鉄道輸送用の低コスト・低損失・直流アークレスサーキットブレーカーソリューション

I. ソリューションの概要​
このソリューションは、DCシステム（特に鉄道輸送の牽引電源）に対する短絡故障保護の必要性に対応し、最適化された機械ブレーカー構造に基づくDC回路遮断器ソリューションを提案します。キャパシタ電圧制御によりアークなしで切断を実現し、低オン状態損失と高信頼性を組み合わせ、頻繁な操作シーンに適しています。

​II. 核心原理​
高速機械スイッチトポロジーとプリチャージドキャパシタおよびアレスターを使用します：

1. ​定常運転: 電流は機械スイッチ（主回路）を通じて流れ、オン抵抗がマイクロオームレベルであり、非常に低い損失となります。
2. ​故障切断:
   • 短絡故障を検出した場合、機械スイッチが迅速に開きます。
   • キャパシタモジュールが作動し、機械スイッチ間の電圧をアーク発生閾値以下に保ち、アークなしで切断を可能にします。
   • 短絡電流は並列キャパシタとアレスターループに迂回され、アレスターがエネルギーを吸収し過電圧を抑制します。

​III. 技術パラメータ​

​IV. 適用シーン​
• 鉄道輸送牽引電源システム：頻繁な切り替えと低損失の要件を満たします。
• 都市DC配電ネットワーク：中低圧DCシステムの故障保護。
• 工業用DC電力システム：高い信頼性を要求するアプリケーション。

​V. 利点と制限​
​利点:

1. ​低オン状態損失: 通常運転中に機械スイッチが導通状態を維持し、半導体の加熱問題を回避します。
2. ​制御コスト: 全固体スイッチングデバイスが必要ないため、ハイブリッド回路遮断器よりもコスト効果的です。
3. ​アークなし切断: キャパシタ電圧制御によるアクティブアーク抑制により、スイッチの寿命が延びます。

​制限:

1. ​キャパシタンス要件: 高電圧キャパシタモジュールは大きいため、システム電圧に基づいて設計を最適化する必要があります。
2. ​電流転送時間: アレスターのエネルギー消費に依存するため、全固体ソリューションと比較して短絡電流の転送が若干遅くなります。
3. ​メンテナンス要件: 機械部品は定期的なメンテナンスが必要ですが、従来の回路遮断器よりも頻度が少ないです。

​VI. 実装の推奨事項​

1. ​キャパシタ選択: 電圧制御精度とサイズ制約を考慮し、マルチモジュール並列キャパシタグループを使用します。
2. ​駆動最適化: 高速作動機構（例：電磁反発機構）を装備し、切断応答時間を<2 msに保証します。
3. ​アレスタ設定: システム短絡容量に基づいて計算されたエネルギーアブソーブ能力を持つ非線形抵抗（MOVs）を選択します。

​VII. まとめ​
このソリューションは、機械構造の革新とキャパシタ電圧制御を組み合わせることで、低コスト、低損失、アークなし切断を達成します。特に鉄道輸送のような高頻度操作シーンに適しており、中低圧DCシステムの故障保護に信頼性のあるパスを提供します。