JP2014054023A - Surge detection method, surge protection device, and surge protection device management system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信線又は電源線の線路から接地線へ流れる雷サージ電流を検出して光信号の形で出力するサージ検出方法と、雷サージ電流に対応する光信号を検出して取り出すセンサ部を有し、その雷サージ電流から通信機器等の保護対象機器を保護するためのサージ防護デバイス(Surge Protective Device、以下「SPD」という。)と、そのセンサ部を有するSPDを管理するSPD管理システムとに関するものである。 The present invention relates to a surge detection method for detecting a lightning surge current flowing from a communication line or a power line to a ground line and outputting it in the form of an optical signal, and a sensor unit for detecting and extracting an optical signal corresponding to the lightning surge current A surge protection device (Surge Protective Device, hereinafter referred to as “SPD”) for protecting a protection target device such as a communication device from the lightning surge current, and an SPD management system for managing the SPD having the sensor unit It is about.
従来のSPDは、例えば、下記の特許文献1、2に記載されているように、避雷回路や、その避雷回路の劣化状態を表示する表示部等を有している。電源線等の線路からSPDへ、雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、避雷回路によってその雷サージ電流が接地線側へ放電され、線路に接続された電源機器等の保護対象機器が保護される。
The conventional SPD has, for example, a lightning protection circuit, a display unit for displaying a deterioration state of the lightning protection circuit, and the like as described in
避雷回路は、例えば、避雷管であるアレスタや、非直線性抵抗素子であるバリスタ等の避雷素子により構成されている。避雷素子は、雷サージ電流による動作回数の増加等に伴って特性が劣化すると、発熱して焼損することがある。そのため、SPD内には、避雷素子の劣化状態を表示するための表示部が設けられている。 The lightning arrester circuit is composed of lightning arresters such as arresters that are lightning arresters and varistors that are non-linear resistance elements. A lightning arrester may generate heat and burn out if its characteristics deteriorate as the number of operations increases due to lightning surge current. Therefore, a display unit for displaying the deterioration state of the lightning protection element is provided in the SPD.
特許文献1のSPDでは、表示部がサーモラベルにより構成されている。サーモラベルは、避雷素子に貼り付けられている。避雷素子の動作に伴う発熱により、サーモラベルの色が変化するので、その色の変化を目視で確認できる構成になっている。
In the SPD of
特許文献2のSPDでは、表示部が着色部材で構成され、更に、避雷素子が劣化した場合、その避雷素子を避雷回路から切り離すための切り離し部が設けられている。切り離し部が動作した場合、摺動又は揺動機構により、着色部材が回転してその着色部材の色が変化するので、その色の変化を表示窓から目視で確認できる構成になっている。
In the SPD of
しかしながら、特許文献1、2に記載された従来のSPDでは、次のような課題があった。
However, the conventional SPDs described in
SPDに関し、近年、交換推奨表示機能を有するSPDの要望が高まりつつある。ところが、従来のSPDでは、避雷素子の劣化表示機能は有しているが、SPDの交換推奨表示機能を持たないので、利便性に欠けている。利便性の向上を図る上で、SPDに交換推奨表示機能を持たせるには、雷サージ電流の侵入回数や大きさを計測するためのセンサ部を設けることが必要となる。しかし、構造が簡素、小型化が容易、電気ノイズの発生が無く、及び安価なセンサ部を実現することが困難である、といった課題があった。 In recent years, there has been an increasing demand for SPDs having a replacement recommendation display function. However, the conventional SPD has a lightning protection element deterioration display function, but lacks the SPD replacement recommendation display function, and thus lacks convenience. In order to improve the convenience, it is necessary to provide a sensor unit for measuring the number and magnitude of lightning surge currents in order to provide the SPD with a replacement recommendation display function. However, there are problems such as a simple structure, easy miniaturization, no generation of electrical noise, and difficulty in realizing an inexpensive sensor unit.
又、従来のSPDでは、雷サージ電流の侵入回数を把握できないので、複数のSPDの動作及び劣化状態等を一括して監視することができない、という課題もあった。 Further, the conventional SPD has a problem that the number of lightning surge current intrusions cannot be ascertained, so that the operations and deterioration states of a plurality of SPDs cannot be monitored at once.
本発明のサージ検出方法は、保護対象機器に接続された線路に、雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、前記線路と接地線との間にリード線により接続された避雷素子の動作により、前記雷サージ電流を前記接地線側へ放電して前記保護対象機器を保護する際に、前記雷サージ電流の侵入を検出するサージ検出方法であって、前記避雷素子の動作時に、前記避雷素子自身から発生した光、又は、前記リード線に流れる前記雷サージ電流に基づいて発光素子から発生させた光、を検出して光信号を取り出す検出処理と、取り出された前記光信号を、光ファイバを経由して光出力端子から出力する光出力処理と、を有することを特徴とする。 In the surge detection method of the present invention, when a lightning surge current enters the line connected to the protection target device due to the lightning surge voltage, the operation of the lightning arrester connected by the lead wire between the line and the ground line, A surge detection method for detecting intrusion of the lightning surge current when discharging the lightning surge current to the ground line side to protect the device to be protected, and when the lightning arrester operates, the lightning arrester itself Detection processing for detecting the light generated from the light-emitting element based on the lightning surge current flowing through the lead wire or the lightning surge current flowing through the lead wire, and the extracted optical signal using an optical fiber And an optical output process for outputting from the optical output terminal via the optical output terminal.
