JPH0728503B2

JPH0728503B2 - 雷サ−ジ保護装置

Info

Publication number: JPH0728503B2
Application number: JP61190789A
Authority: JP
Inventors: 紀雄鍵村; 正博田島
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS6348124A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は雷サージを効果的に吸収し得る雷サージ保護装
置の構成に関する。

（従来の技術）単相、三相の電気配線は、これに接続される電気機器が
雷サージの発生によって破損、焼損することが無いよう
に、雷サージ保護装置、すなわち避雷器を設けることが
必要であって、電気設備技術基準によっても設置が義務
づけられている装置類が多いことは知られている。

（発明が解決しようとする課題）ところで電気用品技術基準に適合した低圧用避雷器は、
交流1500Vを１分間印加した場合に洩れ電流が10mA以下
のものであることと規定されていて、その一例として、
「電気通信ハンドブツク、社団法人電子通信学会ハンド
ブック委員会編、昭和55年５月20日株式会社オーム社発
行、1232頁、」に記載された加入者用保安装置が公知で
あって、この保安装置は通信線とアースとの間に火花間
隙避雷器を亘らせ接続した構造を有する。

一方、低圧用配線において雷発生による線路・大地間の
サージ電圧（高周波数）を吸収するためには、交流1500
Vのサージ印加の際に大電流が避雷器に洩れ電流として
流れると共に、熱として消費、吸収し得るものでなけれ
ばならないのは当然であるが、かかるサージ吸収機能は
前述した電気用品技術基準の適合条件とは相反するもの
であり、従つて今までの避雷器は専ら1500Vをはるか超
えた高圧サージに対する保護機能が発揮されるに過ぎな
くて、交流1500V相当以下の線路−大地間サージ電圧を
有効に吸収できる避雷器は今なお提供されていないのが
実状である。

本発明はかかる問題点の解決をはかるべく成されたもの
であって、特に、商用周波数による耐電圧テスト時には
放電を開始させるための電圧が高くできながら洩れ電流
は少なく、一方、100KHz〜1MHz程度の高周波数を持つ雷
サージ雷圧に対しては上記耐電圧テスト時に比して放電
を開始させるための電圧を低下させ得る構造とすること
によって、1500V程度の低電圧域で確実なサージ吸収機
能を発揮し、電気機器保護に対し万全を期させようとす
る点を重要な目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、上述の目的を達成せしめるために、第４図を
参照して説明すると、火花間隙避雷器（１）と高抵抗
（２）とを並列接続してなる並列回路に対し、印加電圧
が増加するにつれて抵抗が非直線的に減少する抵抗要素
（31）と、この抵抗要素（31）に並列に寄生容量として
の微小静電容量要素（32）とを備えた電圧依存性抵抗素
子（３）を直列接続せしめて直並列回路を形成し、この
直並列回路を電圧配線とアースの間に亘らせ接続すると
ともに、前記高抵抗（２）及び前記抵抗要素（31）の各
抵抗値を、高抵抗（２）と抵抗要素（31）とからなる直
列回路50Hz又は60Hzの商用周波数による1500Vの電圧を
印加したとき、高抵抗（２）と抵抗要素（31）とに実質
的に印加電圧が分圧され、かつ洩れ電流が数mAとなる大
きさにそれぞれ定め、さらに前記微小静電容量要素（3
2）の容量値を、前記直並列回路に前記商用周波数によ
る1500Vの電圧を印加したとき、前記電圧依存性抵抗素
子（３）に印加される分電圧が前記抵抗要素（31）で実
質的に定まり、かつ前記直並列回路に100KHz〜1MHz程度
の高周波数を持つ雷サージ電圧を印加したときであって
その電圧が前記火花間隙避雷器（１）の放電開始電圧よ
り低いとき、前記電圧依存性抵抗素子（３）に印加され
る分電圧が前記並列回路に印加される分電圧に対し実質
的に無視できる大きさに定めたものである。

本発明の好適な実施態様としては第２図に示すように二
相の場合、又は第３図に示すように三相の場合には、各
電気配線に夫々接続せしめた電圧依存性抵抗素子（３）
に対して、一つの前記並列回路が共通した直列関係を形
成しているものがある。

