JPH11126674A - 酸化金属バリスタ筐体を有するガス放電管 - Google Patents

酸化金属バリスタ筐体を有するガス放電管

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JPH11126674A
JPH11126674A JP10203784A JP20378498A JPH11126674A JP H11126674 A JPH11126674 A JP H11126674A JP 10203784 A JP10203784 A JP 10203784A JP 20378498 A JP20378498 A JP 20378498A JP H11126674 A JPH11126674 A JP H11126674A
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JP
Japan
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voltage
varistor
electrodes
electrode
gas
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Application number
JP10203784A
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English (en)
Inventor
Neil Mcloughlin
マックラフリン ニール
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Harris Corp
Original Assignee
Harris Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ガス放電管から分離したバリスタ
を使用しないことによりより簡単で製造するのが複雑で
ないガス放電管を提供することを目的とする。 【解決手段】 単一構成要素式にクローバー保護及びク
ランプ保護を統合する電気過電圧抑制装置と、クローバ
ー保護を与えるアーク目標として作用する離間された電
極を有するガス放電管によって画成されるガス体積と、
クランプ保護を与えるガス放電管と一体にされるバリス
タである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気的電圧サージ抑
制装置に関する。抑制装置は、電気装置を電気的サー
ジ、雷、高圧線接触などによって引き起こされる過電圧
から保護するために広く使用されている。
【0002】
【従来の技術】既知のサージ保護装置は2つの種類、即
ちクローバー(crowbar)式装置及びクランプ式
装置に分類される。クローバー装置はプラズマサージ避
雷器、スパークギャップ装置、ガス放電管(GDT)及
びシリコン制御整流器(SCR)を含む。これらの装置
は、設定されたインピーダンス切替閾レベルを超過する
回路電圧に応じて、高インピーダンス状態、即ち開回路
から低インピーダンス状態、即ち短絡回路へ突然切り替
わることによって被保護回路への電流の流れを制限す
る。
【0003】高インピーダンス状態にあるとき、電流は
クローバー装置を通って流れず、電力は消費されない。
一度低インピーダンス状態に切り替えられると、クロス
バー装置の両端の電圧は比較的低いレベルにあり、装置
は過電圧の間は送り込まれた電力の充分な部分を消散さ
せず、むしろ線からアースへ電力を通す。例えば、一度
GDTの両端の電圧が特性ガス放電開始電圧(GDT閾
電圧)を超過すると、GDTはGDTの両端の電圧が1
5ボルト以下である低インピーダンス状態へ切り替わ
る。従ってクローバー装置は比較的長い時間に亘って高
い電流伝導モードで動作するのに適しており、比較的長
いサージに亘る回路の保護を可能にする。クローバー装
置はしかしながら、特定の過渡波形に対しては切替閾電
圧以下でサージ保護を与えない。
【0004】クランプ装置はツェナー(アバランシ)ダ
イオード及び酸化金属バリスタ(MOV)を含む。クロ
ーバー装置とは対照的に、クランプ装置は印加される電
圧に応ずるクランプ装置の内部抵抗を変化させることに
よって特定の電圧レベルに対して過渡的な電圧を制限す
る。クランプ装置は有利に迅速な応答を与え、急速に上
昇するサージ条件に対して保護する。ツェナーダイオー
ド装置の場合、ツェナーダイオードは、ダイオード放電
開始電圧を超過する電圧サージが回路内に存在するまで
回路に開を与える。ツェナーダイオードが導電している
