JP2005237157A

JP2005237157A - 保安装置

Info

Publication number: JP2005237157A
Application number: JP2004045608A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yanagawa; 俊一柳川; Kazunari Hanatani; 一成花谷
Original assignee: Shoden Corp
Current assignee: Shoden Corp
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】施設内の電子機器、通信機器等への雷サージの侵入を防止してこれらを保護すると共に、サージ保護素子の劣化を防止可能とする。
【解決手段】各種電子機器、通信機器に接続された電源線または通信線等の線路と接地点との間に接続され、雷電流から機器を保護するための保安装置に関する。電源線３００と接地点との間に第１の避雷素子（アレスタまたはスパークギャップ）１１，１２を接続すると共に、電源線３００と第１の避雷素子１１，１２との接続点よりも機器２０側の位置において第１の避雷素子１１，１２と並列に第２の避雷素子（バリスタ）１３，１４を接続し、かつ、電源線３００上であって第１の避雷素子１１，１２の接続点と第２の避雷素子１３，１４の接続点との間に、雷電流を抑制するインダクタンスとして機能するコア１５を挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、雷・ノイズ対策に用いられる電源用または通信用の保安装置に関し、例えば、放送施設や無線中継所のように鉄塔を有する施設内の電子機器、通信機器等の電源線や通信線に侵入する雷サージから各種機器を保護するための保安装置に関するものである。

放送施設や無線中継所のように鉄塔を有する施設は、主に山頂等の高所に配置されることが多いため、直撃雷に見舞われることが少なくない。また、近傍への落雷も多いため、前記施設に誘導雷が侵入する頻度も高い。

放送施設や無線中継所には多くの電子機器、通信機器が設置されており、雷による異常電圧への耐力が弱いため、電源線や通信線への雷サージの侵入によってこれらの機器が破損したり故障する場合がある。
このため、従来では、直撃雷による逆流雷や誘導雷への対策として、ガス入りアレスタ、バリスタ、スパークギャップ等の避雷素子及び絶縁トランス等を備えた保安装置が雷サージの侵入経路に設置されている。

なお、通信回線及び電源線の両方に接続された電気機器を雷サージ等の過電圧から保護するための雷防護回路が、下記の特許文献１に記載されている。
この雷防護回路は、外部通信回線間に接続される第１の避雷管及び双方向性２端子サイリスタと、電源線相互間に接続される複数のバリスタ、第２の避雷管等を備え、各避雷管を接地して構成されている。
また、この特許文献１には、第１の避雷器と通信機器との間にコモンモードチョークコイルやフェライトコアを介在させることが開示されている。

更に、雷・ノイズ対策を施した配電盤が、下記の特許文献２に記載されている。
この配電盤は、加入者保安器を介した通信線にコモンモードチョークコイルを接続し、雷サージの侵入時に加入者保安器とコモンモードチョークコイルとの接続点の電圧を上昇させてＰＮＰＮ避雷素子を動作させることにより、ＩＳＤＮ装置等を雷サージから保護するものである。
この第２の特許文献において、電源線はブレーカ及びバリスタを介して接地されている。

特開２００２−３５４６６２号公報（請求項１、図１〜図４等）特開２００２−１０１５０５号公報（請求項１、図１，図３，図４等）

電源線から施設内へ侵入する誘導雷の場合、侵入する雷電流は直撃雷に比べて小さいが、侵入する回数が多いためサージ保護素子の劣化が進行する。また、鉄塔への直撃雷の場合には、接地極へ流入した直撃雷電流は保護素子を介して逆流雷電流として外部に流出していく。この際、劣化が進行した保護素子に逆流雷電流が流れると素子が破損し、場合によっては機器が破損するおそれもある。

更に、絶縁トランスを設置して雷対策を実施している場合、絶縁されているためコモンモードノイズの侵入に対しては有効となるが、電源容量によっては非常に大型の施設となると共に電力損失があるため、広い設置スペースが必要であり、サージ保護素子によるサージ防護ユニットタイプと比べてコスト高になる。

一方、前述した特許文献１に記載された従来技術では、双方向性２端子サイリスタを必須の構成要素としており、コスト高になるおそれがあると共に、コモンモードチョークコイルやフェライトコアはコモンモードノイズ対策や通信機器の保護には有効であるが、第１または第２の避雷器の劣化防止に対する実効は少ない。
また、特許文献２に記載された従来技術においても、避雷素子の劣化防止が考慮されていない。

