JP2017005109A - 劣化警報機能付きｓｐｄ - Google Patents

Abstract

【課題】 回路構成の簡素化およびコンパクト化を容易に実現し得る劣化警報機能付きＳＰＤを提供する。【解決手段】 配電線に接続される電源端子１〜３と接地端子４との間に接続された複数のバリスタ５〜７と、電源端子１，３とバリスタ５，７との間に接続された切り離し用温度ヒューズ８，９とを備えた劣化警報機能付きＳＰＤであって、バリスタ５〜７の劣化情報を外部へ送出する接点出力端子１２，１３を有し、バリスタ５〜７を共通に接続した共通接続点１０と接点出力端子１２，１３との間に接点出力用温度ヒューズ１４，１５を設け、接点出力用温度ヒューズ１４，１５の溶断温度および雷サージ耐量を切り離し用温度ヒューズ８，９の溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、雷撃によるサージ電圧を制限して電気機器を保護するバリスタで構成されたＳＰＤ（Surge Protective Device：サージ防護装置）で、バリスタの劣化を温度ヒューズにより検出する劣化警報機能付きＳＰＤに関する。

単相または三相交流電路から工場や一般家庭に引き込まれる電源線路において、例えば直撃雷や誘導雷による雷害を防止する目的から、雷撃による過渡的な過電圧であるサージ電圧を制限してサージ電流を分流することにより電気機器を保護するデバイスとして、ＳＰＤが電源線路に設置されている。このＳＰＤとしては、酸化亜鉛形バリスタ（以下、単にバリスタと称す）を内蔵させた構造のものがある。

このバリスタは、雷サージが繰り返し印加されると、その雷サージの電流レベルによっては経時的に劣化する。バリスタが劣化すると、漏れ電流が増加して発熱し、熱暴走による発煙発火の原因となる。このことから、本出願人は、バリスタの劣化に起因した熱暴走による発煙発火を防止するため、バリスタの劣化を温度ヒューズにより検出する劣化警報機能付きＳＰＤを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示された劣化警報機能付きＳＰＤは、配電線が接続される電源端子に、切り離し用温度ヒューズおよびバリスタからなる直列回路を接続し、その直列回路のバリスタ側を共通に接続し、その共通接続点と接地端子との間にガスアレスタを接続した構成回路を具備する。

以上のような構成回路を具備したＳＰＤでは、バリスタに近接した位置に配置された温度ヒューズがバリスタの著しい劣化による異常発熱を検知した時点で溶断する。この温度ヒューズの溶断により、劣化したバリスタが電源端子から切り離される。これにより、バリスタの熱暴走による発煙発火を未然に防止するようにしている。一方、バリスタの著しい劣化による温度ヒューズの溶断に至るまでは、サージ電流が電源端子から接地端子へ流れた場合にはガスアレスタが放電し、発光する。

前述のＳＰＤでは、ＳＰＤの基本構成回路とは別に、劣化警報機能用の制御回路を設けている。この制御回路は、ガスアレスタに近接配置され、サージ電流によるガスアレスタの放電時の発光を検知するフォトトランジスタと、そのフォトトランジスタからの出力に基づいてカウンタを制御するＣＰＵと、そのＣＰＵの出力に基づいてバリスタの劣化情報を外部に送出するための接点出力端子とを具備する。

以上のような構成を具備した制御回路では、このガスアレスタの放電時の発光をフォトトランジスタで検出する。ＣＰＵでは、このフォトトランジスタからの出力に基づいてガスアレスタの発光時間に基づいてバリスタの劣化状態を判定する。つまり、ガスアレスタの発光時間に基づいて設定された閾値を超えるか否かをＣＰＵで判定し、その判定結果に基づいて接点出力端子から外部へバリスタの劣化情報を報知する。

特開２０１２−１０４５９８号公報

ところで、前述の特許文献１に開示された劣化警報機能付きＳＰＤでは、ＳＰＤの構成回路とは別に、劣化警報機能を作動させるためのバリスタ劣化情報送出用接点出力端子を具備した制御回路を設ける必要がある。

そのため、ＳＰＤの基本構成回路に制御回路を加えたＳＰＤ全体の回路構成が複雑となり、ＳＰＤが大きくなる傾向にある。このことから、劣化警報機能付きＳＰＤにおける回路構成の簡素化、および劣化警報機能付きＳＰＤのコンパクト化が要望されているというのが現状であった。

