(57)【要約】【課題】交換推奨表示機能等を有する構造が簡素、小型、及び高精度なＳＰＤ及びその管理システムを提供する。【解決手段】ＳＰＤ１０は、保護対象機器２に接続された線路１と接地線３との間に、リード線１１−１，１１−２により接続された避雷素子（例えば、アレスタ）１２と、センサ部２０と、を有している。アレスタ１２は、線路１に雷サージ電圧が印加されると放電し、雷サージ電流を、リード線１１−１，１１−２を経由して接地線３側へ放流することにより、保護対象機器２を保護する。センサ部２０は、アレスタ１２の動作時に、アレスタ自身から発生する光Ｌｔを集光して光信号Ｐｓを取り出す集光レンズ２１と、この集光レンズ２１に、光ファイバ２２を介して接続された光コネクタ２３と、を有している。光コネクタ２３の出力光信号Ｐｓは、光ファイバ２４を介して管理装置６０へ送られる。【選択図】図１
2014054023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象機器に接続された線路に、雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、前記線路と接地線との間にリード線により接続された避雷素子の動作により、前記雷サージ電流を前記接地線側へ放電して前記保護対象機器を保護する際に、前記雷サージ電流の侵入を検出するサージ検出方法であって、
前記避雷素子の動作時に、前記避雷素子自身から発生した光、又は、前記リード線に流れる前記雷サージ電流に基づいて発光素子から発生させた光、を検出して光信号を取り出す検出処理と、
取り出された前記光信号を、光ファイバを経由して光出力端子から出力する光出力処理と、
を有することを特徴とするサージ検出方法。
【請求項２】
保護対象機器に接続された線路と接地線との間に、リード線により接続され、前記線路に雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、前記雷サージ電流を、前記リード線を経由して前記接地線側へ放電することにより、前記保護対象機器を保護する避雷素子と、
前記避雷素子の動作時に、前記雷サージ電流に対応して発生する光、又は前記雷サー電流に対応して発生させた光、を検出して光信号を取り出すセンサ部と、
を備えたことを特徴とするサージ防護デバイス。
【請求項３】
前記センサ部は、
前記避雷素子の動作時に、前記避雷素子自身から発生する前記光を集光して前記光信号を取り出す集光部材と、
前記集光部材の出力側に、第１光ファイバを介して接続され、前記第１光ファイバに入力される前記光信号を外部へ出力する光出力端子と、
を有することを特徴とする請求項２記載のサージ防護デバイス。
【請求項４】
前記センサ部は、
前記避雷素子の動作時に、前記リード線に流れる前記雷サージ電流に対応した前記光を発生させる光発生手段と、
前記光発生手段で発生させた前記光を集光して光信号を取り出す集光部材と、
前記集光部材の出力側に、第１光ファイバを介して接続され、前記第１光ファイバに入力される前記光信号を外部へ出力する光出力端子と、
を有することを特徴とする請求項２記載のサージ防護デバイス。
【請求項５】
前記光発生手段は、
前記リード線に形成され、前記雷サージ電流の電磁力によって振動するリード線屈曲部と、
前記リード線屈曲部に装着され、前記振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子に接続され、前記電気信号により発光して、前記雷サージ電流に対応した前記光を発生する発光素子と、
を有することを特徴とする請求項４記載のサージ防護デバイス。
【請求項６】
前記光発生手段は、
前記リード線に対して並列に接続され、前記リード線を流れる前記雷サージ電流が分流された分流電流により発光して、前記雷サージ電流に対応した前記光を発生する発光素子と、
を有することを特徴とする請求項４記載のサージ防護デバイス。
【請求項７】
前記光発生手段は、
前記リード線に対して平行に配置され、前記リード線に流れる前記雷サージ電流によって発生する磁界により誘起される誘導電流を流す線路部と、
前記線路部に接続され、前記線路部に流れる前記誘導電流により発光して、前記雷サージ電流に対応した前記光を発生する発光素子と、
を有することを特徴とする請求項４記載のサージ防護デバイス。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項に記載のサージ防護デバイスの１個又は複数個と、
前記サージ防護デバイスにおける前記センサ部の出力側に、第２光ファイバを介して接続され、前記第２光ファイバに入力される前記光信号に基づき、前記サージ防護デバイスの動作状態及び動作履歴を管理する管理装置と、
を備えたことを特徴とするサージ防護デバイス管理システム。
【請求項９】
前記管理装置は、
