JP6014208B2 - 多重保護モードの通信用サージ保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、多数のサージ保護回路を備えて、たとえ破損およびその他の原因に起因して一部の回路が止まっても他の回路によって作動されることにより、通信不能状態に陥ることを未然に防ぐことのできる多重保護モードの通信用サージ保護装置に関する。

産業自動化および高速通信技術の発達とあいまって、通信／制御システムは益々進歩発達しつつある。通信／制御機器は半導体技術の発達とあいまって超高集積回路（ＶＬＳＩ）によって構成されてサージに対する耐性が弱くなり、これに起因する被害は益々増大されてきている。これに対する対策として、電源用サージ保護装置および通信用サージ保護装置の設置が増えている。電源用サージ保護装置は電力系統に並列に接続されるため障害が生じたときに電力系統から取り外せばよいが、通信用サージ装置は直列に接続されるため障害が生じたときに通信不良を招き、この通信不良がシステムに及ぼす影響は即時的であり、且つ、膨大である。

通信用サージ保護装置は、主として、金属酸化物バリスター（ＭＯＶ：Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｖａｒｉｓｔｏｒ）、気体放電管（ＧＤＴ：Ｇａｓ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｔｕｂｅ）、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ：Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）および抵抗など受動素子によって構成される。このようなサージ保護装置は、内／外部において発生するサージによって本来の特性が失われてしまう。通信系統の構造からみて、サージ保護装置は、線路の途中に直列に挿入されて、その機能を失う場合に被保護装備に対して正常的な保護を行うことが不可能である。このため、過度な電圧／電流に起因するサージ保護装置の故障は装備に直接的に被害を与える虞がある。すなわち、過電圧保護装置の保護容量以上のサージ電圧が流入する場合、過電圧保護装置内の素子が損傷されて短絡される場合が多いが、特に、多大な損傷を負う部品はトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）またはバリスターであり、中でも、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）素子の短絡率が最も高い。

しかしながら、過電圧保護装置は、故障の有無を目視することができないため過電圧保護器の寿命が尽きたにも拘わらずその取替え時期を逃して装備に被害をもたらすケースが増えている。

このために、バリスターおよびトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）のうちのいずれか一方以上の短絡を感知して発光ダイオード（ＬＥＤ）で表示して即時的に対応できるようにした技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。また、バリスターの寿命を演算して寿命が所定のしきい値に達した場合に接続切り換えを行う技術が提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。しかしながら、短絡ではなく、一部が損傷された場合には故障の有無を確認することができないためサージが流入するときに装備の被害が発生するという問題が依然として残っている。

このような問題を解消するために、多数のサージ保護回路を備えて、一つのサージ保護が作動不能に陥ると、自動的に他のサージ保護回路に切り換える技術が提案されている（例えば、特許文献３および４参照）。

図１に示すように、従来の技術によるサージ（過電圧）保護装置は、多数のサージ放電部３００を備える。すなわち、サージ放電部３００は、入力ライン放電部１００と出力ライン放電部２００との間に所定の距離を隔てて多数設けられ、選択的に入力ライン放電部１００および出力ライン放電部２００に接続されて入力ライン放電部１００から流入するサージまたは過電流が出力ライン放電部２００に排出されることを防ぐ。

具体的に、サージ放電部３００は、入力ラインに直列に接続される第１の線形抵抗３１１および第１のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３１２を有する第１のサージ放電回路３１０と、第２の線形抵抗３２１および第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３２２を有する第２のサージ放電回路３２０と、を備え、第１のサージ放電回路３１０および第２のサージ放電回路３２０が並列に配置される。このとき、サージ放電部３００の第１のサージ放電回路３１０および第１のサージ放電回路３２０は、第１の接続部４００によって入力ライン放電部１００に選択的に接続され、第２の接続部５００によって出力ライン放電部２００に選択的に接続される。

このとき、入力ライン放電部１００と出力ライン放電部２００との間に電圧を印加してサージ放電回路の損傷有無を確認する。入力ライン放電部１００に接続されて入力ライン１１０に所定のチェック電圧を印加する。特に、入力ライン放電部１００の第１の気体放電管（ＧＤＴ）１２０の両端子に接続されて入力ライン１１０の両端に同時に印加する。