そこで、本発明は前述の改善を図るために提案されたもので、その目的とするところは、回路構成の簡素化およびコンパクト化を容易に実現し得る劣化警報機能付きＳＰＤを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、配電線に接続される電源端子と接地端子との間に接続された複数のバリスタと、電源端子とバリスタとの間に接続された切り離し用温度ヒューズとを備えた劣化警報機能付きＳＰＤであって、バリスタの劣化情報を外部に出力する接点出力端子を有し、バリスタを共通に接続した共通接続点と接点出力端子との間に接点出力用温度ヒューズを設け、接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量を切り離し用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定したことを特徴とする。

本発明では、劣化情報を送出できるようにするための接点出力端子を有し、その接点出力端子とバリスタの共通接続点との間に接点出力用温度ヒューズを設け、その接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量を切り離し用温度ヒューズよりも小さく設定したことにより、バリスタの著しい劣化による異常発熱や大きなサージ電流で切り離し用温度ヒューズが反応する前に、接点出力用温度ヒューズを溶断させる。

この接点出力用温度ヒューズの溶断により、バリスタの劣化情報を接点出力端子から外部へ出力することができる。これにより、ＳＰＤの基本構成回路とは別に劣化警報機能を備えた従来のような制御回路が不要となる。その結果、ＳＰＤの回路構成の簡素化およびコンパクト化を容易に実現することができる。

本発明において、接点出力端子は、第１および第２の接点出力端子で構成され、接点出力用温度ヒューズは、第１および第２の接点出力用温度ヒューズで構成され、共通接続点と第１の接点出力端子との間に第１の接点出力用温度ヒューズを接続すると共に、共通接続点と第２の接点出力端子および接地端子との間に第２の接点出力用温度ヒューズを接続し、第１の接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量を第２の接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定した構成が望ましい。

このように、第１の接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量を第２の接点出力用温度ヒューズよりも小さく設定すれば、バリスタの著しい劣化による異常発熱や大きなサージ電流で第２の接点出力用温度ヒューズが反応する前に、第１の接点出力用温度ヒューズを溶断させる。これにより、大きなサージ電流が第１の接点出力端子から流出することを回避できるので、その第１の接点出力端子に接続された電気機器の破損を防げる。

本発明によれば、バリスタの著しい劣化による異常発熱や大きなサージ電流で切り離し用温度ヒューズが反応する前に、接点出力用温度ヒューズを溶断させる。この接点出力用温度ヒューズの溶断により、バリスタの劣化情報を接点出力端子から外部へ出力することができる。これにより、ＳＰＤの基本構成回路とは別に劣化警報機能を備えた従来のような制御回路が不要となる。その結果、ＳＰＤの回路構成の簡素化およびコンパクト化を容易に実現することができ、小型の劣化警報機能付きＳＰＤを提供することができる。

本発明の実施形態で、三相用の劣化警報機能付きＳＰＤの構成を示す回路図である。 本発明の他の実施形態で、単相用の劣化警報機能付きＳＰＤの構成を示す回路図である。 図１のＳＰＤの回路構成部品を配線基板に実装した状態を示す平面図である。 図３の正面図である。 図３の左側面図である。

本発明に係る劣化警報機能付きＳＰＤの実施形態を以下に詳述する。図１に示す実施形態は、交流三相３線式の配電線に設置されるＳＰＤを例示し、図２に示す実施形態は、交流単相３線式の配電線に設置されるＳＰＤを例示する。以下、交流三相３線式の配電線に設置されるＳＰＤ（図１参照）について説明する。なお、図２において、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

この実施形態のＳＰＤは、図１に示すような回路構成を具備する。つまり、各相の配電線が接続される電源端子１〜３と接地端子４との間に接続された複数（図では３つ）のバリスタ５〜７と、電源端子１，３とバリスタ５，７との間に接続された切り離し用温度ヒューズ８，９と、バリスタ５〜７を共通に接続した共通接続点１０と接地端子４との間に接続されたガスアレスタ１１とからなる基本回路で構成されている。

この基本回路において、バリスタ５〜７は例えばＺｎＯを主成分とし、ガスアレスタ１１は放電ギャップを有する。線間の雷サージに対しては、バリスタ５〜７のいずれか少なくとも二つの直列接続体が動作し、対地間の雷サージに対しては、バリスタ５〜７のいずれかとガスアレスタ１１との直列接続体が動作する。このようにして、バリスタ５〜７およびガスアレスタ１１の動作により、雷サージから電気機器を防護する。

