隙の中のプラズマが冷却するような長い時間が必要であ
ろうからである。このプラズマが冷却するにはかなりの時間を要するであろう。
スイッチング素子7の照射により非接続を得るのに必要な時間間隔が短いことは
大きな利点である。それは、このことが照射光源8を制御するのに少量のエネル
ギが要求されることを意味するからである。このことはまた、照射光源に作用す
る熱ストレスが減少することを意味し、そして短い時間間隔の間だけ照射するこ
とができる新しいタイプの照射光源を用いることができることを意味する。この
ことはまた、付加的なコストが節約できることを意味する。The result of controlling two electrical switches connected in parallel in this way is as follows. When the contacts of the vacuum circuit breaker 5 begin to move apart, an electric arc is formed in the gap between these contacts. When the illumination light source 8 starts illuminating the switching element 7 at time t3, a current path having sufficient conductivity is formed which bypasses the vacuum circuit breaker, so that the current will flow through the switching element instead. This means that the electric arc in the vacuum circuit breaker is extinguished and the gap between its contacts is rapidly deionized. That is, as soon as the metal vapor resulting from the electric arc disappears near the contacts and adheres to the inner wall of the vacuum circuit breaker,
It means that the inside becomes vacuum. This will be achieved during time intervals as short as 10 μs. When the illumination of the switching element 7 stops, an electrical interruption of the current path takes place in the switching element 7 (shunt element), and then no current returns to the gap between the contacts of the vacuum circuit breaker. Would. This is because there is a complete vacuum in this gap. Then the shutdown or disconnection will be completed. This means that the majority of the electrical or thermal stress during the disconnection process will be assumed by the switching element 7. Any remaining magnetic energy is absorbed into the varistor 11. Therefore,
An electric arc can be allowed to form in the electromechanical switch, and yet a very fast disconnection can be obtained with this switching device. It uses a electromechanical switch that can quickly deionize after the extinction of the electric arc, thus photoconductive switching the current through the device during a short time interval to deionize the gap and complete the shutoff. This is because the element can be sufficiently turned into an element. This would not be possible with conventional switches where there is air between the gaps, for example. This is because removing the current from the mechanical switch would then require a long time to cool the plasma in the gap. This plasma will take a considerable amount of time to cool.
It is a great advantage that the time interval required to obtain a disconnection by illuminating the switching element 7 is short. This is because this means that a small amount of energy is required to control the illumination light source 8. This also means that the thermal stress acting on the illumination source is reduced, and that a new type of illumination source can be used that can only be illuminated for a short time interval. This also means that additional costs can be saved.
【0038】 図8は、その脱イオン化の後に電気アークが再点火することなく、間隙の両端
に戻ってくる最大電圧Uが2個の接点の間の距離xによりどのように変化するか
を示した図である。ここで、aは空気の間隙の場合、bはSF6の間隙の場合、 cは真空遮断器の場合のように真空の間隙の場合である。図8から分かるように
、接点が離れるように移動を開始する際、間隙が耐えるこの電圧は真空の間隙の
場合に最も急速に増大する。他方このことは、この電圧が空気またはSF6の場 合よりも速く受入れ可能なレベルを有するであろうことを意味し、したがって過
大電流の検出に対する時点に近い時刻t2に遮断を得ることが可能である。した がって、そのマイナスの影響はすべて低減される。FIG. 8 shows how the maximum voltage U returning across the gap varies with the distance x between the two contacts without the electric arc reigniting after its deionization. FIG. Here, a is the case of the gap of the air, b in the case of gap SF 6, c is the case for the vacuum gap as in the case of the vacuum circuit breaker. As can be seen from FIG. 8, as the contacts begin to move away, this voltage that the gap withstands increases most rapidly with a vacuum gap. On the other hand this is, that this voltage means that will have a fast acceptable level than if air or SF 6, thus obtaining a cut-off at time t 2 close to the time for the detection of excessive current It is possible. Therefore, all its negative effects are reduced.
