JPH09223562A

JPH09223562A - ガスアレスタ

Info

Publication number: JPH09223562A
Application number: JP5250596A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Kasai; 良人河西
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-08-26
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: JP2853024B2

Abstract

(57)【要約】【課題】連続過電圧の印加時に、回路から分離される
ことなく、気密容器の溶融に起因した発煙・発火を防止
できるガスアレスタを実現する。【解決手段】放電ガスを充填した気密容器12内に、一
端にリード線18，18を接続した一対の棒状放電電極14，
14を収納させ、放電電極14，14間に放電間隙16を形成す
ると共に、それぞれのリード線18，18を気密容器12を貫
通させて外部に導出して成るガスアレスタ10において、
放電間隙16に連続的に放電が生成された場合に、気密容
器12が溶融する前に放電電極14，14が溶融・変形して放
電電極14'，14'が融着するように、放電電極14及び気密
容器12の各融点を設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放電ガスを充填
した気密容器内に一対の放電電極を対向配置させて放電
間隙を形成し、この放電間隙におけるアーク放電を通じ
てサージ等の過電圧を吸収するガスアレスタに係り、特
に、連続して過電圧が印加された際に、ショートモード
で故障するよう工夫を凝らしたガスアレスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図２に示すように、電子機器の電
子回路24に接続された通信線Ｌ1，Ｌ2を伝って侵入して
来る誘導雷サージ等の過電圧から電子回路24を保護する
ため、Ｌ1−Ｌ2間、Ｌ1−グランド間、及びＬ2−グラン
ド間にガスアレスタ60を接続することが行われて来た。
図６に示すように、このガスアレスタ60は、ガラス管の
上下両端を溶融封着させて形成した気密容器62内に、ネ
オンやアルゴン等より成る放電ガスを封入すると共に、
一対の棒状放電電極64，64を所定の距離を隔てて対向配
置して、両放電電極64，64の胴部間に放電間隙66を形成
して成る。上記放電電極64，64はニッケル等の金属材料
より構成され、その下端にはリード線68，68が接続され
ている。また、各リード線68，68の下端は、気密容器62
の下端封着部62ａを貫通して外部に導出されている。さ
らに、放電電極64，64の表面には、酸化バリウム等より
成るエミッタ層72，72が形成されている。

【０００３】しかして、上記Ｌ1，Ｌ2に線間を往復する
ノーマルモードのサージが印加された場合には、線間に
挿入されたガスアレスタ60の放電間隙66にグロー放電を
経てアーク放電が生成され、該アーク放電の大電流を通
じてサージの吸収が実現される。また、線−グランド間
を伝わるコモンモードのサージが印加された場合には、
Ｌ1−グランド間、あるいはＬ2−グランド間に挿入した
ガスアレスタ60の放電間隙66にアーク放電が生成され、
サージはグランド側に逃がされるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電力線との
接触事故等によって、Ｌ1−Ｌ2間にガスアレスタ60の定
格電圧（動作電圧）以上の過電圧が連続して印加された
場合には、放電間隙66に放電が持続することとなる。そ
して、この持続放電によって両放電電極64，64は赤熱
し、この熱がリード線68，68を介して気密容器62に伝導
するため、気密容器62が溶融してガスアレスタ60が組み
込まれた回路基板を焼損させることとなり、発煙・発火
が生じる虞があった。このため従来は、過電圧が連続し
て印加された場合にクラックを起こして回路を切断する
一種のヒューズ素子をガスアレスタ60に直列接続するこ
とにより（図示省略）、ガスアレスタ60の気密容器62が
溶融する前に、当該ガスアレスタ60を回路から分離する
ことが行われていた。

【０００５】このように、連続過電圧の印加に際してガ
スアレスタ60自身を回路から分離させれば、確かに気密
容器62の溶融に起因した発煙・発火等の事故を未然に防
ぐことはできる。しかしながら、当該ガスアレスタ60が
回路から分離されている事実を外部から認識することが
できないため、ガスアレスタ60を接続し直す機会を逸
し、つぎのサージ印加に有効に対処し得ない危険性があ
った。