また、入力ライン放電部１００と出力ライン放電部２００に接続されたサージ放電部３００のサージ放電回路との間の電圧を検出して確認する。すなわち、第１のサージ放電回路３１０が接続された場合には第１のサージ放電回路３１０の間の電圧を確認することができ、第２のサージ放電回路３２０が接続された場合には第２のサージ放電回路３２０の間の電圧を確認することができる。検出された電圧を基準電圧と比較してサージ放電回路の異常有無を判断する。接続されたサージ放電回路３１０または３２０が異常であると判断されれば、損傷されていない他のサージ放電回路３１０または３２０に接続する。

しかしながら、上述した従来の技術（例えば、特許文献３参照）は、サージ放電回路の損傷有無を判断するために、別途の電圧を印加しなければならないという問題がある。

大韓民国登録特許公報第１０−１２５３２２９号（２０１３年０４月０４日付け公告） 特許第５３９９８５６号明細書 大韓民国登録特許公報第１０−１３３３５４７号（２０１３年１２月０２日付け公告） 大韓民国登録特許公報第１０−１３９１８２３号（２０１４年０５月０７日付け公告）

本発明は上述した問題を解消するために案出されたものであり、その目的は、多数のサージ保護回路を備えて、たとえ破損およびその他の原因に起因して一部の回路が止まっても他の回路によって作動される多重保護モードの通信用サージ保護装置を提供することである。

特に、本発明の目的は、サージ電圧が印加されたときにサージ保護回路の損傷有無を同時に判断して、異常であると検出されれば、他の正常のサージ保護回路に切り換える多重保護モードの通信用サージ保護装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、電圧が流入する入力ラインと、外部ラインに接続される出力ラインと、接地端を有するサージ放電部と、前記入力ラインと前記出力ラインとの間に設けられ、前記流入する電圧がサージ電圧であれば、前記接地端に放電させる少なくとも２以上のサージ保護回路を並列で有するサージ保護回路部と、前記入力ラインおよび前記出力ラインを選択的に前記サージ保護回路のうちのいずれか一つに接続する回路切換え部と、前記入力ラインの入力端に流入する入力電圧および前記サージ保護回路から前記接地端への第２の放電電圧（本発明において、第２の放電電圧とは、サージ保護回路部から接地端に流れる電流を電圧に変換した電圧である。）のそれぞれを予め定められた基準電圧と対比する状態測定部と、前記入力電圧との対比結果および前記第２の放電電圧との対比結果を用いて、接続されたサージ保護回路の異常有無を検出し、前記接続されたサージ保護回路が異常であると検出されれば、前記回路切換え部において他のサージ保護回路に切り換える制御回路部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記制御回路部は、前記入力電圧との対比結果および前記第２の放電電圧との対比結果が同じであれば、前記サージ保護回路が異常であると検出し、前記入力電圧との対比結果および前記第２の放電電圧との対比結果が同じではなければ、前記サージ保護回路が正常であると検出することを特徴とする。

さらに、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記状態測定部は、前記入力電圧が前記基準電圧よりも大きければ、対比結果を１として出力し、前記入力電圧が前記基準電圧よりも小さければ、対比結果を０として出力する第１の比較器と、前記第２の放電電圧が前記基準電圧よりも大きければ、対比結果を１として出力し、前記第２の放電電圧が前記基準電圧よりも小さければ、対比結果を０として出力する第３の比較器と、を備え、前記制御回路部は、前記第１の比較器および前記第３の比較器の出力を入力とするＸＮＯＲゲートを備えて、前記ＸＮＯＲゲートの出力が０である場合に前記サージ保護回路を切り換えることを特徴とする。

さらに、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記サージ保護回路は、前記入力ラインと直列に配置される線形抵抗と、前記入力ラインと前記出力ラインとの間に並列に接続されるトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記保護装置は、前記入力ライン上に設けられて、前記入力ラインに流入するサージ電圧を前記接地端に放電させる入力放電部と、前記出力ライン上に設けられて、前記出力ラインに逆に流入するサージ電圧を前記接地端に放電させる出力放電部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記状態測定部は、前記入力放電部または前記出力放電部から前記接地端への第１の放電電圧を予め定められた基準電圧と対比し、前記制御回路部は、前記入力電圧との対比結果および前記第１の放電電圧との対比結果を用いて、前記入力放電部または前記出力放電部の異常有無を検出することを特徴とする。

