JP5220530B2 - サージ防護装置 - Google Patents

Description

本発明は、サージ防護装置に係り、特に、サージ防護装置が備えるＳＰＤ（Ｓｕｒｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ サージ防護デバイス）の故障時に保護対象装置への給電停止を防ぐためのサージ防護装置に関する。

ＳＰＤは、過渡的な過電圧を制限し、サージ電流を接地へ分流することを目的とするデバイスで非直線素子を内蔵している。
ＳＰＤを構成する非直線素子は、素子にかかる両端電圧で抵抗値が変化し、素子両端電圧が低い場合は抵抗が高く、殆ど導通しないが、素子両端の電圧が高くなると抵抗値が小さくなる特性を持っている。そのため雷サージが給電線へ侵入するとサージ電流が接地へ分流し、保護対象装置を防護できる。

しかし、ＳＰＤは劣化すると、通常状態の商用電源入力でも抵抗値が下がり漏れ電流が生じる場合があり、ＳＰＤが加熱され熱暴走した後、給電線間が短絡しＳＰＤが破裂する故障モードとなる場合が想定されうる。故障モードでは、例えば、ＳＰＤに電圧制限型のＭＯＶ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｖａｒｉｓｔｏｒ 酸化亜鉛型バリスタ等の金属酸化物型バリスタ）を用いる場合、ＭＯＶは温度の上昇とともに抵抗値が低下する特性があるため、ＭＯＶの漏れ電流が長時間生じ、ＭＯＶが温度上昇を続けると、ＭＯＶの抵抗値がますます低くなり、最終的には短絡した後、ＭＯＶ内部の温度分布差から破裂した後、開放状態になる場合がある。そのため、ＪＩＳ規定では、例えば、ブレーカやヒューズをＳＰＤ分離器（ＳＰＤ故障時にＳＰＤを分離するための保護装置）として直列に設けることを推奨している。

従来技術として、特許文献１には、平常運転時において電圧降下を抑えつつ、屋外から導入されて屋内に設けた電気機器に通電する電力線と大地間に並列に接続された２つの雷保護装置間の電流耐量の協調を簡易且つ適正に行うことができる雷保護装置用減結合装置が開示されている。

また、特許文献２には、サージが構造物に侵入する前の段階で、サージの侵入経路となる電源路と通信線路との両端が等電位となるので、サージが各構造物を通過することはできず、複数の構造物へのサージの侵入を抑制するサージ防護システムが開示されている。
さらに、特許文献３には、温度ヒューズ機能と電流ヒューズ機能からなる二つの切り離し機能を温度ヒューズと切り離し導体で機能分離したことにより、機械的強度に余裕のある温度ヒューズの選定が容易となり、過大サージに対して安定した遮断性能を発揮させる直撃雷用ＳＰＤが開示されている。

また、図６は、三線式給電方式（ＴＮ式）における従来のサージ防護装置の構成図である。
従来のサージ防護装置は、例えば図示のように、ＳＰＤ１−１、１−２及び１−３と、温度ヒューズやブレーカ等による分離器２−１、２−２及び２−３と、入力ブレーカ３と、接地線４−１と、給電線４−２、４−３、及び４−４と、ＳＰＤ分離器１７を備える。ＳＰＤ分離器１７は、例えば、各系統について過電流遮断機能を備えるブレーカである。保護対象装置１０は、この例では、給電線４−２及び４−４（給電線４−１は接地）により給電される。なお、ＴＮ式とは、配電用トランスの高低圧部分に高圧がかかることを防止する系統接地と低圧電路に接続される負荷装置を保護する機器接地が接地線で等電位化されている給電方式である。つまり、系統接地が接地線で負荷装置まで引き伸ばされ機器接地としても使用される方式である。
特開２００７−０６８３４２号公報 特開２００７−０７４８０３号公報 特開２００７−２８８１１４号公報