前記サージ防護デバイスにおける前記避雷素子の動作回数、前記サージ防護デバイスの交換要否判定、前記動作回数の表示、及び前記サージ防護デバイスの交換推奨表示を含む管理機能を有することを特徴とする請求項８記載のサージ防護デバイス管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信線又は電源線の線路から接地線へ流れる雷サージ電流を検出して光信号の形で出力するサージ検出方法と、雷サージ電流に対応する光信号を検出して取り出すセンサ部を有し、その雷サージ電流から通信機器等の保護対象機器を保護するためのサージ防護デバイス（Surge  Protective  Device、以下「ＳＰＤ」という。）と、そのセンサ部を有するＳＰＤを管理するＳＰＤ管理システムとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＳＰＤは、例えば、下記の特許文献１、２に記載されているように、避雷回路や、その避雷回路の劣化状態を表示する表示部等を有している。電源線等の線路からＳＰＤへ、雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、避雷回路によってその雷サージ電流が接地線側へ放電され、線路に接続された電源機器等の保護対象機器が保護される。
【０００３】
避雷回路は、例えば、避雷管であるアレスタや、非直線性抵抗素子であるバリスタ等の避雷素子により構成されている。避雷素子は、雷サージ電流による動作回数の増加等に伴って特性が劣化すると、発熱して焼損することがある。そのため、ＳＰＤ内には、避雷素子の劣化状態を表示するための表示部が設けられている。
【０００４】
特許文献１のＳＰＤでは、表示部がサーモラベルにより構成されている。サーモラベルは、避雷素子に貼り付けられている。避雷素子の動作に伴う発熱により、サーモラベルの色が変化するので、その色の変化を目視で確認できる構成になっている。
【０００５】
特許文献２のＳＰＤでは、表示部が着色部材で構成され、更に、避雷素子が劣化した場合、その避雷素子を避雷回路から切り離すための切り離し部が設けられている。切り離し部が動作した場合、摺動又は揺動機構により、着色部材が回転してその着色部材の色が変化するので、その色の変化を表示窓から目視で確認できる構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５０６５７号公報
【特許文献２】特開２００６−０５９８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に記載された従来のＳＰＤでは、次のような課題があった。
【０００８】
ＳＰＤに関し、近年、交換推奨表示機能を有するＳＰＤの要望が高まりつつある。ところが、従来のＳＰＤでは、避雷素子の劣化表示機能は有しているが、ＳＰＤの交換推奨表示機能を持たないので、利便性に欠けている。利便性の向上を図る上で、ＳＰＤに交換推奨表示機能を持たせるには、雷サージ電流の侵入回数や大きさを計測するためのセンサ部を設けることが必要となる。しかし、構造が簡素、小型化が容易、電気ノイズの発生が無く、及び安価なセンサ部を実現することが困難である、といった課題があった。
【０００９】
又、従来のＳＰＤでは、雷サージ電流の侵入回数を把握できないので、複数のＳＰＤの動作及び劣化状態等を一括して監視することができない、という課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のサージ検出方法は、保護対象機器に接続された線路に、雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、前記線路と接地線との間にリード線により接続された避雷素子の動作により、前記雷サージ電流を前記接地線側へ放電して前記保護対象機器を保護する際に、前記雷サージ電流の侵入を検出するサージ検出方法であって、前記避雷素子の動作時に、前記避雷素子自身から発生した光、又は、前記リード線に流れる前記雷サージ電流に基づいて発光素子から発生させた光、を検出して光信号を取り出す検出処理と、取り出された前記光信号を、光ファイバを経由して光出力端子から出力する光出力処理と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のＳＰＤは、保護対象機器に接続された線路と接地線との間に、リード線により接続され、前記線路に雷サージ電圧によって雷サージ電流が侵入すると、前記雷サージ電流を、前記リード線を経由して前記接地線側へ放電することにより、前記保護対象機器を保護する避雷素子と、前記避雷素子の動作時に、前記雷サージ電流に対応して発生する光、又は前記雷サージ電流に対応して発生させた光、を検出して光信号を取り出すセンサ部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のＳＰＤ管理システムは、前記ＳＰＤの１個又は複数個と、前記ＳＰＤにおける前記センサ部の出力側に、第２光ファイバを介して接続され、前記第２光ファイバに入力される前記光信号に基づき、前記ＳＰＤの動作状態及び動作履歴を管理する管理装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサージ検出方法、ＳＰＤ、及びこのＳＰＤ管理システムによれば、次の（１）〜（４）のような効果がある。
【００１４】