とき、回路の両端の電圧はツェナー放電開始電圧に制限
される。ツェナーダイオードは典型的には低電圧用途に
使用され、容量性効果により、概してRF用途には適し
ていない。
【0005】MOV装置では、クランプ装置の内部抵抗
は、MOVが保護されている回路と並列の電圧感度のあ
る非線形の抵抗性素子として作用するよう印加される電
圧によって変化する。クランプ装置は、クランプ電圧に
おいてサージエネルギーを吸収せねばならないため、ク
ランプ装置はガス放電管と同じ高いレベルのサージ電流
に耐えることができない。MOVは累積劣化及び性能変
化を引き起こす高い電流サージを受ける。このように、
ツェナーダイオード装置よりも高い電圧の用途に適して
いる一方で、MOVを過剰電圧レベルに曝すことによる
損傷から保護するためにヒューズが必要とされる。
【0006】クローバー装置及びクランプ装置は共に夫
々特定の用途に適していることが知られている。本発明
は両方の急速に上昇する電圧レベルに対して保護し、よ
り長い期間に亘る比較的高い電圧に対する保護を提供す
ることを目的とし、クローバー装置及びクランプ装置は
組み合わせて使用される。例えば、放電管(内部ガス又
は外部ギャップの両方)は過電圧保護装置としてバリス
タと組み合わせて使用されてきた。Baumbachに
交付された米国特許第4,262,317号明細書はG
DTと並列に接続された別個のMOVを開示し、Boy
外に交付された米国特許第5,383,085号及びT
anaka外に交付された米国特許第5,559,66
3号は単一筐体の中にパッケージングされたGDTに隣
接してMOVを取り付けることを開示する。不利なこと
に、これらの組み合わせの夫々は比較的複雑であり、衝
撃又は振動からの損傷を受けやすく、製造するのに比較
的費用がかかる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、より簡単で
製造するのが複雑でない単一構成要素式にクローバー保
護及びクランプ保護を統合する電気過電圧抑制装置によ
って従来の技術を改善させる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はガス放電管から
分離したバリスタを使用することなしにクローバー保護
及びクランプ保護を有するガス放電管抑制素子を提供
し、クローバー保護用にガス放電管を、クランプ保護用
に一体型バリスタを使用する電圧避雷器を提供すること
を目的とする。
【0009】本発明は単一構成要素式にクローバー保護
及びクランプ保護の両方を与える電圧抑制装置を提供す
ることを他の目的とする。本発明は単一構成要素として
形成されるガス放電管及びバリスタを有する電圧サージ
抑制装置を提供し、また密閉ガス筐体の構成要素として
バリスタセラミックを使用するガスサージ避雷器を提供
することを他の目的とする。
【0010】本発明は、離間された第1及び第2の電極
と、上記第1及び第2の電極の間に配置され、比較的低
い電流伝導状態と、上記第1及び第2の電極の間の特性
放電開始電圧の印加に対応する比較的高い電流伝導状態
とを共に有するガス媒体と、上記第1及び第2の電極の
間に接続され、上記第1の電極から上記第2の電極へ延
在するボディー部であり、上記電極と共に上記ガス媒体
を保持するための密閉筐体を形成するような形状とされ
た電圧可変抵抗器とからなる、単一構成要素の中にクロ
ーバー保護及びクランプ保護を統合する電気抑制装置を
含む。
【0011】本発明はまた、ガスの体積を含み、終端を
有するバリスタセラミック部を有する外被と、上記外被
に取り付けられ上記ガスに曝されるアーク目標と、上記
外被を回路の中に接続し、上記外被に取り付けられ、上
記アーク目標及び上記終端へ回路電圧を印加するよう動
作的に接続される装置接触部とからなり、それにより上
記接触部へ回路電圧を印加すると、上記保護装置は上記
印加された回路電圧が上記アーク目標の間の上記ガスを
イオン化し上記アーク目標の間に電流路を与えるまで、
上記バリスタセラミック部を通る電圧感度のある非線形
の電流路を与える、電圧依存電流路を有する回路過電圧
保護装置を含む。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明を以下例として添付の図面
を参照して説明する。図1は従来技術のGDTサージ避
雷器10を示す図であり、GDTサージ避雷器10は筐
体20と、電極30と、装置リード線40と、充填ガス
50とからなる。筐体20は金属、ガラス又はセラミッ
クであり、正しい間隔距離で電極30を保持する。筐体
20及び電極30によって画成される体積はイオン化し