（作用）本発明は、上記のように構成しているものであるので、
電気配線とアースとの間に亘らせ接続した直並列回路
に、商用周波数による電圧を印加した場合、例えば耐電
圧テスト時の場合には、その印加電圧は、抵抗要素（3
1）に並列に備えた微小静電容量要素（32）のリアクタ
ンスが非常に大きいために電圧依存性抵抗素子（３）の
抵抗要素（31）と高抵抗（２）とに実質的に分圧され
る。従って、この場合には前記印加電圧を火花間隙避雷
器（１）の放電開始電圧より高く維持できる。火花間隙
避雷器（１）の放電開始電圧はこの火花間隙避雷器
（１）と並列に接続されている高抵抗（２）の分電圧の
みに左右されるからである。

一方、前記直並列回路に、高周波数を持つ雷サージ電圧
を印加した場合には、その印加電圧は、抵抗要素（31）
に並列に備えた微小静電容量要素（32）のリアクタンス
が非常に小さいために電圧依存性抵抗素子（３）に印加
される分電圧が火花間隙避雷器（１）と高抵抗（２）と
の並列回路に印加される分電圧に対し実質的に無視でき
るほど小さくなるので、前記並列回路に印加される分電
圧とほぼ等しくなる。すなわち、高周波数を持つ雷サー
ジ電圧を印加した場合の印加電圧は、前記並列回路にほ
ぼ全部印加されることとなる。従って、高周波数を持つ
雷サージ電圧による印加電圧が、前記火花間隙避雷器
（１）の放電開始電圧に達すれば、前記火花間隙避雷器
（１）は放電を開始し、同時に前記並列回路に印加され
る分電圧が0Vとなり、その結果全てのサージ電圧が電圧
依存性抵抗素子（３）に印加されることになり、サージ
が吸収される。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。

第１図乃至第３図は本発明の各実施例を示し、第４図
は、本発明の原理説明のための実施例を示すものであ
る。

第４図において、（１）は一般にギャップアレスタと称
される避雷器等を含む火花間隙避雷器であって、高抵抗
（２）とで並列回路を形成している。

（３）は、バリスタと一般に称される抵抗素子の如く印
加電圧が増加するにつれて抵抗が非直線的に減少する抵
抗要素（31）と、この抵抗要素（31）に並列に寄生容量
としての微小静電容量要素（32）とを備えた電圧依存性
抵抗素子であって、前記並列回路に対して直列に接続せ
しめて直並列回路が形成される。

上記直並列回路は、電圧依存性抵抗素子（３）の一端を
電圧が印加される電気配線に接続せしめる一方、火花間
隙避雷器（１）の一端をアース側、例えば地中に埋設し
た接地棒に接続せしめて使用される。

以上の図示のものにおいて、高抵抗（２）及び抵抗要素
（31）の各抵抗値、また、微小静電容量要素（32）の容
量値は以下のように定めるものである。

前記高抵抗（２）及び前記抵抗要素（31）の各抵抗値と
しては、これを、高抵抗（２）と抵抗要素（31）とから
なる直列回路に50Hz又は60Hzの商用周波数による1500V
の電圧を印加したとき、高抵抗（２）と抵抗要素（31）
とに実質的に印加電圧が分圧され、かつ洩れ電流が数mA
となる大きさに定めるのであって、例えば、高抵抗
（２）は1MΩ程度とするのであり、抵抗要素（31）は、
所定の制限電圧を有する特性をもつものを適宜選定する
ものである。

また、前記微小静電容量要素（32）の容量値としては、
これを、前記直並列回路に前記商用周波数による1500V
の電圧を印加したとき、前記電圧依存性抵抗素子（３）
に印加される分電圧が前記抵抗要素（31）で実質的に定
まり、かつ前記直並列回路に100KHz〜1MHz程度の高周波
数を持つ雷サージ電圧を印加したときであってその電圧
が前記火花間隙避雷器（１）の放電開始電圧より低いと
き、前記電圧依存性抵抗素子（３）に印加される分電圧
が前記並列回路に印加される分電圧に対し実質的に無視
できる大きさに定めるのである。

電圧依存性抵抗素子（３）として用いるものには、ZnO
バリスタ、SiCバリスタや容量性バリスタ等の種類があ
り、この種別により寄生容量が異なる。また、同じ種別
の電圧依存性抵抗素子の中でもバリスタ電圧（電流1mA
のときの電圧値）やバリスタの径の大きさ等により寄生
容量が決まっているので、電圧依存性抵抗素子（３）と
して所望の寄生容量をもつものを選択して用いればよ
い。