さらに、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記制御回路部は、前記入力電圧との対比結果および前記第１の放電電圧との対比結果が同じであれば、前記入力放電部または前記出力放電部が異常であると検出し、前記入力電圧との対比結果および前記第１の放電電圧との対比結果が同じではなければ、前記入力放電部または前記出力放電部が正常であると検出することを特徴とする。

さらに、本発明は、多重保護モードの通信用サージ保護装置において、前記入力放電部または前記出力放電部は、前記入力ラインまたは前記出力ライン上に並列に設けられ、前記接地端に接続される気体放電管（ＧＤＴ）を備えることを特徴とする。

本発明による多重保護モードの通信用サージ保護装置によれば、多数のサージ保護回路を備えて、たとえ破損およびその他の原因に起因して一部の回路が止まっても他の回路によって作動されることにより、通信不能状態に陥ることを未然に防ぐことができるという効果が得られる。

また、本発明による多重保護モードの通信用サージ保護装置によれば、サージ保護回路の損傷有無を入力されるサージ電圧を用いて検出することにより、サージ保護回路の損傷有無を判断するために別途の電圧を印加する必要がないという効果が得られる。

従来の技術によるサージ保護装置に対する回路構成図である。 本発明の一実施形態による多重保護モードの通信用サージ保護装置の構成に対するブロック図である。 本発明の一実施形態による多重保護モードの通信用サージ保護装置に対する回路構成図である。 本発明の一実施形態による比較器に対する回路構成図である。 本発明の一実施形態による第１および第２の比較器の出力の組み合わせによる入出力放電部の放電回路の異常有無判断を示す表である。 本発明の一実施形態による第１および第３の比較器の出力の組み合わせによるサージ保護回路の異常有無判断を示す表である。 本発明の一実施形態による図５および図６の判断に対する論理真理表である。 本発明の一実施形態による制御回路部の回路構成図である。

以下、本発明の実施のための具体的な内容について図面に基づいて説明する。

また、本発明を説明するに当たって、同じ部分には同じ符号を付し、その繰り返される説明は省略する。

まず、本発明の一実施形態による多重保護モードの通信用サージ保護装置の概略的な構成を図２に基づいて説明する。

図２に示すように、多重保護モードの通信用サージ保護装置は、入力放電部１０と、出力放電部２０と、サージ保護回路部３０と、サージ放電部４０と、回路切換え部５０、６０と、状態測定部７０と、制御回路部８０および電源部９０を備える。

入力放電部１０は、入力端に配設されて１次的なサージを保護する。特に、入力放電部１０は、気体放出管（ＧＤＴ）を備えてサージ放電部４０に接続されてなる。サージ電圧が流入すれば、１次的に気体放出管（ＧＤＴ）を介してサージ放電部４０の接地端Ｇにサージ電圧を放電させる。

また、出力放電部２０は、出力端に配設され、出力から逆に入ってくるサージに対して保護を行う回路である。出力放電部２０も入力放電部１０と同様に構成され、逆に入ってくるサージ電圧を接地端Ｇまたはサージ放電部４０を介して放出させる。

サージ保護回路部３０は、多数のサージ保護回路を備え、回路切換え部５０、６０によって切り換えられる。すなわち、サージ保護回路部３０は、入力放電部１０と出力放電部２０との間に所定の距離を隔てて多数設けられ、選択的に入力放電部１０および出力放電部２０に接続される。このため、入力放電部１０から流入する過電圧が出力放電部２０に印加されることを防ぐか、あるいは、出力放電部２０から逆に流入する過電流をサージ放電部４０を介して放出させる。

サージ放電部４０は、入力放電部１０と、出力放電部２０およびサージ保護回路部３０から迂回されるサージ電流を接地端Ｇに放出させる回路である。

回路切換え部５０、６０は、制御回路部８０の指令によって多数の回路からなるサージ保護回路部３０における保護回路を取り替える。

入力回路切換え部５０は、多数のサージ保護回路のうちのいずれか一つの回路に接続する接続部である。すなわち、入力回路切換え部５０は、入力端の入力ライン１１を多数のサージ保護回路の中から選択されたいずれか一つに切り換えて接続する。