【0039】 図10は、本発明の好ましい第2実施例に従う電気スイッチング・デバイスの
一部分の概要図である。この実施例は図1および図2に示された実施例に比べて
、1個の機械スイッチ5と並列に、直列接続された2個のスイッチング素子7、
7′が配置されている点が異なる。これらのスイッチング素子のおのおのに1個
の照射光源8、8′が配置される。このことは、これらのスイッチング素子のブ
レークダウン電圧がこのスイッチング・デバイスが高電圧を保持する性能を制限
しないであろうことを意味する。もちろん、高電圧を保持する性能を改良するた
めに、必要な数のスイッチング素子を直列に接続することが可能である。磁気エ
ネルギを吸収するために、および非接続の際に平等に発生する電力および電圧を
2個のスイッチング素子7、7′が分担することが確実に得られるために、スイ
ッチング素子のおのおのの両端にRC回路11′が接続されることが好ましい。
このRC回路はまたバリスタで置き換えることもできる。スイッチング素子7と
ネットワーク/装置4との間に非接続器を配置することができること、および非
接続の状態においてスイッチング素子からの電気的な分離を達成するためにネッ
トワーク/装置から対象体2を非接続にした後、1個または複数個のスイッチン
グ素子からネットワーク/装置4を非接続にするように非接続器を制御すること
ができることを断っておく。FIG. 10 is a schematic diagram of a part of an electric switching device according to a second preferred embodiment of the present invention. This embodiment differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that two switching elements 7, connected in series, in parallel with one mechanical switch 5,
7 'is different. One illumination light source 8, 8 'is arranged for each of these switching elements. This means that the breakdown voltage of these switching elements will not limit the ability of the switching device to hold high voltages. Of course, it is possible to connect the required number of switching elements in series in order to improve the performance of holding a high voltage. In order to absorb magnetic energy and to ensure that the two switching elements 7, 7 'share equally generated power and voltage when disconnected, both ends of each switching element Preferably, an RC circuit 11 'is connected.
This RC circuit can also be replaced by a varistor. A disconnector can be placed between the switching element 7 and the network / device 4 and the object 2 can be disconnected from the network / device in order to achieve electrical isolation from the switching element in the disconnected state. Note that after making the connection, the disconnector can be controlled to disconnect the network / device 4 from one or more switching elements.
【0040】 図11は、本発明のまた別の好ましい実施例の一部分の概要図である。この場
合には、2個の機械的電気スイッチ5、5′が直列に接続され、そして1個のス
イッチング素子7がこれらの機械スイッチの両端に接続される。スイッチング素
子の材料が真性ダイヤモンドを用いた場合のように非常に高いブレークダウン電
圧を有している時、したがってこのスイッチング素子により非常に高い電圧を保
持することができる時、この実施例は興味深い実施例である。FIG. 11 is a schematic diagram of a portion of another preferred embodiment of the present invention. In this case, two mechanical electrical switches 5, 5 'are connected in series, and one switching element 7 is connected across these mechanical switches. This embodiment is an interesting implementation when the material of the switching element has a very high breakdown voltage, as in the case of using intrinsic diamond, and therefore can hold a very high voltage with this switching element. It is an example.
【0041】 図12は、本発明のさらに別の好ましい実施例の一部分の概要図である。この
実施例は、2個のスイッチング素子7、7′を照射するのに1個の照射光源8が
用いられている点が図10に示された実施例と異なる。もちろん、1個の照射光
源を配置して3個以上のスイッチング素子を照射することも可能である。FIG. 12 is a schematic diagram of a portion of yet another preferred embodiment of the present invention. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 10 in that one irradiation light source 8 is used to irradiate two switching elements 7, 7 '. Of course, it is also possible to arrange one irradiation light source to irradiate three or more switching elements.
【0042】 図13は、本発明のまたさらに別の好ましい実施例の一部分の概要図である。
この場合には、2個の機械的電気スイッチ5、5′が直列に接続され、そして機
械スイッチのおのおのの両端に2個のスイッチング素子7、7′が接続される。
したがって、このデバイスはさらに高い電圧を処理するのに適切である。FIG. 13 is a schematic diagram of a portion of yet another preferred embodiment of the present invention.
In this case, two mechanical electrical switches 5, 5 'are connected in series, and two switching elements 7, 7' are connected across each of the mechanical switches.
Therefore, this device is suitable for handling higher voltages.
【0043】 個々のスイッチング素子のスイッチング特性は用いられる材料によって変わる
ことに注目しなければならない。したがって、これらのスイッチにSiC、真性
ダイヤモンド、AlN、GaNまたはBNのような「バンドギャップの大きい材
料」を用いることにより、非常に高い電圧、例えば10kVの領域またはさらに
高い電圧、を保持することができるスイッチが得られるであろうことに注目され
たい。したがって、直列に接続されるスイッチング素子の数およびそれらを制御
する装置の複雑さおよびそのコストを減少させることができる。このようなスイ
ッチング素子の材料として、Siをまた用いることができる。It should be noted that the switching characteristics of the individual switching elements depend on the material used. Thus, by using "large bandgap materials" such as SiC, intrinsic diamond, AlN, GaN or BN for these switches, it is possible to maintain very high voltages, for example in the region of 10 kV or even higher. Note that a possible switch will be obtained. Therefore, the number of switching elements connected in series and the complexity of the device for controlling them and the cost thereof can be reduced. Si can also be used as a material for such a switching element.