本発明のSPDは、保護対象機器に接続された線路と接地線との間に、リード線により接続され、前記線路に雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、前記雷サージ電流を、前記リード線を経由して前記接地線側へ放電することにより、前記保護対象機器を保護する避雷素子と、前記避雷素子の動作時に、前記雷サージ電流に対応して発生する光、又は前記雷サージ電流に対応して発生させた光、を検出して光信号を取り出すセンサ部と、を備えたことを特徴とする。 The SPD of the present invention is connected by a lead wire between a line connected to the device to be protected and a ground line. When a lightning surge current enters the line by a lightning surge voltage, the lightning surge current is converted into the lead. A lightning protection element that protects the device to be protected by discharging to the ground line side via a wire, and light generated in response to the lightning surge current during operation of the lightning protection element, or the lightning surge current And a sensor unit that detects light generated in response to the light and extracts an optical signal.
本発明のSPD管理システムは、前記SPDの1個又は複数個と、前記SPDにおける前記センサ部の出力側に、第2光ファイバを介して接続され、前記第2光ファイバに入力される前記光信号に基づき、前記SPDの動作状態及び動作履歴を管理する管理装置と、を備えたことを特徴とする。 The SPD management system of the present invention is characterized in that one or more of the SPDs are connected to the output side of the sensor unit in the SPD via a second optical fiber, and the light input to the second optical fiber. And a management device that manages an operation state and an operation history of the SPD based on the signal.
本発明のサージ検出方法、SPD、及びこのSPD管理システムによれば、次の(1)〜(4)のような効果がある。 According to the surge detection method, the SPD, and the SPD management system of the present invention, the following effects (1) to (4) are obtained.
(1) センサ処理は、簡単な処理手順であり、又、センサ部は、簡素な構成のために、小型化が可能である。 (1) The sensor processing is a simple processing procedure, and the sensor unit can be reduced in size because of a simple configuration.
(2) センサ部は、電気回路を設けずに、光部品で構成できるので、センサ部への電源供給又はバッテリ内蔵が不要となる。 (2) Since the sensor unit can be configured with optical components without providing an electric circuit, it is not necessary to supply power to the sensor unit or to incorporate a battery.
(3) センサ部の構造が簡素で小型化が可能であるので、小型化が要求されるSPDに対して、容易に組み込んで内蔵できる。 (3) Since the structure of the sensor unit is simple and can be miniaturized, it can be easily incorporated and incorporated in an SPD that requires miniaturization.
(4) SPDと管理装置とを、メタル線ではなく光ファイバで結線する(即ち、光ファイバを敷設する)ので、敷設部分に電気ノイズが誘起される心配が無い。 (4) Since the SPD and the management device are connected with an optical fiber instead of a metal wire (that is, an optical fiber is laid), there is no concern that electrical noise is induced in the laid portion.
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。 Modes for carrying out the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments when read in light of the accompanying drawings. However, the drawings are only for explanation and do not limit the scope of the present invention.
(実施例1の構成)
図1は、本発明の実施例1におけるSPD管理システムを示す概略の構成図である。
(Configuration of Example 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an SPD management system according to the first embodiment of the present invention.
このSPD管理システムは、通信線、電源線等の線路1に接続された通信機器、電源機器等の保護対象機器2を、雷サージ電圧Vsから保護するSPD10と、このSPD10の動作状態及び動作履歴を管理する管理装置60と、を備えている。保護対象機器2の接地端子Gは、接地線3により接地されている。
This SPD management system includes an SPD 10 that protects a
SPD10は、線路1と接地線3との間に、リード線11−1,11−2により接続された避雷素子(例えば、3極形避雷管である3極形アレスタ)12を有している。アレスタ12は、一定電圧以上の雷サージ電圧Vsが線路1に印加されると、放電電極間に放電が生じてその放電電極間のインピーダンスが急激に低下してほぼ短絡状態となり、接地線3側へ雷サージ電流Isを放流して、保護対象機器2を保護する素子である。なお、線路1が電源線の場合は、雷サージ電圧Vsの印加が終息しても、電源線からの供給電圧により放電が継続し、放電電極間に電源線からの大きな電流が流れ続ける問題(これを「続流現象」という。)があるので、別途、続流遮断用の避雷素子(例えば、非直線性抵抗素子であるバリスタ等)が設けられる。
The SPD 10 has a lightning protection element (for example, a tripolar arrester, which is a triode type arrester) 12 connected between the
アレスタ12の近傍には、このアレスタ12の放電により発光する光Ltを検出して光信号Psを取り出すセンサ部20が設けられている。センサ部20は、アレスタ12の動作時に、このアレスタ12自身から発生する光Ltを集光して光信号Psを取り出す集光部材(例えば、集光レンズ)21と、この集光レンズ21の出力側に第1光ファイバ22を介して接続された光出力端子(例えば、光コネクタ)23と、により構成されている。光コネクタ23は、第1光ファイバ22に入力される光信号PsをSPD10の外部へ出力するものである。
In the vicinity of the
光コネクタ23には、第2光ファイバ24を介して、管理装置60が接続されている。管理装置60は、光ファイバ24から送られてくる光信号Psを入力し、この光信号Psに基づき、SPD10の動作状態及び動作履歴を管理する管理機能(例えば、アレスタ12の動作回数、SPD10の交換要否判定、前記動作回数の表示、及びSPD10の交換推奨表示等)を有している。
A
この管理装置60は、光ファイバ24から送られてくる光信号Psを入力する光入力端子61を有し、この光入力端子61に、光/電気変換部(以下「O/E変換部」という。)62が接続されている。O/E変換部62は、光入力端子61から入力される光信号Psをデジタル電気信号に変換するものであり、この出力側に、制御部63が接続されている。制御部63は、管理装置60全体をプログラム制御するものであり、中央処理装置(CPU)、メモリ、及び入/出力ポート等により構成されている。制御部63には、操作ボタン等を有する入力部64、及び、データを表示する表示部65等が、接続されている。管理装置60は、外部から供給される電源電力を受電して、駆動するようになっている。
The
図2は図1中のSPD10の構造例を示す外観の斜視図、及び、図3は図2のSPD10の正面図である。 2 is an external perspective view showing a structural example of the SPD 10 in FIG. 1, and FIG. 3 is a front view of the SPD 10 in FIG.
