JP2003059614A - 避雷器動作検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で光信号を得ることができるよう
にする。 【解決手段】 避雷器１６の接地線１７が貫通するサー
ジサーチコイル１８の両端間に、発光ダイオード２０及
び減衰器１９を直列に接続して、接地線１７をサージが
通過したときに発光する発光ダイオード２０の光信号を
フォトトランジスタ２１で受光し、フォトトランジスタ
２１の出力で動作検出手段２８を駆動して避雷器１６の
動作検出信号を出力するものである。

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、例えば各種発電
プラント、環境・水処理他の公共設備、化学・工業プラ
ント等で使用されている電気計測、監視、制御回路等の
対サージ保護用避雷器の避雷器動作検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、屋外の現場設置機器と建屋内の
計測、監視等の電子機器との関係を示す構成図である。
図４において、発信器や検出器等の現場設置機器１と建
屋２内に設置された受信計器、変換器、電源供給機等の
電子機器３との間をそれぞれ避雷器４を介してケーブル
５で接続して、電気信号や電力の送受が行われる。避雷
器４は酸化亜鉛系の非直線抵抗体等のサージ吸収素子４
ａ及びサージ吸収素子４ａの低い電圧での抵抗値より十
分低い値の抵抗４ｂで構成されている。このため、雷の
ない平常時には抵抗４ｂが電気信号や電源等に影響を及
ぼすことはない。そして、サージ飛来時にはサージをサ
ージ吸収素子４ａに逃がす。この状態で雷が発生したと
き、電磁誘導により瞬間的に数万Ｖにも達する高いサー
ジ電圧がケーブル５に誘起される。誘起されたサージ電
圧は各避雷器４に飛来する。サージ吸収素子４ａは高い
電圧領域での電気抵抗が零に近い。従って、飛来サージ
はサージ吸収素子４ａから接地線６を通して大地に放出
され、被保護機器の現場設置機器１及び電子機器３を保
護する。雷が発生したときにケーブルにサージが生じる
か否かは、落雷地点の近さ、落雷の規模等の自然現象に
依存される面と、ケーブルが布設されているルート、周
辺の建造物の有無等の地上の環境面とに左右される。実
際、雷の多い環境で使用されている電子機器にサージに
よる破損が発生している。このため、どのような環境や
ルートのケーブルにサージ電圧がのりやすいか等の基礎
データを採集して、現場設置機器１や電子機器３の破
損、故障等の原因追究が行われる。

【０００３】しかし、機器の破損が来サージ侵入が原因
か否かの特定が難しく、曖昧なままに雷サージが原因と
されることがある。このため、実際に雷の影響でなくて
も、雷の影響と断定され、避雷器の設置台数が増加する
傾向にある。避雷器の増加により、次の問題が生じる。 （１）電子機器を使用する回路においては、電源や電気
信号の回り込み、また周囲の電磁誘導等のノイズを避け
るために、一つのループでの接地個所は１点が望まし
い。避雷器は雷サージを大地へ逃がすことが最優先の責
務であるから避雷器自体をアースする必要があり、避雷
器を使用することにより一つのループに接地個所が２点
になってしまう。よって、電源回路を流れる電流が電磁
誘導作用により計装信号に影響を与えたり、計装回路以
外からのノイズを受けやすくなる。 （２）避雷器は現場と建屋の両側に、又は入出力部の両
方に必要で１つの回路に４〜８台程度必要になる場合も
ある。発明の属する技術分野で使用される電気・電子機
器の電気信号出力側の許容負荷は、直流電流信号（一般
には４〜２０ｍＡ）の場合、６００Ω〜８００Ω程度で
ある。これを受ける機器の入力抵抗は２５０Ωである。
避雷器の有する入力抵抗は２０Ω〜４０Ω程度である。
一つの出力点に複数台の受信計器が接続されるので、２
０Ω〜４０Ωも無視できずに受信計器の台数が制約され
る。