（１）  センサ処理は、簡単な処理手順であり、又、センサ部は、簡素な構成のために、小型化が可能である。
【００１５】
（２）  センサ部は、電気回路を設けずに、光部品で構成できるので、センサ部への電源供給又はバッテリ内蔵が不要となる。
【００１６】
（３）  センサ部の構造が簡素で小型化が可能であるので、小型化が要求されるＳＰＤに対して、容易に組み込んで内蔵できる。
【００１７】
（４）  ＳＰＤと管理装置とを、メタル線ではなく光ファイバで結線する（即ち、光ファイバを敷設する）ので、敷設部分に電気ノイズが誘起される心配が無い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の実施例１におけるＳＰＤ管理システムを示す概略の構成図である。
【図２】図２は図１中のＳＰＤ１０の構造例を示す外観の斜視図である。
【図３】図３は図２のＳＰＤ１０の正面図である。
【図４】図４は図３のＳＰＤ１０の内部構造を示す縦断面図である。
【図５】図５は図４のＳＰＤ１０の回路図である。
【図６】図６は本発明の実施例２におけるＳＰＤの概略を示す構成図である。
【図７】図７は図６の動作説明図である。
【図８】図８は本発明の実施例３におけるＳＰＤの概略を示す構成図である。
【図９】図９は本発明の実施例４におけるＳＰＤの概略を示す構成図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例５におけるＳＰＤ管理システムを示す概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００２０】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１におけるＳＰＤ管理システムを示す概略の構成図である。
【００２１】
このＳＰＤ管理システムは、通信線、電源線等の線路１に接続された通信機器、電源機器等の保護対象機器２を、雷サージ電圧Ｖｓから保護するＳＰＤ１０と、このＳＰＤ１０の動作状態及び動作履歴を管理する管理装置６０と、を備えている。保護対象機器２の接地端子Ｇは、接地線３により接地されている。
【００２２】
ＳＰＤ１０は、線路１と接地線３との間に、リード線１１−１，１１−２により接続された避雷素子（例えば、３極形避雷管である３極形アレスタ）１２を有している。アレスタ１２は、一定電圧以上の雷サージ電圧Ｖｓが線路１に印加されると、放電電極間に放電が生じてその放電電極間のインピーダンスが急激に低下してほぼ短絡状態となり、接地線３側へ雷サージ電流Ｉｓを放流して、保護対象機器２を保護する素子である。なお、線路１が電源線の場合は、雷サージ電圧Ｖｓの印加が終息しても、電源線からの供給電圧により放電が継続し、放電電極間に電源線からの大きな電流が流れ続ける問題（これを「続流現象」という。）があるので、別途、続流遮断用の避雷素子（例えば、非直線性抵抗素子であるバリスタ等）が設けられる。
【００２３】
アレスタ１２の近傍には、このアレスタ１２の放電により発光する光Ｌｔを検出して光信号Ｐｓを取り出すセンサ部２０が設けられている。センサ部２０は、アレスタ１２の動作時に、このアレスタ１２自身から発生する光Ｌｔを集光して光信号Ｐｓを取り出す集光部材（例えば、集光レンズ）２１と、この集光レンズ２１の出力側に第１光ファイバ２２を介して接続された光出力端子（例えば、光コネクタ）２３と、により構成されている。光コネクタ２３は、第１光ファイバ２２に入力される光信号ＰｓをＳＰＤ１０の外部へ出力するものである。
【００２４】
光コネクタ２３には、第２光ファイバ２４を介して、管理装置６０が接続されている。管理装置６０は、光ファイバ２４から送られてくる光信号Ｐｓを入力し、この光信号Ｐｓに基づき、ＳＰＤ１０の動作状態及び動作履歴を管理する管理機能（例えば、アレスタ１２の動作回数、ＳＰＤ１０の交換要否判定、前記動作回数の表示、及びＳＰＤ１０の交換推奨表示等）を有している。
【００２５】
この管理装置６０は、光ファイバ２４から送られてくる光信号Ｐｓを入力する光入力端子６１を有し、この光入力端子６１に、光／電気変換部（以下「Ｏ／Ｅ変換部」という。）６２が接続されている。Ｏ／Ｅ変換部６２は、光入力端子６１から入力される光信号Ｐｓをデジタル電気信号に変換するものであり、この出力側に、制御部６３が接続されている。制御部６３は、管理装置６０全体をプログラム制御するものであり、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及び入／出力ポート等により構成されている。制御部６３には、操作ボタン等を有する入力部６４、及び、データを表示する表示部６５等が、接続されている。管理装置６０は、外部から供給される電源電力を受電して、駆動するようになっている。
【００２６】
図２は図１中のＳＰＤ１０の構造例を示す外観の斜視図、及び、図３は図２のＳＰＤ１０の正面図である。
【００２７】
このＳＰＤ１０は、例えば、通信用のＳＰＤであり、ジャック３０とプラグ５０とで構成され、ジャック３０側の略箱形のジャックケース３１に対して、このジャックケース３１よりも小さいプラグ５０側の略箱形のプラグケース５１が、上方から着脱自在に装着される構造になっている。