このSPD10は、例えば、通信用のSPDであり、ジャック30とプラグ50とで構成され、ジャック30側の略箱形のジャックケース31に対して、このジャックケース31よりも小さいプラグ50側の略箱形のプラグケース51が、上方から着脱自在に装着される構造になっている。
The SPD 10 is, for example, an SPD for communication, and includes a
ジャックケース31において、上面には、プラグケース51の一部を着脱自在に嵌入するための2つの嵌入凹部32−1,32−2が設けられている。更に、ジャックケース31の両側面下部には、外方向に突出する2つの突出部33−1,33−2が形成されている。各突出部33−1,33−2には、螺子形のアース端子34−1,34−2が、それぞれ螺入されている。2つのアース端子34−1,34−2間は、ジャックケース31の底面側に配設されたアース端子接続バー35により、電気的に接続されている。一方の突出部33−1内には、レールストッパ36−1が固定され、このレールストッパ36−1の先端部が、突出部33−1の内側に突出している。他方の突出部33−2内には、レールストッパ36−2が摺動自在に装着され、このレースストッパ36−2の先端部が、ばねの付勢力により、突出部33−2の内側に突出している。一方のレールストッパ36−1の先端部と、他方のレールストッパ36−2の先端部とにより、機器取り付け用レール(Mounting rails for devices、例えば、DINレール)37を挟持し、このDINレール37に対してジャック30を取り外し可能に固定する構造になっている。
In the
DINレール37とは、DIN規格で定められた例えば35mm幅の機器取り付け金具である。DIN規格では、交流1000V以下又は直流1500V以下で使用する開閉器、工業用端子台等の電気機器を取り付ける機器取り付け用レールについて規定されている。
The
一方、プラグケース51の底面には、ジャックケース31側の2つの嵌入凹部32−1,32−2へ着脱自在に嵌入するための2つの嵌入凸部52−1,52−2がそれぞれ突設されている。プラグケース51の上面内には、内部のアレスタ12の劣化を判定するための発光素子(例えば、緑色の発光ダイオード、以下「LED」という。)13が取り付けられている。LED13は、アレスタ12が正常の時には点灯し、アレスタ12が劣化している時には消灯するようになっている。又、プラグケース51の上面内には、内部のアレスタ12の劣化を判定するためのレセプタクル14が装着されている。レセプタクル14は、劣化判定用の専用テスタを挿入するための3つのチェック端子14a〜14cを内蔵している。更に、プラグケース51の側面内には、光コネクタ23が取り付けられている。
On the other hand, on the bottom surface of the
図4は、図3のSPD10の内部構造を示す縦断面図である。
ジャックケース31において、この下部の突出部33−2内に装着されたレールストッパ36−2には、ばね36aが取り付けられている。このばね36aの付勢力により、レールストッパ36−2の先端部が、突出部33−2の内側に突出している。ジャックケース31内の中央には、略長方形のプリント基板38が水平に取り付けられている。プリント基板38の表面の両端部には、線路側の端子台39−1と保護対象機器側の端子台39−2とが固定され、その線路側の端子台39−1の表面が、ジャックケース31の左側面から露出し、その保護対象機器側の端子台39−2の表面が、ジャックケース31の右側面から露出している。プリント基板38の裏面には、2つの直列抵抗40−1,40−2が搭載されている。更に、プリント基板38の表面の略中央には、プラグ50を電気的に接続するためのコネクタ41が搭載されている。
4 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the
In the
一方、プラグケース51内には、略方形のプリント基板57が垂直に取り付けられている。プリント基板57の下部には、ジャック30側のコネクタ41へ挿入するためのプリント基板端子部53が形成されている。プリント基板57上には、第1電極、中間電極及び第2電極を有する3極形アレスタ12と、LED13と、レセプタクル14と、抵抗54と、2つのヒューズ55−1,55−2と、4つのツェナーダイオード56−1〜56−4とが搭載され、これらがプリント基板端子部53に電気的に接続されている。
On the other hand, a substantially square printed
アレスタ12の近傍には、センサ部20を構成する集光レンズ21が配設されている。集光レンズ21は、光ファイバ22を介して光コネクタ23に接続されている。
In the vicinity of the
図5は、図4のSPD10の回路図である。
ジャック30側において、接地線3により接地される2つのアース端子34−1,34−2間は、アース端子接続バー35により、電気的に接続されている。線路側の端子台39−1は、2つの端子39L1,39L2を有し、更に、保護対象機器側の端子台39−2も、2つの端子39T1,39T2を有している。一方の端子39L1は、直列抵抗40−1を介して、一方の端子39T1に接続されている。他方の端子39L2は、直列抵抗40−2を介して、他方の端子39T2に接続されている。
FIG. 5 is a circuit diagram of the
On the
直列抵抗40−1,40−2は、プラグ50側のツェナーダイオード56−1〜56−4に流れる電流を抑制する素子である。コネクタ41は、5つの端子41a〜41eを有している。端子41aは端子39L1に接続されている。同様に、端子41bは端子39T1に、端子41cはアース端子接続バー35に、端子41dは端子39L2に、更に、端子41eは端子39T2に、それぞれ接続されている。
The series resistors 40-1 and 40-2 are elements that suppress the current flowing through the Zener diodes 56-1 to 56-4 on the
プラグ50側において、プリント基板端子部53は、コネクタ41側の4つの端子41a〜41eにそれぞれ接続される4つの端子53a〜53eを有している。端子53aは、リード線11−1を介して、3極形アレスタ12の第1電極に接続されている。端子53bは、直列接続された線間電圧吸収用の2つのツェナーダイオード56−2,56−1、第1接続点N1、第2接続点N2、及び2つのヒューズ55−1,55−2を介して、端子53cに接続されている。第2接続点N2は、LED13のアノード・カソードを介して、レセプタクル14中のチェック端子14bに接続されている。
On the
端子53cは、直列接続されたヒューズ55−2及びリード線11−2を介して、アレスタ12の中間電極に接続されている。この端子53cは、抵抗54を介して、レセプタクル14中の2つのチェック端子14a,14cにも接続されている。端子53dは、リード線11−3を介して、アレスタ12の第2電極に接続されている。更に、端子53eは、直列接続された線間電圧吸収用の2つのツェナーダイオード56−4,56−3を介して、第1接続点N1に接続されている。