微小静電容量要素（32）の容量値の一例を表１に示す。

つぎにその作動特性を説明すると、50Hz又は60Hzの商用
周波数の電圧による耐電圧テストの場合は、テスト電圧（Ｖ）＝Ｖ_ZO＋Ｖ_SA ここに、Ｖ_ZO：電圧依存性抵抗素子（３）の分電圧Ｖ_SA：並列回路の分電圧であり、例えば火花間隙避雷器（１）の放電開始電圧を
2000V、電圧依存性抵抗素子（３）の制限電圧を1000V、
高抵抗（２）を1MΩとすると、前記電圧依存性抵抗素子
（３）がバリスタである場合、その電圧−電流特性から
Ｖ_ZO≒850Vとなり、従って、火花間隙避雷器（１）の放
電を開始させるための電圧は直流2850V（交流2015V）と
なる。

なお、Ｖ_ZO≒850Vという電圧依存性抵抗素子（３）の分
電圧が発生するのは、50Hz又は60Hzの商用周波数におけ
る電圧が印加されたときは、微小静電容量要素（32）の
リアクタンス（単位はΩ）が非常に大きくなり、実質的
に電流が微小静電容量要素（32）には流れず、抵抗要素
（31）側に流れるからである。

ここで高抵抗（２）は電圧依存性抵抗素子（３）の負荷
として電流を流すことにより、前記商用周波数の電圧に
よる耐電圧テスト時に火花間隙避雷器（１）の放電を開
始させるための電圧（高抵抗（２）と抵抗要素（31）の
双方の分電圧の和に相当する）を高くするために使用し
ているのであって、因みに高抵抗（２）が接続されてい
ないとすると火花間隙避雷器（１）が放電を開始するま
で前記電圧依存性抵抗素子（３）に電流が流れなく、該
電圧依存性抵抗素子（３）の制限電圧が零Ｖとなるた
め、放電開始電圧（耐電圧）が最小になる。

一方、100KHz〜1MHz程度の高周波数を持つ雷サージ電圧
を印加した場合には、前記電圧依存性抵抗素子（３）
は、抵抗要素（31）に並列に寄生容量としての微小静電
容量要素（32）を備えていることから、この微小静電容
量要素（32）のリアクタンスが非常に小さいために、こ
のときの電圧依存性抵抗素子（３）の分電圧をＶ_Z1とす
ると、Ｖ_ZI＜Ｖ_ZOとなるのである。また、この分電圧Ｖ
_Z1は、前記並列回路の分電圧Ｖ_SAに対して無視できる大
きさである。

例えば、第４図において、火花間隙避雷器（１）に放電
開始電圧が2000Vのものを使用し、高抵抗（２）に1MΩ,
1Wのものを使用し、電圧依存性抵抗素子（３）にバリス
タ電圧1000V,径10mm,寄生容量140pFのZnOバリスタを使
用した回路に、100kHzのサージ電圧が印加された場合の
電圧依存性抵抗素子（３）に印加される電圧（Ｖ_Z1）と
火花間隙避雷器（１）に印加される電圧（Vs_Ａ）との分
圧比は以下のようになる。

ここで、 f:印加電圧の周波数、C:電圧依存性抵抗素子（３）の寄
生容量上記例のように回路を構成すると、回路に高周波数を持
つ雷サージ電圧を印加したとき、電圧依存性抵抗素子
（３）の分電圧は、火花間隙避雷器（１）の分電圧に対
して無視できる大きさになるのである。

従って、前記高周波数を持つ電サージ電圧を印加した場
合には、その印加電圧が、前記並列回路にほぼ全部印加
されることとなり、その印加電圧が前記火花間隙避雷器
（１）の放電開始電圧に達すれば、前記火花間隙避雷器
（１）は放電を開始し、同時に前記並列回路に印加され
る分電圧が0Vとなり、その結果全てのサージ電圧が電圧
依存性抵抗素子（３）に印加されることになり、サージ
が吸収される。このようにして、火花間隙避雷器（１）
は、低いサージ電圧で放電を開始できるので、サージ吸
収能力が向上する。

なお、火花間隙避雷器（１）の放電開始電圧は使用目的
に応じて適宜設定されるが、この火花間隙避雷器（１）
に並列に接続される高抵抗（２）の抵抗値は、耐電圧テ
スト時、所定の洩れ電流が流れたときの高抵抗（２）の
電圧が前記火花間隙避雷器（１）に設定されている放電
開始電圧よりやや低くなるような値とすることが必要で
ある。