【０００４】（３）避雷器の設置は、避雷器の器具費
用、収納盤への取付費用、据付後の保守手数（費用）な
ど種々のコスト増加になる。これらの問題点をクリアー
するためには避雷器が動作したことを検知できる装置が
存在すれば、解決に寄与することができる。電子機器用
以外では以下に述べるとおりの従来技術が存在するが、
回路が複雑で高価となる。図５は、例えば特開閉５−２
９０６０号公報に記載された従来の避雷器動作検出装置
の構成図である。図５において、避雷器７の動作時の放
電電流は、ＣＴ８により検出される。検出された電流波
形のピーク値は、ピークホールド回路９により検出され
る。この検出されたピーク波形はＶ／Ｆ変換回路１０に
より電圧レベルに比例した周波数の信号に変換された
後、Ｅ／Ｏ変換回路１１で光信号に変換される。光信号
は光ファイバ１２を介してＯ／Ｅ変換回路１３で元の信
号に変換された後、Ｆ／Ｖ変換回路１４においてピーク
ホールド回路９で検出されたピーク波形に変換され、演
算回路１５で放電がカウントされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の避雷器動作検出
装置は以上のように構成されているので、ＣＴ８が検出
した電流波形のピーク値をピークホールド回路９が検出
し、このピーク波形をＶ／Ｆ変換回路１０により電圧レ
ベルに比例した周波数の信号に変換した後、Ｅ／Ｏ変換
器１３で光信号に変換するため、ＣＴ８で検出してから
Ｅ／Ｏ変換器１３で光信号として光ファイバ１２に出力
するまでの回路構成が複雑であるという問題点があっ
た。この発明は、簡単な構成で光信号を得ることができ
る避雷器動作検出装置を提供することを目的としたもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる避雷器
動作検出装置は、避雷器の接地線が貫通するサージサー
チコイルの両端間に、発光ダイオード及び減衰器を直列
に接続して、接地線をサージが通過したときに発光する
発光ダイオードの光信号をフォトトランジスタで受光
し、フォトトランジスタの出力で動作検出手段を駆動し
て避雷器の動作検出信号を出力するものである。また、
電源回路に接続された避雷器の非動作時に点灯して避雷
器の動作時に消灯する表示灯と、この表示灯の光を受光
するフォトトランジスタと、このフォトトランジスタの
出力により駆動され表示灯の消灯時に避雷器の動作検出
信号を出力する動作検出手段とを備えたものである。さ
らに、サージの飛来により放電して発光する避雷器に近
接してフォトトランジスタを配置して、避雷器の放電時
に発生する光信号をフォトトランジスタで受光し、フォ
トトランジスタの出力で動作検出手段を駆動して避雷器
の動作検出信号を出力するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態
１を示す構成図である。図１において、１６は避雷器、
１７は避雷器１６の接地線、１８は接地線１７が貫通し
たサーチコイルで、避雷器１６の動作電流を検出する。
１９は抵抗等の減衰器、２０は交流対応の双向性を有す
る発光ダイオードで、減衰器１９と直列接続してサーチ
コイル１８の両端間に接続されている。２１はフォトト
ランジスタで、受光部が発光ダイオード２０の発光部と
対向するように配置されている。２２は演算増幅器、２
３，２４は演算増幅器２２のマイナス端子の電圧設定用
抵抗、２５，２６は演算増幅器２２のプラス端子の電圧
設定用抵抗、２７は電源、２８はリレーからなる動作検
出手段で、コイル２８ａとａ接点２８ｂとで構成されて
いる。２９はコイル２８ａに並列接続されたフリーホイ
ールダイオード、３０は動作検出手段２８の復帰遅延用
抵抗、３１は動作検出手段２８の復帰遅延用コンデンサ
である。

【０００８】次に動作について説明する。図１におい
て、サージが飛来したとき避雷器１６が動作して接地線
１７を経由して大地に逃がされる。サージが接地線１７
を通過するとき、サーチコイル１８に式（１）に示す電
圧が発生する。 Ｅｓｓ＝−ｋＬｄｉ／ｄｔ（Ｖ） ・・・（１） 式（１）において、Ｌはサーチコイル１８のインダクタ
ンス、ｉはサージ電流、ｔは時間、ｋはコイルの巻数や
線材等によって決まる係数である。式（１）で示すよう
に、サージ電流が微分された波形が二次サージとなって
サーチコイル１８に誘起される。なお、式（１）で極性
が逆向き（−）になることを表しているが、双方向性の
発光ダイオード２０であるから正常動作が行われる。二
次サージ電流により発光ダイオード２０が一瞬点灯して
光信号を出力する。この光信号をフォトトランジスタ２
１が受けると、コレクタ−エミッタ間が数Ωとなる。こ
のとき、演算増幅器２２のマイナス端子電圧Ｅ− はプ
ラス端子電圧Ｅ＋ より高くなる。そして、演算増幅器
２２の出力端子と電源２７のマイナス端子との間が導通
する。