【０００６】この発明は、従来の上記問題を解決するた
めに案出されたものであり、連続過電圧の印加時に、回
路から分離されることなく、気密容器の溶融に起因した
発煙・発火を防止できるガスアレスタを実現することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明に係るガスアレスタは、放電ガスを充填し
た気密容器内に、一端にリード線を接続した一対の棒状
放電電極を収納させ、各放電電極間に放電間隙を形成す
ると共に、それぞれのリード線を気密容器を貫通させて
外部に導出して成るガスアレスタにおいて、上記放電間
隙に連続的に放電が生成された場合に、上記気密容器が
溶融する前に上記放電電極が溶融・変形して両放電電極
が融着するように、放電電極及び気密容器の各融点を設
定した。

【０００８】このように、連続過電圧の印加に際して、
気密容器が溶融する前に両放電電極が溶融・変形して融
着すれば、当該ガスアレスタは完全短絡（いわゆる０Ω
ショート）することとなる。このため、ガスアレスタを
通信線や電源線に接続している場合には、電子機器の電
子回路側に信号が伝わらなくなったり、電源線に接続さ
れた電源ヒューズが溶断して電源供給が停止されるた
め、直ぐにガスアレスタがショートモードで故障した事
実を認識することができ、素子の交換時期を逸すること
がない。

【０００９】放電間隙における持続放電によって気密容
器が溶融する前に、放電電極を確実に溶融・変形させる
ためには、融点の極めて低い材料によって放電電極を構
成する必要がある。例えば、気密容器の融点以下の融点
を備えた金属材料によって放電電極を構成できれば、放
電電極が溶融する前に気密容器が溶融することを完全に
防止できて理想的である。もっとも、放電が生成される
箇所と気密容器内面との間に所定の距離が隔てられてい
るのが普通であり、放電箇所と気密容器内面とが直接接
触することはないため、放電電極の融点が気密容器の融
点より若干高い分には問題ない。具体的には、放電電極
の融点と気密容器の融点との差が、１２０℃以下の範囲
内に収まるように、放電電極と気密容器の各構成材料を
選定することが望ましい。

【００１０】また、上記の各放電電極を、それぞれリー
ド線が接続された基端間の距離よりも先端間の距離が短
くなるように、所定の角度で末広がりに配置することが
望ましい。この結果、放電は各放電電極の先端間におい
て集中的に生成されることとなり、当該箇所の電流密度
が高まるため、放電電極の溶融・変形が促進されること
となる。

【００１１】なお、溶融・変形した放電電極が気密容器
の内面と接触すると、気密容器の内面に沿面放電が生成
されてしまい、完全な０Ωショートとはならなくなるた
め、放電電極が溶融・変形した際に気密容器の内面に接
触することがないよう、両者間に隙間が形成されるよう
に構成することが望ましい。これは、例えば気密容器の
大きさや形状、各放電電極の体積や配置を調整すること
によって実現できる。

【００１２】

【発明の実施の態様】図１に示すように、本発明に係る
ガスアレスタ10は、ガラス管の上下両端を溶融封着させ
て形成した気密容器12内に、アルゴンやネオン等よりな
る放電ガスを封入すると共に、一対の棒状放電電極14，
14を所定の距離を隔てて対向配置して、両放電電極14，
14間に放電間隙16を形成して成る。

【００１３】上記放電電極14，14の下端には、それぞれ
デュメット線等より成るリード線18，18の一端が接続さ
れており、各リード線18，18の他端は気密容器12の下端
封着部12ａを貫通して外部に導出されている。また、各
放電電極14，14の表面には、酸化バリウム等より成るエ
ミッタ層22，22が形成されている。

【００１４】放電電極14，14は、比較的に融点の低い金
属材料によって構成されており、気密容器12を構成する
材料の融点との差が１２０℃以下に留まるものが望まし
い。例えば、気密容器12は通常鉛ガラスやソーダガラス
よりなり、鉛ガラスの融点は一般に５５０〜６００℃で
あり、ソーダガラスの融点が６００〜６５０℃であるた
め、放電電極14を融点が６６０℃のアルミニウムによっ
て構成すれば、この条件を満たすことができる。また、
各放電電極14，14は、それぞれ平行に配置してもよい
が、図示の通り、リード線18，18が接続された基端14
ａ，14ａ間の距離に比べて先端14ｂ，14ｂ間の距離が短
くなるよう、両放電電極14，14を末広がりに所定の角度
（例えば５度）で傾けて配置させることが望ましい。