従来技術において、例えば、図６に示されるようなサージ防護装置は、例えば、ＳＰＤ１−１と分離器２−１（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）とＳＰＤ分離器１７は給電線４−４と接地線４−１間に直接接続されている。そのため、例えば、ＳＰＤ１−１が故障し低抵抗になると、給電線４−４と接地線４−１間で短絡が起こり、ＳＰＤ１−１故障時の抵抗値によっては、ＳＰＤ１−１に大電流が流れ、破裂や火災が発生する場合があるかもしれない。分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）２−１では僅かな電流が長時間流れてＳＰＤ１−１が発熱した時にＳＰＤ１−１を給電線４−４から遮断するのが可能だが、大きな故障電流の遮断ができない。そのため、ＳＰＤ１−１と給電線４−４間にＳＰＤ分離器１７として配線用遮断器（ブレーカ等）や電流ヒューズなどが使用されている。なお、給電線４−３と接地線４−１間、及び給電線４−２と接地線４−１間においても同様である。しかし、保護対象装置１０の入力ブレーカ３の定格容量よりも、雷サージ耐性を考慮したＳＰＤ分離器１７のブレーカやヒューズの定格電流が大きくなった場合、ＳＰＤの故障電流で、ＳＰＤ分離器１７よりも定格電流の小さい入力ブレーカ３がＳＰＤ分離器１７よりも早く遮断動作し、保護対象装置１０への給電が遮断される場合がある。また、ブレーカには、過電流遮断のため、内部にトリップコイルが内蔵されているので、雷サージにより、ＳＰＤ１−１、１−２及び１−３に加えて、ＳＰＤ分離器１７でも、トリップコイルに起電圧が発生し、接点の浮き上がりによる接続抵抗の増加等により過電圧が生じる。そのため保護対象装置１０へ悪影響（例えば、損傷等）を与える場合がある。

以上説明したように、図６に示されたような従来技術では、ＳＰＤ分離器１７は、保護対象装置１０の入力ブレーカ３の下位に設置されるＳＰＤ１−１、１−２及び１−３用の保護装置であるため、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３が劣化し、低抵抗体となった時に流れる故障電流次第ではＳＰＤ分離器１７よりも保護対象装置１０の入力ブレーカ３が先に遮断動作する場合がある。

また、ＳＰＤ分離器１７に従来のヒューズや、ブレーカを使用する場合には以下の課題がある。
ＳＰＤ分離器１７にブレーカを用いる場合、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３が劣化し、低抵抗体となった時に流れる故障電流次第ではＳＰＤ分離器１７よりも保護対象装置１０の入力ブレーカ３が先に遮断動作する場合がある。
また、雷サージに対する耐力を備えさせると、ＳＰＤ分離器１７の定格容量（定格電流）が保護対象装置１０の入力ブレーカ３よりも大きくなり、商用電源入力状態でＳＰＤ劣化故障時に保護対象装置１０の入力ブレーカ３と保護協調が取れない場合がある。すなわち、ここでいう保護協調が取れない場合とは、例えば、入力ブレーカ３がＳＰＤ分離器１７として用いられたブレーカより先に電路を遮断し、保護対象装置１０に給電されなくなる場合である。

また、 一般に、ブレーカは過電流時に接点を切離すトリップ機構を動作させるためにコイルを内蔵している。コイルで生じる電磁力はコイルの巻数と電流に比例するため、ブレーカの定格容量（定格電流）が小さいほど、トリップ機構を動作させるためにコイルの巻数が多くなる。そのためインピーダンスが大きくなるとともに、雷サージで大電流がブレーカに一瞬流れた場合でも、ブレーカの誤動作（トリップ・接点浮き上がり）を起こす場合がある。
また、ＳＰＤ分離器１７にブレーカを用いる場合、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３に雷サージ電流が流れる時にはＳＰＤ分離器１７として用いられたブレーカはインピーダンスが大きいため、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３に加えてブレーカ（ＳＰＤ分離器１７）でも大きな過電圧が発生したり誤動作（開放動作）をする場合がある。

一方、ＳＰＤ分離器１７にヒューズを用いる場合、雷サージ電流でヒューズを切れにくくするには、例えば、ヒューズエレメントの線径を太くする必要があり、線径が太くなるとヒューズエレメントの表面積が大きくなるため、放熱性が上がり、小さい電流ではヒューズが溶断しにくくなり定格容量が増加する。そのため、雷サージに対する耐力を備えさせると、定格容量が保護対象装置１０の入力ブレーカ３よりも大きくなり、商用電源入力状態でＳＰＤ劣化故障時に保護対象装置１０の入力ブレーカ３と保護協調が取れない場合がある。上述と同様に、すなわち、ここでいう保護協調が取れない場合とは、例えば、入力ブレーカ３がＳＰＤ分離器１７として用いられたヒューズより先に電路を遮断し、保護対象装置１０に給電されなくなる場合である。