【0044】 本発明は前記で説明した好ましい実施例にもちろん限定されるわけではなく、
請求項に記載された本発明の基本的概念の範囲内において、多くの変更実施例が
可能であることは当業者には容易に理解されるであろう。The invention is of course not limited to the preferred embodiments described above,
It will be readily apparent to those skilled in the art that many modifications are possible within the scope of the basic concept of the invention as set forth in the appended claims.
【0045】 スイッチング素子、機械スイッチその他の数は、もちろん任意に変えることが
できる。The number of switching elements, mechanical switches and others can of course be varied arbitrarily.
【0046】 照射光源は、例えば可視光線、UV光線、IR光線、または(例えばレーザか
らの)任意の形式のコヒーレント光線、電子ビーム、イオン・ビーム、x線など
を用いた任意の形式の光源であることができる。The illumination source may be any type of light source, for example, using visible light, UV light, IR light, or any form of coherent light (eg, from a laser), electron beam, ion beam, x-ray, etc. There can be.
【0047】 最後に、本発明によるスイッチング・デバイスは過大電流を遮断するのに用い
られるだけではなく、また正常動作状態における電流路を遮断および設定するの
にも用いることができる。Finally, the switching device according to the invention can be used not only to interrupt excessive currents, but also to interrupt and set current paths in normal operating conditions.
【図1】 本発明の好ましい第1実施例に従う電気スイッチング・デバイスの最も本質的
な部分の概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram of the most essential parts of an electrical switching device according to a first preferred embodiment of the present invention.
【図2】 図3〜図9に関連して本発明に従うスイッチング・デバイスの機能を説明する
ために用いられた図1に従うスイッチング・デバイスの一部分の概要図である。2 is a schematic diagram of a portion of the switching device according to FIG. 1 used to explain the function of the switching device according to the present invention in connection with FIGS. 3 to 9;
【図3】 図1に従う電気スイッチング・デバイスが非接続になる時、該電気スイッチン
グ・デバイスの機械的電気スイッチ中の2個の接点の間の距離xを時間の関数と
して示した図である。FIG. 3 shows the distance x between two contacts in a mechanical electrical switch of the electrical switching device as a function of time when the electrical switching device according to FIG. 1 is disconnected.
【図4】 電気スイッチング・デバイスが負荷を非接続にする時、図1に従うデバイスの
中の光導電スイッチング素子の導電率を時間の関数として示した図である。FIG. 4 shows the conductivity of the photoconductive switching element in the device according to FIG. 1 as a function of time when the electrical switching device disconnects the load.
【図5】 電気スイッチング・デバイスが負荷を非接続にする時、図1に従うデバイスの
機械的電気スイッチを流れる電流I1を時間の関数として示した図である。FIG. 5 shows the current I 1 through the mechanical electrical switch of the device according to FIG. 1 as a function of time when the electrical switching device disconnects the load.
【図6】 電気スイッチング・デバイスが負荷を非接続にする時、図1に従うデバイスの
スイッチング素子を流れる電流I2を時間の関数として示した図である。FIG. 6 shows the current I 2 flowing through the switching element of the device according to FIG. 1 as a function of time when the electrical switching device disconnects the load.
【図7】 電気スイッチング・デバイスが負荷を非接続にする時、図1に従うデバイスの
バリスタを流れる電流I3を時間の関数として示した図である。FIG. 7 shows the current I 3 flowing through the varistor of the device according to FIG. 1 as a function of time when the electrical switching device disconnects the load.
【図8】 異なる環境の中にある接点に対して、電気機械スイッチが耐えることができる
戻り電圧をその接点の間の距離の関数として示した図である。FIG. 8 shows the return voltage that an electromechanical switch can withstand for contacts in different environments as a function of the distance between the contacts.