出力回路切換え部６０は、出力端の出力ライン２１を多数のサージ保護回路の中から選択されたいずれか一つに切り換えて接続する。このとき、入力回路切換え部５０および出力回路切換え部６０は両方とも同じサージ保護回路を選択して、選択されたサージ保護回路を介して互いに接続されなければならない。

状態測定部７０は、入力端の電圧状態、入出力放電部の放電状態およびサージ保護回路による放電状態を測定する回路である。すなわち、入力放電部１０の前端に配設されて引込部の電圧を検出し、検出された電圧を用いて、正常状態であるか、あるいは、過電圧（または、サージ）が流入する非正常状態であるかを検出する。また、入出力放電部１０、２０またはサージ保護回路部３０によって放電される状態であるか否かを測定する。入力電圧（または、入力電圧の状態）の測定は、入力放電部１０の放電回路に後続して配設される入力ライン１１から測定してもよい。入力放電部１０によってサージ電圧が完全に放電されずに一部のみ放電され、残りの電圧が入力ライン１１を介してサージ保護回路部３０に入力されるためである。

制御回路部８０は、状態測定部７０において測定された値を比較してサージ保護回路部３０の異常有無を判断する。また、制御回路部８０は、異常有無の判断結果に基づいて、回路切換え部５０、６０に切り換え指令を下して正常のサージ保護回路に切り換える。

電源部９０は、制御回路部８０および回路切換え部５０、６０に電源を供給する回路である。電源用サージ保護装置とは異なり、通信用サージ保護装置は、通信ラインの電圧を電源として用いれば、電圧の変動によって通信エラーを発生させることができる。このため、通信ラインの電圧以外の別途の電源を安定的に供給しなければならない。このために、別途の電源部９０を設けて、制御回路部８０および回路切換え部５０、６０の動作電源を供給する。

次いで、本発明の一実施形態による多重保護モードの通信用サージ保護装置の細部的な構成および動作について図３を参照して説明する。

図３に示すように、入力端および出力端にはそれぞれ入力放電部１０および出力放電部２０が設けられる。

入力放電部１０は、サージが流入する入力ライン１１の引込端Ｉｎ１、Ｉｎ２と、入力ライン１１の上に並列に設けられる第１の気体放電管（ＧＤＴ）１２と、を備える。第１の気体放電管（ＧＤＴ）１２はサージ放電部４０の接地端Ｇと接続されて、入力ライン１１に流入するサージ電圧を１次的に放電させる。すなわち、第１の気体放電管（ＧＤＴ）１２は、放電開始電圧以下では開放状態となり、放電開始電圧を超えるサージが流入すれば、瞬時に導通されてサージを除去し、再び開放状態の動作が行われる。

出力放電部２０は、外部の通信／信号ラインに接続される出力ライン２１の出力端Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２と、出力ライン２１の上に並列に設けられる第２の気体放電管（ＧＤＴ）２２と、を備える。第２の気体放電管（ＧＤＴ）２２は、サージ放電部４０の接地端Ｇと接続されて、出力ライン２１から逆に流入する電圧を接地端Ｇを介して放出させる。

また、図３に示すように、サージ保護回路部３０は、入力ラインに直列に接続される第１の線形抵抗３１ａおよび第１のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３１ｂを有する第１のサージ保護回路３１と、第２の線形抵抗３２ａおよび第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３２ｂを有する第２のサージ保護回路３２と、を備え、第１のサージ保護回路３１および第２のサージ保護回路３２が並列に配設される。それ以外の多数のサージ保護回路がさらに並列に接続されて構成されてもよい。

このとき、サージ保護回路部３０の第１および第２のサージ保護回路３１、３２、．．．などの多数のサージ保護回路は、後述する入力回路切換え部５０によって入力放電部１０に選択的に接続され、出力回路切換え部６０によって出力放電部２０に選択的に接続される。

第１および第２の線形抵抗３１ａ、３２ａは、入力放電部１０の入力ライン１１Ｉｎ１、Ｉｎ２に直列に配設され、入力回路切換え部５０によって選択的に入力ライン１１に接続されれば、流入する過電流を抑えて短絡を防ぐ。これらの第１および第２の線形抵抗３１ａ、３２ａは、サージ保護装置に用いられる商用化された素子であり、抵抗容量と種類および形状が限定されることはない。

