説明

雷保護装置用減結合装置

【課題】 平常運転時において電圧降下を抑えつつ、第1及び第2の雷保護装置間の電流耐量の協調を簡易且つ適正にとることができる雷保護装置用減結合装置を提供する。
【解決手段】 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11と大地G間に、互いに並列接続された第1及び第2の雷保護装置12,13の間において電力線に減結合装置15が直列接続されている。減結合装置15は、2個のダイオードD1,D2が直列接続された第1素子部16と、2個のダイオードD3,D4が直列接続された第2素子部17と、リアクトルLからなる第3素子部18とが互いに並列に接続されてなり、第1素子部16の2つのダイオードD1,D2の間の入力側と、第2素子部17の2つのダイオードD3,D4の間の出力側が、電力線11に接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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図るために、両雷保護装置間に接続される雷保護装置用減結合装置に関する。
【背景技術】
【0002】
雷保護装置(SPD)は、屋外から導入された電力線に接続された屋内の電力装置やOA機器等の種々の電気機器の入力側に並列に接続されて、電力線を通してエネルギの非常に大きな落雷によるサージ信号が入力されたとき、サージ信号をアースさせることによりこれら電気機器を保護するものである。雷保護装置は、通常は2つが並列で接続されており、第1及び第2の雷保護装置で電流耐量の協調がとられ、両雷保護装置でサージ信号を分担して処理するようになっている。この場合、第1の雷保護装置を電流耐量の大きな装置としてサージ信号の多くの部分を流して処理することにより、第2の雷保護装置は電流耐量の小さい安価な装置とすることができるので合理的である。しかし、第1の雷保護装置からの残りのサージ信号も急峻な信号であり、そのまま第2の雷保護装置に流して処理することになると、第2の雷保護装置の電流耐量もそれほど小さくすることができず、2つの雷保護装置間の電流耐量を協調させる効果が乏しくなる。
【0003】
これに対して、従来は、第1及び第2の雷保護装置間の電流耐量の協調をとるために、両雷保護装置間には、減結合素子が接続されている。例えば、電力設備の場合には、非特許文献1に示すように、両雷保護装置間にリアクトルが接続されており、リアクトルのインダクタンスにより急峻な電圧波形の立ち上がりを緩やかにして第2の雷保護装置に電圧が印加されるまでの時間を遅らせることで、第2の雷保護装置へのサージ電流を減少させることができ、第1及び第2の雷保護装置間の電流耐量を協調させるようにしている。
【非特許文献1】電気設備学会「建築物等の雷保護Q&A−JISA4201:2003対応−」(2005)オーム社
【0004】
ところで、リアクトルを用いた減結合素子の場合、リアクトルのインダクタンスの値が小さいと、第1及び第2の雷保護装置間の電流耐量の協調を十分にとることができないので、大きめに調整されることになるが、インダクタンスの値が大きくなりすぎると平常運転時においてリアクトルでの電圧降下が大きくなる。そのため、電力線に接続された機器への電圧供給が不安定になるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、平常運転時において電圧降下を抑えつつ、第1及び第2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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために本発明の構成上の特徴は、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つの雷保護装置間にて、電力線に直列接続されて2つの雷保護装置に流れる電流を協調させる雷保護装置用減結合装置において、それぞれ2個の整流素子が直列接続されてなる第1及び第2素子部と、リアクトルからなる第3素子部とが互いに並列に接続されてなり、第1素子部及び第2素子部のいずれか一方の2つの整流素子の間が電力線に接続される入力側にされ、他方の2つの整流素子の間が電力線に接続される出力側にされたことにある。なお、整流素子としては、ダイオードが一般的であるが、その他に半導体スイッチング素子であるサイリスタやGTO等を適用することもできる。
【0007】