【００１５】このガスアレスタ10は、図２に示すよう
に、各リード線18，18を介して、電子機器の電子回路24
に接続された通信線Ｌ1，Ｌ2間、及びＬ1−グランド
間、Ｌ2−グランド間に挿入接続される。そして、Ｌ1，
Ｌ2に定格以上のサージが印加されると、放電間隙16に
アーク放電が生成され、サージの吸収が実現される。ま
た、電力線との接触事故等によって、Ｌ1，Ｌ2に過電圧
が連続して印加された場合には、放電間隙16にアーク放
電が持続することとなる。この結果、放電電極14，14が
赤熱溶融し、図３に示すように、それぞれ略球状に変形
して両者が融着する。このように、両放電電極14'，14'
が融着し、０Ωショート状態となると、直ちに通信線Ｌ
1に接続されたヒューズ26が溶断し（図２）、電子回路2
4が保護されると同時に、信号の伝送が遮断されるた
め、ガスアレスタ10に異常が発生したことを外部から把
握することができる。また、例えヒューズ26がうまく溶
断できない場合であっても、ガスアレスタ10が短絡する
ことによって電子回路24への信号の伝送がバイパスさ
れ、電子機器が正常に動作しなくなるため、ガスアレス
タ10に異常が発生したことを外部から把握することがで
きる。

【００１６】ところで、上記のように連続過電圧の印加
に際して、ガスアレスタ10をショートモードで確実に故
障させるためには、持続放電による熱によって気密容器
12が溶融する前に、両放電電極14，14が確実に溶融する
必要がある。このためには、気密容器12を構成している
材料の融点に比較して、放電電極14，14を構成している
材料の融点が低く設定されていることが望ましい。しか
しながら、放電に関与している放電電極14，14には、放
電による熱エネルギが直接加わるのに対し、気密容器12
への熱の伝導は主としてリード線18，18を介した間接的
なものであるため、放電電極14，14の構成材料の融点が
気密容器12の融点と同等か、それより若干高くても実用
上問題ない。どの程度高くてもよいかは、気密容器12の
大きさや形状、放電が生成される位置、リード線18，18
の熱伝導率や長さ等によるため一概に言えないが、一般
的には１２０℃以下に留まれば十分といえる。その点、
上記のように放電電極14，14を融点が６６０℃のアルミ
ニウムよって構成すると共に、気密容器12を融点が５５
０〜６００℃の鉛ガラスや、６００〜６５０℃のソーダ
ガラスで構成すれば、連続過電圧の印加時にうまくショ
ートモードで故障できる。

【００１７】また、溶融した放電電極14'，14'間が確実
に融着されるよう、溶融前の放電電極14，14の体積や、
放電間隙16を適正に設定しておく必要がある。すなわ
ち、図４に示す棒状放電電極14の体積Ｗは、３辺（縦、
横、高さ）の積、すなわち「Ｗ＝ａ・ｂ・ｃ」で求め
られる。また、図５に示す溶融して球状化した放電電極
14'の体積Ｗ'は、その直径をＲとした場合、「Ｗ'＝
４／３・π・（Ｒ／２）³」で求められ、直径Ｒは、
「Ｒ＝（Ｗ'・３／４・１／π・８）^-3」で求められ
る。したがって、式のＷ'に式のＷの値を代入すれ
ば、溶融後の放電電極14'の直径Ｒが求められるため、
溶融前の放電電極14，14間の最も広い部分の間隙長（基
端14ａ，14ａ間の幅）を「Ｒ」以下に設定しておけば、
溶融・変形後の放電電極間を確実に融着させることがで
きる。あるいは、先に放電電極の基端14ａ，14ａ間の幅
が決められている場合には、この幅を式のＲに代入し
てＷ'を求め、溶融前の放電電極14の３辺（ａ，ｂ，
ｃ）の積がこのＷ'の値と一致するように、各辺の値を
調整すればよい。

【００１８】さらに、放電電極14，14が溶融して球状に
変形した際には、その表面が気密容器12の内面に一切接
触しないよう、球状放電電極14'，14'の表面と気密容器
12の内側面12ｂや内底面12ｃとの間に、所定の隙間28が
形成される必要がある。仮に両方の球状放電電極14'，1
4'が気密容器12の内面に接触すると、球状放電電極1
4'，14'間で沿面放電が生成されてしまい、完全な０Ω
ショート状態とはならないからである。上記隙間28は、
例えば０.５mm以上確保されることが望ましい。

