JP2009222663A - サージ電流検出方法及び避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出すると共に、避雷素子の劣化状態を検出できるようにすること。
【解決手段】 結合部１５は避雷素子１１〜１３に流れるサージ電流を誘導結合によって検出し、前記サージ電流の一部を駆動部１６に出力する。駆動部１６が避雷素子１１〜１３に流れるサージ電流の大きさが所定値以上であることを検出したとき、漏洩電流検出部１７は避雷素子１３に流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流が所定値以上のときに警報送出部１８は警報を送出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器のサージ電流を検出するサージ電流検出方法、避雷器に関する。

従来から、電子機器を落雷から保護するために避雷器が利用されている。
従来の避雷器は、バリスタと直列に実装したヒューズの溶断を検出したら警報を送出していたが（例えば特許文献１参照）、避雷器を交換するまでの間に次の誘導雷サージが印加された場合にはバリスタ未接続状態のため誘導雷サージが抑圧されず、後段に接続された電源機器等を破損させてしまうという不具合があった。

また、放電回数を計測し所定の回数を超えたらバリスタが劣化したと判定し警報を送出していたが（例えば特許文献２参照）、バリスタが劣化しない放電の回数も計測しているため、正しい劣化判定といえず、バリスタがまだ劣化領域に入っていないにもかかわらず警報を送出するという不具合があった。また複雑な構成のため高コストであった。
また、誘導結合器として一次巻線と二次巻線を有したトランスを使っていたため立体的回路となり大きなスペースが必要となり、また高コストになるという不具合があった。

一方、特許文献３には、１次導体及び２次導体をプリント板の配線パターンで形成するようにした漏洩遮断機用零相変流器が開示されている。しかしながら、単にプリント基板の配線パターンによって誘導結合を実現しているにすぎず、避雷器におけるサージ電流の検出とは関連性がない。

また、特許文献４には、避雷器の漏れ電流を検出することによって避雷器の劣化を検出する避雷器の劣化検出装置が開示されている。しかしながら、単に漏れ電流を直流電力に変換して蓄積し、避雷器の劣化を検出しているにすぎない。
このように、特許文献１〜４のいずれにも、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出し、避雷器の劣化状態を検出するような構成は開示持されていない。

特開２００２−２３８１１０号公報 特開２００３−３７９３２号公報 特開平０８−３０６２９６号公報 特許第２９４６６２４号公報

本発明は、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出できるようにすることを課題としている。
本発明は、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出すると共に、避雷素子の劣化状態を検出できるようにすることを課題としている。

本発明によれば、電源ラインに接続された避雷素子にサージ電流が流れたとき、前記避雷素子に接続されると共にプリント基板上に形成された第１結合パターンに流れるサージ電流の一部を、誘導結合または静電結合によって、前記プリント基板上に形成された第２結合パターンから出力することを特徴とするサージ電流検出方法が提供される。
電源ラインに接続された避雷素子にサージ電流が流れたとき、前記避雷素子に接続されると共にプリント基板上に形成された第１結合パターンに流れるサージ電流の一部を、誘導結合または静電結合によって、前記プリント基板上に形成された第２結合パターンから出力する。

ここで、前記第１結合パターンと第２結合パターンが誘導結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の同じ面に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記第１結合パターンと第２結合パターンは渦巻き状に形成されて成るように構成してもよい。

また、前記第１結合パターンと第２結合パターンが静電結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に対称に配設されて成るように構成してもよい。
また、サージ電流が流れる毎に、前記避雷素子に流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流が所定量以上になったとき、前記避雷素子の劣化状態の警報を行うように構成してもよい。

また、本発明によれば、避雷素子に流れる電流が流れると共にプリント基板上に形成された第１結合パターンと、前記プリント基板上に形成されると共に前記第１結合パターンと誘導結合または静電結合する第２結合パターンを備え、前記避雷素子にサージ電流が流れたとき、前記第１結合パターンに流れるサージ電流の一部を、誘導結合または静電結合によって前記第２結合パターンから出力することを特徴とする避雷器が提供される。
避雷素子にサージ電流が流れたとき、第１結合パターンに流れるサージ電流の一部を、誘導結合または静電結合によって第２結合パターンから出力する。

ここで、前記第１結合パターンと第２結合パターンが誘導結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の同じ面に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記第１結合パターンと第２結合パターンは渦巻き状に形成されて成るように構成してもよい。