また、ヒューズは短時間で電路の遮断を行うので、ヒューズに流れる電流がピーク電流から電流ゼロになるまでの時間が短い。そのため電流の時間変化率が大きくなるためヒューズ溶断時に大きな逆起電力が発生する。このため、ＳＰＤ分離器１７にヒューズを用いる場合、商用電源入力状態でＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３が劣化故障し給電線間に大電流（短絡電流）が流れた後、ヒューズ（ＳＰＤ分離器１７）が動作すると、遮断時に大きな跳ね上り電圧を発生し、保護対象装置１０に過電圧が印加され装置が損傷される場合又は悪影響を与える場合がある。
なお、ブレーカの場合は遮断が接点の機械的動作のため遮断時間が長く逆起電力は小さい。

本発明は、以上の点に鑑み、給電線に一端が接続されたＳＰＤの他端と接地線間に、ＳＰＤと分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）の直列回路と、保護対象装置の入力ブレーカよりも定格電流の小さいサーキットプロテクター（駆動部）とを並列に接続した回路を取り付けて、各給電線と各ＳＰＤとの間に遮断部を設ける。そして、ＳＰＤ故障時の給電線と接地線間の故障電流をサーキットプロテクターで駆動される遮断部により迅速に遮断できるようにして、ＳＰＤが故障し低抵抗になった場合、保護対象装置の入力ブレーカの誤動作（誤遮断）等を防ぐことを目的のひとつとする。

本発明は、また、コイルを内蔵しインダクタンスの大きなブレーカや、抵抗の大きな電流ヒューズを有するＳＰＤ分離器を使用する代わりに、インダクタンスならびに抵抗の小さな遮断部を用いることで、雷サージでＳＰＤ分離器に発生する過電圧を低減することを目的のひとつとする。
さらに、本発明は、ＳＰＤ故障発生時の給電線からのＳＰＤ分離を定格電流の低いサーキットプロテクターで行うことで、遮断時にＳＰＤに流れる最大電流が抑制できるとともに、サーキットプロテクターの機械的な接点の遮断時間が長いため、従来のＳＰＤ分離用ヒューズやブレーカで遮断時に発生していた急激な電流の時間変化で発生する誘導起電力が低減できることで、ＳＰＤを給電線から分離する時に発生する電圧跳ね上がりを低減することを目的のひとつとする。

本発明の第１の解決手段によると、
保護対象装置側で保護対象装置に電気を供給する非接地の第１の給電線と、
電源側で接地され、保護対象装置側へ供給される接地線と、
電源側の非接地の第２の給電線と、
非接地の前記第１の給電線と前記第２の給電線との間に設けられ、前記第１の給電線と前記第２の給電線とを接続又は切離す入力ブレーカと、
保護対象装置側の前記第１の給電線と前記接地線間に直列に設けられた、遮断部の第１のスイッチ、第１の分離器、第１のサージ防護デバイス、第２のサージ防護デバイス、及び、第２の分離器と、
前記第２のサージ防護デバイスと前記第２の分離器の直列回路に並列に設けられ、前記遮断部を遮断動作させる駆動部と、
を備え、
前記第１のサージ防護デバイスの故障時に、前記第１のサージ防護装置を通る短絡電流を、前記第１の給電線から、前記遮断部の第１のスイッチ、前記第１の分離器、前記第１のサージ防護デバイス、前記駆動部を介して、前記接地線へ流すことで、前記駆動部が前記遮断部の第１のスイッチを駆動して前記入力ブレーカより先に切断するようにした、サージ防護装置が提供される。

従来は、ＳＰＤが故障し低抵抗になった場合、給電線と接地線間で短絡が生じた。そして、ＳＰＤに大電流が流れると、ＳＰＤの保護用の温度ヒューズでは短時間のＳＰＤの分離ができないため、ＳＰＤに破裂や火災などが発生する場合があるかもしれなかった。しかし、本発明によると、給電線に一端が接続されたＳＰＤの他端と接地線間に、ＳＰＤと分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）の直列回路と、保護対象装置の入力ブレーカよりも定格電流の小さいサーキットプロテクターとを並列に接続した回路を取り付けることで、ＳＰＤ故障時の給電線と接地線間の故障電流をサーキットプロテクターで駆動される遮断部で迅速に遮断できるようになり、ＳＰＤ故障により保護対象装置の入力ブレーカの誤動作（誤遮断）等を防ぐことができる。