【図9】 真空遮断器が閉じた状態から開放された状態に進む時および遮断器が接点の間
の間隙にまた別の媒体を有する時、電気機械スイッチの遮断を危険にさらすこと
なく受入れ可能な戻り電圧の変化を時間の関数として示した図である。FIG. 9: Acceptable without jeopardizing interruption of the electromechanical switch when the vacuum circuit breaker goes from the closed state to the open state and when the circuit breaker has another medium in the gap between the contacts FIG. 5 is a diagram showing a change in return voltage as a function of time.
【図10】 本発明の第2実施例に従う電気スイッチング・デバイスの概要図である。FIG. 10 is a schematic diagram of an electric switching device according to a second embodiment of the present invention.
【図11】 本発明の第3実施例に従う電気スイッチング・デバイスの概要図である。FIG. 11 is a schematic diagram of an electric switching device according to a third embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の第4実施例に従う電気スイッチング・デバイスの概要図である。FIG. 12 is a schematic diagram of an electric switching device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図13】 本発明の第5実施例に従う電気スイッチング・デバイスの概要図である。FIG. 13 is a schematic diagram of an electric switching device according to a fifth embodiment of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,L U,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO ,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG, SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,U G,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ミン、パン スウェーデン国 ウプサラ、バクタルガタ ン 40 ビー Fターム(参考) 5G004 AA01 AB01 BA03 BA04 DA01 DA05 DC09 5G028 AA22 FB06 FB08 FC02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG , KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Min, Pan Uppsala, Sweden 40 Bakhtargatan Bee F Term (Reference) 5G004 AA01 AB01 BA03 BA04 DA01 DA05 DC09 5G028 AA22 FB06 FB08 FC02
Claims (25)
バイスであって、第2の電気スイッチ(6)が第1の電気スイッチである前記高
速機械電気スイッチ(5)に並列に接続されることと、前記第2の電気スイッチ
が照射光源(8)と、該照射光源によりそれが照射されると前記第1の電気スイ
ッチをバイパスする十分な導電性を有する電流路を生ずるがしかしそれが照射さ
れない時には電気的に絶縁体の状態であるようになされた少なくとも1個のスイ
ッチング素子(7)とを有することと、前記高速機械電気スイッチ(5)が、機
械スイッチの接点が離れる際にそれらの間に生ずる電気アークが消滅した後に急
速に脱イオン化することができるスイッチであることとを特徴とする、電気スイ
ッチング・デバイス。1. An electrical switching device comprising a high-speed mechanical electrical switch (5), wherein a second electrical switch (6) is connected in parallel to said first electrical switch, said high-speed mechanical electrical switch (5). That said second electrical switch produces an illuminating light source (8) and a current path having sufficient conductivity to bypass said first electrical switch when illuminated by said illuminating light source, Having at least one switching element (7) adapted to be in an electrically insulating state when it is not illuminated; and wherein the high-speed electromechanical switch (5) is adapted to operate when the contacts of the mechanical switch leave. Electrical switching device, characterized in that the switch is capable of being rapidly deionized after the electric arc between them has extinguished.
ッチ(5)が真空遮断器であることを特徴とするデバイス。2. Device according to claim 1, wherein said electromechanical switch (5) is a vacuum circuit breaker.
御ユニット(9)を有し、該制御ユニットは、前記機械電気スイッチが非接続に
なる時、前記第1の電気スイッチ(5)の接点が離れる方向に移動するように最
初に制御し、そして前記第1のスイッチの接点が閉じた位置から最大に離れた距
離までの少なくとも大部分を移動した時、前記スイッチング素子(7)が照射さ
れることにより前記第1の電気スイッチの接点がその閉じた位置から最大距離に
離れた位置にまで移動するのに必要な時間に比べて短い時間間隔の間に十分な導
電性を有する前記電流路を形成するように前記第2の電気スイッチ(6)を制御
するようになされたものであることを特徴とするデバイス。3. The device according to claim 1, further comprising a control unit (9), wherein the first electrical switch is provided when the mechanical electrical switch is disconnected. (5) initially controlling the contacts to move in a direction away from each other, and when the contacts of the first switch have moved at least most of a distance from a closed position to a maximum distance, the switching element ( 7) sufficient electrical conductivity for a short time interval compared to the time required for the contact of the first electrical switch to move from its closed position to a position at a maximum distance by being illuminated. A device adapted to control said second electrical switch (6) to form said current path having:
路の前記大部分が、前記接点間の最大に離れた距離の経路の主要部分であること
を特徴とする前記デバイス。4. The device of claim 3, wherein the majority of the travel distance path is a major portion of a maximum distance path between the contacts.