また、前記第１結合パターンと第２結合パターンが静電結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に対称に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記避雷素子に流れる電流が所定レベル以上のとき、警報を出力する警報出力手段を備えて成るように構成してもよい。

また、前記警報出力手段は、前記第２結合パターンからの信号に基づいて前記サージ電流の大きさが所定値以上か否かを検出する駆動部と、前記駆動部が前記所定値以上のサージ電流を検出したときに前記避雷素子に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出部と、前記漏洩電流検出部が検出した漏洩電流が所定値以上のときに前記警報を出力する警報送出部とを備えて成るように構成してもよい。
また、前記漏洩電流検出部は、前記駆動部が前記所定値以上のサージ電流を検出する毎に、前記避雷素子に流れる漏洩電流を検出するように構成してもよい。

本発明に係るサージ電流検出方法によれば、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出することが可能になる。また、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出すると共に、避雷素子の劣化状態を検出することが可能になる。
また、本発明に係る避雷器によれば、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出することが可能になる。また、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出すると共に、避雷素子の劣化状態を検出することが可能になる。

本実施の形態に係るサージ電流の検出方法、避雷器の概要を説明すると、本実施の形態では、避雷素子に流れるサージ電流を安価な構成により検出する機能と、過大サージが印加される毎に避雷素子に定常的に流れる漏洩電流を検出する機能を具備することにより、避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出し、警報を発することができるように構成している。また避雷素子は初期の劣化状態のため、次の大きな誘導雷サージが入力されても十分な避雷機能を有しており、避雷器を交換するための時間的余裕を確保可能である。

より詳細にいえば、本実施の形態では、避雷素子の劣化を検出し警報を送出する機能を備えた避雷器において、プリント基板上に形成した電磁誘導結合パターンにより避雷素子に流れるサージ電流を検出する機能を有し、避雷素子が劣化するサージ電流が流れた場合には避雷素子に流れる漏洩電流を測定することにより避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出し、警報を発する機能を有するように構成している。

以下、本実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における全体構成を示す図で、電源構成図を示している。
図１において、受電端に供給される直流（ＤＣ）電源は、−線（本実施の形態では−４８Ｖ）、＋線（Ｒｅｔｕｒｎ）、接地線ＦＧ（Ｆｒａｍｅ Ｇｒｏｕｎｄ）の３線構成であり、−線または＋線に過大電流が流れた時に遮断する機能を有するブレーカ２を経て、−４８Ｖを扱い易いＤＣ電圧に変換する電源機器３に接続される。避雷器１は受電端とブレーカ２との間の−線、＋線、ＦＧに接続され、容易に交換できる構造である。

図２は、避雷器１の詳細なブロック図を示しており、−線と＋線間に誘導雷サージを所定の電圧にクランプする避雷素子１１、＋線と結合部１５を経由してＦＧ間に誘導雷サージを所定の電圧にクランプする避雷素子１２、−線と結合部１５を経由してＦＧ間に誘導雷サージを所定の電圧にクランプする避雷素子１３がそれぞれ接続されている。

一般的には、避雷素子１１、１２、１３としては、応答速度の早いバリスタ電圧８２Ｖのバリスタ（電位差４８Ｖの場合）を選定する。誘導雷サージとして最大２０ＫＶ（時間は約２０μｓ）が印加されるが、バリスタによりクランプされる時にサージ電流が流れる。クランプ電圧はサージ電流の大きさによって変動し、２０ＫＶ印加時のクランプ電圧は約１５０Ｖとなり、サージ電流は約２ＫＡとなる。１０ＫＶ印加時のクランプ電圧は、１２０Ｖ程度となり、サージ電流は約１ＫＡとなる。

結合部１５は避雷素子１２、１３の接続点とＦＧ間に挿入されており、結合部１５の出力は駆動部１６に供給されている。駆動部１６の出力は漏洩電流検出部１７に、漏洩電流検出部１７の出力は警報送出部１８にそれぞれ供給されている。
ＤＣ電源（−４８Ｖ）を低電圧に変換する電圧コンバータ１４の出力電圧（＋Ｖ）は、駆動部１６、漏洩電流検出部１７および警報出力部１８に接続されている。電圧コンバータ１４は５０ｍＡ程度の出力電流を供給できる小さな電源容量で十分である。