The terminal 53c is connected to the intermediate electrode of the
アレスタ12の近傍に配置された集光レンズ21は、光ファイバ22を介して光コネクタ23に接続されている。これらの集光レンズ21、光ファイバ22及び光コネクタ23により構成されるセンサ部20は、周辺の電気回路から、電気的に絶縁されている。
The
(実施例1の動作)
図1において、保護対象機器2に接続された線路1に、一定電圧以上の雷サージ電圧Vsが印加されると、この雷サージ電圧Vsがリード線11−1を介して、SPD10内のアレスタ12に印加される。すると、アレスタ12が放電し、このアレスタ12を流れる雷サージ電流Vsが、リード線11−2及び接地線3を介して、接地側へ放流される。そのため、雷サージ電圧Vsが保護対象機器2に印加されないので、この保護対象機器2が雷サージ電圧Vsから保護される。
(Operation of Example 1)
In FIG. 1, when a lightning surge voltage Vs of a certain voltage or higher is applied to the
ここで、図5の回路図を参照しつつ、SPD10の具体的な動作について説明する。
図5のSPD10において、例えば、線路側端子台39−1中の端子39L1に雷サージ電圧Vsが印加された場合、この雷サージ電圧Vsが、第1経路(即ち、コネクタ41中の端子41a→プリント基板端子部53中の端子53a→アレスタ12の第1電極→アレスタ12の中間電極→ヒューズ55−2→プリント基板端子部53中の端子53c→コネクタ41中の端子41c→アース端子接続バー35→アース端子34−1)で印加されるので、アレスタ12中の第1電極及び中間電極間が放電し、前記の第1経路で雷サージ電流Isが流れ、アース側へ放流される。そのため、保護対象機器側端子台39−2中の端子39T1へ、雷サージ電流Isが流れない。
Here, the specific operation of the
In the
又、線路側端子台39−1中の端子39L2に雷サージ電圧Vsが印加された場合、この雷サージ電圧Vsが、第2経路(即ち、コネクタ41中の端子41d→プリント基板端子部53中の端子53d→アレスタ12の第2電極→アレスタ12の中間電極→ヒューズ55−2→プリント基板端子部53中の端子53c→コネクタ41中の端子41c→アース端子接続バー35→アース端子34−1)で印加されるので、アレスタ12中の第2電極及び中間電極間が放電し、前記の第2経路で雷サージ電流Isが流れ、アース側へ放流される。そのため、保護対象機器側端子台39−2中の端子39T2へ、雷サージ電流Isが流れない。
Further, when the lightning surge voltage Vs is applied to the terminal 39L2 in the line side terminal block 39-1, this lightning surge voltage Vs is applied to the second path (ie, the terminal 41d in the
アレスタ12やツェナーダイオード56−1〜56−4が劣化した場合、これらに過大電流が流れてヒューズ55−1,55−2が切れるので、SPD10における焼損事故等の発生を防止できる。
When the
SPD10が劣化しているか否かを判定する場合、専用テスタをレセプタクル14へ接続する。すると、専用テスタからレセプタクル14中のチェック端子14a又は14cへテスト電流が入力される。ヒューズ55−1,55−2が切れていない場合、入力されたテスト電流は、抵抗54→ヒューズ55−2,55−1→LED13→レセプタクル14中のチェック端14b、という経路で流れるので、LED13が点灯する。これにより、SPD10が正常である、と外部から判定できる。ヒューズ55−1,55−2が切れている場合、LED13が消灯状態になるので、SPD10が劣化している、と外部から判定できる。
When determining whether the
図1において、SPD10内のアレスタ12が動作して雷サージ電流Isを処理した際には、放電によりアレスタ12自身が発光する。このアレスタ12が放つ光Ltは、集光レンズ21で集められ、この集められた光信号Psが、光ファイバ22を経由して光コネクタ23から出力され、光ファイバ24を経由して管理装置60へ送られる。
In FIG. 1, when the
管理装置60では、光ファイバ24から送られてくる光信号Psを、光入力端子61から入力する。入力された光信号Psは、O/E変換部62により、デジタル電気信号に変換され、制御部63へ入力される。制御部63は、SPD10内のアレスタ12の動作回数である放電回数を記憶し、演算により、その記憶した放電回数と劣化判定基準値とを比較し、SPD10の交換要否判定を行って判定結果を記憶する。更に、制御部63は、入力部64からの入力指示に基づき、表示部65に、放電回数を表示したり、SPD10の交換推奨表示等を行う。
In the
(実施例1の効果)
本実施例1のセンサ部20を用いたサージ検出方法、SPD10、及びこのSPD管理システムによれば、次の(1)〜(4)のような効果がある。
(Effect of Example 1)
According to the surge detection method using the
(1) センサ部20は、集光レンズ21、光ファイバ22及び光コネクタ23により構成したので、部品点数が少なく、センサ処理手順が簡単で、構成を簡素化でき、小型化が可能になる。
(1) Since the
(2) センサ部20は、集光レンズ21、光ファイバ22及び光コネクタ23という光部品で構成し、電気回路を設けていないので、センサ部20への電源供給又はバッテリ内蔵が不要となる。
(2) The
(3) センサ部10の構造が簡素で小型化が可能であるので、従来の小型化が要求される通信用SPDに対して、容易に組み込んで内蔵できる。
(3) Since the structure of the
(4) SPD10と管理装置60とを、メタル線ではなく光ファイバ24で結線する(即ち、光ファイバ24を敷設する)ので、敷設部分に電気ノイズが誘起される心配が無い。
(4) Since the
(実施例2の構成)
図6は、本発明の実施例2におけるSPDの概略を示す構成図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 2)
FIG. 6 is a configuration diagram showing an outline of the SPD in the second embodiment of the present invention. Elements common to the elements in FIG. 1 showing the first embodiment are denoted by common reference numerals.