前述した基本回路に加えて、このＳＰＤは、バリスタ５〜７の劣化情報を外部に送出する第１および第２の接点出力端子１２，１３を有する。バリスタ５〜７を共通に接続した共通接続点１０と第１および第２の接点出力端子１２，１３との間に第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５を設ける。

つまり、バリスタ５〜７の共通接続点１０と第１の接点出力端子１２との間に第１の接点出力用温度ヒューズ１４を接続中点１６で接続する。また、共通接続点１０と第２の接点出力端子１３との間に第２の接点出力用温度ヒューズ１５を接続する。この第２の接点出力用温度ヒューズ１５は、接続中点１７でガスアレスタ１１を介して接地端子４に接続されている。

以上のような構成回路を有するＳＰＤは、図３〜図５に示すように、バリスタ５〜７、ガスアレスタ１１、切り離し用温度ヒューズ８，９、第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５からなる構成部品を配線基板１８上に実装し、樹脂製のケース１９に収容した構造を具備する。

この配線基板１８への構成部品の実装構造では、電源端子１，３に接続された２つのバリスタ５，７の両外側に切り離し用温度ヒューズ８，９をバリスタ５，７の本体表面に近接させた状態で配置している。

このような配置構造とすることにより、バリスタ５，７の劣化により発生した熱が切り離し用温度ヒューズ８，９に伝導し易くなり、その発熱で切り離し用温度ヒューズ８，９が速やかに反応して溶断するようにしている。

また、第１の接点出力用温度ヒューズ１４を、電源端子１，２に接続された２つのバリスタ５，６間に両バリスタ５，６の本体表面に近接させた状態で挟まれるように配置している。さらに、第２の接点出力用温度ヒューズ１５を、電源端子２，３に接続された２つのバリスタ６，７間に両バリスタ６，７の本体表面に近接させた状態で挟まれるように配置している。

このような配置構造とすることにより、バリスタ５〜７のいずれか一つでも劣化して発熱すれば、その熱が第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５に伝導し易くなり、その発熱で第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５が反応して溶断するようにしている。

以上の構成からなるＳＰＤでは、バリスタ５，７に近接配置された切り離し用温度ヒューズ８，９がバリスタ５〜７の著しい劣化による異常発熱を検知した時点で溶断する。この切り離し用温度ヒューズ８，９の溶断により、劣化したバリスタ５〜７が電源端子１，３から切り離される。これにより、バリスタ５〜７の劣化に起因した熱暴走による発煙発火を未然に防止するようにしている。

一方、バリスタ５〜７の著しい劣化による切り離し用温度ヒューズ８，９の溶断に至るまでの状態では、サージ電流が電源端子１〜３からガスアレスタ１１を通って接地端子４へ流れることになり、サージ電流が接地へ放出される。

このＳＰＤでは、第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５の溶断温度および雷サージ耐量を切り離し用温度ヒューズ８，９の溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定している。

例えば、切り離し用温度ヒューズ８，９の溶断温度を１３１℃、雷サージ耐量を１２ｋＡとした場合、第１の接点出力用温度ヒューズ１４の溶断温度を１００℃、雷サージ耐量を６ｋＡ、第２の接点出力用温度ヒューズ１５の溶断温度を１１１℃、雷サージ耐量を１０ｋＡとする。

なお、前述した溶断温度および雷サージ耐量の値は一例であり、バリスタの種別などの条件に応じて最適値を設定変更可能である。また、切り離し用温度ヒューズ８，９、第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５の溶断温度および雷サージ耐量については、温度ヒューズ８，９，１４，１５の材質および断面積などについて最適なものを選定することにより設定可能である。

このＳＰＤでは、第１および第２の接点出力端子１２，１３を有し、その第１および第２の接点出力端子１２，１３と共通接続点１０との間に第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５を設け、その第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５の溶断温度および雷サージ耐量を切り離し用温度ヒューズ８，９よりも小さく設定したことにより、バリスタ５〜７の著しい劣化による異常発熱や大きなサージ電流で切り離し用温度ヒューズ８，９が反応する前に、第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５を溶断させる。