誘導雷サージの到来があっても避雷素子１１、１２、１３により低電圧にクランプされるため電源機器３は保護される。一般的には、誘導雷サージは−線とＦＧ間および＋線とＦＧ間に同レベルのエネルギーが印加される。そのため、避雷素子１１には避雷素子１２と避雷素子１３それぞれのクランプ電圧の差しか印加されないので、サージ電流は殆ど流れないが、避雷素子１２、１３には大きなサージ電流が流れることになる。保証できるサージ電流であれば避雷素子１２、１３の劣化はないが、保証を超えるサージ電流が流れた場合には、避雷素子１２、１３は同時に劣化することにより低抵抗となり、４８Ｖが印加されているため漏洩電流が増大し発熱するという特性劣化を発生する。

誘導雷サージの到来があった場合に、避雷素子１２、１３でクランプされた時にサージ電流が結合部１５に流れる。結合部１５では、誘導結合パターンにより誘導サージ電流を検出し、サージ電流に対応する信号であるサージ電流の一部を駆動部１６に送出する。駆動部１６では避雷素子が劣化するサージ電流以上と判定した場合に、一定時間だけ漏洩電流検出部１７のリレーを動作させる。漏洩電流検出部１７ではリレーが動作することにより避雷素子１３に流れる漏洩電流を検出する。警報送出部１８では漏洩電流が閾値を超えたらフリップフロップ回路を動作させて警報を外部に送出する。

このようにして、本第１の実施の形態では、避雷素子に流れるサージ電流を平面回路かつ安価な構成により検出する機能と、過大サージが印加される毎に、避雷素子に定常的に流れる漏洩電流を検出する機能を具備することにより、避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出し、警報を発することができる。
尚、駆動部１６、漏洩電流検出部１７及び警報送出部１８は警報出力手段を構成している。

図３は、避雷素子１２、１３に流れるサージ電流を検出し検波する結合部１５のブロック図である。誘導結合によりサージ電流を検出する誘導結合器１０１、負荷終端のための負荷抵抗１０２、負荷抵抗１０２の両端に発生するサージ電流を検波し電圧に変換するブリッジダイオード１０３により構成される。サージ電流は電源線からＦＧに流れる場合とＦＧから電源線に流れる場合の２種類あるので、両者のサージ電流を検出できる構成になっている。

図４は誘導結合器１０１の構成を示す図で、図４（ａ）はプリント基板表面側の誘導結合器１０１のパターン図、図４（ｂ）はその裏面側のパターン図を示している。図４において、図４図（ａ）は誘導結合器１０１をプリント基板５０１表面に渦巻き状パターン５０２、５０３で実現した構成を示す表面側の図であり、図４（ｂ）はプリント基板５０１裏面側の構成を示している。

太い第１渦巻き状パターン（第１結合パターン）５０２の一端は避雷素子１２、１３の接続点に、他端はＦＧに接続されている。このパターン幅は、最大の誘導雷サージが印加されると２〜３ＫＡ（約２０μｓ）のサージ電流が流れるため、この電流で破損しない２〜３ｍｍの太さとしている。
細い第２渦巻き状パターン（第２結合パターン）５０３は負荷抵抗１０２に接続されている。このパターン幅は、誘導される誘導サージ電流が１／１０程度になるため、０．５ｍｍ程度の太さで十分である。

それぞれのパターン５０２、５０３のＦＧ側終点は、スルーホール５０４、５０５により表裏が接続されている。パターン間距離を小さくする程、誘導結合度は上昇するため誘導される誘導サージ電流も上昇する。また、渦巻状パターン５０２、５０３の裏面側は、誘導結合度を上げるため（それぞれのインダクタンスを上昇させるため）に銅箔のくり抜き５０６を形成しておく。

一般的に、サージ電流の周波数成分は１Ｍ〜１０ＭＨｚであり、その周波数で必要な検波電圧を得るための両パターン長と両パターン間距離の最適化を行っておく。ブリッジダイオード１０３の出力である、サージ電流と比例関係にある検波電圧は駆動部１６に供給される。以上のような構成により、渦巻き状パターン５０２、５０３の電磁誘導によって渦巻き状パターン５０２に流れるサージ電流に応じた信号が渦巻き状パターン５０３に発生する。

