JP2020171159A - 直流用耐雷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を提供する。【解決手段】直流用耐雷装置１は、直流電源５と被保護機器６との間に設けられる。直流用耐雷装置１は、直流電源５から直流電力を受ける一対の一次側端子３１，３２と、一次側端子３１，３２が受ける直流電力を交流電力に変換する変換回路１１と、変換回路１１の出力を一次側に受ける耐雷トランス１２と、耐雷トランス１２の二次側に接続される整流回路１３と、整流回路１３の出力を被保護機器６に供給する一対の二次側端子４１，４２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、機器を雷サージから保護する技術に関する。

現在、機器を雷サージから保護する装置として、耐雷トランスやＳＰＤ（Surge Protective Device：避雷器）などがある。

耐雷トランス、音羽電機工業株式会社、[online]、［平成３１年３月２７日検索］、インターネット、<URL:https://www.otowadenki.co.jp/products/>

耐雷トランスは、ＡＣ（交流）の雷保護として使用されており、高い絶縁性能によるサージ侵入ルートの遮蔽機能（３０ｋＶ）や、高いサージ減衰性能（雷サージを１／１００〜１／１０，０００に減衰）を有している。また、ＤＣ（直流）の雷対策には、電源用や制御電源用としてＳＰＤが用いられている。ただし、ＳＰＤの雷保護性能は、耐雷トランスほどは高くない。

ここで、ＤＣに対しても、ＡＣ用耐雷トランスと同様の高い絶縁性能を有する装置があれば、直流電源に接続する機器について、より強固な耐雷対策が可能となる。

本発明は、前記のような問題に鑑み、雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を提供するものである。

本発明の一態様では、直流電源と被保護機器との間に設けられる直流用耐雷装置は、前記直流電源から直流電力を受ける、一対の一次側端子と、前記一次側端子が受ける直流電力を交流電力に変換する、変換回路と、前記変換回路の出力を一次側に受ける、耐雷トランスと、前記耐雷トランスの二次側に接続される、整流回路と、前記整流回路の出力を前記被保護機器に供給する、一対の二次側端子とを備える。

この態様によると、直流用耐雷装置において、一次側端子が受ける直流電力は、変換回路によって交流電力に変換され、耐雷トランスの一次側に供給される。耐雷トランスの二次側の出力は、整流回路によって整流され、二次側端子から被保護機器に供給される。これにより、耐雷トランスの高い絶縁性能を利用して、直流電源に接続する被保護機器を雷サージから保護することができる。

そして、前記直流用耐雷装置は、前記一次側端子同士の間に設けられた避雷器を備える、としてもよい。

この態様によると、直流電力の線間の電位差を避雷器によって低減できるので、雷サージからの被保護機器の保護をより強固に行うことができる。

さらに、前記直流用耐雷装置は、前記一次側端子の一方と、接地との間に設けられた第２避雷器と、前記一次側端子の他方と、接地との間に設けられた第３避雷器とを備える、としてもよい。

この態様によると、直流電力の対地間の電位差を第２および第３避雷器によって低減できるので、雷サージからの被保護機器の保護をより強固に行うことができる。

本発明によると、雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を実現することができる。

実施形態に係る直流用耐雷装置の回路構成例 実施形態に係る直流用耐雷装置の他の回路構成例 実施形態に係る直流用耐雷装置の他の回路構成例

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。

（実施形態）
図１は実施形態に係る直流用耐雷装置の回路構成例を示す。図１に示すように、本実施形態に係る直流用耐雷装置１は、直流電源５と、被保護機器６、すなわち雷サージから保護する対象となる機器との間に設けられる。直流用耐雷装置１は、直流電源５に接続される一対の一次側端子３１，３２と、被保護機器に接続される一対の二次側端子４１，４２とを備える。

図１の直流用耐雷装置１は、変換回路１１と、耐雷トランス１２と、整流回路１３とを備える。変換回路１１は、一次側端子３１，３２が直流電源５から受ける直流電力を交流電力に変換する回路である。変換回路１１は例えば、複数のスイッチングＦＥＴ（Field Effect Transistor）と、スイッチングＦＥＴのオンオフ動作を制御する制御回路とを有する構成とすればよい。制御回路は、スイッチングＦＥＴのゲートに与えるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号の周波数やデューティ比を変えることによって、変換回路１１の出力を調整することができる。

耐雷トランス１２は、交流用の雷保護のために用いられるものである。耐雷トランス１２は、一次−二次間のインパルス耐電圧が高く（例えば３０ｋＶ以上）、一次−二次間のサージ減衰が大きい（例えば１／１００〜１／１０，０００）、という高い絶縁性能と高いサージ減衰性能を有している。耐雷トランス１２は、変換回路１１の出力すなわち交流電力を一次側に受ける。

整流回路１３は、耐雷トランス１２の二次側に接続されており、交流電力を直流電力に変換する回路である。整流回路１３は例えば、ブリッジ状に構成されたダイオードと、リップルを低減するためのコンデンサとを有する構成とすればよい。また、整流回路１３内に電圧安定回路を設けることによって、一次側の電圧変動に対して安定した電圧を出力させることができる。整流回路１３の出力は、二次側端子４１，４２を介して、被保護機器６に供給される。