また、本発明によると、コイルを内蔵しインダクタンスの大きなブレーカや、抵抗の大きな電流ヒューズを有するＳＰＤ分離器を使用する代わりに、インダクタンスならびに抵抗の小さな遮断部を用いることで、雷サージでＳＰＤ分離器に発生する過電圧を低減することができる。
さらに、本発明によると、ＳＰＤ故障発生時の給電線からのＳＰＤ分離を定格電流の低いサーキットプロテクターで行うことで、遮断時にＳＰＤに流れる最大電流が抑制できるとともに、サーキットプロテクターの機械的な接点の遮断時間が長いため、従来のＳＰＤ分離用ヒューズやブレーカで遮断時に発生していた、急激な電流の時間変化で発生する誘導起電力が低減できることで、ＳＰＤを給電線から分離する時に発生する電圧跳ね上がりの低減することができる。

１．構成
図１は、本実施の形態によるサージ防護装置の構成図である。
本実施の形態は、三線式給電方式（ＴＮ式）に適用した例である。なお、ＴＮ式とは、配電用トランスの低圧部分に高圧がかかることを防止する系統接地と低圧電路に接続される負荷装置を保護する機器接地が接地線で等電位化されている給電方式である。つまり、系統接地が接地線で負荷装置まで引き伸ばされ機器接地としても使用される方式である。なお、本発明はこれらに限らず、二線式や、系統接地と機器接地が接地線で等電位化されている他の給電方式でも適宜適用することができる。

本実施の形態によるサージ防護装置は、例えば、ＳＰＤ１−１、１−２、１−３及び１−４と、分離器２−１、２−２、２−３及び２−４と、入力ブレーカ３と、接地線４−１と、給電線４−２、４−３及び４−４と、駆動部（以下、サーキットプロテクターと呼ぶ場合がある。）６と、駆動部６により駆動される遮断部７とを備える。遮断部７は、スイッチ７−１、７−２及び７−３とを有する。保護対象装置１０は、この例では、給電線４−２及び４−４（給電線４−１は接地）により給電される。
本実施の形態によるサージ防護装置の構成では、例えば、各給電線４−４、４−３及び４−２について、それぞれ、ＳＰＤ１−１、１−２及び１−３と、分離器（温度ヒューズ等）２−１、２−２及び２−３と、さらにスイッチ７−１、７−２及び７−３とを直列接続した回路を、サーキットプロテクター６を介して接地線４−１に接続する。また、サーキットプロテクター６については、並列にＳＰＤ１−４及び分離器２−４の直列回路を有する。

一般に、ＳＰＤは、主に、電圧制限型ＳＰＤと電圧スイッチング型ＳＰＤに分類される。電圧制限型ＳＰＤは、ＳＰＤの両端に高電圧が印加されない時は高インピーダンスで、サージ電圧などの高電圧が印加されＳＰＤを流れる電流が増大すると連続的にインピーダンスが低くなる特性を有する。電圧制限型ＳＰＤには、例えば、バリスタ型や酸化亜鉛型などがある。電圧スイッチング型ＳＰＤはＳＰＤの両端に高電圧が印加されていない時は高インピーダンスで、サージなどの高電圧が加わりＳＰＤの両端電圧が一定の電圧以上になると、瞬間的に低インピーダンスになる特性を有する。電圧スイッチング型ＳＰＤには、例えば、エアーギャップ型やガス入り放電管型などがある。ＳＰＤ１−１、１−２、１−３及び１−４は、特に、電圧制限型ＳＰＤを用いることができる。