【００２８】
ジャックケース３１において、上面には、プラグケース５１の一部を着脱自在に嵌入するための２つの嵌入凹部３２−１，３２−２が設けられている。更に、ジャックケース３１の両側面下部には、外方向に突出する２つの突出部３３−１，３３−２が形成されている。各突出部３３−１，３３−２には、螺子形のアース端子３４−１，３４−２が、それぞれ螺入されている。２つのアース端子３４−１，３４−２間は、ジャックケース３１の底面側に配設されたアース端子接続バー３５により、電気的に接続されている。一方の突出部３３−１内には、レールストッパ３６−１が固定され、このレールストッパ３６−１の先端部が、突出部３３−１の内側に突出している。他方の突出部３３−２内には、レールストッパ３６−２が摺動自在に装着され、このレースストッパ３６−２の先端部が、ばねの付勢力により、突出部３３−２の内側に突出している。一方のレールストッパ３６−１の先端部と、他方のレールストッパ３６−２の先端部とにより、機器取り付け用レール（Mounting  rails  for  devices、例えば、ＤＩＮレール）３７を挟持し、このＤＩＮレール３７に対してジャック３０を取り外し可能に固定する構造になっている。
【００２９】
ＤＩＮレール３７とは、ＤＩＮ規格で定められた例えば３５ｍｍ幅の機器取り付け金具である。ＤＩＮ規格では、交流１０００Ｖ以下又は直流１５００Ｖ以下で使用する開閉器、工業用端子台等の電気機器を取り付ける機器取り付け用レールについて規定されている。
【００３０】
一方、プラグケース５１の底面には、ジャックケース３１側の２つの嵌入凹部３２−１，３２−２へ着脱自在に嵌入するための２つの嵌入凸部５２−１，５２−２がそれぞれ突設されている。プラグケース５１の上面内には、内部のアレスタ１２の劣化を判定するための発光素子（例えば、緑色の発光ダイオード、以下「ＬＥＤ」という。）１３が取り付けられている。ＬＥＤ１３は、アレスタ１２が正常の時には点灯し、アレスタ１２が劣化している時には消灯するようになっている。又、プラグケース５１の上面内には、内部のアレスタ１２の劣化を判定するためのレセプタクル１４が装着されている。レセプタクル１４は、劣化判定用の専用テスタを挿入するための３つのチェック端子１４ａ〜１４ｃを内蔵している。更に、プラグケース５１の側面内には、光コネクタ２３が取り付けられている。
【００３１】
図４は、図３のＳＰＤ１０の内部構造を示す縦断面図である。
ジャックケース３１において、この下部の突出部３３−２内に装着されたレールストッパ３６−２には、ばね３６ａが取り付けられている。このばね３６ａの付勢力により、レールストッパ３６−２の先端部が、突出部３３−２の内側に突出している。ジャックケース３１内の中央には、略長方形のプリント基板３８が水平に取り付けられている。プリント基板３８の表面の両端部には、線路側の端子台３９−１と保護対象機器側の端子台３９−２とが固定され、その線路側の端子台３９−１の表面が、ジャックケース３１の左側面から露出し、その保護対象機器側の端子台３９−２の表面が、ジャックケース３１の右側面から露出している。プリント基板３８の裏面には、２つの直列抵抗４０−１，４０−２が搭載されている。更に、プリント基板３８の表面の略中央には、プラグ５０を電気的に接続するためのコネクタ４１が搭載されている。
【００３２】
一方、プラグケース５１内には、略方形のプリント基板５７が垂直に取り付けられている。プリント基板５７の下部には、ジャック３０側のコネクタ４１へ挿入するためのプリント基板端子部５３が形成されている。プリント基板５７上には、第１電極、中間電極及び第２電極を有する３極形アレスタ１２と、ＬＥＤ１３と、レセプタクル１４と、抵抗５４と、２つのヒューズ５５−１，５５−２と、４つのツェナーダイオード５６−１〜５６−４とが搭載され、これらがプリント基板端子部５３に電気的に接続されている。
【００３３】
アレスタ１２の近傍には、センサ部２０を構成する集光レンズ２１が配設されている。集光レンズ２１は、光ファイバ２２を介して光コネクタ２３に接続されている。
【００３４】
図５は、図４のＳＰＤ１０の回路図である。
ジャック３０側において、接地線３により接地される２つのアース端子３４−１，３４−２間は、アース端子接続バー３５により、電気的に接続されている。線路側の端子台３９−１は、２つの端子３９Ｌ１，３９Ｌ２を有し、更に、保護対象機器側の端子台３９−２も、２つの端子３９Ｔ１，３９Ｔ２を有している。一方の端子３９Ｌ１は、直列抵抗４０−１を介して、一方の端子３９Ｔ１に接続されている。他方の端子３９Ｌ２は、直列抵抗４０−２を介して、他方の端子３９Ｔ２に接続されている。
【００３５】
直列抵抗４０−１，４０−２は、プラグ５０側のツェナーダイオード５６−１〜５６−４に流れる電流を抑制する素子である。コネクタ４１は、５つの端子４１ａ〜４１ｅを有している。端子４１ａは端子３９Ｌ１に接続されている。同様に、端子４１ｂは端子３９Ｔ１に、端子４１ｃはアース端子接続バー３５に、端子４１ｄは端子３９Ｌ２に、更に、端子４１ｅは端子３９Ｔ２に、それぞれ接続されている。
【００３６】