また、直流用耐雷装置１は、一次側端子３１，３２同士の間に、ＳＰＤ（Surge Protective Device、避雷器）２１が設けられている。ＳＰＤ２１は、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）等の非線形素子を内蔵しており、通常の電源電圧に対しては高抵抗であるが、雷サージなどの過電圧に対しては瞬時に低抵抗となり、雷サージを処理した後はすぐに高抵抗に戻るという特性を有する。非線形素子としては、その他に、ガス入り放電管（ＧＤＴ）、アバランシブレークダウンダイオード（ＡＢＤ）、サージ保護サイリスタ（ＴＳＳ）等がある。ＳＰＤ２１を一次側端子３１，３２同士の間に設けることによって、直流電力の線間の電位差が低減される。

図１の構成の直流用耐雷装置１によると、一次側端子３１，３２に供給された直流電力は変換回路１１によって交流電力に変換され、耐雷トランス１２の一次側に与えられる。耐雷トランス１２は、一次巻線の交流電力を磁気エネルギーに変換し、コアを通して二次巻線に伝える。そして、耐雷トランス１２の二次側の交流電力は、整流回路１３によって直流電力に変換されて、二次側端子４１，４２から出力される。これにより、耐雷トランス１２の高い絶縁性能を利用して、直流電源５に接続する被保護機器６を雷サージから保護することができる。

そして、図１の構成では、直流電力の対地間の電位差は耐雷トランス１２によって低減され、直流電力の線間の電位差はＳＰＤ２１によって低減される。これにより、雷サージからの被保護機器６の保護をより強固に行うことができる。なお、図１の構成は、耐雷トランス１２の一次側の対地間にＳＰＤが設けられていない、いわゆる絶縁型といわれる構成である。

（他の構成例）
図２は実施形態に係る直流用耐雷装置の他の回路構成例を示す。図２では、図１と共通の構成要素については、図１と同一の符号を付しており、ここでは重複する説明は省略する。図２の直流用耐雷装置２は、図１の構成に加えて、さらに２個のＳＰＤ２２，２３が設けられている。ＳＰＤ２２は、一次側端子３１と接地との間に設けられており、ＳＰＤ２３は、一次側端子３２と接地との間に設けられている。

図２の構成の直流用耐雷装置２によると、図１の構成と同様に、耐雷トランス１２の高い絶縁性能を利用して、直流電源５に接続する被保護機器６を雷サージから保護することができる。さらに、直流電力の対地間の電位差は、ＳＰＤ２２，２３によって低減される。これにより、雷サージからの被保護機器６の保護をより強固に行うことができる。なお、図２の構成は、耐雷トランス１２の一次側の対地間にＳＰＤ２２，２３を付加し、接地を分離した、いわゆる接地分離型といわれる構成である。

図３は実施形態に係る直流用耐雷装置の他の構成例を示す。図３では、図１と共通の構成要素については、図１と同一の符号を付しており、ここでは重複する説明は省略する。図３の直流用耐雷装置３は、図１の構成に加えて、二次側の電圧情報を一次側の変換回路１１に伝達する伝達手段１５が設けられている。この伝達手段１５は、絶縁性が高い光通信や無線通信を用いる構成とするのが好ましい。変換回路１１は、伝達手段１５を介して二次側の電圧情報を受け、この電圧情報に従って、直流交流変換における周波数やデューティ比を調整する。これにより、変換回路１１は最適な出力を維持することができる。

また、本実施形態に係る直流用耐雷装置は、変換回路１１、耐雷トランス１２および整流回路１３について、負荷容量に応じた制作および部品の選定を行うことによって、小容量から大容量のものまで制作が可能になる。また、定格電圧以下の入力電圧であれば、その電圧に応じた出力電圧（例：ＤＣ１２Ｖ、ＤＣ２４Ｖ、ＤＣ４８Ｖ、ＤＣ１００Ｖ）が出力されるため、電圧の選定が不要になる。

本発明では、雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を提供することができるので、直流電源で動作する機器を雷サージから保護するのに有用である。

１，２，３ 直流用耐雷装置
５ 直流電源
６ 被保護機器
１１ 変換回路
１２ 耐雷トランス
１３ 整流回路
２１，２２，２３ 避雷器
３１，３２ 一次側端子
４１，４２ 二次側端子

Claims (3)

1. 直流電源と被保護機器との間に設けられる直流用耐雷装置であって、
   前記直流電源から直流電力を受ける、一対の一次側端子と、
   前記一次側端子が受ける直流電力を交流電力に変換する、変換回路と、
   前記変換回路の出力を一次側に受ける、耐雷トランスと、
   前記耐雷トランスの二次側に接続される、整流回路と、
   前記整流回路の出力を前記被保護機器に供給する、一対の二次側端子とを備える
   ことを特徴とする直流用耐雷装置。
2. 請求項１記載の直流用耐雷装置において、
   前記一次側端子同士の間に設けられた避雷器を備える
   ことを特徴とする直流用耐雷装置。
3. 請求項２記載の直流用耐雷装置において、
   前記一次側端子の一方と、接地との間に設けられた第２避雷器と、
   前記一次側端子の他方と、接地との間に設けられた第３避雷器とを備える
   ことを特徴とする直流用耐雷装置。

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