【０００９】このようにフォトトランジスタ２１が光を
受けている数１０μｓの導通状態のとき、演算増幅器２
２の出力端子が電源２７のマイナス端子と同電位となる
ので、動作検出手段２８のコイル２８ａが励磁される。
サージ電流が通過した後、演算増幅器２２の出力端子と
電源２７のマイナス端子間は非導通となって、演算増幅
器２２の出力端子電圧が高い値に戻る。このとき、コン
デンサ３１の充電電流が流れるので、この充電電流が流
れる時間に相当した時間だけ動作検出手段２８の復帰が
遅れる。即ち、動作検出手段２８が励磁されている時間
を、ａ接点２８ｂを介して接続された、例えば記録計、
計算機、故障警報装置等の外部機器（図示せず）が確実
に動作するように動作検出手段２８の動作検出信号を例
えば５００ｍｓ以上確保できるように設定する。以上の
ように、避雷器１６の接地線１７をサージが通過したと
きに発光する発光ダイオード２０の光信号をフォトトラ
ンジスタ２１で受光し、フォトトランジスタ２１の出力
で動作検出手段２８を駆動して避雷器１６の動作検出信
号を出力させることにより、簡単な構成で光信号を得る
ことができる。実施の形態１において、発光ダイオード
とフォトトランジスタとの組み合わせについて説明した
が、フォトカプラを使用しても同様の効果を期待するこ
とができる。

【００１０】実施の形態２．図２は実施の形態２を示す
構成図である。図２において、２１〜３１は実施の形態
１のものと同様のものである。ただし、フォトトランジ
スタ２１は受光部が後述の表示灯４１と対向するように
配置されている。３２は電源回路（図示せず）に接続さ
れたケーブル、３３は被保護機器（図示せず）に接続さ
れたケーブル、３４は両ケーブル３２，３３間に接続さ
れた避雷器で、以下の３５〜４０で構成されている。３
５，３６はそれぞれケーブル３２と大地との間に接続さ
れたサージ吸収素子、３７，３８はそれぞれケーブル３
３と大地との間に接続されたサージ吸収素子、３９は一
方のケーブル３２，３３間に接続された抵抗で、サージ
吸収素子３５，３７の非動作時における低い電圧での抵
抗値より十分低い値に設定されている。４０は他方のケ
ーブル３２，３３間に接続された抵抗で、サージ吸収素
子３６，３８の非動作時における低い電圧での抵抗値よ
り十分低い値に設定されている。４１は抵抗４２と直列
接続してケーブル３２間に接続された表示灯で、フォト
トランジスタ２１の受光部と対向するように配置されて
いる。

【００１１】４２はフォトトランジスタ２１が収納され
たケースで、表示灯４１の光を受光可能にしてある。４
３は演算増幅器２２の出力端子側に接続された反転器
で、演算増幅器２２の出力を反転させる。次に動作につ
いて説明する。図２において、電源回路（図示せず）か
らケーブル３２を通して電力が供給されていて、サージ
の飛来がないとき、避雷器３４が非動作状態で表示灯４
１が点灯しているので、フォトトランジスタ２１は表示
灯４１の光信号を受光している。この場合、実施の形態
１と同様に演算増幅器２２の出力端子が電源２７のマイ
ナス端子と同電位になるが反転器を通しているので、動
作検出手段８のコイル２８ａは励磁されない。従って、
ａ接点２８ｂが開いている。

【００１２】ここで、サージが飛来して避雷器３４が動
作すると、ケーブル３２の正側電源線及び負側電源線と
もに電位が大地電位になるので、表示灯４１が消灯す
る。表示灯４１が消灯することにより光信号がなくな
り、フォトトランジスタ２１のコレクタ−エミッタ間が
高抵抗になるので、演算増幅器２２のマイナス端子電圧
Ｅ− はプラス端子電圧Ｅ＋ より低くなるので、演算
増幅器２２の出力が低となる。この演算増幅器２２の出
力を反転器４３で反転させて動作検出手段２８のコイル
２８ａを励磁して動作検出信号を出力する。以上のよう
に、避雷器３４の非動作時に点灯し、避雷器３４の動作
時に消灯する表示灯４１の光をフォトトランジスタ２１
で受光し、フォトトランジスタ２１の出力で動作検出手
段２８を駆動して避雷器３４の動作検出信号を出力させ
ることにより、簡単な構成で光信号を得ることができ
る。