この第１および第２の接点出力用温度ヒューズ１４，１５の溶断により、バリスタ５〜７の劣化情報を第１および第２の接点出力端子１２，１３から外部へ送出することができる。これにより、ＳＰＤの基本構成回路とは別に劣化警報機能を備えた従来のような制御回路が不要となる。その結果、ＳＰＤの回路構成の簡素化およびコンパクト化を容易に実現することができる。

ここで、バリスタ５〜７の共通接続点１０と第１の接点出力端子１２との間に接続中点１６で接続された第１の接点出力用温度ヒューズ１４と、バリスタ５〜７の共通接続点１０と第２の接点出力端子１３との間に接続中点１７で接続された第２の接点出力用温度ヒューズ１５について、第１の接点出力用温度ヒューズ１４の溶断温度および雷サージ耐量を第２の接点出力用温度ヒューズ１５の溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定している。

例えば、前述したように、第１の接点出力用温度ヒューズ１４の溶断温度を１００℃、雷サージ耐量を６ｋＡ、第２の接点出力用温度ヒューズ１５の溶断温度を１１１℃、雷サージ耐量を１０ｋＡとする。

このように、第１の接点出力用温度ヒューズ１４の溶断温度および雷サージ耐量を第２の接点出力用温度ヒューズ１５よりも小さく設定することにより、バリスタ５〜７の著しい劣化による異常発熱や大きなサージ電流で第２の接点出力用温度ヒューズ１５が反応する前に、第１の接点出力用温度ヒューズ１４を溶断させる。

これにより、大きなサージ電流が第１の接点出力端子１２から流出することを回避できるので、その第１の接点出力端子１２に接続された電気機器の破損を防止することができる。

ここで、第２の接点出力用温度ヒューズ１５の溶断温度および雷サージ耐量を第１の接点出力用温度ヒューズ１４よりも小さく設定した場合、第１の接点出力用温度ヒューズ１４が反応する前に第２の接点出力用温度ヒューズ１５が溶断することになる。そうすると、大きなサージ電流が第１の接点出力端子１２から電気機器を介して第２の接点出力端子１３、ガスアレスタ１１および接地端子４に流れることになり、そのサージ電流により電気機器を破損させることになる。

このことから、第２の接点出力用温度ヒューズ１５の溶断温度および雷サージ耐量を第１の接点出力用温度ヒューズ１４よりも小さく設定することは不適であり、逆に、第１の接点出力用温度ヒューズ１４の溶断温度および雷サージ耐量を第２の接点出力用温度ヒューズ１５よりも小さく設定することは、サージ電流による電気機器の破損を防止できる点で有効である。

また、第１の接点出力用温度ヒューズ１４の溶断温度を１１１℃として第２の接点出力用温度ヒューズ１５の溶断温度（１１１℃）と同一にした場合であっても、第２の接点出力用温度ヒューズ１５よりも第１の接点出力用温度ヒューズ１４をバリスタ５〜７に近接配置することにより、第２の接点出力用温度ヒューズ１５が反応する前に、第１の接点出力用温度ヒューズ１４を溶断させることができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１〜３ 電源端子
４ 接地端子
５〜７ バリスタ
８，９ 切り離し用温度ヒューズ
１０ 共通接続点
１２ 第１の接点出力端子
１３ 第２の接点出力端子
１４ 第１の接点出力用温度ヒューズ
１５ 第２の接点出力用温度ヒューズ

Claims (2)

1. 配電線に接続される電源端子と接地端子との間に接続された複数のバリスタと、前記電源端子と前記バリスタとの間に接続された切り離し用温度ヒューズとを備えた劣化警報機能付きＳＰＤであって、
   前記バリスタの劣化情報を外部へ送出する接点出力端子を有し、前記バリスタを共通に接続した共通接続点と前記接点出力端子との間に接点出力用温度ヒューズを設け、前記接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量を前記切り離し用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定したことを特徴とする劣化警報機能付きＳＰＤ。
2. 前記接点出力端子は、第１の接点出力端子と第２の接点出力端子とで構成され、前記接点出力用温度ヒューズは、第１の接点出力用温度ヒューズと第２の接点出力用温度ヒューズとで構成され、前記共通接続点と第１の接点出力端子との間に前記第１の接点出力用温度ヒューズを接続すると共に、共通接続点と第２の接点出力端子および前記接地端子との間に前記第２の接点出力用温度ヒューズを接続し、第１の接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量を第２の接点出力用温度ヒューズの溶断温度および雷サージ耐量よりも小さく設定した請求項１に記載の劣化警報機能付きＳＰＤ。

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