図５はサージ電流対検波電圧の関係を示したグラフであり、サージ電流が増えると検波電圧も比例的に増えるという傾向がある。ここで劣化しない領域とは避雷素子１２、１３が劣化しないサージ電流範囲を示しており、劣化領域とは避雷素子１２、１３が劣化するサージ電流範囲を示している。バリスタのサイズによって劣化するサージ電流値は異なるが、一般的なバリスタが劣化するサージ電流は約２．５ＫＡ（時間は約２０μｓ）である。

図６は、検波された電圧が閾値を超えたら一定時間だけリレーを動作させる駆動部を示した図である。即ち、図６には、結合部１５より供給された検波電圧が所定の閾値を超えたら一定時間出力をＯＮする駆動部１６のブロック図を示している。
図６において、駆動部１０６は、検波電圧に含まれる高周波成分を除去するコンデン２０１、所定の電圧に設定された基準電圧２０２、比較増幅する比較器２０３、比較器２０３の出力が供給されたら抵抗２０５とコンデンサ２０６の積（時定数）によって決定される時間だけ出力をＯＮとする１ショットマルチ回路２０４、１ショットマルチ回路２０４よりＯＮ出力が供給されたらＯＮするオープンコレクタのトランジスタ２０７を備えている。

基準電圧２０２は避雷素子１２、１３が劣化する検波電圧（図５の劣化ポイント）に設定しておく。基準電圧２０２は避雷素子１２、１３に流れる電流が所定レベル（第１基準レベル）以上か否かを判定する基準となる。
入力された検波電圧（その大きさはサージ電流の大きさに対応する）が基準電圧より高くなると比較器２０３の出力は高（ＨＩＧＨ）となり、１ショットマルチ２０４がＯＮ、したがってトランジスタ２０７がＯＮする。１ショットマルチ２０４がＯＮする時間は、１ｓｅｃ程度で十分である。

図７は、避雷素子１３に定常的に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出部１７のブロック図である。避雷素子１３の一端にリレー３０１の接点３０１ａの一端、避雷素子１３の他端に接点３０１ｂの一端が接続され、接点３０１ａの他端には抵抗３０２、接点３０１ｂの他端には抵抗３０３が接続されている。リレー３０１の駆動コイル３０４の一端には＋Ｖの電圧が供給されており、他端には結合部１５のトランジスタ２０７のコレクタが接続されている。

一方、避雷素子１２と避雷素子１３は直列に接続されており、両端には常時４８Ｖの電圧が印加されているため、両避雷素子が劣化している場合には矢印の方向で漏洩電流が流れている。結合部１５より出力が供給されるとリレー３０１は動作し、接点３０１ａ、３０２ｂはオープン状態から接状態になるため、抵抗３０３、３０２には矢印の方向で漏洩電流の一部が流れることより、抵抗３０３には漏洩電圧が発生する。

避雷素子１３が正常の場合の抵抗値は１ＭΩ以上であるが、初期の劣化状態時の抵抗は１０ＫΩ程度である。そのため抵抗３０３は１０ＫΩ、抵抗３０２は１００ＫΩに設定する。劣化した避雷素子１３に流れる漏洩電流は約２．４ｍＡ（４８Ｖ÷２０ＫΩ）であり、抵抗３０３に分流する電流は約０．２ｍＡとなるため漏洩電圧は約２Ｖとなる。
避雷素子１２、１３は劣化が進むと漏洩電流が１Ａを超えることになり、避雷素子１２、１３は発熱し発煙状態になるが、それよりも十分小さい漏洩電流の段階から検出を行うのでそのような状態を回避できる。漏洩電流は避雷素子１２と避雷素子１３の接続点から結合部１５を経てＦＧに流れることはない。

一方、避雷素子１２、１３が劣化していない場合はそれぞれ１ＭΩ以上の高抵抗値を有しており、この場合に抵抗３０３に分流する電流は最大でも約０．０４ｍＡとなるため、漏洩電圧は最大０．４Ｖとなる。この例では、検出する避雷素子１２、１３の劣化時の抵抗を１０ＫΩとしたが、５ＫΩとか１ＫΩに設定することにより、もう少し劣化が進んだ状態で検出することも可能である。