プラグ５０側において、プリント基板端子部５３は、コネクタ４１側の４つの端子４１ａ〜４１ｅにそれぞれ接続される４つの端子５３ａ〜５３ｅを有している。端子５３ａは、リード線１１−１を介して、３極形アレスタ１２の第１電極に接続されている。端子５３ｂは、直列接続された線間電圧吸収用の２つのツェナーダイオード５６−２，５６−１、第１接続点Ｎ１、第２接続点Ｎ２、及び２つのヒューズ５５−１，５５−２を介して、端子５３ｃに接続されている。第２接続点Ｎ２は、ＬＥＤ１３のアノード・カソードを介して、レセプタクル１４中のチェック端子１４ｂに接続されている。
【００３７】
端子５３ｃは、直列接続されたヒューズ５５−２及びリード線１１−２を介して、アレスタ１２の中間電極に接続されている。この端子５３ｃは、抵抗５４を介して、レセプタクル１４中の２つのチェック端子１４ａ，１４ｃにも接続されている。端子５３ｄは、リード線１１−３を介して、アレスタ１２の第２電極に接続されている。更に、端子５３ｅは、直列接続された線間電圧吸収用の２つのツェナーダイオード５６−４，５６−３を介して、第１接続点Ｎ１に接続されている。
【００３８】
アレスタ１２の近傍に配置された集光レンズ２１は、光ファイバ２２を介して光コネクタ２３に接続されている。これらの集光レンズ２１、光ファイバ２２及び光コネクタ２３により構成されるセンサ部２０は、周辺の電気回路から、電気的に絶縁されている。
【００３９】
（実施例１の動作）
図１において、保護対象機器２に接続された線路１に、一定電圧以上の雷サージ電圧Ｖｓが印加されると、この雷サージ電圧Ｖｓがリード線１１−１を介して、ＳＰＤ１０内のアレスタ１２に印加される。すると、アレスタ１２が放電し、このアレスタ１２を流れる雷サージ電流Ｖｓが、リード線１１−２及び接地線３を介して、接地側へ放流される。そのため、雷サージ電圧Ｖｓが保護対象機器２に印加されないので、この保護対象機器２が雷サージ電圧Ｖｓから保護される。
【００４０】
ここで、図５の回路図を参照しつつ、ＳＰＤ１０の具体的な動作について説明する。
図５のＳＰＤ１０において、例えば、線路側端子台３９−１中の端子３９Ｌ１に雷サージ電圧Ｖｓが印加された場合、この雷サージ電圧Ｖｓが、第１経路（即ち、コネクタ４１中の端子４１ａ→プリント基板端子部５３中の端子５３ａ→アレスタ１２の第１電極→アレスタ１２の中間電極→ヒューズ５５−２→プリント基板端子部５３中の端子５３ｃ→コネクタ４１中の端子４１ｃ→アース端子接続バー３５→アース端子３４−１）で印加されるので、アレスタ１２中の第１電極及び中間電極間が放電し、前記の第１経路で雷サージ電流Ｉｓが流れ、アース側へ放流される。そのため、保護対象機器側端子台３９−２中の端子３９Ｔ１へ、雷サージ電流Ｉｓが流れない。
【００４１】
又、線路側端子台３９−１中の端子３９Ｌ２に雷サージ電圧Ｖｓが印加された場合、この雷サージ電圧Ｖｓが、第２経路（即ち、コネクタ４１中の端子４１ｄ→プリント基板端子部５３中の端子５３ｄ→アレスタ１２の第２電極→アレスタ１２の中間電極→ヒューズ５５−２→プリント基板端子部５３中の端子５３ｃ→コネクタ４１中の端子４１ｃ→アース端子接続バー３５→アース端子３４−１）で印加されるので、アレスタ１２中の第２電極及び中間電極間が放電し、前記の第２経路で雷サージ電流Ｉｓが流れ、アース側へ放流される。そのため、保護対象機器側端子台３９−２中の端子３９Ｔ２へ、雷サージ電流Ｉｓが流れない。
【００４２】
アレスタ１２やツェナーダイオード５６−１〜５６−４が劣化した場合、これらに過大電流が流れてヒューズ５５−１，５５−２が切れるので、ＳＰＤ１０における焼損事故等の発生を防止できる。
【００４３】
ＳＰＤ１０が劣化しているか否かを判定する場合、専用テスタをレセプタクル１４へ接続する。すると、専用テスタからレセプタクル１４中のチェック端子１４ａ又は１４ｃへテスト電流が入力される。ヒューズ５５−１，５５−２が切れていない場合、入力されたテスト電流は、抵抗５４→ヒューズ５５−２，５５−１→ＬＥＤ１３→レセプタクル１４中のチェック端１４ｂ、という経路で流れるので、ＬＥＤ１３が点灯する。これにより、ＳＰＤ１０が正常である、と外部から判定できる。ヒューズ５５−１，５５−２が切れている場合、ＬＥＤ１３が消灯状態になるので、ＳＰＤ１０が劣化している、と外部から判定できる。
【００４４】
図１において、ＳＰＤ１０内のアレスタ１２が動作して雷サージ電流Ｉｓを処理した際には、放電によりアレスタ１２自身が発光する。このアレスタ１２が放つ光Ｌｔは、集光レンズ２１で集められ、この集められた光信号Ｐｓが、光ファイバ２２を経由して光コネクタ２３から出力され、光ファイバ２４を経由して管理装置６０へ送られる。
【００４５】
管理装置６０では、光ファイバ２４から送られてくる光信号Ｐｓを、光入力端子６１から入力する。入力された光信号Ｐｓは、Ｏ／Ｅ変換部６２により、デジタル電気信号に変換され、制御部６３へ入力される。制御部６３は、ＳＰＤ１０内のアレスタ１２の動作回数である放電回数を記憶し、演算により、その記憶した放電回数と劣化判定基準値とを比較し、ＳＰＤ１０の交換要否判定を行って判定結果を記憶する。更に、制御部６３は、入力部６４からの入力指示に基づき、表示部６５に、放電回数を表示したり、ＳＰＤ１０の交換推奨表示等を行う。