第１および第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３１ｂ、３２ｂは、入力放電部１０の入力ライン１１Ｉｎ１、Ｉｎ２と出力放電部２０の出力ライン２１Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２との間に並列に接続されており、回路切換え部５０、６０によって選択的に入力ライン１１および出力ライン２１に接続されれば、入力ライン１１または出力ライン２１から逆に流入するサージ電圧を接地端ＧＮＤを介して放出させる。すなわち、第１および第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３１ｂ、３２ｂは、線路間の残余の過電圧を抑えて絶縁破壊以上の電圧がセンサーまたは計測制御機器に侵入することを防ぐ。

また、第１および第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３１ｂ、３２ｂは、サージ放電部４０の接地端Ｇに接続されて、入力されるサージ電圧が接地端Ｇを介して放出される。

図３に示すサージ保護回路３１、３２の構成は単なる一例に過ぎない。このため、図３に示す線形抵抗およびトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）に何ら限定されない。例えば、過電圧保護素子であるバリスターで構成するか、あるいは、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）およびバリスターを並列に構成する保護回路なども本発明に適用可能である。

また、上記の第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２だけではサージを完璧に遮断することができない。気体放電管（ＧＤＴ）および金属酸化物バリスター（ＭＯＶ）の主な機能は、サージ電圧を制限することである。例えば、１０Ｋｖのサージ電圧を印加するとき、例えば、２．５Ｋｖに電圧を下げる。第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２が動作して、下がった電圧を再びトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）ダイオードにおいてさらに下げる。このようにして、ラインにおける過電圧を極力抑える。上記の理由から、気体放電管（ＧＤＴ）およびトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）を併用することが好ましい。

気体放電管（ＧＤＴ）と、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）および金属酸化物バリスター（ＭＯＶ）は、いずれも過電圧を抑える機能を有する。しかしながら、各素子の構成成分は異なる。気体放電管（ＧＤＴ）はガスによって構成され、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）は半導体素子であり、金属酸化物バリスター（ＭＯＶ）はバリスターである。各素子の成分が異なるため、サージに反応する素子の特性も異なる。気体放電管（ＧＤＴ）は、サージの流入時に放出させながら速流であるという問題があるため、ラインおよびＮ相に用いられずにＮ相および接地に頻繁に用いられ、通信用には金属酸化物バリスター（ＭＯＶ）の代わりにトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）素子を用いて通信に現れる信号の誤りを防ぐ。

気体放電管（ＧＤＴ）は、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）素子に比べて電流の放流容量が大きい。一般に、１０ＫＡ〜２０ＫＡ以上のサージ放流容量を内蔵している。トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）素子は、サージ耐量が少ないため破損の可能性が高い。これを保護するためにサージ耐量が大きい気体放電管（ＧＤＴ）を用いる。

以下で説明するように、気体放電管（ＧＤＴ）の故障有無を判断するためには、各気体放電管（ＧＤＴ）の接地ラインに変流器（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を設けて確認する。

一方、入力回路切換え部５０は、入力放電部１０とサージ保護回路部３０との間に配設され、入力ライン１１を選択的にサージ保護回路部３０の第１および第２のサージ保護回路３１、３２などの多数のサージ保護回路のうちのいずれか一つに接続する。

出力回路切換え部６０は、サージ保護回路部３０と出力放電部２０との間に配設され、出力ライン２１を選択的にサージ保護回路部３０の第１および第２のサージ保護回路３１、３２などの多数のサージ保護回路のうちのいずれか一つに接続する。

このとき、入力回路切換え部５０および出力回路切換え部６０は両方とも同じサージ保護回路を選択して、選択されたサージ保護回路を介して互いに接続されなければならない。例えば、入力回路切換え部５０が第１のサージ保護回路３１に接続されれば、出力回路切換え部６０も第１のサージ保護回路３１に接続されなければならず、入力回路切換え部５０が第２のサージ保護回路３２に接続されれば、出力回路切換え部６０も第２のサージ保護回路３２に接続されなければならない。

