JPH11252789A - 過電圧保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定格の公称電圧範囲よりも高い電圧の印加が
比較的長時間続く場合でも保護動作を行い、保護回路部
品が動作したことによるその保護回路部品の交換の必要
が無い過電圧保護回路を提供する。 【解決手段】 商用電源の中立線と高電位線から電力供
給を受ける電源の電力供給側に装備される過電圧保護装
置であって、高電位線と中立線間に接続されるサージ吸
収素子２２と、サージ吸収素子２２より商用電源側の高
電位線に直列に挿入される正特性サーミスタ２６と、サ
ージ吸収素子２２で発生した熱を正特性サーミスタ２６
に良好に伝える熱収縮チューブ２５とを有し、過電圧が
印加された場合には、サージ吸収素子２２の発熱により
正特性サーミスタ２６の抵抗値が上がり、その正特性サ
ーミスタ２６の抵抗値の上昇により電流値が下がってサ
ージ吸収素子２２の発熱は抑圧され、最終的にサージ吸
収素子２２の発熱と正特性サーミスタ２６の抵抗値の上
昇が平衡になるところまででサージ吸収素子２２手段の
発熱（温度上昇）は制限される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置の過電圧
保護装置に関し、更に詳しくは、サージ吸収素子を利用
してサージ電流が流れた場合の温度上昇により過電圧の
保護を行う過電圧保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に商用電源に接続される電源装置
では、その商用電源により供給される電圧に印加された
過電圧やサージ電圧等による電源装置のダメージを無く
するために、過電圧保護装置が電源装置の入力側に装着
されている。上記した過電圧とは、例えば、送電線によ
る電圧降下を考慮して、送電側では公称電圧よりも若干
高い電圧で送電を行う場合等で、送電線の末端では公称
電圧に近い電圧となるが、送電元に近い送電線から電圧
の供給を受ける場合には、公称電圧よりも高い過電圧の
供給を受けることになる。上記したサージ電圧が発生す
る場合とは、例えば、雷が送電線の近傍に落ちたことに
よる電磁誘導により送電線に瞬間的な高電圧のサージ成
分が重畳される場合である。ここで、従来の上記した過
電圧やサージ電圧に対する保護装置を図を用いて説明す
る。図４は、従来の過電圧保護装置の一例を示す図であ
り、サージ吸収素子２を電源装置３における商用電源の
入力側の線間に挿入して、更に、そのサージ吸収素子２
よりも商用電源の上流側の高電位線に直列に電流ヒュー
ズ１を挿入するようにしている。このサージ吸収素子２
としては、例えば、バリスタやアレスタ等が知られてお
り、サージ吸収素子２の定格以上の電圧が線間に供給さ
れるとこのサージ吸収素子２が短絡モードになり急激に
電流（過電流）がサージ吸収素子２を流れる。すると、
電流ヒューズ１にも定格以上の電流が流れることにな
り、電流ヒューズ１が切れて商用電源に対して下流側の
電源装置に過電圧（及び過電流）は供給されないので電
源装置の内部部品は破損から保護されることになる。こ
のサージ吸収素子２として、例えば、一般的に使用され
るバリスタの場合を説明すると、バリスタは、通常の電
圧範囲においてはほとんど電流を消費しないが、バリス
タ電圧以上の高電圧が印加されると、電圧をクランプし
てバリスタ自身で電流を消費するようになる。すると、
そのバリスタで消費される電流が電源供給側の回路に流
れることにより、電流ヒューズ１が溶断して電源装置へ
の電圧の印加（電流）が無くなり、結果的に電源装置が
保護される。