【００４６】
（実施例１の効果）
本実施例１のセンサ部２０を用いたサージ検出方法、ＳＰＤ１０、及びこのＳＰＤ管理システムによれば、次の（１）〜（４）のような効果がある。
【００４７】
（１）  センサ部２０は、集光レンズ２１、光ファイバ２２及び光コネクタ２３により構成したので、部品点数が少なく、センサ処理手順が簡単で、構成を簡素化でき、小型化が可能になる。
【００４８】
（２）  センサ部２０は、集光レンズ２１、光ファイバ２２及び光コネクタ２３という光部品で構成し、電気回路を設けていないので、センサ部２０への電源供給又はバッテリ内蔵が不要となる。
【００４９】
（３）  センサ部１０の構造が簡素で小型化が可能であるので、従来の小型化が要求される通信用ＳＰＤに対して、容易に組み込んで内蔵できる。
【００５０】
（４）  ＳＰＤ１０と管理装置６０とを、メタル線ではなく光ファイバ２４で結線する（即ち、光ファイバ２４を敷設する）ので、敷設部分に電気ノイズが誘起される心配が無い。
【実施例２】
【００５１】
（実施例２の構成）
図６は、本発明の実施例２におけるＳＰＤの概略を示す構成図であり、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００５２】
本実施例２のＳＰＤ１０Ａでは、実施例１のセンサ部２０に代えて、これとは構成の異なるセンサ部２０Ａが設けられている。本実施例２のセンサ部２０Ａは、実施例１と同様の集光レンズ２１、光ファイバ２２及び光コネクタ２３と、新たに追加された光発生手段７０Ａと、を有している。光発生手段７０Ａは、アレスタ１２に接続されたリード線１１−２の一部に形成されたリード線屈曲部１１ａと、このリード線屈曲部１１ａに当接配置された圧電素子７１と、この圧電素子７１の一端７１ａと他端７１ｂとの間に直列に接続された電流制限用の抵抗７２及び発光素子（例えば、ＬＥＤ）７３からなる分流回路と、を有している。圧電素子７１は、ピエゾ素子とも言われ、リード線屈曲部１１ａに発生する振動を電圧に変換する素子である。ＬＥＤ７３は、例えば、電流が２０ｍＡ位で点灯する特性を有している。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００５３】
（実施例２の動作）
アレスタ１２のリード線１１−２に雷サージ電流Ｉｓが通過した際、アレスタ１２のリード線１１−２にリード線屈曲部１１ａが存在すると、そのリード線屈曲部１１ａの付近では、雷サージ電流Ｉｓの電磁力が強くなる。そのため、その電磁力によってリード線屈曲部１１ａに、図６中の矢印で示すような振動が発生する。この振動によって、リード線屈曲部１１ａに当接配置した圧電素子７１が押圧され、圧電素子７１の両端７１ａ，７１ｂ間に電圧が発生する。圧電素子７１の両端７１ａ，７１ｂには、ＬＥＤ７３を有する分流回路が結線されているので、分流回路に電流Ｉｐが流れる。
【００５４】
例えば、圧電素子７１の両端７１ａ，７１ｂ間に、０．５Ｖ程度の電圧が発生するよう、リード線屈曲部１１ａにおける屈曲の程度を設定しておく。圧電素子７１が押圧されると、この圧電素子７１の両端７１ａ，７１ｂ間に、０．５Ｖ程度の電圧が発生するが、この時、分流回路における抵抗７２の抵抗値を２５Ωに設定しておけば、ＬＥＤ７３に２０ｍＡ程度の電流Ｉｐが流れ、ＬＥＤ７３が発光する。
【００５５】
ＬＥＤ７３が発光すると、この光Ｌｕが集光レンズ２１で集められ、この集光レンズ２１から出力される光信号Ｐｓが、光ファイバ２２を経由して光コネクタ２３から出力される。出力された光信号Ｐｓは、図１に示す光ファイバ２４を経由して管理装置６０へ送られる。
【００５６】
（リード線屈曲部１１ａを設けると、その付近で電磁力が強くなる理由）
図７（ａ）〜（ｃ）は、図６の動作説明図である。
【００５７】
図７（ａ）は、ビオ・サバールの法則を示す図である。
リード線屈曲部１１ａに電流Ｉが流れる時、リード線屈曲部１１ａにおける微小区間Δｓ（＝リード線屈曲部１１ａ上の微小区間の長さと電流の方向の向きを持つベクトル）が、距離γ‘（＝微小区間Δｓから地点ｘへ向かう距離γのベクトル）だけ離れた地点ｘに作る微弱磁界ΔＢは、次式（１）で与えられる。
【００５８】
【数１】
2014054023.tif 000003
【００５９】
図７（ｂ）は、電流Ｉが流れるリード線屈曲部１１ａが、地点ｘに位置する圧電素子７１箇所に作る磁界Ｂ（＝微弱磁界ΔＢの総和）を説明する図である。
【００６０】
リード線屈曲部１１ａを微小区間Δｓ１〜Δｓ１２に分ける。先ず、微小区間Δｓ１を基に、式（１）から微弱磁界ΔＢ１を求める。同様に、各微小区間Δｓ２〜Δｓ１２を基に、式（１）から各微弱磁界ΔＢ２〜ΔＢ１２を求める。これにより、微弱磁界ΔＢ１〜ΔＢ１２の総和の磁界Ｂが求まる。
【００６１】
図７（ｃ）は、電流Ｉが流れるリード線屈曲部１１ａに発生するローレンツ力Ｆを説明する図である。
【００６２】
長さＬのリード線屈曲部１１ａに電流Ｉが流れると、このリード線屈曲部１１ａから磁界Ｂが発生し、次式（２）のローレンツ力Ｆが生じる。
Ｆ＝Ｉ×Ｂ×Ｌ                          （２）
【００６３】
