JP2006353046A - 雷サージ保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電線において落雷などの影響を受けた場合でも、その電線に接続された電気機器を保護することができる雷サージ保護装置を提供することである。
【解決手段】 過剰電圧から保護する対象の電線に直列に接続する一次側コイルと、この一次側コイルによる誘導電圧を生じる二次側コイルとを有し、前記二次側コイルによって前記電線に印加された過剰電圧を取り出すことによって前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、落雷による大電圧、大電流すなわち雷サージなどの過剰電圧から電気機器等の各種設備を保護する雷サージ保護装置に関する。

落雷は非常に大きなエネルギーを持つものであり、直撃雷や誘導雷等を受けた場合の雷サージによれば、周辺の電気機器等の各種設備が破壊されてしまうおそれがある。

そこで従来から、保護対象の各種設備が落雷を受けづらくするよう、その近辺に避雷突針を設け、落雷がその避雷突針に向かうように構成した避雷針設置がよく知られている。

たとえば特許文献１に記載の避雷針接地装置では、地中に埋め込んだアース体を介して地中に落雷のエネルギーを逃がす構成において、アース体の埋設位置を保護対象の各種設備から充分に遠ざけるようにして、各種設備に対する落雷の影響を低減しようとしている。

特開２００４−１４０９２２号公報

上述のように従来は、特許文献１に記載の避雷針接地装置のように落雷を避ける構成について開示されていた。ところが、この避雷針接地装置によって落雷を避けることができたとしても、落雷の周辺の電線がその影響をまったく受けないとは言いきれず、落雷時にはその電気機器の保護が必要であり、落雷時にその周辺の電線に接続された電気機器の保護をすることができる装置の提供が望まれる。

また、避雷針設置装置で落雷を避けようとしても避けきれず、周辺の電線に落雷してしまうおそれもあり、この場合もその周辺の電線に接続された電気機器の保護をすることができる装置の提供が望まれる。

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、電線において落雷などの影響を受けた場合でも、その電線に接続された電気機器を保護することができる雷サージ保護装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、過剰電圧から保護する対象の電線に直列に接続する一次側コイルと、この一次側コイルによる誘導電圧を生じる二次側コイルとを有し、前記二次側コイルによって前記電線に印加された過剰電圧を取り出すことによって前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする。

また本発明は、前記二次側コイルの両端に電極を設け、該両電極間にて放電することによって前記電線に印加された過剰電圧を消費し、前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする。

また本発明は、前記二次側コイルの両端の電極の間にさらに電極を設け、該多電極の近傍のものどうしで放電することによって前記電線に印加された過剰電圧を消費し、前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする。

また本発明は、前記電極のうちの所定の１つと該電極の近傍の電極との距離を、前記電線に過剰電圧が印加されない状態である平常時にあっては放電しない距離とすることを特徴とする。

本発明によれば、電線において落雷などの影響を受けた場合でも、その電線に接続された電気機器を保護することができる雷サージ保護装置を提供することができる。

すなわち本発明によれば、電力輸送用の送電線やアンテナ配線、通信ケーブルなどの電線への落雷の影響を防ぐことができ、家電機器や送電系統等の故障を防ぐことができる。

また本発明による雷サージ保護装置は、構造が簡単で軽量であり、安価に構成できるという効果もある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下においては電線に接続された各種機器設備の雷サージからの保護について説明するが、本発明による雷サージ保護装置は、雷サージによる過剰電圧に限らず、そのほかスイッチングミスなどで異常な電圧が印加されたような場合の過剰電圧から保護する場合にも適用できることは言うまでもない。

図１は、本発明の一実施の形態による雷サージ保護装置の構成を示すブロック図である。

本実施の形態の雷サージ保護装置１は、図１に示すように、雷サージから保護したい電線に直列に接続され両端に端子２ａおよび２ｂを有する一次側コイル２と、両端に端子３ａおよび３ｂを有し一次側コイル２による誘導を受ける二次側コイル３と、二次側コイル３に接続される浮遊多電極装置４とを有して構成される。

本実施の形態においては、浮遊多電極装置４が有する複数の放電電極６のうち中央にある１つと二次側コイル３の端子３ｂとが電気的に接続され、放電電極６のうち外側の複数のものと二次側コイル３の端子３ａとが電気配線７を介して電気的に接続されている。また各放電電極６は、絶縁基台５に挿入されて位置決めされている。この詳細について以下に図２を参照しながら説明する。

図２は、図１に示した浮遊多電極装置４を示す図であって、（ａ）は浮遊多電極装置４の斜視図であり、（ｂ）は浮遊多電極装置４の平面図であり、（ｃ）は浮遊多電極装置４の側断面図であって（ｂ）に示すＩＩＣ−ＩＩＣ断面図であり、（ｄ）は浮遊多電極装置４の放電電極６の斜視図である。

複数の放電電極６のそれぞれは、図２（ｄ）に示すように、円柱状の太い放電部分６ａと細い支持部分６ｂとを有して構成され、浮遊多電極装置４は、図２（ａ）の斜視図や図２（ｃ）の側断面図に示すように、絶縁基台５上に設けた穴に複数の放電電極６のそれぞれの支持部分６ｂを挿入して構成される。各放電電極６は電気的に浮遊状態にある。