図８は、漏洩電流が所定の閾値（第２基準レベル）電流を超えた場合に警報を送出する警報送出部１８のブロック図であり、警報送出部１８は、漏洩電流検出部１７より出力される漏洩電圧を受けて所定の閾値を超えた場合に（漏洩電流が第２基準レベルを超えた場合に）警報を送出するように構成されている。

＋Ｖを適切な値に分圧する抵抗４０１、４０２および４０３、抵抗３０３と抵抗４０２の並列抵抗に発生するバイアス電圧を受けて比較増幅する比較器４０４、比較器４０４の出力を受けて出力をラッチするフリップフロップ４０５により構成される。比較器４０４には抵抗３０３と抵抗４０２の並列抵抗により約１．５Ｖの負極性のバイアス電圧が入力されるように設定されており、抵抗３０３に発生する漏洩電圧の極性と異なっている。すなわち、漏洩電圧はバイアス電圧を打ち消すように印加されることになる。抵抗４０２は抵抗３０３と比較し十分小さい１ＫΩ以下の値とする。

リレー３０１が非動作時には漏洩電圧はゼロであり、リレー３０１が動作しても避雷素子１２、１３が正常の場合には漏洩電圧は０．４Ｖ以下となるためバイアス電圧は１．１Ｖ（１．５−０．４）の負極性となり、比較器４０４は動作せず、出力はＬＯＷであるためフリップフロップ４０５から警報は送出されない。
一方、リレー３０１が動作時に避雷素子１２、１３が劣化しているとし漏洩電圧が２Ｖ以上になればバイアス電圧は０．５Ｖ（１．５−２）の正極性となり、比較器４０４の出力は反転しＨＩＧＨとなるため、フリップフロップ４０５より警報が出力される。この警報はラッチされるため連続して送出される。

常時リレー３０１を動作させて避雷素子１２、１３の漏洩電流を常に監視することも考えられるが、誘導雷サージが印加された時に誘導雷サージがリレー３０１や抵抗３０３，３０２に侵入することにより、これら部品を破損させるため不可である。
このように、避雷素子に流れるサージ電流を安価な構成により検出し、過大サージが印加される毎に避雷素子に定常的に流れる漏洩電流を検出することにより、避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出し、警報を発することができる。

以上のように構成された本発明の第１の実施の形態の動作を、図１〜図８を参照して説明する。
誘導雷サージが印加された場合について説明する。一般的に誘導雷サージは−線とＦＧ間、＋線とＦＧ間に同時に同エネルギーが印加される。避雷素子１２、１３としてバリスタ（例えばバリスタ電圧８２Ｖ）を使用するが、クランプ時にサージ電流が避雷素子１２、１３に流れる。

サージ電流は結合部１５を経てＦＧに流れ込むが、この時にサージ電流は検出される。図５に示すような避雷素子１２、１３が特性劣化しない範囲のサージ電流であれば、図６に示す駆動部１６の比較器２０３、１ショットマルチ２０４、トランジスタ２０７は動作しない。そのため、図７に示す漏洩電流検出部１７のリレー３０１の駆動コイル３０４の電源側ではない方の端子が接地（ＧＮＤ）に駆動されないため、接点３０１ａ、３０１ｂは遮断された状態（開状態）が続く。

図８に示す警報送出部１８の比較器４０４の入力には、抵抗３０３と抵抗４０２の並列抵抗により約１．５Ｖの負極性のバイアス電圧が印加されているため、比較器４０４の出力は低レベル（ＬＯＷ）のままとなり、フリップフロップ４０５より警報の信号は出力されない。

一方、図５に示すような避雷素子１２、１３が特性劣化する劣化領域でサージ電流を検出した場合は、駆動部１６の比較器２０３の出力が高レベル（ＨＩＧＨ）となるため１ショットマルチ２０４が例えば約１ｓｅｃの間、ＯＮする。１ショットマルチ２０４の出力は、トランジスタ２０７を経てリレー３０１の駆動コイル３０４に接続されているため、接点３０１ａ、３０１ｂが約１ｓｅｃの間、接状態（閉状態）となる。

避雷素子１２、１３の両方が初期の劣化状態である場合は、直列に接続されている避雷素子１２と避雷素子１３の両端には常時４８Ｖの電圧が印加されているため、矢印の方向で漏洩電流が流れている。漏洩電流が約２．４ｍＡを超えている場合には、接点３０１ａ、３０１ｂは接状態になっているため、抵抗３０３には図７の矢印の方向で漏洩電流の一部が流れることより、抵抗３０３には正極性の漏洩電圧約２Ｖが発生する。