前記で微弱磁界ΔＢ１〜ΔＢ１２の総和の磁界Ｂが求められているので、この式（２）から、地点ｘに位置する圧電素子７１箇所に働く力Ｆが求まる。このように、リード線屈曲部１１ａの様々な布設形状において、ある地点ｘで働く力Ｆをシミュレーションできるので、このシミュレーションにより、最適な布設形状や距離を設計すれば良いことになる。
【００６４】
圧電素子７１を配置した地点ｘに力Ｆが働き、この力Ｆによって圧電素子７１が振動し、圧電素子７１の両端７１ａ，７１ｂ間に電圧が発生する。この電圧により、ＬＥＤ７３が発光する。
【００６５】
（実施例２の効果）
本実施例２のセンサ部２０Ａを用いたサージ検出方法、ＳＰＤ１０Ａ、及びこのＳＰＤ管理システムによれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
【００６６】
（ａ）  アレスタ１２の動作時に、リード線１１−１，１１−２に雷サージ電流Ｉｓが流れると、光発生手段７０Ａ中のＬＥＤ７３が発光するようにしたので、実施例１に比べて部品点数が増加するものの、実施例１と略同様の効果が期待できる。
【００６７】
（ｂ）  動作時の放電により発光するアレスタ１２に代えて、バリスタ等の非発光形の避雷素子に対しても、その動作をセンサ部２０Ａにより検出できる。
【実施例３】
【００６８】
（実施例３の構成）
図８は、本発明の実施例３におけるＳＰＤの概略を示す構成図であり、実施例２を示す図６中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００６９】
本実施例３のＳＰＤ１０Ｂでは、実施例２のセンサ部２０Ａに代えて、これとは構成の異なるセンサ部２０Ｂが設けられている。本実施例３のセンサ部２０Ｂは、実施例２と同様の集光レンズ２１、光ファイバ２２及び光コネクタ２３と、実施例２の光発光手段７０Ａとは異なる構成の光発生手段７０Ｂと、を有している。光発生手段７０Ｂは、アレスタ１２に接続されたリード線１１−２の２つの接続点Ｎ１，Ｎ２間に直列に接続された電流制限用の抵抗７４及び発光素子（例えば、ＬＥＤ）７５からなる分流回路と、を有している。
【００７０】
この分流回路において、例えば、ＬＥＤ７５は、分流回路に流れる電流Ｉｑが２０ｍＡ位で点灯する特性を有している。１０００Ａ前後の雷サージ電流Ｉｓが流れたことを検出することを目的にする場合、リード線１１−２の接続点Ｎ１，Ｎ２間の抵抗値Ｒ１は、５×１０−４Ω、抵抗７４の抵抗値Ｒ２は２５Ωに設定されている。抵抗値Ｒ１は、リード線１１−２の材料や太さ（径）で調整される。その他の構成は、実施例２と同様である。
【００７１】
（実施例３の動作）
アレスタ１２が放電してリード線１１−２に雷サージ電流Ｉｓ（例えば、１０００．０２Ａ）が流れると、この雷サージ電流Ｉｓの一部が分流して分流回路に電流Ｉｑ（例えば、０．０２＝２０ｍＡ）が流れ、ＬＥＤ７５が発光する。ＬＥＤ７５が発光すると、この光Ｌｕが集光レンズ２１で集められ、この集光レンズ２１から出力される光信号Ｐｓが、光ファイバ２２を経由して光コネクタ２３から出力される。出力された光信号Ｐｓは、図１に示す光ファイバ２４を経由して管理装置６０へ送られる。
【００７２】
なお、前記のように、抵抗値Ｒ１が５×１０−４Ω、及び、抵抗値Ｒ２が２５Ωの仕様の場合、例えば、雷サージ電流Ｉｓが１００Ａ程度であると、分流回路に流れる電流Ｉｑが小さいので、ＬＥＤ７５は点灯しない。又、例えば、雷サージ電流Ｉｓが３０００Ａ程度であると、分流回路に流れる電流Ｉｑが大きくなり、ＬＥＤ７５が損傷するおそれがある。そのため、実際には、どの位の雷サージ電流Ｉｓを検出することにするのかによって、分流比率が最適になるよう、抵抗値Ｒ１，Ｒ２を設定したり、あるいは、大きな雷サージ電流Ｉｓが流れた場合でもＬＥＤ７５が破壊されないよう、例えば、抵抗７４に対して直列にヒューズを設ける等の工夫を行うと良い。
【００７３】
（実施例３の効果）
本実施例３のセンサ部２０Ｂを用いたサージ検出方法、ＳＰＤ１０Ｂ、及びこのＳＰＤ管理システムによれば、実施例２と略同様の効果がある。
【実施例４】
【００７４】
（実施例４の構成）
図９は、本発明の実施例４におけるＳＰＤの概略を示す構成図であり、実施例３を示す図８中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００７５】
本実施例４のＳＰＤ１０Ｃでは、実施例３のセンサ部２０Ｂに代えて、これとは構成の異なるセンサ部２０Ｃが設けられている。本実施例４のセンサ部２０Ｃは、実施例３と同様の集光レンズ２１、光ファイバ２２及び光コネクタ２３と、実施例３の光発光手段７０Ｂとは異なる構成の光発生手段７０Ｃと、を有している。光発生手段７０Ｃは、アレスタ１２に接続されたリード線１１−２に対して平行に配置された所定の長さの線路部７６と、この線路部７６の両端間に直列に接続された電流制限用の抵抗７７及び発光素子（例えば、ＬＥＤ）７８からなるＬＥＤ回路と、を有している。線路部７６は、リード線１１−２に流れる雷サージ電流Ｉｓによって発生する磁界Ｂにより誘起され誘導電流Ｉｒを流す導体である。
【００７６】