本発明においては、平常運転時には、雷保護装置用減結合装置に加えられる交流電圧の正負に応じて、第1(又は第2)素子部のいずれかの整流素子を通して第3素子部に流れ、さらに第2(又は第1)素子部のいずれかの整流素子を通して出力される。すなわち、交流電圧の正負が変化してもリアクトルからなる第3素子部に流れる電流は常に時間的変化のない直流となるため、第3素子部で電圧降下をほとんど生じない。また、この電圧降下をほとんど生じない結果については、リアクトルのインダクタンスの大小は関係しない。そのため、電圧降下を考慮する必要なくインダクタンスを大きくすることができるため、落雷による急峻な雷サージ電圧が発生しても、第3素子部においてその時間的変化率を小さくすることができる。その結果、本発明においては、平常運転時において電圧降下を低く抑えることができると共に、第1及び第2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。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、リアクトルのインダクタンスを大きくしても、平常運転時において電圧降下を低く抑えることができるため、第1及び第2の雷保護装置間の電流耐量の協調を適正にとるための調整が非常に簡易にされ、煩雑な調整に要するコストが削減される。また、本発明においては、雷保護装置用減結合装置は、電力線に接続された電気機器の側で短絡等の事故が発生した場合に、雷保護装置用減結合装置が限流装置としても機能できることにより、過電流の発生を抑えることができる。さらに、第1の雷保護装置の電流耐量を適正に設定して、減結合装置を設けることにより、第2の雷保護装置を省略することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施例である雷保護装置用減結合装置を適用した建物の雷保護システムの構成をブロック図により示したものであり、図2は、整流型の雷保護装置用減結合装置の概略構成を回路図により示したものである。雷保護システムは、屋外から導入され建物内に設けられた電気機器(図示しない)に接続された電力線11に、建物入り口にて電流耐量の大きい直撃雷用の第1の雷保護装置12が大地Gとの間に接続されており、部屋の内部において保護を受ける電気機器の入力側に電流耐量の小さい第2の雷保護装置13が大地Gとの間に接続されており、さらに両雷保護装置12,13の間において電力線11に雷保護装置用減結合装置15(以下、減結合装置と記す)が直列接続されている。なお、本実施例では、整流素子としてダイオードを適用することを想定している。
【0010】
減結合装置15は、2個のダイオードD1,D2が直列接続された第1素子部16と、2個のダイオードD3,D4が直列接続された第2素子部17と、リアクトルLからなる第3素子部18とが互いに並列に接続されて構成されている。また、減結合装置15は、第1素子部16の2つのダイオードD1,D2の間が入力側、第2素子部17の2つのダイオードD3,D4の間が出力側になっており、入出力側にて電力線11に接続されている。なお、ダイオードD1〜D4は、ほぼ同一特性を有するものである。したがって、第1素子16と第2素子17を入れ替えることも可能である。
【0011】
平常運転時には、減結合装置15に加えられる交流電圧の正又は負に応じて、第1素子部16のダイオードD1又はD2を通して第3素子部18に電流が流れ、さらに第2素子部17のダイオードD4又はD3を通して出力される。すなわち、交流電圧の正負が変化してもリアクトルLからなる第3素子部18に流れる電流は常に時間的変化のない直流となるため、第3素子部18で電圧降下をほとんど生じない。この電圧降下をほとんど生じない結果については、リアクトルLのインダクタンスの大小は関係しないため、インダクタンスを大きくすることができる。例えば、負荷電流100A、インダクタンス100μHにおいて、減結合装置15のリアクトルLを流れるインダクタンス電流を図3Aに示し、電圧降下を図3Bに実線で示すと共に比較のためにリアクトルLのみの場合の電圧降下を図3Bに点線で示す。リアクトルLには、負荷電流の波高値にほぼ等しい直流電流が流れ、その結果、本実施例(整流タイプ)ではリアクトルLでの電圧降下はほぼゼロになる。これに対して、減結合装置がリアクトルLのみの場合(インダクタンスタイプ)には3ボルト程度の電圧降下が生じた。
【0012】
以上に説明したように、本実施例においては、平常運転時には、減結合装置10に加えられる交流電圧の正負に応じて、第1素子部16のいずれか一方のダイオードD1,D2を通して第3素子部18に流れ、さらに第2素子部17のいずれか一方のダイオードD4,D3を通して出力されるため、リアクトルLのインダクタンスの大きさによらず、この部分で電圧降下をほとんど生じない。そのため、本実施例においてはリアクトルLのインダクタンスを大きくすることができるため、落雷による急峻な雷サージ電圧が発生しても、第3素子部18においてその時間的変化率を小さくすることができる。その結果、第2の雷保護装置13に流れる電流を抑えることができる。例えば、第1及び第2の雷保護装置12,13の電圧電流特性が図4に示すようなものについて、雷保護装置12側から10/350μs、波高値50kAのサージ電流iが流入したとき、第1及び第2の雷保護装置12,13に流れる電流i,iは、図5に示すようになると予測される。図5から明らかなように、サージ電流iの立ち上がりの大きい部分ではほとんどが第1の雷保護装置12に流れることが確認された。なお、減結合装置が従来のリアクトルのみの場合も、図5には明確には示されていないが、減結合装置15の場合とほとんど差異のない同様の結果となっている。