【００１３】実施の形態３．図３は実施の形態３を示す
構成図である。図３において、２２〜３１は実施の形態
１のものと同様のものである。４４は例えば現場設置機
器（図示せず）側のケーブル、４５は例えば被保護機器
（図示せず）側のケーブル、４６，４７はそれぞれケー
ブル４４と大地との間に接続されたガス入り避雷管から
なるサージ吸収素子で、サージ飛来により放電して発光
する。４８，４９はそれぞれケーブル４５と大地との間
に接続されたガス入り避雷管からなるサージ吸収素子
で、サージ飛来により放電して発光する。５０は一方の
ケーブル４４，４５間に接続された抵抗で、サージ吸収
素子４６，４８の非動作時における低い電圧での抵抗値
より十分低い値に設定されている。５１は他方のケーブ
ル４４，４５間に接続された抵抗で、サージ吸収素子４
７，４９の非動作時における低い電圧での抵抗値より十
分低い値に設定されている。なお、４６〜５１で避雷器
５２が構成されている。５３〜５６は並列接続されて抵
抗２３と演算増幅器２２のマイナス端子との間に接続さ
れたフォトトランジスタで、受光部が各サージ吸収素子
４６〜４９とそれぞれ対向して、サージ吸収素子４６〜
４９から出た閃光の光信号を受光するように配置されて
いる。

【００１４】次に動作について説明する。図３におい
て、サージが飛来するとサージ吸収素子４６〜４９が動
作して放電する。サージ吸収素子４６〜４９の放電によ
り発生した閃光の光信号をフォトトランジスタ５３〜５
６が受光して、コレクタ−エミッタ間が数Ωとなる。こ
れにより、実施の形態１と同様に演算増幅器２２の出力
端子が電源２７のマイナス端子と同電位となるので、動
作検出手段２８のコイル２８ａが励磁され、ａ接点２８
ｂが閉じて動作検出信号が出力される。以上のように、
避雷器５２のサージ吸収素子４６〜４９が放電時に発生
する光信号をフォトトランジスタ５３〜５６で受光し、
フォトトランジスタ５３〜５６の出力で動作検出手段２
８を駆動して避雷器５２の動作検出信号を出力させるこ
とにより、簡単な構成で光信号を得ることができる。実
施の形態１から実施の形態３において、動作検出手段２
８としてコイル２８ａ及びａ接点２８ｂとで構成された
リレーを使用したものについて説明したが、オープンコ
レタ出力による電圧の高低を出力としても同様の効果を
期待することができる。また、実施の形態１から実施の
形態３において、フォトトランジスタを使用したものに
ついて説明したが、光により抵抗が変化する半導体であ
れば、フォトダイオード、ＣｄＳ（硫化カドミウム）等
を使用しても同様の効果を期待することができる。

【００１５】

【発明の効果】この発明によれば、避雷器の接地線をサ
ージが通過したときに発光する発光ダイオードの光信号
をフォトトランジスタで受光し、フォトトランジスタの
出力で動作検出手段を駆動して避雷器の動作検出信号を
出力させることにより、簡単な構成で光信号を得ること
ができる。また、避雷器の非動作時に点灯し、避雷器の
動作時に消灯する表示灯の光をフォトトランジスタで受
光し、フォトトランジスタの出力で動作検出手段を駆動
して避雷器の動作検出信号を出力させることにより、簡
単な構成で光信号を得ることができる。さらに、避雷器
の放電時に発生する光信号をフォトトランジスタで受光
し、フォトトランジスタの出力で動作検出手段を駆動し
て避雷器の動作検出信号を出力させることにより、簡単
な構成で光信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２の構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３の構成図である。

【図４】 一般的な屋外の現場設置機器と建屋内の電子
機器との関係を示す構成図である。

【図５】 従来の避雷器動作検出装置の構成図である。

【符号の説明】 １６，３４，５２ 避雷器、１７ 接地線、１８ サー
チコイル、２０ 発光ダイオード、２１，５３〜５６
フォトトランジスタ、２８ 動作検出手段、４１ 表示
灯。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 避雷器の接地線が貫通するサージサーチ
   コイルの両端間に、発光ダイオード及び減衰器を直列に
   接続して、上記接地線をサージが通過したときに発光す
   る上記発光ダイオードの光信号をフォトトランジスタで
   受光し、上記フォトトランジスタの出力で動作検出手段
   を駆動して上記避雷器の動作検出信号を出力することを
   特徴とする避雷器動作検出装置。
2. 【請求項２】 電源回路に接続された避雷器の非動作時
   に点灯して上記避雷器の動作時に消灯する表示灯と、こ
   の表示灯の光を受光するフォトトランジスタと、このフ
   ォトトランジスタの出力により駆動され上記表示灯の消
   灯時に上記避雷器の動作検出信号を出力する動作検出手
   段とを備えたことを特徴とする避雷器動作検出装置。
3. 【請求項３】 サージの飛来により放電して発光する避
   雷器に近接してフォトトランジスタを配置して、上記避
   雷器の放電時に発生する光信号を上記フォトトランジス
   タで受光し、上記フォトトランジスタの出力で動作検出
   手段を駆動して上記避雷器の動作検出信号を出力するこ
   とを特徴とする避雷器動作検出装置。