比較器４０４の入力には抵抗３０３と抵抗４０２の並列抵抗により約１．５Ｖの負極性のバイアス電圧が印加されており、正極性の漏洩電圧約２Ｖが加算されることより比較器４０４の入力電圧は正極性の０．５Ｖとなる。そのため比較器４０４の出力は反転し、フリップフロップ４０５より警報を表す信号が連続して送出される。
このようにして、本第１の実施の形態では、避雷素子に流れるサージ電流を平面回路を用いてかつ安価な構成により検出する機能と、過大サージが印加される毎に避雷素子に定常的に流れる漏洩電流を検出する機能を具備することにより、避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出し、警報を発することができる。

以上説明したように、本第１の実施の形態によれば、結合部１５は避雷素子１１〜１３に流れるサージ電流を誘導結合によって検出し、前記サージ電流の一部を駆動部１６に出力する。駆動部１６が避雷素子１１〜１３に流れるサージ電流の大きさが所定値以上であることを検出したとき、漏洩電流検出部１７は避雷素子１３に流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流が所定値以上のときに警報送出部１８は警報を送出する。

したがって、本第１の実施の形態にサージ電流検出方法、避雷器１によれば、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出することが可能になる。また、構成簡単で廉価にしてサージ電流を検出すると共に、避雷素子の劣化状態を検出することが可能になる。
また、プリント基板の誘導結合パターンを使用した誘導結合器のため、低コストでサージ電流を検出ことが可能である。また、過大サージが印加される毎に、避雷素子に定常的に流れる漏洩電流を検出することにより、避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出することが可能である。また、避雷素子の劣化を検出後に警報を送出できるという効果をも奏する。

次に、本発明の第２の実施の形態及び構成について図９及び図１０を参照して詳細に説明する。
本発明の第２の実施の形態は、前記第１の実施の形態の誘導結合パターンすなわち誘導結合器１０１の構成を変更したもので、静電結合パターンの例を示しており、他の構成は同じである。

図９（ａ）はプリント基板表面側に形成された第１静電結合パターン（第１結合パターン）９０１の図であり、パターン９０１は避雷素子１２、１３の接続点とＦＧ間を接続している。図９（ｂ）はプリント基板裏面側に形成された第２静電結合パターン（第２結合パターン）９０２の図であり、パターン９０２は負荷抵抗１０１に接続されている。図９（ａ）と図９（ｂ）のパターン９０１、９０２は、各々、つづら折り状のパターン形状を有しており、又、絶縁体のプリント基板１００１を挟んで対称となるように（パターンが対向するように）配置し、両パターンが静電結合するように構成する。

図１０は、図９（ａ）、図９（ｂ）の点線Ａでの断面図を示している。絶縁体である基板１００１の厚み（層間厚）を薄くすればするほど、又、両パターン９０１、９０２のパターン長を長くすればするほど、静電結合度は上昇し誘導サージ電流も上昇するので、必要な検波電圧を得るための両パターン９０１、９０２のパターン長と絶縁体基板１００１の厚みの最適化を行っておく。

図４（ａ）の例は誘導結合が支配的な結合パターンの例であるのに対し、図９及び図１０の例は静電結合が支配的な結合パターンの例である。図９及び図１０に示した例は一例であり、異なるパターンでもよい。図９（ｂ）のパターン９０２に流れる誘導サージ電流は小さいので、図４（ａ）のように幅を２〜３ｍｍに太くする必要は無い。

以上のように構成された本第２の実施の形態の動作を、図３、図９及び図１０を参照して説明する。
図９（ａ）のパターン９０１にサージ電流が流れると、図９（ｂ）のパターン９０２には静電結合により静電誘導サージ電流が流れる。誘導サージ電流は、前記第１の実施の形態と同様に１／１０程度になるようにパターン長と絶縁体である基板１００１の厚みの最適化を行っておく。

誘導サージ電流は負荷抵抗１０２を経てブリッジダイオード１０３に供給され検波電圧に変換される。以降は、前記第１の実施の形態と同じ動作を行う。このようにして、第２の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏し、避雷素子の初期の劣化状態を的確に検出し、警報を発することができる。