分離器２−１、２−２、２−３及び２−４は、ブレーカ又はヒューズを用いることができる。ヒューズはエレメント構造次第でさまざまな動作特性を実現でき、雷サージへの耐量と小電流の遮断性能を両立できるため、本実施の形態では、特に、分離器２−１又は２−２又は２−３又は２−４に温度ヒューズを使うことを前提とすることができる。一方、分離器２−１又は２−２又は２−３又は２−４にブレーカを用いた場合、ブレーカでは定格電流に対する電流の倍率と遮断時間の関係はブレーカの定格に関わらずほぼ同様な傾向があるため、定格電流が小さなものほど短絡電流による大電流の遮断、ならびに過電流による比較的小電流の遮断時間が短いため、雷サージへの耐量でブレーカ容量が決まると入力ブレーカ３との動作協調（例えば、入力ブレーカ３が分離器２−１又は２−２又は２−３又は２−４より先に遮断されること）の可否は入力ブレーカ３の容量により決まる。なお、後述するような温度ヒューズについての所定の機能を満たせば、適宜のブレーカを用いてもよい。

入力ブレーカ３の後段に設置されるＳＰＤ１−１、１−２及び１−３は、通常状態では、それぞれ、給電線４−４、４−３及び４−２と接続されＳＰＤ１−１、１−２及び１−３に電圧がかかっている状態である。ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３の絶縁が劣化して（ＳＰＤ劣化）、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３に電流が流れる場合は異常な現象で、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３が発熱し高温になったり破裂する場合も考えられる。そのため、このような場合に、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３に電圧がかからないように給電側から回路的に切離す必要がある。この遮断器の役割をするのが分離器２−１、分離器２−２、分離器２−３、又は遮断部７である。

サーキットプロテクター６は、電磁力を発生させる切離しコイルを有する。また、サーキットプロテクター６は、サーキットプロテクター６の定格電流が、保護対象装置１０の入力ブレーカ３よりも低く、かつ、雷サージ電流の分流で誤動作しないような大きさのインダクタンスを有する。サーキットプロテクター６は、故障電流発生時に遮断部７を遮断する。なお、サーキットプロテクター６は、例えば、内部に切離しコイルで駆動され、コイルと直列に接続される接点（スイッチ）をさらに有し、故障電流を検知すると遮断部７と同様にその接点を切離す構成としてもよい。
遮断部７は、例えば、サーキットプロテクター６のトリップ信号（電磁力等）を受けて３極の接点を遮断できるスイッチである。また、遮断部７は、切離しコイルを含まない。

なお、サーキットプロテクター６及び遮断部７の接点の切離し手段については、切離しコイルの電磁力を用いた手段に限らず、適宜の電気・電子式、機械式の手段により遮断するようにしてもよい。

また、分離器２−１、２−２、２−３及び２−４と、ＳＰＤ１−１、１−２、１−３及び１−４の接続順序はそれぞれ逆でもよい。さらに、雷サージ電流のサーキットプロテクター６への分流を抑制するためにサーキットプロテクター６と直列に抵抗値の大きな抵抗体、あるいはインダクタンスの大きなコイル等、もしくはその両方を備えてもよい。ＳＰＤ１−１、１−２、１−３及び１−４と、分離器２−１、２−２、２−３及び２−４と、サーキットプロテクター６と、遮断部７のうちいずれか複数又は全部を、１つのユニットへまとめて一体化した構造としてもよい。