本実施例2のSPD10Aでは、実施例1のセンサ部20に代えて、これとは構成の異なるセンサ部20Aが設けられている。本実施例2のセンサ部20Aは、実施例1と同様の集光レンズ21、光ファイバ22及び光コネクタ23と、新たに追加された光発生手段70Aと、を有している。光発生手段70Aは、アレスタ12に接続されたリード線11−2の一部に形成されたリード線屈曲部11aと、このリード線屈曲部11aに当接配置された圧電素子71と、この圧電素子71の一端71aと他端71bとの間に直列に接続された電流制限用の抵抗72及び発光素子(例えば、LED)73からなる分流回路と、を有している。圧電素子71は、ピエゾ素子とも言われ、リード線屈曲部11aに発生する振動を電圧に変換する素子である。LED73は、例えば、電流が20mA位で点灯する特性を有している。その他の構成は、実施例1と同様である。
In the
(実施例2の動作)
アレスタ12のリード線11−2に雷サージ電流Isが通過した際、アレスタ12のリード線11−2にリード線屈曲部11aが存在すると、そのリード線屈曲部11aの付近では、雷サージ電流Isの電磁力が強くなる。そのため、その電磁力によってリード線屈曲部11aに、図6中の矢印で示すような振動が発生する。この振動によって、リード線屈曲部11aに当接配置した圧電素子71が押圧され、圧電素子71の両端71a,71b間に電圧が発生する。圧電素子71の両端71a,71bには、LED73を有する分流回路が結線されているので、分流回路に電流Ipが流れる。
(Operation of Example 2)
When the lightning surge current Is passes through the lead wire 11-2 of the
例えば、圧電素子71の両端71a,71b間に、0.5V程度の電圧が発生するよう、リード線屈曲部11aにおける屈曲の程度を設定しておく。圧電素子71が押圧されると、この圧電素子71の両端71a,71b間に、0.5V程度の電圧が発生するが、この時、分流回路における抵抗72の抵抗値を25Ωに設定しておけば、LED73に20mA程度の電流Ipが流れ、LED73が発光する。
For example, the degree of bending in the lead
LED73が発光すると、この光Luが集光レンズ21で集められ、この集光レンズ21から出力される光信号Psが、光ファイバ22を経由して光コネクタ23から出力される。出力された光信号Psは、図1に示す光ファイバ24を経由して管理装置60へ送られる。
When the
(リード線屈曲部11aを設けると、その付近で電磁力が強くなる理由)
図7(a)〜(c)は、図6の動作説明図である。
(Reason why when the lead wire
7A to 7C are explanatory diagrams of the operation of FIG.
図7(a)は、ビオ・サバールの法則を示す図である。
リード線屈曲部11aに電流Iが流れる時、リード線屈曲部11aにおける微小区間Δs(=リード線屈曲部11a上の微小区間の長さと電流の方向の向きを持つベクトル)が、距離γ‘(=微小区間Δsから地点xへ向かう距離γのベクトル)だけ離れた地点xに作る微弱磁界ΔBは、次式(1)で与えられる。
FIG. 7A is a diagram showing Bio-Savart's law.