また、入力回路切換え部５０および出力回路切換え部６０が第１のサージ保護回路３１に接続されれば、第１のサージ放電回路３１が駆動されて流入したサージが除去され、入力回路切換え部５０および出力回路切換え部６０が第２のサージ保護回路３２に接続されれば、第２のサージ保護回路３２が駆動されて流入したサージが除去される。

次いで、状態測定部７０は、第１の比較器７１と、第２の比較器７２と、第３の比較器７３と、変流器（ＣＴ）センサー７５ａ、７５ｂ、７５ｃを備える。

状態測定部７０は、演算増幅器（ＯＰＡＭＰ：Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いて、サージ電圧であるか否かを測定する比較回路である。すなわち、各比較器７１、７２、７３は、正常状態の電圧とサージによる過電圧を比較するための演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）を用いた比較回路である。

図４に示すように、演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）に２つの入力が与えられるが、基準電圧値（例えば、線路の電圧が２４Ｖであれば、基準電圧値も２４Ｖを与える。）に対する測定値が基準値よりも高ければハイ（Ｈｉｇｈ）信号を出力し、基準電圧値に対する測定値および基準値が同じであればロウ（Ｌｏｗ）信号を出力する。

演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）を用いた比較回路は、電圧の測定のための第１の比較器７１と、引込および出力の放電電流の測定のための第２の比較器７２およびサージ保護回路のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）ダイオードから放出される電流測定用の第３の比較器７３など合計で３つの回路を備える。

第１の比較器７１は、測定値をもって入力端の入力電圧を基準電圧Ｖ_ｒｅｆと比較する。すなわち、第１の比較器７１は、基準電圧Ｖ_ｒｅｆおよび入力電圧を受け取って、前記両電圧を比較して、その結果を出力する回路である。すなわち、入力電圧が基準電圧よりも高ければハイの信号（または、１）を出力し、入力電圧および基準電圧が同じであればロウの信号（または、０）を出力する。

また、第２の比較器７２は、サージ測定回路である変流器（ＣＴ）センサー７５ａ、７５ｂに適用して平常時よりも高い出力があればハイの信号（または、１）を出力する。第２の比較器７２の変流器（ＣＴ）センサー７５ａ、７５ｂは入力端および出力端の気体放電管（ＧＤＴ）電流測定用の回路であり、並列に接続される。これは、入力からの電流および逆に出力ラインからのサージ電流を測定するためのものである。

変流器（ＣＴ）センサー７５ａ、７５ｂは、入力放電部１０または出力放電部２０とサージ放電部４０（または、接地端）との間に配設される。

一般に、入力端に流入するサージは、入力端の第１の気体放電管（ＧＤＴ）１２において放出がほとんど行われるため、出力端の第２の気体放電管（ＧＤＴ）２２においては放出活動がほとんどない。このため、入力および出力端の変流器（ＣＴ）センサー７５ａ、７５ｂの出力を並列に接続しても、サージの流入時に電流測定値が重複しない。

また、第３の比較器７３は、サージ保護回路部３０の放電を測定する変流器（ＣＴ）センサー７５ｃの測定値と基準電圧を比較する。第３の比較器７３の変流器（ＣＴ）センサー７５ｃの出力を測定値をもって比較する構成は、第２の比較器７２の構成と同様である。変流器（ＣＴ）センサー７５ｃは、サージ保護回路部３０またはトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３２ａ、３２ｂとサージ放電部４０または接地端Ｇとの間に配設される。

要するに、第１の比較器７１は、入力電圧が過電圧であるか、あるいは、サージであるかを検出し、入力電圧がサージ電圧である場合にハイの信号（または、１）を出力する。逆に、第１の比較器７１は、入力電圧がサージではない場合にロウの信号（または、０）を出力する。

また、第２の比較器７２は、入力放電部１０または出力放電部２０においてサージが放電されるか否かを検出して、サージが放電されている状態であれば、ハイの信号または１を出力する。また、第２の比較器７２は、入出力放電部１０、２０においてサージが放電されていなければ、ロウの信号または０を出力する。

さらに、第３の比較器７３は、サージ保護回路部３０においてサージが放電されるか否かを検出して、サージが放電されている状態であれば、ハイの信号または１を出力する。第３の比較器７３は、サージが放電されていなければ、ロウの信号または０を出力する。