さらに、給電線の数は、図示の例の数に限らなくてもよく、給電線の数に応じてＳＰＤ、分離器、遮断部のスイッチを各給電線に対して適宜備えることができる。

２．動作
上述のように、本実施の形態によるサージ防護装置の構成では、給電線４−４、４−３及び４−２のそれぞれに一端が接続されたＳＰＤ１−１、１−２及び１−３の他端と接地線４−１間に、ＳＰＤ１−４と分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）２−４の直列回路をサーキットプロテクター６と並列に接続した回路を取り付ける。サーキットプロテクター６は、入力ブレーカ３に使用される配線用遮断器と同様に内部にスイッチの接点を動作させるコイルを備えており、過電流で接点を遮断する要素である。また、サーキットプロテクター６は、定格電流が小さく、遮断時間が長く、接点の極数と小さな定格電流領域について多様な商品ラインナップを持つことが特徴である。サーキットプロテクター６は、入力ブレーカ３に比べ定格電流が小さく、コイルのインダクタンスが大きい。そのため、雷サージ電流がＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３へ流れる場合には、周波数の高い雷サージ電流は、ＳＰＤ１−４と分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）２−４をサーキットプロテクター６と並列にした回路では、ほとんどがＳＰＤ１−４側を流れるため、サーキットプロテクター６は遮断動作しない。また、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３の故障で流れる故障電流（短絡電流）は、ＳＰＤ１−４と分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）２−４をサーキットプロテクター６と並列にした回路については、入力ブレーカ３よりも定格電流の小さいサーキットプロテクター６側を流れるため、入力ブレーカ３よりも前にサーキットプロテクター６が遮断動作する。それによりＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３の故障時に、保護対象装置１０への給電へ影響を与えずにＳＰＤ１−１、１−２及び１−３を給電線４−４、４−３及び４−２からそれぞれ切離すことができる。このとき、サーキットプロテクター６の遮断動作と連動して、接点の遮断ができる遮断部をＳＰＤ１−１、１−２及び１−３と各給電線４−４、４−３及び４−２の接続点に設け、ＳＰＤ１個の故障で、全てのＳＰＤ１−１、１−２及び１−３を給電線から遮断することができる。ここで、定格電流とは、例えば、ブレーカが切れない（トリップしない）上限の電流等で定義される。なお、サーキットプロテクター６の動作及び入力ブレーカ３とサーキットプロテクター６の動作協調の詳細については後述する。

つぎに、本実施の形態のサージ防護装置の動作について、図を用いて詳細に説明する。
図２に、本実施の形態のサージ防護装置において、通常時に雷サージが侵入した場合の雷サージ電流の流れについての説明図を示す。
図中、雷サージが給電線に侵入した場合に流れる電流（雷サージ電流）を矢印で示す。雷サージ電流は、例えば、給電線４−４においては、スイッチ７−１及び分離器２−１を経てＳＰＤ１−１を通り接地線４−１へ流れる。このとき、ＳＰＤ１−４と分離器（ＳＰＤ保護用の温度ヒューズ等）２−４をサーキットプロテクター６と並列にした回路では、サーキットプロテクター６側は内部インダクタンスが大きく、高い周波数の電流が流れにくいため、雷サージ電流のほとんどがＳＰＤ１−４及び分離器２−４を通り接地線４−１へ流れる。このため、雷サージ電流を正常に大地へ逃がすことができる。これにより、本実施の形態のサージ防護装置では、保護対象装置１０を雷サージから守ることができる。給電線４−２又は４−３に雷サージが侵入した場合も同様に、雷サージ電流のほとんどがＳＰＤ１−４及び分離器２−４を通り接地線４−１へ流れるため、雷サージ電流を正常に大地へ逃がすことができる。
また、サーキットプロテクター６へ分流する雷サージ電流でサーキットプロテクター６が誤動作するようであれば、サーキットプロテクター６と直列にインダクタンスの大きなコイルや抵抗等を挿入することで、分流する電流を低減させることも可能である。

図３に、本実施の形態のサージ防護装置において、ＳＰＤ故障時の故障（短絡）電流の流れについての説明図を示す。
この図では、一例として、ＳＰＤ１−１が故障した場合のＳＰＤ１−１を通る故障（短絡）電流を矢印で示す。故障したＳＰＤ１−１にかかる電圧は商用電源電圧のため、他の正常な３つのＳＰＤ１−２、１−３及び１−４は高抵抗のため電流が流れないため、故障電流は接地線４−１へサーキットプロテクター６側を通って流れる。そのため、サーキットプロテクター６は、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３に流れる故障電流により（故障を検知し）、サーキットプロテクター６と連動し遮断動作する機能を持つ遮断部７で、各ＳＰＤ１−１、１−２及び１−３と給電線４−４、４−３及び４−２間を遮断させる。このとき、サーキットプロテクター６は、入力ブレーカ３に比べ定格電流が小さいため入力ブレーカ３より先に遮断する。なお、サーキットプロテクター６内部に接点を有する場合も同様に、内部コイルで発生する電磁力によって接点を切離すことができる。
これにより、本実施の形態のサージ防護装置は、ＳＰＤの故障状況（抵抗値）によらずに、保護対象装置１０への給電へ影響なくＳＰＤ１−１、１−２及び１−３を給電線４−４、４−３及び４−２より遮断できる。また、ＳＰＤ１−１、１−２及び１−３と給電線４−４、４−３及び４−２間の遮断部７に切離しコイルが無くインダクタンスの小さなスイッチを使用するため、雷サージにより遮断部７で生じる過電圧を低減することが可能である。