(9)が、前記第1の機械スイッチの接点が離れるように移動した終端において
前記スイッチング素子(7)が照射されることにより十分な導電性を有する電流
路が形成されるように前記第2の電気スイッチ(6)を制御するようになされて
いることを特徴とするデバイス。5. The device as claimed in claim 4, wherein the control unit (9) illuminates the switching element (7) at the end where the contacts of the first mechanical switch have moved away. Controlling the second electrical switch (6) such that a current path having sufficient conductivity is formed.
て、非接続になる時に前記スイッチング素子(7)の照射時間が前記第1の機械
スイッチ(5)の接点が閉じた位置から最大に離れた位置にまで完全に移動する
のに要する時間の1/10よりも短い時間、好ましくは1/50よりも短い時間
、であることを特徴とするデバイス。6. The device according to claim 3, wherein the irradiation time of the switching element is closed when the connection of the first mechanical switch is closed. A time that is less than 1/10, preferably less than 1/50 of the time required to completely move from the left position to the position farthest away.
て、接点が閉じた位置から最大に離れた位置にまで前記第1のスイッチ(5)が
完全に移動するのに約1msを必要とすることと、十分な導電性を有する前記電
流路を形成するために前記スイッチング素子(7)を照射する時間の長さが10
μsの範囲内にあることとを特徴とするデバイス。7. The device according to claim 3, wherein the first switch (5) is completely moved from a closed position to a position farthest away from the closed position. Requires about 1 ms, and the length of time for irradiating the switching element (7) to form the current path having sufficient conductivity is 10 minutes.
in the range of μs.
て、前記スイッチング素子(7)が、価電子帯と伝導帯との間のエネルギ・ギャ
ップが少なくとも2.5eVである材料で作成された少なくとも1つの層を有す
る半導体デバイスであることを特徴とするデバイス。8. The device according to claim 1, wherein the switching element has an energy gap between a valence band and a conduction band of at least 2.5 eV. A device comprising a semiconductor device having at least one layer made of a material.
素子(7)がSiCで作成された少なくとも1つの層を有する半導体デバイスで
あることを特徴とするデバイス。9. Device according to claim 8, wherein the switching element (7) is a semiconductor device having at least one layer made of SiC.
グ素子(7)がダイヤモンドで作成された少なくとも1つの層を有する半導体デ
バイスであることを特徴とするデバイス。10. Device according to claim 8, wherein the switching element (7) is a semiconductor device having at least one layer made of diamond.
おいて、前記スイッチング素子(7)が光導電素子であることを特徴とするデバ
イス。11. Device according to claim 1, wherein the switching element (7) is a photoconductive element.
おいて、前記第2の電気スイッチ(6)が、直列に接続された複数個の前記スイ
ッチング素子(7、7′)を有することを特徴とするデバイス。12. The device according to claim 1, wherein the second electrical switch (6) comprises a plurality of the switching elements (7, 7 ') connected in series. A device comprising:
おいて、前記第1の電気スイッチが、直列に接続された複数個の高速機械電気ス
イッチ(5、5′)を有することと、該高速機械電気スイッチ(5、5′)のお
のおのが、それらと並列に接続された第2の電気スイッチを有することとを特徴
とするデバイス。13. Device according to claim 1, wherein the first electrical switch comprises a plurality of high-speed mechanical electrical switches (5, 5 ′) connected in series. And each of said high speed mechanical electrical switches (5, 5 ') has a second electrical switch connected in parallel with them.
おいて、前記第1電気スイッチが、直列に接続された複数個の高速機械電気スイ
ッチ(5、5′)を有することと、該高速機械電気スイッチ(5、5′)が、そ
れらと並列に接続された少なくとも1個の第2の電気スイッチを有することとを
特徴とするデバイス。14. The device according to claim 1, wherein said first electrical switch comprises a plurality of high-speed mechanical electrical switches (5, 5 ') connected in series. And the high speed mechanical electrical switch (5, 5 ') has at least one second electrical switch connected in parallel with them.
おいて、前記デバイスが非接続になる際に発生する可能性のある磁気エネルギを
吸収するための少なくとも1個の装置(11)が前記第1の電気スイッチ(5)
および前記スイッチング素子(7)と並列に接続されることを特徴とするデバイ
ス。15. The device according to claim 1, wherein at least one device for absorbing magnetic energy that may be generated when the device is disconnected. 11) is the first electric switch (5).
And a device connected in parallel with the switching element (7).
を吸収するための前記装置がバリスタ(11)であることを特徴とするデバイス
。16. The device according to claim 15, wherein the device for absorbing magnetic energy is a varistor (11).