【０００３】図５は、従来の過電圧保護装置の図４に示
した例とは別の例を示す図であり、サージ吸収素子１２
を電源装置３における商用電源の入力側の線間に挿入し
て、更に、そのサージ吸収素子１２よりも商用電源の上
流側の高電位線に直列に温度ヒューズ１４と電流ヒュー
ズ１を挿入し、そのサージ吸収素子１２と温度ヒューズ
１４については、例えば、熱的に結合するように近接配
置されたり、熱伝導が良いように両者を接触させたまま
熱収縮チューブ等で両者を固定するようにしている。図
５の場合には、サージ吸収素子１２の定格以上の電圧が
線間に供給されるとこのサージ吸収素子１２が短絡モー
ドになり急激に電流（過電流）がサージ吸収素子１２を
流れるところまでは、図４の場合と同様であるが、この
サージ吸収素子１２の短絡モードでは、電流ヒューズ１
が溶断するような定格電圧の数倍等の高電圧が印加され
た時の高電流ばかりでなく、定格電圧に対して数１０％
高い電圧等の比較的低レベルの高電圧が印加された場合
にも電流が流れるようになっている。そして、その比較
的低レベルの高電圧が印加された場合には、短絡モード
の電流と電源電圧によるサージ吸収素子１２の消費電力
はかなり大きいのでサージ吸収素子１２発熱し、その発
熱による温度上昇で温度ヒューズ１４が溶断することに
なり、比較的低レベルの高電圧が続く場合にも、商用電
源に対して下流側の電源装置にその過電圧は供給されな
いので電源装置の内部部品は破損から保護されることに
なる。この図５の場合を、図４の場合と同様にバリスタ
を用いた場合で説明すると、バリスタ電圧以上の高電圧
が印加されてバリスタで電流が消費されるようになって
も、電流ヒューズ１の電流容量がその時の電流値以上で
あることから、電流ヒューズ１が溶断しない場合におい
ても、バリスタで消費される電流（電力）によるバリス
タ（素子）の温度上昇により、温度ヒューズが溶断する
ので、電源装置が過電圧による部品の温度上昇や破損か
ら保護される。この図５の過電圧保護装置は、例えば、
上記したように送電線の送電元に近い場合や、電源事情
の良くない国のように変電所等が少なく送電元と送電末
端の距離が長い場合には、送電元の電圧が比較的高いこ
とから、比較的機能する機会が多くなる。この図５の過
電圧保護装置が図４の過電圧保護装置に対して有利な点
は、そのような公称電圧より比較的低レベルの高電圧が
長時間印加される場合等に有効である点である。そのよ
うな比較的低レベルの高電圧（過電圧）が印加される場
合には、サージ電圧のような瞬間的な（短時間の）過電
圧の印加では問題を起こさない場合でも、長時間にわた
りそのような過電圧が印加されると、電源内部の素子等
の温度が異常に上昇したり、その温度上昇により内部の
素子等が破損する場合がある。従って、そのような低レ
ベルの高電圧に対しても、この図５に示したような過電
圧保護装置を設置する必要がでてくる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
温度ヒューズを用いた過電圧保護回路の場合には、過電
圧が印加された場合に温度ヒューズが溶断するかサージ
吸収素子（バリスタ等）が破損するかして、電源装置の
内部回路は保護されて発煙や発火の危険は回避される
が、その後の、電源装置を復帰させる際には、温度ヒュ
ーズやバリスタ等を交換する必要があり、電源電圧は比
較的高いことからそのような交換作業には危険が伴い、
筐体の内部を露出しなければ交換できない場合も多いの
で、安全性のためにはその交換が頻繁に行われることは
好ましくない。特に、上記したような電源事情の良くな
い国等では、送電電圧が定格電圧より高い場合が多いの
で、温度ヒューズを用いた過電圧保護回路を電源装置に
設置してある場合には、頻繁にその電源装置の温度ヒュ
ーズやバリスタ等を交換する必要が出てきている。本発
明では、上記問題に鑑みて、定格の公称電圧範囲よりも
高い電圧の印加が比較的長時間続く場合に、保護回路部
品が動作したことによるその保護回路部品の交換の必要
が無い過電圧保護回路を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の過電圧保護装置では、商用電源の中立線と
高電位線から電力供給を受ける電源の電力供給側に装備
される過電圧保護装置であって、前記高電位線と前記中
立線間に接続されるサージ吸収手段と、前記サージ吸収
手段より商用電源側の高電位線に直列に挿入される正特
性サーミスタ手段と、前記サージ吸収手段で発生した熱
を前記正特性サーミスタ手段に良好に伝える熱結合手段
とを有することを特徴とし、過電圧が印加された場合に
は、サージ吸収手段の発熱により正特性サーミスタの抵
抗値が上がり、その正特性サーミスタの抵抗値の上昇に
より電流値が下がってサージ吸収手段の発熱は抑圧さ
れ、最終的にサージ吸収手段の発熱と正特性サーミスタ
の抵抗値の上昇が平衡になるところまででサージ吸収手
段の発熱（温度上昇）は制限されることになる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態の構成を
示すブロック図である。尚、従来技術を示した図４と図
５で示した構成と同様な構成については、図１や図３に
おいても図４や図５と同じ番号を付してその説明は省略
する。図１において、電流ヒューズ１と電源３は、従来
技術の図５における電流ヒューズ及び電源３と同様であ
るので、同じ番号を付して説明は省略する。また、サー
ジ吸収素子２２を電源装置３における商用電源の入力側
の線間に挿入される点も従来技術の図５におけるサージ
吸収素子１２が線間に挿入される点と同様である。しか
し、そのサージ吸収素子２２よりも商用電源の上流側の
高電位線に直列に挿入されるのは、温度ヒューズではな
く正特性サーミスタ２６と電流ヒューズ１であり、その
サージ吸収素子２２と熱的に結合するように近接配置さ
れたり、熱伝導が良いように接触させたまま熱収縮チュ
ーブ等で固定されるのは、正特性サーミスタ２６であ
る。図１の場合の動作としては、サージ吸収素子２２の
定格以上の電圧が線間に供給されるとこのサージ吸収素
子２２が短絡モードになり、急激に電流（過電流）がサ
ージ吸収素子２２を流れるようになり、このサージ吸収
素子２２の短絡モードでは、電流ヒューズ１が溶断する
ような定格電圧の数倍等の高電圧が印加された時の高電
流ばかりでなく、定格電圧に対して数１０％高い電圧等
の比較的低レベルの高電圧が印加された場合にも電流が
流れるようになっている。そして、その比較的低レベル
の高電圧が印加された場合には、短絡モードの電流と電
源電圧によるサージ吸収素子２２の消費電力はかなり大
きいのでサージ吸収素子２２が発熱するところまでは、
図５の従来技術の場合と同様である。そのサージ吸収素
子２２の発熱による温度上昇で正特性サーミスタ２６の
温度が上昇すると、正特性サーミスタ２６では、温度が
上昇するに従ってその抵抗値が増加する素子であるの
で、入力電圧が一定で有れば、抵抗値の増加により正特
性サーミスタ２６を流れる電流値は減少する。すると、
サージ吸収素子２２を流れる電流値も減少するので、サ
ージ吸収素子２２の消費電力が減少し、従って、サージ
吸収素子２２の発熱量も減少する。その結果、正特性サ
ーミスタ２６の温度上昇も抑制されるので、抵抗値の増
加も抑制され、その電流値が減少したサージ吸収素子２
２の発熱量と、サージ吸収素子２２及び正特性サーミス
タ２６部の放熱量が熱的に平衡（飽和均衡）したところ
で温度上昇が止まって、電源装置の内部部品は温度上昇
による破損から保護される。