次いで、制御回路部８０は、状態測定部７０における入力電圧の状態、入出力放電部１０、２０およびサージ保護回路部３０において測定されて検出された放電状態を用いて、現在接続されているサージ保護回路の異常有無を判断する。また、制御回路部８０は、現在接続されているサージ保護回路が異常状態であると判断されれば、他の正常のサージ保護回路に切り換える。

サージによる回路が破損されたか否かに対する判断は非常に重要である。正常に動作する回路を不良回路と誤認しないために、正確な判断基準を作る。以下、これについて具体的に説明する。

図５に示すように、第１の比較器７１によって検出された入力電圧の状態と、第２の比較器７２によって検出された入出力放電部１０、２０の放電状態を組み合わせると、入出力放電部１０、２０の放電回路（または、気体放電管（ＧＤＴ））の異常有無を判断することができる。

すなわち、入力電圧が正常状態の電圧であり（第１の比較器７１の出力が０であり）、入出力放電部１０、２０の第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２からサージが検出されなければ（第２の比較器７２の出力が０であれば）、第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２は正常であることが分かる。逆に、正常状態の電圧（第１の比較器７１の出力が０である）において、第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２からサージが検出されれば（第２の比較器７２の出力が１であれば）、故障であることが分かる。

また、入力電圧が非正常状態、すなわち、サージが入力される場合（第１の比較器７１の出力が１である場合）、入出力放電部１０、２０の第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２からサージが検出されれば（第２の比較器７２の出力が１であれば）、第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２は正常であることが分かる。逆に、サージ状態において（第１の比較器７１の出力が１である状態において）、第１および第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２からサージが検出されなければ（第２の比較器７２の出力が０であれば）、故障であることが分かる。

さらに、図６に示すように、第１の比較器７１によって検出された入力電圧の状態と、第３の比較器７３によって検出されたサージ保護回路部３０の放電状態を組み合わせると、サージ保護回路部３０のサージ保護回路または気体放電管（ＧＤＴ）の異常有無を判断することができる。図６の異常有無の判断方法は、図５の異常有無の判断方法と同様である。

図５および図６の比較器の入力に対する異常有無の判断を論理の真理表で構成すれば、図７の通りである。図７に示すように、２つの入力値が異なると、０であり、２つの入力値が同じであれば、１である。これを数式で表すと、下記の通りである。

（数１）
Ｙ＝！（（！Ａ）Ｂ）＋（Ａ（！Ｂ））

ここで、ＡおよびＢは比較器の出力であり、Ｙは異常有無の判断結果である。

すなわち、各比較器の出力は、サージの流入を検出するための第１の比較器７１の出力を基準として、サージ電圧および変流器（ＣＴ）の出力（または、気体放電管（ＧＤＴ）の出力）、並びにサージ電圧およびトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）の出力をＸＮＯＲゲートの入力として適用して２つの結果を得る。

フリップフロップ回路のうちＸＮＯＲゲート回路を応用した判断基準を定めて回路の異常有無を判断する。制御回路部８０が回路変換部５０、６０に切り換え指令を下すための判断基準は、上記の数式１や図７の通りである。

これを回路で実現したものが図８である。

第１の比較器７１の出力Ｖｏｕｔ１および第２の比較器７２の出力Ｖｏｕｔ２をＸＮＯＲゲートの入力として構成し、前記ＸＮＯＲゲートの出力に基づいて、入出力放電部１０、２０の第１または第２の気体放電管（ＧＤＴ）１２、２２の異常有無を検出する。

また、第１の比較器７１の出力Ｖｏｕｔ１および第３の比較器７3の出力Ｖｏｕｔ３をＸＮＯＲゲートの入力として構成し、前記ＸＮＯＲゲートの出力に基づいて、サージ保護回路部３０の第１または第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）３１ｂ、３２ｂの異常有無を検出する。

上述したように、入力電圧が正常状態および落雷による過電圧の流入状態を一つの条件とし、気体放電管（ＧＤＴ）と接地との間に接続された変流器（ＣＴ）センサーから他の条件を入力し、トランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）素子から流れる電流側など３種類の条件による正常／非正常を制御回路部８０において判断して切り換え指令を正確に下すことが可能になる。

以上、本発明者による発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々に変更可能であるということはいうまでもない。