When the current I flows through the lead wire
図7(b)は、電流Iが流れるリード線屈曲部11aが、地点xに位置する圧電素子71箇所に作る磁界B(=微弱磁界ΔBの総和)を説明する図である。
FIG. 7B is a diagram for explaining a magnetic field B (= total sum of weak magnetic fields ΔB) formed at 71 locations of the piezoelectric element located at the point x by the lead
リード線屈曲部11aを微小区間Δs1〜Δs12に分ける。先ず、微小区間Δs1を基に、式(1)から微弱磁界ΔB1を求める。同様に、各微小区間Δs2〜Δs12を基に、式(1)から各微弱磁界ΔB2〜ΔB12を求める。これにより、微弱磁界ΔB1〜ΔB12の総和の磁界Bが求まる。
The lead wire
図7(c)は、電流Iが流れるリード線屈曲部11aに発生するローレンツ力Fを説明する図である。
FIG. 7C is a diagram for explaining the Lorentz force F generated in the lead
長さLのリード線屈曲部11aに電流Iが流れると、このリード線屈曲部11aから磁界Bが発生し、次式(2)のローレンツ力Fが生じる。
F=I×B×L (2)
When the current I flows through the lead wire
F = I × B × L (2)
前記で微弱磁界ΔB1〜ΔB12の総和の磁界Bが求められているので、この式(2)から、地点xに位置する圧電素子71箇所に働く力Fが求まる。このように、リード線屈曲部11aの様々な布設形状において、ある地点xで働く力Fをシミュレーションできるので、このシミュレーションにより、最適な布設形状や距離を設計すれば良いことになる。
Since the total magnetic field B of the weak magnetic fields ΔB <b> 1 to ΔB <b> 12 has been obtained as described above, the force F acting on the 71 piezoelectric element locations located at the point x can be obtained from this equation (2). As described above, since the force F acting at a certain point x can be simulated in various laying shapes of the lead wire
圧電素子71を配置した地点xに力Fが働き、この力Fによって圧電素子71が振動し、圧電素子71の両端71a,71b間に電圧が発生する。この電圧により、LED73が発光する。
A force F acts on the point x where the
(実施例2の効果)
本実施例2のセンサ部20Aを用いたサージ検出方法、SPD10A、及びこのSPD管理システムによれば、次の(a)、(b)のような効果がある。
(Effect of Example 2)
According to the surge detection method using the sensor unit 20A of the second embodiment, the
(a) アレスタ12の動作時に、リード線11−1,11−2に雷サージ電流Isが流れると、光発生手段70A中のLED73が発光するようにしたので、実施例1に比べて部品点数が増加するものの、実施例1と略同様の効果が期待できる。
(A) When the
(b) 動作時の放電により発光するアレスタ12に代えて、バリスタ等の非発光形の避雷素子に対しても、その動作をセンサ部20Aにより検出できる。
(B) In place of the
(実施例3の構成)
図8は、本発明の実施例3におけるSPDの概略を示す構成図であり、実施例2を示す図6中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 3)
FIG. 8 is a configuration diagram showing an outline of the SPD in the third embodiment of the present invention. Elements common to the elements in FIG. 6 showing the second embodiment are denoted by common reference numerals.
本実施例3のSPD10Bでは、実施例2のセンサ部20Aに代えて、これとは構成の異なるセンサ部20Bが設けられている。本実施例3のセンサ部20Bは、実施例2と同様の集光レンズ21、光ファイバ22及び光コネクタ23と、実施例2の光発光手段70Aとは異なる構成の光発生手段70Bと、を有している。光発生手段70Bは、アレスタ12に接続されたリード線11−2の2つの接続点N1,N2間に直列に接続された電流制限用の抵抗74及び発光素子(例えば、LED)75からなる分流回路と、を有している。
In the
この分流回路において、例えば、LED75は、分流回路に流れる電流Iqが20mA位で点灯する特性を有している。1000A前後の雷サージ電流Isが流れたことを検出することを目的にする場合、リード線11−2の接続点N1,N2間の抵抗値R1は、5×10−4Ω、抵抗74の抵抗値R2は25Ωに設定されている。抵抗値R1は、リード線11−2の材料や太さ(径)で調整される。その他の構成は、実施例2と同様である。
In this shunt circuit, for example, the
(実施例3の動作)
アレスタ12が放電してリード線11−2に雷サージ電流Is(例えば、1000.02A)が流れると、この雷サージ電流Isの一部が分流して分流回路に電流Iq(例えば、0.02=20mA)が流れ、LED75が発光する。LED75が発光すると、この光Luが集光レンズ21で集められ、この集光レンズ21から出力される光信号Psが、光ファイバ22を経由して光コネクタ23から出力される。出力された光信号Psは、図1に示す光ファイバ24を経由して管理装置60へ送られる。
(Operation of Example 3)
When the
なお、前記のように、抵抗値R1が5×10−4Ω、及び、抵抗値R2が25Ωの仕様の場合、例えば、雷サージ電流Isが100A程度であると、分流回路に流れる電流Iqが小さいので、LED75は点灯しない。又、例えば、雷サージ電流Isが3000A程度であると、分流回路に流れる電流Iqが大きくなり、LED75が損傷するおそれがある。そのため、実際には、どの位の雷サージ電流Isを検出することにするのかによって、分流比率が最適になるよう、抵抗値R1,R2を設定したり、あるいは、大きな雷サージ電流Isが流れた場合でもLED75が破壊されないよう、例えば、抵抗74に対して直列にヒューズを設ける等の工夫を行うと良い。
As described above, when the resistance value R1 is 5 × 10 −4 Ω and the resistance value R2 is 25Ω, for example, if the lightning surge current Is is about 100 A, the current Iq flowing through the shunt circuit is Since it is small, the
(実施例3の効果)
本実施例3のセンサ部20Bを用いたサージ検出方法、SPD10B、及びこのSPD管理システムによれば、実施例2と略同様の効果がある。
(Effect of Example 3)
According to the surge detection method using the sensor unit 20B of the third embodiment, the
(実施例4の構成)
図9は、本発明の実施例4におけるSPDの概略を示す構成図であり、実施例3を示す図8中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 4)
FIG. 9 is a configuration diagram showing an outline of the SPD in the fourth embodiment of the present invention. Elements common to the elements in FIG. 8 showing the third embodiment are denoted by the same reference numerals.