【０００７】次に、電源装置に印加される電圧が上記し
たように過電圧状態から通常状態（例えば、商用電源の
定格電圧の範囲）に戻った場合には、サージ吸収素子２
２には電流がほとんど流れなくなるので発熱しなくな
り、温度が下がる。すると、サージ吸収素子２２と熱的
に結合している正特性サーミスタ２６の温度も下がるの
で、正特性サーミスタ２６の抵抗値は下がり、電流が流
れて電源装置は自動的に復帰することになる。上記のよ
うに、本実施形態の場合には、過電圧状態が続いても保
護され、その過電圧状態から通常状態に戻った時に、電
源装置の使用を中止して内部部品の交換等を行う必要が
無く、電源部の部品の交換による危険な処理を行う必要
が無くなる。

【０００８】図２は、図１のサージ吸収素子と正特性サ
ーミスタの熱伝導が良好であるように近接させて固定し
た状態の実施形態を示す斜視図である。図２において、
サージ吸収素子２２と正特性サーミスタ２６は、熱伝導
が良好であるように隣接して最も接触面積が広くなるよ
うに固定されている。固定手段としては、熱収縮チュー
ブ２５をサージ吸収素子２２と正特性サーミスタ２６の
両者が収まるように被せて、その熱収縮チューブ２５に
熱を与えて収縮させて固定したものである。この熱収縮
チューブ２５の代わりに、例えば、複数の配線材をまと
めたり配線材を固定するのに用いられる結束バンドを用
いて、サージ吸収素子２２と正特性サーミスタ２６の両
者を結束するように固定することでも同様な降下を得る
ことができる。また、熱収縮チューブ２５で固定する代
わりに、例えば、熱伝導率の良好な接着剤や樹脂等でサ
ージ吸収素子２２と正特性サーミスタ２６の両者を接続
固定したり、サージ吸収素子２２と正特性サーミスタ２
６のリード端子等に接触しないようにしてクリップやバ
インダのような部材を用いたり、絶縁を確保してアルミ
箔等を両者に巻き付けて固定すること等でも同様な降下
を得ることができる。