を吸収するための前記装置がRC回路であることを特徴とするデバイス。17. The device according to claim 15, wherein the device for absorbing magnetic energy is an RC circuit.
おいて、前記スイッチング素子(7)および前記照射装置(8)が電気的に相互
に分離されていることを特徴とするデバイス。18. The device according to claim 1, wherein the switching element (7) and the irradiation device (8) are electrically separated from one another. device.
おいて、1個以上のスイッチング素子(7、7′)を照射するようになされた1
個の照射光源(8)を有することを特徴とするデバイス。19. The device according to claim 1, wherein one or more switching elements (7, 7 ') are illuminated.
A device comprising a plurality of illumination light sources (8).
おいて、制御ユニット(9)が前記第1の電気スイッチおよび前記第2の電気ス
イッチに接続されそれにより該制御ユニットに到達する情報に応じてその機能を
制御することを特徴とするデバイス。20. Device according to claim 1, wherein a control unit (9) is connected to the first electrical switch and to the second electrical switch, whereby the control unit is connected to the first electrical switch and the second electrical switch. A device that controls its function according to information that arrives.
を検出する構成体(10)が前記制御ユニット(9)に接続されそれにより過大
電流を示す状態に関する情報を提供することを特徴とするデバイス。21. The device according to claim 20, wherein an overcurrent condition detecting component (10) is connected to the control unit (9), thereby providing information on the condition indicating an overcurrent condition. Features device.
おいて、電力プラントの中の電力ネットワーク(4)または前記電力ネットワー
クに含まれる別の装置へまたはこれらからそれぞれ対象体(2)を高速に接続お
よび非接続にするように前記デバイスが構成されることと、前記第1の電気スイ
ッチ(5)および前記第2の電気スイッチ(6)が前記対象体とネットワーク/
装置との間の線路(3)に接続されることとを特徴とするデバイス。22. The device according to claim 1, wherein the object is to or from a power network (4) in a power plant or another device included in the power network. 2) that the device is configured to connect and disconnect at high speed and that the first electrical switch (5) and the second electrical switch (6)
A device connected to a line (3) to the device.
おいて、中間程度の電圧および1kV以上の適切には5kV以上の高電圧、特に
10kV以上の好ましくは20kV以上の高電圧、特に40kV以上の高電圧さ
らに特に72kV以上の高電圧に対して用いるのに前記デバイスが適合している
ことを特徴とするデバイス。23. The device according to claim 1, wherein the high voltage is at an intermediate voltage and at least 1 kV, suitably at least 5 kV, especially at least 10 kV and preferably at least 20 kV. A device characterized in that said device is adapted for use with high voltages, in particular above 40 kV, more particularly above 72 kV.
別の装置へおよびこれらからそれぞれ対象体(2)を電力プラントに接続および
非接続にするために請求項1〜請求項23のいずれかに記載された電気スイッチ
ング・デバイス(1)を利用する方法。24. The power grid (4) or further devices provided in the power plant and for connecting and disconnecting the object (2) to and from the power plant, respectively, from the power grid. A method using the electric switching device (1) according to any one of the above.
気的に非接続にする特に大電力を非接続にすることを実行するための方法であっ
て、第1の機械電気スイッチに並列に接続されかつ照射光源(8)と照射に敏感
なスイッチング素子(7)とを有する第2の電気スイッチ(6)が、前記第1電
気スイッチの接点が閉じた位置から最大に離れた位置までの経路の大部分を移動
した後、前記照射光源による照射を通じて前記第1の電気スイッチをバイパスす
る十分な導電性を有する電流路を形成することと、したがってこの時前記スイッ
チング素子が絶縁体の状態から導電状態に進みかつ前記第1の電気スイッチが前
記スイッチング素子の導電の期間中に脱イオン化されることとを特徴とする方法
。25. A method for performing an electrical disconnection of a load (2) by means of a high-speed mechanical electrical switch (5), in particular a disconnection of a high power, the first machine comprising: A second electrical switch (6) connected in parallel to the electrical switch and having an illumination light source (8) and an illumination-sensitive switching element (7) maximizes the contacts of the first electrical switch from a closed position. Forming a current path with sufficient conductivity to bypass the first electrical switch through the illumination by the illumination light source after moving the majority of the path to the distant position, and thus the switching element The method of going from an insulator state to a conductive state and wherein the first electrical switch is deionized during the conduction of the switching element.
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