うる充填ガス50を含みうる。電極30はアーク目標と
して作用し、充填ガス50の放電開始電圧における電流
アークを最適化するよう形成されうる。電極30は充填
ガス50を含み、充填ガス50の漏れを防ぐために筐体
20に対して密閉する金属のエンドキャップ35を含み
うる。
【0013】図2は従来技術のGDTサージ避雷器10
と同等の回路を示す図である。従来技術のGDT10は
充填ガス50の特性放電開始電圧値、例えば400乃至
600ボルトでトリガされ、ギャップ80を横切って線
をアースへ短絡させるクローバー装置として機能する。
図3はサージ抑制素子60の1つの実施例を示し、サー
ジ抑制素子60は電極30と、装置リード線40と、充
填ガス50と、バリスタ筐体70とを含む。バリスタ筐
体70は電極30と共に充填ガス50を含むガス放電管
を画成する。バリスタ筐体70は電流アークのための最
適化された距離で離間された電極30を保持するために
使用されうる。電極30はガス放電管の一部を形成し、
装置リード線40のための取付面を与えるエンドキャッ
プ35を含みうる。
【0014】図4は同等の回路図を示す図である。サー
ジ抑制素子60はアークギャップ80と並列にバリスタ
90として機能する。有利に、バリスタ90は特定の電
圧までクランプ保護を与える過渡抑制素子として作用
し、そのあとアークギャップ80によってクローバー保
護が与えられる。アークギャップ80のトリガ電圧は、
バリスタ90の動作を補足し、バリスタ90を損傷させ
ることを防ぐのに十分に低い値に予め設定される。アー
クギャップ80のトリガ電圧が超過されると、充填ガス
50はイオン化され、非導電状態から導電状態へ変化さ
れ、ギャップ80の両端の電流アークはクローバー保護
を与えるよう線をアースへ短絡させると共にバリスタ9
0が電圧を受けることを防ぐようバリスタ90を短絡さ
せ、バリスタ90に損傷を与えるレベルを超過する高電
流をもたらす。この配置は従って単一構成要素装置の中
でクローバー保護及びクランプ保護の両方を与え、更に
バリスタを保護するためのヒューズの必要性を明らかに
する。
【0015】バリスタ筐体70は酸化亜鉛セラミックか
らなり、酸化金属バリスタとして作用する。酸化亜鉛を
使用する1つの実施例では、サージ抑制素子60は外部
が長さ0.196インチ(約0.499cm)で直径
0.316インチ(約0.171cm)、7.45x1
-3立方インチ(約122.084x10-3立方センチ
メートル)の内部体積は主にアルゴンからなり、600
ボルトの放電開始電圧を有するGDTとなるガスによっ
て充填されている円筒形状を有する。典型的な酸化亜鉛
セラミックでは、この実施例は10アンペアで400ボ
ルトのクランプ電圧を示す。
【0016】図5及び6は、本発明の3端子2GDTサ
ージ避雷器を使用する実施例を示す図である。3端子避
雷器100は3つの離間された電極30及び2つのガス
放電管を画成するバリスタ筐体70を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるGDTサージ避雷器を示す図で
ある。
【図2】図1のGDT避雷器の同等の回路を示す図であ
る。
【図3】本発明の1つの実施例を示す図である。
【図4】図3の装置の同等の回路を示す図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す図である。
【図6】図5の実施例の同等の回路を示す図である。
【符号の説明】
30 電極 35 エンドキャップ 40 リード線 50 充填ガス 60 サージ抑制素子 70 バリスタ筐体 80 アークギャップ 90 バリスタ 100 3端子避雷器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年7月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 離間された第1及び第2の電極と、 上記第1及び第2の電極の間に配置され、比較的低い電
    流伝導状態と、上記第1及び第2の電極の間の特性放電
    開始電圧の印加に対応する比較的高い電流伝導状態とを
    共に有するガス媒体と、 上記第1及び第2の電極の間に接続され、上記第1の電
    極から上記第2の電極へ延在するボディー部であり、上
    記電極と共に上記ガス媒体を保持するための密閉筐体を
    形成するような形状とされた電圧可変抵抗器とからな
    る、単一構成要素の中にクローバー保護及びクランプ保
    護を統合する電気抑制装置。
  2. 【請求項2】 上記電極は夫々金属板部分を含み、上記