【０００９】図３は、図１の電源を複数にした実施形態
を示すブロック図である。図３において、電流ヒューズ
１は、従来技術の図５における電流ヒューズと同様であ
るので、同じ番号を付して説明は省略する。また、図３
におけるサージ吸収素子３２と正特性サーミスタ３６、
及び、その両者が熱伝導が良いように接触させたまま固
定する熱収縮チューブ３５については、図１の実施形態
のサージ吸収素子２２と正特性サーミスタ２６、及び、
熱収縮チューブ２５と同様である。図３と図１の異なる
点は、図３では、電源３３と４３が複数であり、商用電
源側から見て過電圧保護装置の下流側にその複数の電源
が並列に設置されている点である。この図３のように設
置することで、異なる２次電圧出力等の理由から複数に
なった電源装置を、１つの過電圧保護回路によ保護する
ことができる。上記のように構成して動作させること
で、電源装置に過電圧が印加された場合には、サージ吸
収素子の発熱により正特性サーミスタの抵抗値が上が
り、その正特性サーミスタの抵抗値の上昇により電流値
が下がってサージ吸収素子の発熱は抑圧され、最終的に
サージ吸収素子の発熱と正特性サーミスタの抵抗値の上
昇が平衡になるところまででサージ吸収素子の発熱（温
度上昇）は制限されるので、定格の公称電圧範囲よりも
高い電圧の印加が比較的長時間続く場合であっても、保
護回路部品が動作して、電圧の正常電圧への復旧時にそ
の保護回路部品の交換の必要が無い過電圧保護回路を提
供することができる。

【００１０】

【発明の効果】上記のように本発明では、過電圧が印加
された場合には、サージ吸収素子の発熱により正特性サ
ーミスタの抵抗値が上がり、その正特性サーミスタの抵
抗値の上昇により電流値が下がってサージ吸収素子の発
熱は抑圧され、最終的にサージ吸収素子の発熱と正特性
サーミスタの抵抗値の上昇が平衡になるところまででサ
ージ吸収素子の発熱（温度上昇）は制限されることで、
定格の公称電圧範囲よりも高い電圧の印加が比較的長時
間続く場合等であっても、保護回路部品が動作したこと
によってその保護回路部品の交換の必要が無い過電圧保
護回路を提供することができる。また、電源装置の使用
を中止してサービスセンター等へ持ち込んだり、部品を
取り寄せる必要が無く、保護回路部品の交換時の危険性
が無い電源装置を簡単で低コストな回路で実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の過電圧保護装置の一実施形態の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１のサージ吸収素子と正特性サーミスタの熱
伝導が良好であるように近接させて固定した状態の実施
形態を示す斜視図である。

【図３】図１の電源を複数にした一実施形態を示すブロ
ック図である。

【図４】従来の過電圧保護装置の一例の構成を示すブロ
ック図である。

【図５】従来の過電圧保護装置の図４の例とは異なる一
例の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１・・・電流ヒューズ、２、１２、２２、３２・・・サ
ージ吸収素子、３、３３、４３・・・電源、１４・・・
温度ヒューズ、１５、２５、３５・・・熱収縮チュー
ブ、２６、３６・・・正特性サーミスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源の中立線と高電位線から電力供
   給を受ける電源の電力供給側に装備される過電圧保護装
   置であって、前記高電位線と前記中立線間に接続される
   サージ吸収手段と、前記サージ吸収手段より商用電源側
   の高電位線に直列に挿入される正特性サーミスタ手段
   と、前記サージ吸収手段で発生した熱を前記正特性サー
   ミスタ手段に良好に伝える熱結合手段と、を有すること
   を特徴とする過電圧保護装置。
2. 【請求項２】 前記熱結合手段は、前記サージ吸収手段
   と前記正特性サーミスタ手段を熱伝導が良好であるよう
   に近接した状態で固定する固定手段であることを特徴と
   する請求項１に記載の過電圧保護装置。
3. 【請求項３】 前記電源は、複数の独立した電源の集合
   であり、前記商用電源と前記複数の独立した電源間にお
   いて前記複数の各電源に共用されるように１つの前記過
   電圧保護装置が接続されることを特徴とする請求項１に
   記載の過電圧保護装置。