そこで本発明は、施設内の電子機器、通信機器等への雷サージの侵入を防止してこれらの機器を保護すると共に、例えば機器の入力側に設けられるサージ保護素子の劣化を防止するようにした電源用または通信用の保安装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、各種電子機器、通信機器に接続された電源線または通信線等の線路と接地点との間に接続され、雷サージから前記機器を保護するための保安装置において、
線路と接地点との間にアレスタやスパークギャップ等の第１の避雷素子を接続すると共に、線路と第１の避雷素子との接続点よりも機器側の位置において第１の避雷素子と並列にバリスタ等の第２の避雷素子を接続し、かつ、
前記線路上であって第１の避雷素子の接続点と第２の避雷素子の接続点との間に、雷電流を抑制するインダクタンスとして機能するコアを挿入したものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した電源用保安装置において、
第２の避雷素子の動作電圧が、第１の避雷素子の動作電圧以下であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した電源用保安装置において、
前記機器の入力側に、前記線路と接地点との間に接続されるバリスタ等の保護素子を備えたものである。

請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した電源用保安装置において、
前記保護素子の動作電圧が、第２の避雷素子の動作電圧以下であることを特徴とする。

本発明によれば、線路側から侵入する誘導雷による雷電流や、付近の鉄塔への直撃雷による逆流雷電流が、コアによって制限されながら線路から接地点へ、あるいは接地点から線路側へ流れると共に、その際のコア設置点よりも線路側の電位上昇によって第１または第２の避雷素子が動作することにより、機器側のサージ保護素子の劣化を防止しつつ雷電流が機器側に流入するのを防止することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明を電源用保安装置に適用した場合の構成図である。なお、本発明は、電源用ばかりでなく、通信線に接続されて各種の電子機器や通信機器を保護するための通信用保安装置にも適用可能である。

図１において、１００は、放送施設や無線中継所のように鉄塔２００を有する建物であり、この建物１００には電源線３００が引き込まれている。また、建物１００の内部において、前記電源線３００は、ノーヒューズブレーカ（ＮＦＢ）３０を介して電源用保安装置１０の線路側端子Ｌ１，Ｌ２に接続されており、電源用保安装置１０の機器側端子Ｔ１，Ｔ２には、雷サージから保護するべき電子機器、通信機器等の機器２０（機器本体については図示を省略する）が接続されている。

電源用保安装置１０は、一対の電源線３００と接地点との間にそれぞれ接続された第１の避雷素子としてのアレスタ（またはスパークギャップ）１１，１２と、これらのアレスタ１１，１２よりも機器２０側の位置において、一対の電源線３００と接地点との間にそれぞれ接続された第２の避雷素子としてのバリスタ１３，１４と、前記アレスタ１１，１２の接続箇所とバリスタ１３，１４の接続箇所との間の電源線３００を包囲するように取り付けられたコア１５とを備えている。
なお、第２の避雷素子としてのバリスタ１３，１４の動作電圧は、第１の避雷素子としてのアレスタ１１，１２の動作電圧以下に設定されている。

ここで、上記コア１５は、例えばナノ結晶の軟磁性体からなるものであり、透磁率が大きく、所望のインダクタンス値が容易に得られると共に、残留磁束密度が小さいため単一波形の電流が通過した後も着磁されにくい性質を持っている。
また、コア１５は、図２に示すように目的とするインダクタンス値に応じて所要数を同軸上に並べて配置しても良く、特に、個々のコア１５を二分割形とすることで、電源線３００の敷設後にも容易に着脱可能となっている。

一方、機器２０内において、その電源入力側には、図示されていない機器本体を雷サージから保護するためのバリスタ等のサージ保護素子２１，２２が一対の電源線３００と接地点との間に接続されている。なお、保護素子２１，２２の動作電圧は前記バリスタ１３，１４の動作電圧以下に設定されている。

次に、この実施形態の動作を説明する。
いま、誘導雷による雷サージが電源線３００に侵入した場合、保護素子２１，２２への印加電圧が動作電圧を超えるとこれらの保護素子２１，２２が動作し、誘導雷電流はコア１５が挿入された電源線３００及び保護素子２１，２２を介して接地点に流出する。その際、コア１５は電源線３００に直列に接続されたインダクタンスとして機能するので、保護素子２１，２２を流れる電流の大きさを所定値に制限して保護素子２１，２２の劣化や破損を防止することができる。

また、保護素子２１，２２の動作に伴い、電源線３００とアレスタ１１，１２との接続点の、接地点から見た電位が上昇し、この電圧がアレスタ１１，１２の動作電圧を超えるとアレスタ１１，１２が動作する。従って、雷電流が機器２０に流れ込むのを防止することができる。

ここで、機器２０には保護素子２１，２２を備えていないものもあるが、その場合には、バリスタ１３，１４の動作電圧をアレスタ１１，１２よりも低く設定しておくことにより、雷サージの侵入時にまずバリスタ１３，１４を動作させ、雷電流をコア１５のインダクタンスにより制限しながら接地点に流出させる。その後は、前記同様に電源線３００とアレスタ１１，１２との接続点の電位上昇によってアレスタ１１，１２が動作するため、雷電流を接地点に流出させることが可能である。