前記ＬＥＤ回路において、例えば、ＬＥＤ７８は、ＬＥＤ回路に流れる誘導電流Ｉｒが２０ｍＡ位で点灯する特性を有している。そのため、ＬＥＤ回路に２０ｍＡ程度の誘導電流Ｉｒが流れるように、線路部７６の長さ、及び抵抗７７の抵抗値等が設定されている。その他の構成は、実施例３と同様である。
【００７７】
（実施例４の動作）
アレスタ１２が放電してリード線１１−２に雷サージ電流Ｉｓが流れると、このリード線１１−２の周囲に磁界Ｂが発生する。すると、リード線１１−２に対して平行に敷設された線路部７６に磁界Ｂが誘起され、図９中の矢印方向に誘導電流Ｉｒが流れるので、ＬＥＤ７８が発光する。ＬＥＤ７８が発光すると、この光Ｌｕが集光レンズ２１で集められ、この集光レンズ２１から出力される光信号Ｐｓが、光ファイバ２２を経由して光コネクタ２３から出力される。出力された光信号Ｐｓは、図１に示す光ファイバ２４を経由して管理装置６０へ送られる。
【００７８】
（実施例４の効果）
本実施例４のセンサ部２０Ｃを用いたサージ検出方法、ＳＰＤ１０Ｃ、及びこのＳＰＤ管理システムによれば、実施例３と略同様の効果がある。
【００７９】
なお、リード線１１−２と平行な線路部７６は、コイル状に形成しても良い。コイル状にすれば、誘起される誘導電流Ｉｒが大きくなり、ＬＥＤ７８の点灯が容易になる。
【実施例５】
【００８０】
図１０は、本発明の実施例５におけるＳＰＤ管理システムを示す概略の構成図であり、実施例１を示す図１〜図４中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００８１】
このＳＰＤ管理システムでは、例えば、図２〜図４に示す通信用のＳＰＤ１０が複数（例えば、１０−１〜１０−１６）、隣接して図３に示すＤＩＮレール３７上に固定されている。各ＳＰＤ１０−１〜１０−１６は、各第２光ファイバ２４を介して、図１に示す管理装置６０に接続されている。管理装置６０は、各ＳＰＤ１０−１〜１０−１６の光ファイバ２４から送られてくる光信号Ｐｓをそれぞれ入力し、各ＳＰＤ１０−１〜１０−１６の動作状態及び動作履歴を管理する管理機能（例えば、アレスタ１２の動作回数、ＳＰＤ１０−１〜１０−１６の交換要否判定、前記動作回数の表示、及びＳＰＤ１０−１〜１０−１６の交換推奨表示等）を有している。なお、複数のＳＰＤ１０−１〜１０−１６は、実施例２〜４の構成のＳＰＤ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃであっても良い。
【００８２】
このようなＳＰＤ管理システムによれば、１つの管理装置６０により、複数のＳＰＤ１０−１〜１０−１６の動作状態及び動作履歴を一括して管理することができる。
【００８３】
（実施例１〜５の他の変形例）
本発明は、上記実施例１〜５に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（Ａ）、（Ｂ）のようなものがある。
【００８４】
（Ａ）  図２〜図４に示す通信用のＳＰＤ１０は、図示以外の他の形状、構造、回路構成等に変更しても良い。例えば、集光レンズ２１は、集光機能を有する光スリーブや光コネクタ等の他の集光部材であっても良い。又、実施例１〜５では、通信用のＳＰＤ１０、１０−１〜１０−１６について説明したが、本発明は、電源用のＳＰＤについても適用できる。電源用のＳＰＤの場合、避雷素子としては、アレスタ１２の他に、バリスタ等も使用されるので、このバリスタ等の近傍にセンサ部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを設けても良い。
【００８５】
（Ｂ）  図１及び図１０に示す管理装置６０は、図示以外の他の回路構成に変更しても良い。
【符号の説明】
【００８６】
１      線路
２      保護対象機器
３      接地線
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０−１〜１０−１６      ＳＰＤ
１１−１，１１−２      リード線
１２      アレスタ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ      センサ部
２１      集光レンズ
２２，２４      第１、第２光ファイバ
２３      光コネクタ
６０      管理装置
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ      光発生手段
７１      圧電素子
７３，７５，７８      ＬＥＤ
７６      線路部
【図１】
2014054023.tif 000004
【図２】
2014054023.tif 000005
【図３】
2014054023.tif 000006
【図４】
2014054023.tif 000007
【図５】
2014054023.tif 000008
【図６】
2014054023.tif 000009
【図７】
2014054023.tif 000010
【図８】
2014054023.tif 000011
【図９】
2014054023.tif 000012
【図１０】
2014054023.tif 000013