以上、第４図を参照して本発明の実施例を説明した。

つぎに、第１図に示したものは、単相、三相にかかわら
ず各電気配線毎に接続して使用できるもので、１つの電
圧依存性抵抗素子（３）に、火花間隙避雷器（１）と高
抵抗（２）とを並列接続してなる１つの並列回路を直列
に接続したもので、単相には２つ、三相には３つ使用す
ればよいものである。第２図に示したものは、単相用と
して使用するもので、２つの電圧依存性抵抗素子（３）
（３）を並列接続し、これに火花間隙避雷器（１）と高
抵抗（２）とを並列接続してなる１つの並列回路を直列
に接続したものであり、第３図に示したものは、三相用
として使用するもので、３つの電圧依存性抵抗素子
（３）（３）（３）を三者並列接続し、これに第２図図
示のものと同じく火花間隙避雷器（１）と高抵抗（２）
とを並列接続してなる１つの並列回路を直列に接続した
ものである。

第２図及び第３図に示したものは、ともに全体回路の簡
素化をはかったものである。

なお、第１図、第２図及び第３図においては、付号（3
1）及び（32）と、微小静電容量要素を図示するのを省
略したが、念のため、第１図、第２図及び第３図の付号
（３）の電圧依存性抵抗素子と第４図の付号（３）の電
圧依存性抵抗素子とは同じものであることを付言する。

（発明の効果）本発明は、以上の説明により明らかになるように、高抵
抗（２）と抵抗要素（31）とに商用周波数の電圧を印加
したときに印加電圧が分圧され、耐電圧を高くすること
ができて放電を開始させるための電圧を高く保つことが
できる。一方、高周波数を持つ雷サージ電圧を印加たと
きであってその電圧が前記火花間隙避雷器（１）の放電
開始電圧より低いとき、前記電圧依存性抵抗素子（３）
の分電圧を前記並列回路に印加される分電圧に対し実質
的に無視できる大きさにすることが可能となり、その結
果、耐電圧性能を所定の基準に保ちながら雷サージの吸
収を低電圧域で十分に発揮させることができる。

特に本発明は低電圧のインパルス電圧で誤動作しやすい
電子機器に対する保護装置として好適であると共に、耐
電圧値が低い半導体を有する回路に保護として用いた場
合は、半導体に対するストレスが軽減される利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の各実施例に係る回路図、第
４図は本発明の原理説明のための実施例に係る回路図で
ある。（１）……火花間隙避雷器（２）……高抵抗（３）……電圧依存性抵抗素子（31）……抵抗要素（32）……微小静電容量要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭56−30538（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−164642（ＪＰ，Ｕ) 特公昭41−376（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火花間隙避雷器（１）と高抵抗（２）とを
並列接続してなる並列回路に対し、印加電圧が増加する
につれて抵抗が非直線的に減少する抵抗要素（31）と、
この抵抗要素（31）に並列に寄生容量としての微小静電
容量要素（32）とを備えた電圧依存性抵抗素子（３）を
直列接続せしめて直並列回路を形成し、この直並列回路
を電気配線とアースの間に亘らせ接続するとともに、前
記高抵抗（２）及び前記抵抗要素（31）の各抵抗値を、
高抵抗（２）と抵抗要素（31）とからなる直列回路に50
Hz又は60Hzの商用周波数による1500Vの電圧を印加した
とき、高抵抗（２）と抵抗要素（31）とに実質的に印加
電圧が分圧され、かつ洩れ電流が数mAとなる大きさのそ
れぞれ定め、さらに前記微小静電容量要素（32）の容量
値を、前記直並列回路に前記商用周波数による1500Vの
電圧を印加したとき、前記電圧依存性抵抗素子（３）に
印加される分電圧が前記抵抗要素（31）で実質的に定ま
り、かつ前記直並列回路に100KHz〜1MHz程度の高周波数
を持つ雷サージ電圧を印加したときであってその電圧が
前記火花間隙避雷器（１）の放電開始電圧より低いと
き、前記電圧依存性抵抗素子（３）に印加される分電圧
が前記並列回路に印加される分電圧に対し実質的に無視
できる大きさに定めたことを特徴とする雷サージ保護装
置。
【請求項２】二相又は三相の前記各電気配線に各々接続
せしめた電圧依存性抵抗素子（３）に対して、一つの前
記並列回路が共通した直列関係を形成している特許請求
の範囲第１項記載の雷サージ保護装置。