本実施例4のSPD10Cでは、実施例3のセンサ部20Bに代えて、これとは構成の異なるセンサ部20Cが設けられている。本実施例4のセンサ部20Cは、実施例3と同様の集光レンズ21、光ファイバ22及び光コネクタ23と、実施例3の光発光手段70Bとは異なる構成の光発生手段70Cと、を有している。光発生手段70Cは、アレスタ12に接続されたリード線11−2に対して平行に配置された所定の長さの線路部76と、この線路部76の両端間に直列に接続された電流制限用の抵抗77及び発光素子(例えば、LED)78からなるLED回路と、を有している。線路部76は、リード線11−2に流れる雷サージ電流Isによって発生する磁界Bにより誘起され誘導電流Irを流す導体である。
In the
前記LED回路において、例えば、LED78は、LED回路に流れる誘導電流Irが20mA位で点灯する特性を有している。そのため、LED回路に20mA程度の誘導電流Irが流れるように、線路部76の長さ、及び抵抗77の抵抗値等が設定されている。その他の構成は、実施例3と同様である。
In the LED circuit, for example, the
(実施例4の動作)
アレスタ12が放電してリード線11−2に雷サージ電流Isが流れると、このリード線11−2の周囲に磁界Bが発生する。すると、リード線11−2に対して平行に敷設された線路部76に磁界Bが誘起され、図9中の矢印方向に誘導電流Irが流れるので、LED78が発光する。LED78が発光すると、この光Luが集光レンズ21で集められ、この集光レンズ21から出力される光信号Psが、光ファイバ22を経由して光コネクタ23から出力される。出力された光信号Psは、図1に示す光ファイバ24を経由して管理装置60へ送られる。
(Operation of Example 4)
When the
(実施例4の効果)
本実施例4のセンサ部20Cを用いたサージ検出方法、SPD10C、及びこのSPD管理システムによれば、実施例3と略同様の効果がある。
(Effect of Example 4)
According to the surge detection method using the sensor unit 20C of the fourth embodiment, the
なお、リード線11−2と平行な線路部76は、コイル状に形成しても良い。コイル状にすれば、誘起される誘導電流Irが大きくなり、LED78の点灯が容易になる。
The
図10は、本発明の実施例5におけるSPD管理システムを示す概略の構成図であり、実施例1を示す図1〜図4中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。 FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating an SPD management system according to the fifth embodiment of the present invention. Elements common to the elements in FIGS. 1 to 4 illustrating the first embodiment are denoted by common reference numerals. .
このSPD管理システムでは、例えば、図2〜図4に示す通信用のSPD10が複数(例えば、10−1〜10−16)、隣接して図3に示すDINレール37上に固定されている。各SPD10−1〜10−16は、各第2光ファイバ24を介して、図1に示す管理装置60に接続されている。管理装置60は、各SPD10−1〜10−16の光ファイバ24から送られてくる光信号Psをそれぞれ入力し、各SPD10−1〜10−16の動作状態及び動作履歴を管理する管理機能(例えば、アレスタ12の動作回数、SPD10−1〜10−16の交換要否判定、前記動作回数の表示、及びSPD10−1〜10−16の交換推奨表示等)を有している。なお、複数のSPD10−1〜10−16は、実施例2〜4の構成のSPD10A,10B,10Cであっても良い。
In this SPD management system, for example, a plurality of
このようなSPD管理システムによれば、1つの管理装置60により、複数のSPD10−1〜10−16の動作状態及び動作履歴を一括して管理することができる。
According to such an SPD management system, the operation state and operation history of a plurality of SPDs 10-1 to 10-16 can be collectively managed by one
(実施例1〜5の他の変形例)
本発明は、上記実施例1〜5に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(A)、(B)のようなものがある。
(Other variations of Examples 1 to 5)
This invention is not limited to the said Examples 1-5, A various utilization form and deformation | transformation are possible. For example, the following forms (A) and (B) are available as usage forms and modifications.
(A) 図2〜図4に示す通信用のSPD10は、図示以外の他の形状、構造、回路構成等に変更しても良い。例えば、集光レンズ21は、集光機能を有する光スリーブや光コネクタ等の他の集光部材であっても良い。又、実施例1〜5では、通信用のSPD10、10−1〜10−16について説明したが、本発明は、電源用のSPDについても適用できる。電源用のSPDの場合、避雷素子としては、アレスタ12の他に、バリスタ等も使用されるので、このバリスタ等の近傍にセンサ部20,20A,20B,20Cを設けても良い。
(A) The
(B) 図1及び図10に示す管理装置60は、図示以外の他の回路構成に変更しても良い。
(B) The
1 線路
2 保護対象機器
3 接地線
10,10A,10B,10C,10−1〜10−16 SPD
11−1,11−2 リード線
12 アレスタ
20,20A,20B,20C センサ部
21 集光レンズ
22,24 第1、第2光ファイバ
23 光コネクタ
60 管理装置
70A,70B,70C 光発生手段
71 圧電素子
73,75,78 LED
76 線路部
DESCRIPTION OF
11-1, 11-2
76 Track section
Claims (9)
前記避雷素子の動作時に、前記避雷素子自身から発生した光、又は、前記リード線に流れる前記雷サージ電流に基づいて発光素子から発生させた光、を検出して光信号を取り出す検出処理と、
取り出された前記光信号を、光ファイバを経由して光出力端子から出力する光出力処理と、
を有することを特徴とするサージ検出方法。 When a lightning surge current enters the line connected to the protection target device due to a lightning surge voltage, the lightning surge current is reduced by the operation of a lightning arrester connected by a lead wire between the line and the ground line. When detecting the lightning surge current intrusion when discharging to the side to protect the device to be protected,
A detection process for detecting an optical signal by detecting light generated from the lightning protection element itself during operation of the lightning protection element, or light generated from a light emitting element based on the lightning surge current flowing in the lead wire;
Optical output processing for outputting the extracted optical signal from an optical output terminal via an optical fiber;
A surge detection method comprising:
前記避雷素子の動作時に、前記雷サージ電流に対応して発生する光、又は前記雷サー電流に対応して発生させた光、を検出して光信号を取り出すセンサ部と、
を備えたことを特徴とするサージ防護デバイス。 Between the line connected to the protection target device and the ground line, connected by a lead wire, and when a lightning surge current enters the line by a lightning surge voltage, the lightning surge current is passed through the lead wire, A lightning protection element that protects the device to be protected by discharging to the ground line side,
During operation of the lightning arrester, a sensor unit that detects light generated in response to the lightning surge current, or light generated in response to the lightning surge current, and extracts an optical signal;