１０：入力放電部
１１：入力ライン
１２：第１の気体放電管（ＧＤＴ）
２０：出力放電部
２１：出力ライン
２２：第２の気体放電管（ＧＤＴ）
３０：サージ保護回路部
３１、３２：サージ保護回路
３１ａ、３２ａ：第１および第２の線形抵抗
３１ｂ、３２ｂ：第１および第２のトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）
４０：サージ放電部
５０：入力回路切換え部
６０：出力回路切換え部
７０：状態測定部
７１、７２、７３：第１、第２および第３の比較器
７５ａ、７５ｂ、７５ｃ：変流器（ＣＴ）センサー
８０：制御回路部
９０：電源部

Claims (8)

1. 多重保護モードの通信用サージ保護装置において、
   電圧が流入する入力ラインと、
   外部ラインに接続される出力ラインと、
   接地端を有するサージ放電部と、
   前記入力ラインと前記出力ラインとの間に設けられ、前記流入する電圧がサージ電圧であれば、前記接地端に放電させる少なくとも２以上のサージ保護回路を並列で有するサージ保護回路部と、
   前記入力ラインおよび前記出力ラインを選択的に前記サージ保護回路のうちのいずれか一つに接続する回路切換え部と、
   前記入力ラインの入力端に流入する入力電圧および前記サージ保護回路から前記接地端への第２の放電電圧のそれぞれを予め定められた基準電圧と対比する状態測定部と、
   前記入力電圧との対比結果および前記第２の放電電圧との対比結果を用いて、接続されたサージ保護回路の異常有無を検出し、前記接続されたサージ保護回路が異常であると検出されれば、前記回路切換え部において他のサージ保護回路に切り換える制御回路部と、
   を備えることを特徴とする多重保護モードの通信用サージ保護装置。
2. 前記制御回路部は、前記入力電圧との対比結果および前記第２の放電電圧との対比結果が同じであれば、前記サージ保護回路が異常であると検出し、前記入力電圧との対比結果および前記第２の放電電圧との対比結果が同じではなければ、前記サージ保護回路が正常であると検出することを特徴とする請求項１に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。
3. 前記状態測定部は、
   前記入力電圧が前記基準電圧よりも大きければ、対比結果を１として出力し、前記入力電圧が前記基準電圧よりも小さければ、対比結果を０として出力する第１の比較器と、
   前記第２の放電電圧が前記基準電圧よりも大きければ、対比結果を１として出力し、前記第２の放電電圧が前記基準電圧よりも小さければ、対比結果を０として出力する第３の比較器と、
   を備え、
   前記制御回路部は、
   前記第１の比較器および前記第３の比較器の出力を入力とするＸＮＯＲゲートを備えて、前記ＸＮＯＲゲートの出力が０である場合に前記サージ保護回路を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。
4. 前記サージ保護回路は、前記入力ラインと直列に配置される線形抵抗と、前記入力ラインと前記出力ラインとの間に並列に接続されるトランジェント電圧抑制回路（ＴＶＳ）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。
5. 前記保護装置は、
   前記入力ライン上に設けられて、前記入力ラインに流入するサージ電圧を前記接地端に放電させる入力放電部と、
   前記出力ライン上に設けられて、前記出力ラインに逆に流入するサージ電圧を前記接地端に放電させる出力放電部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。
6. 前記状態測定部は、前記入力放電部または前記出力放電部から前記接地端への第１の放電電圧を予め定められた基準電圧と対比し、
   前記制御回路部は、前記入力電圧との対比結果および前記第１の放電電圧との対比結果を用いて、前記入力放電部または前記出力放電部の異常有無を検出することを特徴とする請求項５に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。
7. 前記制御回路部は、前記入力電圧との対比結果および前記第１の放電電圧との対比結果が同じであれば、前記入力放電部または前記出力放電部が異常であると検出し、前記入力電圧との対比結果および前記第１の放電電圧との対比結果が同じではなければ、前記入力放電部または前記出力放電部が正常であると検出することを特徴とする請求項６に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。
8. 前記入力放電部または前記出力放電部は、前記入力ラインまたは前記出力ライン上に並列に設けられ、前記接地端に接続される気体放電管（ＧＤＴ）を備えることを特徴とする請求項７に記載の多重保護モードの通信用サージ保護装置。