【0013】
その結果、本実施例によれば、第3素子部18のインダクタンスを大きくしても、平常運転時において電圧降下を低く抑えることができるため、第1及び第2の雷保護装置12,13間の電流耐量の協調を適正にとるための減結合装置15の調整が非常に簡易にされ、煩雑な調整に要するコストが削減される。また、電力線11に接続された電気機器の側で短絡等の事故が発生した場合に、減結合装置15が限流素子として機能することにより、過電流の発生を抑える効果が得られる。さらに、第1の雷保護装置12の電流耐量を適正に設定すると共に減結合装置15を設けることにより、第2の雷保護装置13を省略することも可能になる。
【0014】
なお、上記実施例においては、第2の雷保護装置13は1つのみ示されているが、これに限らず、減結合装置を介して複数の機器に対して雷保護装置を接続することができる。例えば、室内に配置された多数のOA機器に対して減結合装置を連結することにより個々のOA機器に対して大きな第2の雷保護装置を設ける必要がないので、雷保護装置のコストの低減と共に省スペースを達成することができる。また、上記実施例においては整流素子としてダイオードを適用することを想定したが、半導体スイッチング素子であるサイリスタやGTO等を適用することもできる。その他、上記実施例に示したものは一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0015】
本発明の減結合装置は、リアクトルを大きくしても、平常運転時において電圧降下を低く抑えることができるため、第1及び第2の雷保護装置間の電流耐量の協調を適正にとるための調整が非常に簡易にされ、また、電力線に接続された電気機器の側で短絡等の事故が発生した場合に、雷保護装置用減結合装置により過電流の発生を抑えることができ、さらに、第1の雷保護装置の電流耐量を適正に設定すると共に、減結合装置を設けることにより、第2の雷保護装置を省略することも可能になるので、有用である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施例である雷保護装置用減結合装置を適用した建物内における雷保護システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図2】雷保護装置用減結合装置を概略的に示す回路図である。
【図3A】減結合装置のリアクトルを流れる電流の時間変化を示すグラフである。
【図3B】減結合装置における電圧降下を、リアクトルのみの場合の電圧降下と比較して示すグラフである。
【図4】第1及び第2の雷保護装置の電圧電流特性を示すグラフである。
【図5】実施例の減結合装置を用いた場合と、従来のリアクトルのみを用いた場合について、サージ電流が流入したときの、第1及び第2の雷保護装置に流れる電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【0017】
11…電力線、12,13…雷保護装置、15…減結合装置、16…第1素子部、17…第2素子部、18…第3素子部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
屋外から導入されて屋内に設けられ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つの雷保護装置間にて、該電力線に直列接続されて該2つの雷保護装置に流れる電流を協調させる雷保護装置用減結合装置において、それぞれ2個の整流素子が直列接続されてなる第1及び第2素子部と、リアクトルからなる第3素子部とが互いに並列に接続されてなり、前記第1素子部及び第2素子部のいずれか一方の2つの整流素子の間が電力線に接続される入力側にされ、他方の2つの整流素子の間が電力線に接続される出力側にされたことを特徴とする雷保護装置用減結合装置。

【図1】
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【図2】
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【図3A】
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【図3B】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−68342(P2007−68342A)
【公開日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−251909(P2005−251909)
【出願日】平成17年8月31日(2005.8.31)
【出願人】(805000018)財団法人名古屋産業科学研究所 (55)
【Fターム(参考)】