また、上記のように電源線３００に挿入されたコア１５は、残留磁束密度が小さいため、パルス状の雷電流が通過した場合でも着磁されにくく、その電流制限動作に悪影響を及ぼすことがない。更に、コア１５が挿入されていない場合、アレスタ１１，１２の接続点と機器２０との間の距離によっては、機器２０側からの反射波が電源線３００上のサージ電圧波形に重畳されることがあるが、コア１５の挿入によってこの反射波も抑制することができる。
なお、図示されていないが、線路側端子Ｌ１，Ｌ２とアレスタ１１，１２の接続点との間に更に別のコア１５を挿入すれば、雷電流の抑制効果を一層高めることができる。

図１において、鉄塔２００が建物１００の近傍にある施設において、鉄塔２００に直撃雷が落ちると、接地点へ流入した直撃雷電流は周辺に比べて接地点の電位を上昇させる。
このため、接地点と電源線３００との間に接続されている保護素子２１，２２またはバリスタ１３，１４あるいはアレスタ１１，１２が動作し、逆流雷電流が電源線３００を通って外部に流出することにより、図示されていない接地点側に流出することになる。

この際、逆流雷電流が電源線３００を通過する割合は直撃雷電流の５０％程度と言われており、誘導雷による雷電流に比べて電流値が大きいため、この逆流雷電流によってコア１５は通常、磁気飽和する。このようにコア１５が磁気飽和するとサージインピーダンスが低下するため、逆流雷電流を電源線３００を介して外部にスムーズに流出させることができる。

なお、バリスタ１３，１４やアレスタ１１，１２の電流耐量は逆流雷電流を十分に処理できることが好ましいが、電源用保安装置１０を取り付ける施設の状況によっては、電流耐量の大きさは特に限定されるものではない。更に、バリスタ１３，１４やアレスタ１１，１２の保護レベルは機器２０との保護協調により決定されるものである。

また、インダクタンスとして機能するコア１５は、各素子１１〜１４，２１，２２の動作レベルに満たない電圧の外来ノイズや、電源系統が共通である負荷機器が発生するノイズを抑制する機能も有する。

図３は、本発明の他の実施形態を示す主要部の斜視図である。この実施形態は、前記コア１５を複数使用する場合に、その軸方向両端部に図示の如く着磁された永久磁石１６をそれぞれ配置して複数のコア１５を挟み込むように構成されている。
この実施形態は、コア１５が有する磁区を永久磁石１６の磁束によって強制的に揃えるための構成である。なお、コア１５の作用については第１実施形態と同様である。

上記のように、本発明の実施形態によれば、極めて簡単な回路構成により、誘導雷や直撃雷に伴う雷電流を抑制して各種電子機器や通信機器等の機器２０を保護すると共に、その入力側に設けられたサージ保護素子２１，２２の劣化を防止することができる。
なお、保安装置１０内に設けられる第１または第２の避雷素子の種類、機器２０の入力側に設けられる保護素子の種類は、図１の例に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施形態を示す構成図である。図１の実施形態における主要部の斜視図である。本発明の他の実施形態を示す主要部の斜視図である。

符号の説明

１０：電源用保安装置
１１，１２：アレスタ（第１の避雷素子）
１３，１４：バリスタ（第２の避雷素子）
１５：コア
１６：永久磁石
２０：機器
２１，２２：保護素子
３０：ＮＦＢ（ノーヒューズブレーカ）
１００：建物
２００：鉄塔
３００：電源線
Ｌ１，Ｌ２：線路側端子
Ｔ１，Ｔ２：機器側端子

Claims

各種電子機器、通信機器に接続された電源線または通信線等の線路と接地点との間に接続され、雷サージから前記機器を保護するための保安装置において、
線路と接地点との間に第１の避雷素子を接続すると共に、線路と第１の避雷素子との接続点よりも機器側の位置において第１の避雷素子と並列に第２の避雷素子を接続し、かつ、
前記線路上であって第１の避雷素子の接続点と第２の避雷素子の接続点との間に、雷電流抑制用のインダクタンスとして機能するコアを挿入したことを特徴とする保安装置。
請求項１に記載した電源用保安装置において、
第２の避雷素子の動作電圧が、第１の避雷素子の動作電圧以下であることを特徴とする保安装置。
請求項１または２に記載した電源用保安装置において、
前記機器の入力側に、前記線路と接地点との間に接続される保護素子を備えたことを特徴とする保安装置。
請求項３に記載した電源用保安装置において、
前記保護素子の動作電圧が、第２の避雷素子の動作電圧以下であることを特徴とする保安装置。