また図２（ｂ）に示すように、絶縁基台５上に放電電極６の支持部分６ｂが挿入された状態において外側の放電電極６のそれぞれは電気配線７によって電気的に接続される。さらに、この電気配線７には二次側コイル３の端子３ａが電気的に接続され、複数の放電電極６のうち中央にある１つは二次側コイル３の端子３ｂと電気的に接続される。放電電極６の材質としてステンレスなどの導体が用いられる。

本実施の形態においては、二次側コイル３の端子３ａが電気的に接続された放電電極６と、二次側コイル３の端子３ｂが電気的に接続された放電電極６と、この両者の間に設けられた放電電極６との間で放電が発生するため、絶縁基台５の材質としては、熱に強い絶縁物である碍子などの各種セラミック等を用いることができるし、また、当該材質の耐熱性が放電による発熱に耐えられるものであれば、アクリル等を用いることもできる。

図２（ｃ）や図２（ｄ）に示すように、放電電極６の寸法は、放電部分６ａの直径は５ｍｍであり、放電部分６ａの長さは１０ｍｍであり、支持部分６ｂの直径は３ｍｍであり、支持部分６ｂの長さは１０ｍｍである。放電電極６を差し込むために設けた絶縁基台５の穴の深さは５ｍｍ程度であり、放電電極６の支持部分６ｂの長さの半分程度が差し込まれる。また、所定の放電電極６の放電部分６ａの側面と、それに最も近い放電電極６の放電部分６ａの側面との距離は、図２（ｂ）に示すように、０．５ｍｍ程度にしてある。なお、図２（ａ）〜（ｄ）では、各構成の配置を見易くするため、寸法に忠実な配置にはしていない。

上述した構成の本実施の形態の雷サージ保護装置１は、雷サージからの保護をしたい電線に対して直列に一次側コイル２を挿入して用いられる。この状態でその電線に雷サージが発生した場合、それを一次側コイル２で受け、それに応じて二次側コイル３に誘導電圧が発生する。

二次側コイル３に発生した誘導電圧は、浮遊多電極装置４の二次側コイル３の端子３ａが電気的に接続された放電電極６と、二次側コイル３の端子３ｂが電気的に接続された放電電極６との間に印加される。

雷による誘導電圧のように高電圧の場合、端子３ａに電気的に接続された放電電極６と、端子３ｂに電気的に接続された放電電極６と、この両者の間に設けられた放電電極６との間で、複数の放電電極６のうち近傍のものとの間で放電が発生し、その高電圧を消費することができる。

さらに説明すると、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明した浮遊多電極装置４では、端子３ａに電気的に接続された放電電極６と、端子３ｂに電気的に接続された放電電極６との間で、複数の放電電極６とそれぞれの間の空隙によって複数のコンデンサが形成され、雷サージで二次側コイル３に誘導された電圧によって、これらの複数のコンデンサが充電される。

ところで、端子３ａに電気的に接続された放電電極６と、端子３ｂに電気的に接続された放電電極６との間に印加された電圧は、複数の放電電極６間で分圧される。このため、放電電極６の数が多くなれば電極間の電圧を低くすることができ、浮遊多電極装置４やその周辺に与えるダメージを小さくすることができる。

放電電極６と放電電極６相互の空隙によって形成される各コンデンサにおいて充電が飽和状態になると、近傍の放電電極６との間で印加電圧よりも低い電圧で火花放電を生じる。雷サージで二次側コイル３に誘導された電圧のエネルギーはこの低電圧火花放電で消費される。

所定の放電電極６の放電部分６ａの側面と、それに最も近い放電電極６の放電部分６ａの側面との距離は、図２（ｂ）にて説明したように、本実施の形態では０．５ｍｍ程度にしてあるが、この間隔は、雷サージからの保護対象の電線に平常時にかかる定格電圧では放電電極６どうしで放電を発生させない程度で、雷サージが加わったときには放電を発生させる程度にすればよい。このようにすることによって、平常時に、電線に印加されている電圧や、電線中の通信データ等を変えてしまうことなく、従来どおりのその電線の機能を維持することができる。

図３は、本実施の形態の雷サージ保護装置１において、雷サージ発生時に、端子３ａに電気的に接続された放電電極６と端子３ｂに電気的に接続された放電電極６との間の電圧の時間的変化を示すグラフである。図３においては、横軸が時間経過であり、縦軸が放電電極６間の電圧である。

図３に示すように、本実施の形態の雷サージ保護装置１によれば、雷サージ発生時に、放電電極６間の電圧が上昇し、その後、放電の発生とともに電圧が低下し、これが数回繰り返され、その後、放電電極６間の電圧は平常時の定格に安定する。このように、浮遊多電極装置４を用いることによって、放電の回数が増え、放電を低電圧化することができる。

