ハイブリッドDC回路遮断器
ほとんどの直流モールドケース回路ブレーカーは自然空気消弧を使用しており、一般的には2つの消弧方法があります。1つ目は従来の開閉方式で、接触点が軸方向にアークを引き延ばし、導電回路が磁場を生成してアークを曲げて長く伸ばし、アーク軸に対して直角に長手方向に引き延ばします。これによりアークの長さが増加するとともに横方向への運動も誘発され、空気による冷却によって消弧が達成されます。
もう1つの方法では、自身の電磁力または磁気吹き出しコイルからの磁場によってアークがアークシュート内に磁気駆動され、急速な消弧が起こります。電流が一定値（臨界負荷電流）以下になると、従来の開閉では効果的に消弧できなくなります。このとき磁気吹き出し力が弱いため、アークの移動に十分な駆動力を提供せず、アークがアークシュートに入ることができません。その結果、アークシュートは効果を失い、アークは停滞し長期にわたって燃え続け、遮断時間が大幅に延びたり遮断に失敗したりする可能性があります。そのため、臨界負荷電流での遮断時には技術的な最適化が必要となり、急速な消弧を確保します。
実用新案の内容
本実用新案は既存技術の欠点、特に臨界負荷電流での遮断時にアーク時間があまりにも長いという問題を克服することを目指しています。具体的には、ハイブリッドDC回路ブレーカーを提供することで、ブレーカー遮断中に負荷電流が臨界レベルにあるかどうかを自動的に判断し、そうであれば電流換流技術を自動的に使用して臨界負荷電流によって生成されたアークを急速に消弧します。
本実用新案は上記の問題に対処するために以下の技術的解決策を採用しています。主回路内に直列接続された第1の機械スイッチ、第1の機械スイッチと並列接続された換流回路、および通電時に換流回路を活性化するための駆動回路を備えたハイブリッドDC回路ブレーカーです。さらに以下の構成要素を含みます。
両入力端子が第1の機械スイッチの両端に接続されたスイッチング電源
ハードウェアを通じて実装され、スイッチング電源の出力を所定の第1遅延時間遅らせてから駆動回路に送る遅延回路；スイッチング電源の設定時間と第1遅延時間の合計が非臨界負荷電流条件でのハイブリッドDC回路ブレーカーのアーク時間を超える駆動遅延時間を構成します
主回路内で第1の機械スイッチと直列接続された第2の機械スイッチ。第2の機械スイッチは第1の機械スイッチと機械的に連動していますが、第1のスイッチに対して所定の時間遅れで動作します。この所定の時間は、駆動遅延時間と非臨界負荷電流アーク時間の差よりも短いです。
さらに、遅延回路はまた、スイッチング電源の出力を駆動回路に送った後、第2遅延時間維持した後に駆動回路への電力供給を停止するためにも使用されます。好ましくは、遅延回路は光結合器を介して接続された2つのRC放電回路で構成されています。
従来技術と比較して、本実用新案の技術的解決策は以下の有益な効果を持っています。DC回路ブレーカーにおける臨界負荷電流での消弧の課題に対処するために、既存の消弧スキームに換流回路を追加し、純粋にハードウェアベースのアプローチを通じて、ブレーカーが遮断中に負荷電流が臨界レベルにあるかどうかを自動的に判断できるようにしました。臨界負荷電流で動作している場合、装置は自主的に換流技術を使用してその条件下で生成されたアークを急速かつ選択的に消弧します。
図3に示すように、この実施形態におけるハイブリッドDC回路ブレーカーの動作過程と原理は以下の通りです。
時間0からT₀まで、システムは正常運転中です。第1の機械スイッチと第2の機械スイッチは閉鎖されています。スイッチング電源回路は電源が供給されておらず、換流回路は非活性状態です。
時間T₀から開始して、第1の機械スイッチの可動触点と固定触点が物理的に分離し、その端子間にアークが生成されます。スイッチング電源はアーク電圧を入力電源として使用し、出力を開始します。この時点でブレーカーが非臨界負荷レベルの電流を遮断している場合、アーク持続時間はT₀からT₁までで、アーク電圧波形はUarc₁となります。ブレーカーが臨界負荷電流を遮断している場合、アーク持続時間はT₀からT₂まで延び、アーク電圧波形はUarc₂となります。
本実用新案で使用される換流回路は低電流の臨界負荷条件でのみ活性化されます。そのため高定格電流の換流部品は必要ありません。これは換流回路の建設コストを低減します。さらに、換流制御は完全にハードウェア回路を通じて実現されるため、論理制御ユニットや複雑な制御アルゴリズムは不要です。