    抵抗器ボディー部は単一構成要素として形成されたガス
    放電管及びバリスタである、請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 上記第2の電極から離間された第3の電
    極と、 上記第2及び第3の電極の間に配置され、比較的低い電
    流伝導状態と、上記第2及び第3の電極の間の特性放電
    開始電圧の印加に対応する比較的高い電流伝導状態とを
    共に有するガス媒体と、 上記第2及び第3の電極の間に接続される電圧可変抵抗
    器とからなる、請求項1又は2記載の装置。
  4. 【請求項4】 その中に対向する電極を有し、上記対向
    する電極に印加される電圧が特性放電開始値以下である
    ときに比較的低い電流伝導状態を有し上記対向する電極
    に印加される電圧が特性放電開始値以上であるときに比
    較的高い電流伝導状態を有するガスによって充填される
    空洞部を有し、 装置の少なくとも一部は特性放電開始値以下の電圧制御
    を与える電圧感度のある非線形の抵抗性素子からなり、 上記抵抗性素子は望ましくは上記空洞部の少なくとも一
    部分を囲む、単一構成要素電気抑制装置。
  5. 【請求項5】 上記空洞部は単一構成要素として形成さ
    れるガス放電管及びバリスタによって画成される、請求
    項4記載の装置。
  6. 【請求項6】 体積を含むガスエンクロージャと、 放電開始電圧において2つのアーク電極の間の体積の中
    でアークを形成することによって電流を分路させるため
    にその中に取り付けられた2つのアーク電極と、 バリスタ部材を通してクランプ電圧において電流を分路
    させるための上記ガスエンクロージャと一体化されたバ
    リスタ部材とを含むガス放電部材を有するサージ抑制素
    子装置。
  7. 【請求項7】 電圧を印加された離間された第1及び第
    2の電極を有し、印加された電圧が閾電圧以下に維持さ
    れる間は2つの電極の間に開回路を生じ、印加された電
    圧が閾電圧以上であるときは2つの電極の間に短絡回路
    を生じ、 クランプサージ抑制素子をクローバーサージ抑制素子と
    一体とした構造は、クランプサージ抑制素子をバリスタ
    として、閾電圧以下で電圧可変抵抗を与える、クローバ
    ーサージ抑制素子。
  8. 【請求項8】 ガスの体積を含み、終端を有するバリス
    タセラミック部を有する外被と、 該外被に取り付けられ該ガスに曝されるアーク目標と、 該外被を回路の中に接続し、該外被に取り付けられ、該
    アーク目標及び該終端へ回路電圧を印加するよう動作的
    に接続される装置接触部とからなり、 それにより該接触部へ回路電圧を印加すると、上記保護
    装置は該印加された回路電圧が該アーク目標の間の該ガ
    スをイオン化し上記アーク目標の間に電流路を与えるま
    で、該バリスタセラミック部を通る電圧感度のある非線
    形の電流路を与える、電圧依存電流路を有する回路過電
    圧保護装置。
  9. 【請求項9】 バリスタ端の両端に差動電圧を印可し特
    性クランプ電圧において電流を分路させると共に電圧感
    度のある非線形の抵抗を与える開放端を有する中空の円
    筒の形状のバリスタと、 対向するバリスタ円筒開口に動作的に配置されアーク目
    標として使用され、対向する電極に特性放電開始電圧を
    超える差動電圧を印可したときに電極の間にその間の電
    流を分路させる電流アークが形成されるようその間の放
    電体積を画成するための対向する電極と、 抑制素子を通る電流路を並列化させるよう各バリスタ円
    筒端と電極とを接続させる電気的接触とからなり、 上記対向する電極及びバリスタ円筒は組み合わされて密
    閉された体積を形成する、クランプ電圧及び放電開始電
    圧の両方において電流を分路させるサージ抑制素子装
    置。
  10. 【請求項10】 上記密閉された体積は100ボルト/
    マイクロ秒のインパルスで600ボルトの放電開始電圧
    を有するガスを含み、 上記バリスタは10アンペアで400ボルトのクランプ
    電圧を有する酸化金属バリスタである、請求項9記載の
    抑制素子装置。
JP10203784A 1997-07-21 1998-07-17 酸化金属バリスタ筐体を有するガス放電管 Pending JPH11126674A (ja)

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