A surge protection device characterized by comprising:
前記避雷素子の動作時に、前記避雷素子自身から発生する前記光を集光して前記光信号を取り出す集光部材と、
前記集光部材の出力側に、第1光ファイバを介して接続され、前記第1光ファイバに入力される前記光信号を外部へ出力する光出力端子と、
を有することを特徴とする請求項2記載のサージ防護デバイス。 The sensor unit is
A condensing member that condenses the light generated from the lightning arrester itself and extracts the optical signal during operation of the lightning arrester;
An optical output terminal connected to the output side of the light condensing member via a first optical fiber and outputting the optical signal input to the first optical fiber to the outside;
The surge protection device according to claim 2, comprising:
前記避雷素子の動作時に、前記リード線に流れる前記雷サージ電流に対応した前記光を発生させる光発生手段と、
前記光発生手段で発生させた前記光を集光して光信号を取り出す集光部材と、
前記集光部材の出力側に、第1光ファイバを介して接続され、前記第1光ファイバに入力される前記光信号を外部へ出力する光出力端子と、
を有することを特徴とする請求項2記載のサージ防護デバイス。 The sensor unit is
A light generating means for generating the light corresponding to the lightning surge current flowing in the lead wire during operation of the lightning arrester;
A condensing member that condenses the light generated by the light generating means and extracts an optical signal;
An optical output terminal connected to the output side of the light condensing member via a first optical fiber and outputting the optical signal input to the first optical fiber to the outside;
The surge protection device according to claim 2, comprising:
前記リード線に形成され、前記雷サージ電流の電磁力によって振動するリード線屈曲部と、
前記リード線屈曲部に装着され、前記振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子に接続され、前記電気信号により発光して、前記雷サージ電流に対応した前記光を発生する発光素子と、
を有することを特徴とする請求項4記載のサージ防護デバイス。 The light generating means includes
A lead wire bending portion formed on the lead wire and vibrated by electromagnetic force of the lightning surge current;
A piezoelectric element that is attached to the bent portion of the lead wire and converts the vibration into an electrical signal;
A light emitting element connected to the piezoelectric element, emitting light by the electrical signal, and generating the light corresponding to the lightning surge current;
The surge protection device according to claim 4, comprising:
前記リード線に対して並列に接続され、前記リード線を流れる前記雷サージ電流が分流された分流電流により発光して、前記雷サージ電流に対応した前記光を発生する発光素子と、
を有することを特徴とする請求項4記載のサージ防護デバイス。 The light generating means includes
A light emitting element that is connected in parallel to the lead wire, emits light by a shunt current in which the lightning surge current flowing through the lead wire is shunted, and generates the light corresponding to the lightning surge current;
The surge protection device according to claim 4, comprising:
前記リード線に対して平行に配置され、前記リード線に流れる前記雷サージ電流によって発生する磁界により誘起される誘導電流を流す線路部と、
前記線路部に接続され、前記線路部に流れる前記誘導電流により発光して、前記雷サージ電流に対応した前記光を発生する発光素子と、
を有することを特徴とする請求項4記載のサージ防護デバイス。 The light generating means includes
A line portion that is arranged in parallel to the lead wire and flows an induced current induced by a magnetic field generated by the lightning surge current flowing in the lead wire;
A light emitting element that is connected to the line portion, emits light by the induced current flowing in the line portion, and generates the light corresponding to the lightning surge current;
The surge protection device according to claim 4, comprising:
前記サージ防護デバイスにおける前記センサ部の出力側に、第2光ファイバを介して接続され、前記第2光ファイバに入力される前記光信号に基づき、前記サージ防護デバイスの動作状態及び動作履歴を管理する管理装置と、
を備えたことを特徴とするサージ防護デバイス管理システム。 One or more of the surge protection devices according to any one of claims 2 to 7,
The operation state and history of the surge protection device are managed based on the optical signal that is connected to the output side of the sensor unit in the surge protection device via a second optical fiber and input to the second optical fiber. A management device to
A surge protection device management system characterized by comprising:
前記サージ防護デバイスにおける前記避雷素子の動作回数、前記サージ防護デバイスの交換要否判定、前記動作回数の表示、及び前記サージ防護デバイスの交換推奨表示を含む管理機能を有することを特徴とする請求項8記載のサージ防護デバイス管理システム。 The management device
The management function includes a number of operations of the lightning protection element in the surge protection device, a determination as to whether the surge protection device needs to be replaced, a display of the number of operations, and a replacement recommendation display of the surge protection device. 8. The surge protection device management system according to 8.
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Cited By (2)
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JP2016048971A (en) * | 2014-08-27 | 2016-04-07 | 九州フィールドエンジニアリングシステム株式会社 | Lightning arrest device for commercial power source |
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-
2012
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