すなわち、上述の雷サージ保護装置１による雷サージ保護方法は、過剰電圧から保護する対象の電線に直列に一次側コイルを接続し、この一次側コイルによる誘導電圧を生じる二次側コイルにてその電線に印加された過剰電圧を取り出すものである。

次に、図４および図５に、図１に示した本実施の形態の雷サージ保護装置１を、雷サージからの保護対象の電線に接続した構成例を示す。

図４は、図１に示した本実施の形態の雷サージ保護装置１を、アンテナを有する無線通信装置に対して適用した構成例を示すブロック図である。

図４において、無線通信装置１２としては、ラジオ、テレビ、無線電話機、そのほか無線通信を行うあらゆる装置を想定することができる。無線通信装置１２は電線１１を介してアンテナ１０と接続され無線通信を行う。電線１１はアンテナ配線であったり、通信ケーブルであり、雷サージ保護装置１の一次側コイル２は、図４に示すように、電線１１に直列に接続される。

このように構成されることによって、アンテナ１０に落雷１３の影響で雷サージが発生したとしても、一次側コイル２および二次側コイル３によって誘導され二次側コイル３の端子３ａと端子３ｂとの間に生じるエネルギーは、浮遊多電極装置４の放電電極６間の放電によって消費され、雷サージの無線通信装置１２に対する影響を小さくすることができ、無線通信装置１２を保護することができる。

図５は、図１に示した本実施の形態の雷サージ保護装置１を、送電線に対して適用した構成例を示すブロック図である。

図５において、送電線２０は、たとえば電力会社からの電力を輸送するための電線であり、この例では、雷サージ保護装置１の一次側コイル２は、図５に示すように、送電線２０に直列に接続される。

このように構成されることによって、送電線２０に落雷２１の影響で雷サージが発生したとしても、一次側コイル２および二次側コイル３によって誘導され二次側コイル３の端子３ａと端子３ｂとの間に生じるエネルギーは、浮遊多電極装置４の放電電極６間の放電によって消費され、雷サージの送電線２０に対する影響を小さくすることができ、送電線２０に接続された各種設備を保護することができる。

また、別の例として、雷サージ保護装置１を避雷針接地装置に適用することもできる。すなわち雷サージ保護装置１の一次側コイル２を、避雷突針から地中のアース体までの間に直列に接続し、これによって、避雷突針で落雷を受けたとき、浮遊多電極装置４の放電によってアース体にかかる電圧を低減することができ、アース体近傍が大電位となってしまうことを避け、近傍の機器設備を保護することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による雷サージ保護装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示した浮遊多電極装置４を示す図であって、（ａ）は浮遊多電極装置４の斜視図であり、（ｂ）は浮遊多電極装置４の平面図であり、（ｃ）は浮遊多電極装置４の側断面図であって（ｂ）に示すＩＩＣ−ＩＩＣ断面図であり、（ｄ）は浮遊多電極装置４の放電電極６の斜視図である。 図３は、本実施の形態の雷サージ保護装置１において、雷サージ発生時に、端子３ａに電気的に接続された放電電極６と端子３ｂに電気的に接続された放電電極６との間の電圧の時間的変化を示すグラフである。図３においては、横軸が時間経過であり、縦軸が放電電極６間の電圧である。 図４は、図１に示した本実施の形態の雷サージ保護装置１を、アンテナを有する無線通信装置に対して適用した構成例を示すブロック図である。 図５は、図１に示した本実施の形態の雷サージ保護装置１を、送電線に対して適用した構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 雷サージ保護装置
２ 一次側コイル
２ａ、２ｂ 端子
３ 二次側コイル
３ａ、３ｂ 端子
４ 浮遊多電極装置
５ 絶縁基台
６ 放電電極
６ａ 放電部分
６ｂ 支持部分
７ 電気配線
１０ アンテナ
１１ 電線
１２ 無線通信装置
１３ 落雷
２０ 送電線
２１ 落雷

Claims (5)

1. 過剰電圧から保護する対象の電線に直列に一次側コイルを接続し、前記一次側コイルによる誘導電圧を生じる二次側コイルにて前記電線に印加された過剰電圧を取り出すことによって前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする雷サージ保護方法。
2. 過剰電圧から保護する対象の電線に直列に接続する一次側コイルと、この一次側コイルによる誘導電圧を生じる二次側コイルとを有し、前記二次側コイルによって前記電線に印加された過剰電圧を取り出すことによって前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする雷サージ保護装置。
3. 前記二次側コイルの両端に電極を設け、該両電極間にて放電することによって前記電線に印加された過剰電圧を消費し、前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする請求項２に記載の雷サージ保護装置。
4. 前記二次側コイルの両端の電極の間にさらに電極を設け、該多電極の近傍のものどうしで放電することによって前記電線に印加された過剰電圧を消費し、前記電線を過剰電圧から保護することを特徴とする請求項３に記載の雷サージ保護装置。
5. 前記電極のうちの所定の１つと該電極の近傍の電極との距離を、前記電線に過剰電圧が印加されない状態である平常時にあっては放電しない距離とすることを特徴とする請求項４に記載の雷サージ保護装置。

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