本発明は、電源機器等を備えた各種電気機器のサージ電流検出や、前記電気機器に使用する避雷器に利用できる。

本発明の第１の実施の形態における全体構成を示す図で、電源構成図を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る避雷器の詳細ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態おける結合部のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における誘導結合器のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態におけるサージ電流対検波電圧の関係を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態における駆動部のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における漏洩電流検出部のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における警報送出部のブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における結合パターンの図である。 図９における点線Ａでの断面図である。

符号の説明

１・・・避雷器
２・・・ブレーカ
３・・・電源機器
１１、１２、１３・・・避雷素子
１４・・・電圧コンバータ
１５・・・結合部
１６・・・駆動部
１７・・・漏洩電流検出部
１８・・・警報送出部
１０１・・・誘導結合器
１０２・・・負荷抵抗
１０３・・・ブリッジダイオード
２０１・・・コンデンサ
２０２・・・基準電圧
２０３・・・比較器
２０４・・・１ショットマルチ
２０５・・・抵抗
２０６・・・コンデンサ
２０７・・・トランジスタ
３０１・・・リレー
３０２、３０３、４０１、４０２、４０３・・・抵抗
３０４・・・コイル
４０４・・・比較器
４０５・・・フリップフロップ
５０１・・・プリント基板
５０２、５０３・・・渦巻き状パターン
５０４、５０５・・・スルーホール
５０６・・・くり抜き部

Claims (14)

1. 電源ラインに接続された避雷素子にサージ電流が流れたとき、前記避雷素子に接続されると共にプリント基板上に形成された第１結合パターンに流れるサージ電流の一部を、誘導結合または静電結合によって、前記プリント基板上に形成された第２結合パターンから出力することを特徴とするサージ電流検出方法。
2. 前記第１結合パターンと第２結合パターンが誘導結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の同じ面に配設されて成ることを特徴とする請求項１記載のサージ電流検出方法。
3. 前記第１結合パターンと第２結合パターンは渦巻き状に形成されて成ることを特徴とする請求項２記載のサージ電流検出方法。
4. 前記第１結合パターンと第２結合パターンが静電結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に配設されて成ることを特徴とする請求項１記載のサージ電流検出方法。
5. 前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に対称に配設されて成ることを特徴とする請求項４記載のサージ電流検出方法。
6. サージ電流が流れる毎に、前記避雷素子に流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流が所定量以上になったとき、前記避雷素子の劣化状態の警報を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のサージ電流検出方法。
7. 避雷素子に流れる電流が流れると共にプリント基板上に形成された第１結合パターンと、前記プリント基板上に形成されると共に前記第１結合パターンと誘導結合または静電結合する第２結合パターンを備え、前記避雷素子にサージ電流が流れたとき、前記第１結合パターンに流れるサージ電流の一部を、誘導結合または静電結合によって前記第２結合パターンから出力することを特徴とする避雷器。
8. 前記第１結合パターンと第２結合パターンが誘導結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の同じ面に配設されて成ることを特徴とする請求項７記載の避雷器。
9. 前記第１結合パターンと第２結合パターンは渦巻き状に形成されて成ることを特徴とする請求項８記載の避雷器。
10. 前記第１結合パターンと第２結合パターンが静電結合する構成の場合、前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に配設されて成ることを特徴とする請求項７記載の避雷器。
11. 前記第１結合パターンと第２結合パターンは前記プリント基板の異なる面に対称に配設されて成ることを特徴とする請求項１０記載の避雷器。
12. 前記避雷素子に流れる電流が所定レベル以上のとき、警報を出力する警報出力手段を備えて成ることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一に記載の避雷器。
13. 前記警報出力手段は、前記第２結合パターンからの信号に基づいて前記サージ電流の大きさが所定値以上か否かを検出する駆動部と、前記駆動部が前記所定値以上のサージ電流を検出したときに前記避雷素子に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出部と、前記漏洩電流検出部が検出した漏洩電流が所定値以上のときに前記警報を出力する警報送出部とを備えて成ることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一に記載の避雷器。
14. 前記漏洩電流検出部は、前記駆動部が前記所定値以上のサージ電流を検出する毎に、前記避雷素子に流れる漏洩電流を検出することを特徴とする請求項１３記載の避雷器。

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