３．特性
（１）動作協調（保護協調）
図４は、入力ブレーカとサーキットプロテクターの動作協調の説明図である。
一般的にサーキットプロテクター６と入力ブレーカ３について、定格電流に対する倍率と遮断時間の関係（特性）は類似しているため、サーキットプロテクター６と入力ブレーカ３の動作協調（保護協調）は、定格電流が小さいものほど、故障電流が小さい場合でも、大きい場合でも早く動作する。つまり、ブレーカは定格電流が大きいほど大電流ならびに、小電流の遮断時間が長いため、定格電流の低いブレーカは高いブレーカよりも早く動作するので、本実施の形態では、サーキットプロテクター６は、入力ブレーカ３より定格電流が低いものを選定する。これにより、サーキットプロテクター６は、入力ブレーカ３よりも早く遮断することができる（動作協調、保護協調）。

（２）温度ヒューズ
分離器２−１及び／又は２−２及び／又は２−３として、例えば、温度ヒューズを用いる場合、分離器用の温度ヒューズは、雷サージ電流が流れても切れてはならず、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３が劣化して、通常の交流電源電圧（商用電源電圧）で漏れ電流が流れた場合のみ電路を遮断する働きが求められる。すなわち、温度ヒューズについては、以下の機能を有する。
・ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３の正常時は、雷サージ電流がながれても切れない。なお、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３の故障時は、上述のようにある程度の電流（故障電流）により、遮断部７が既に遮断されている。そのためＳＰＤが故障した系統については、雷サージ電流は流れない。
・温度ヒューズ（分離器２−１又は２−２又は２−３）が切れる場合は、例えば、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３が劣化して、ＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３の絶縁が低下してＳＰＤ１−１又は１−２又は１−３から漏れ電流が流れ、且つ、サーキットプロテクター６が動作しない（遮断部７が切れない）場合が想定される。例えば、サーキットプロテクター６の定格電流以下の漏れ電流が流れている場合等が挙げられる。

（３）遮断特性
図５に、遮断特性についての説明図を示す。
一般に、アンラッチングタイムとは、ある過電流がある時間ＮＦＢ（Ｎｏ Ｆｕｓｅ Ｂｒｅａｋｅｒ）に流れた場合、動作に至らない最大の過電流通電時間をいう。入力ブレーカ３とサーキットプロテクター６の動作協調を確保するためには、さらに、入力ブレーカ３のアンラッチングタイムをサーキットプロテクター６の動作特性曲線とクロスしないように長くすればよい。例えば、短限時引き外し特性をもつノーヒューズブレーカー（ＮＦＢ）や、そのように調整可能な電子式ＮＦＢ等を用いることができる。

本発明は、例えば、電源側の接地と、対象機器の接地とが同一として設けられている様々なシステムに適用することができる。

本実施の形態によるサージ防護装置の構成図。 本形態のサージ防護装置において、通常時に雷サージが侵入した場合の雷サージ電流の流れについての説明図。 本実施の形態のサージ防護装置において、ＳＰＤ故障時の短絡電流の流れについての説明図。 入力ブレーカとサーキットプロテクターの動作協調の説明図。 遮断特性についての説明図。 三線式給電方式（ＴＮ式）における従来のサージ防護装置の構成図。

符号の説明

１−１、１−２、１−３、１−４ ＳＰＤ
２−１、２−２、２−３、２−４ 分離器
３ 入力ブレーカ
４−１ 接地線
４−２、４−３、４−４ 給電線
６ サーキットプロテクター（駆動部）
７ 遮断部
７−１、７−２、７−３ スイッチ
１０ 保護対象装置
１７ ＳＰＤ分離器

Claims (15)