【００１９】上記のように棒状放電電極14，14を一定の
角度で末広がりに配置させれば、放電間隙16は放電電極
の先端14ｂ，14ｂ間が最も狭くなるため、放電はこの先
端14ｂ，14ｂ間において集中的に発生することとなる。
この結果、各放電電極14，14の先端部分の電流密度が高
まるため、局所的に集中加熱されることとなり、放電電
極14，14の溶融が促進される。また、放電電極の先端14
ｂ，14ｂ間に集中的に放電を生成させるということは、
気密容器の内底面12ｃ（各放電電極14のリード線18が立
設された面）から最も離れた位置、すなわち気密容器12
内の中心付近に放電を生成させることを意味するため、
気密容器12の溶融防止に資することとなる。

【００２０】ところで、ガスアレスタ10の動作電圧（放
電開始電圧）は、放電ガスの組成を一定とした場合に
は、パッシェンの法則に従い、気密容器12内に封入され
た放電ガスの圧力Ｐと放電間隙16の間隙長ｄとの積（Ｐ
・ｄ値）によって規定される。そして、Ｐ・ｄ値を一定
に保ったまま（すなわち放電開始電圧を固定した上
で）、ガス圧Ｐを相対的に高く設定することにより、放
電電極表面の一部分間でのみ放電が生成されるスポット
放電性が促進され、先端14ｂ，14ｂ間における部分的な
放電生成をより確実なものにできる。

【００２１】

【発明の効果】この発明に係るガスアレスタにあって
は、連続過電圧の印加に際し、気密容器が溶融する前に
両放電電極が溶融・変形して融着し、０Ωショートする
ため、ガスアレスタを通信線や電源線に接続している場
合には、電子機器の電子回路側に信号が伝わらなくなっ
たり、電源の供給が停止されるため、直ぐにガスアレス
タがショートモードで故障した事実を外部から認識する
ことができる。この結果、連続過電圧の印加によって故
障したガスアレスタの交換時期を逸することにより、つ
ぎのサージ印加によって被保護電子回路が損傷すること
を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスアレスタを示す断面図であ
る。

【図２】上記ガスアレスタの使用例を示す回路図であ
る。

【図３】上記ガスアレスタの放電電極が溶融・変形して
融着した状態を示す断面図である。

【図４】上記放電電極の溶融・変形する以前の状態を示
す斜視図である。

【図５】上記放電電極が溶融・変形して球状化した状態
を示す斜視図である。

【図６】従来のガスアレスタを示す断面図である。

【符号の説明】

10 ガスアレスタ 12 気密容器 12ｂ気密容器の内側面 12ｃ気密容器の内底面 14 棒状放電電極 14' 球状放電電極 16 放電間隙 18 リード線 28 隙間Ｌ1 通信線Ｌ2 通信線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電ガスを充填した気密容器内に、一端
にリード線を接続した一対の棒状放電電極を収納させ、
各放電電極間に放電間隙を形成すると共に、それぞれの
リード線を気密容器を貫通させて外部に導出して成るガ
スアレスタにおいて、上記放電間隙に連続的に放電が生
成された場合に、上記気密容器が溶融する前に上記放電
電極が溶融・変形して両放電電極が融着するように、放
電電極及び気密容器の各融点を設定したことを特徴とす
るガスアレスタ。
【請求項２】上記放電電極の融点が気密容器の融点以
下となるか、あるいは放電電極の融点が気密容器の融点
よりも高いとしても、両者の差が１２０℃以下の範囲内
に収まるように、放電電極と気密容器の各構成材料を選
定したことを特徴とする請求項１に記載のガスアレス
タ。
【請求項３】上記の各放電電極を、それぞれリード線
が接続された基端間の距離よりも先端間の距離が短くな
るように、所定の角度で末広がりに配置したことを特徴
とする請求項１または２に記載のガスアレスタ。
【請求項４】上記溶融・変形した放電電極と気密容器
の内面との間に隙間が形成されるように構成したことを
特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガスアレス
タ。