1. 保護対象装置側で保護対象装置に電気を供給する非接地の第１の給電線と、
   電源側で接地され、保護対象装置側へ供給される接地線と、
   電源側の非接地の第２の給電線と、
   非接地の前記第１の給電線と前記第２の給電線との間に設けられ、前記第１の給電線と前記第２の給電線とを接続又は切離す入力ブレーカと、
   保護対象装置側の前記第１の給電線と前記接地線間に直列に設けられた、遮断部の第１のスイッチ、第１の分離器、第１のサージ防護デバイス、第２のサージ防護デバイス、及び、第２の分離器と、
   前記第２のサージ防護デバイスと前記第２の分離器の直列回路に並列に設けられ、前記遮断部を遮断動作させる駆動部と、
   を備え、
   前記第１のサージ防護デバイスの故障時に、前記第１のサージ防護装置を通る短絡電流を、前記第１の給電線から、前記遮断部の第１のスイッチ、前記第１の分離器、前記第１のサージ防護デバイス、前記駆動部を介して、前記接地線へ流すことで、前記駆動部が前記遮断部の第１のスイッチを駆動して前記入力ブレーカより先に切断するようにした、サージ防護装置。
   
2. 前記第１の給電線からの雷サージを、前記遮断部の第１のスイッチ、前記第１の分離器、前記第１のサージ防護デバイス、前記第２のサージ防護デバイス、及び、前記第２の分離器を介して、前記接地線へ流すようにしたことを特徴とする請求項１に記載のサージ防護装置。
   
3. 前記第１及び第２のサージ防護デバイスは、電圧制限型サージ保護デバイスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のサージ防護装置。
   
4. 保護対象装置側の非接地の第３の給電線と、
   前記入力ブレーカにより前記第３の給電線と接続又は切離される、電源側の非接地の第４の給電線と、
   保護対象装置側の前記第３の給電線と前記接地線間に設けられた、前記遮断部の第２のスイッチ、第３の分離器、及び、第３のサージ防護デバイス、
   をさらに備え、
   前記第３のサージ防護デバイスの故障時に、前記駆動部が前記遮断部の第１及び第２のスイッチを駆動して、前記入力ブレーカより先に切断するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサージ防護装置。
   
5. 一点接地系のＴＮ系統の給電系統に用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のサージ防護装置。
   
6. 前記駆動部は、定格電流が保護対象装置の前記入力ブレーカよりも低く、かつ、雷サージ電流の分流で誤動作しないような大きさのインダクタンスを持たせたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のサージ防護装置。
   
7. 前記遮断部及び前記駆動部による構成及び前記入力ブレーカは、短限時引き外し特性を持つことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のサージ防護装置。
   
8. 遮断時間と電流との関係を表す動作特性において、少なくとも瞬時引き外し電流以下の長限時引き外し領域及び／又は短限時引き外し領域で、前記遮断部及び前記駆動部の遮断時間が、前記入力ブレーカの遮断時間より短いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のサージ防護装置。
   
9. 遮断時間と電流との関係を表す動作特性において、前記遮断部及び前記駆動部による構成の瞬時引き外し領域での遮断時間を、前記入力ブレーカの瞬時引き外し領域でのアンラッシングタイムより短くすることで、前記入力ブレーカのアンラッシングタイムを、前記遮断部及び前記駆動部による構成の動作特性とクロスしないようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のサージ防護装置。
   
10. 前記駆動部と直列に設けられ、雷サージ電流の前記駆動部への分流を抑制するために抵抗値の十分大きな抵抗体、又は、インダクタンスの十分大きなコイル、又は、該抵抗体及び該インダクタンスの両方を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のサージ防護装置。
    
11. 前記駆動部は、さらに内部のコイルに直列に設けられ、該コイルにより遮断動作するスイッチを備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のサージ防護装置。
    
12. 前記遮断部及び前記駆動部による構成及び前記入力ブレーカは、電磁式ノーヒューズブレーカ又は電子式ノーヒューズブレーカであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のサージ防護装置。
    
13. 前記第１及び第２の分離器は、温度ヒューズであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のサージ防護装置。
    
14. 前記温度ヒューズは、前記第１及び第２のサージ保護デバイスの定格電流より小さい電流領域で、前記第１及び第２のサージ防護デバイスの漏れ電流による発熱で、前記第１及び第２のサージ防護デバイスを回路から切離すように構成したことを特徴とする請求項１３に記載のサージ防護装置。
    
15. 少なくとも、前記遮断部、前記第１及び第２の分離器、前記第１及び第２のサージ防護デバイス、前記駆動部のうち、いずれか複数又は全てを１つのユニットへまとめて一体化させた構造を有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のサージ防護装置。
    

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