(57)【要約】【課題】  避雷素子の劣化や破損時に避雷素子を確実に電路から切り離すと共に、常に安定した劣化表示と警報を行う避雷器の提供。【解決手段】  三相の電源線Ｌａ〜ＬｃにヒューズＦを有する切離し回路３を介挿し、電源線間に発光ダイオードＬＥＤの表示回路４を設置し、表示回路４にフォトカプラ５と出力回路６を接続する。出力回路６はフォトカプラ５からの出力信号を外部の監視制御部８に劣化表示信号などの警報信号を送信するための通信線Ｌ１〜Ｌ３を備え、各通信線間に双方向性シリコンサージ吸収素子９、ガス封入３極避雷管１０を接続する。避雷素子２が劣化したり、電源線に雷サージが侵入すると、ヒューズＦが溶断して避雷素子２が電路から切り離され、ＬＥＤが消灯して出力回路６から警報信号が出力される。通信線Ｌ１〜Ｌ３を通して侵入するサージからフォトカプラがサージ吸収素子９で防護される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
避雷素子を、その劣化または破損時に溶断して電路から切り離すヒューズを有する切離し回路と、この切離し回路を介して前記電路に接続された、前記避雷素子異常の有無を表示する表示灯を点灯させる表示回路を具備した避雷器であって、
前記表示回路に、前記表示灯への点灯電流の供給に応じて発光・受光の動作をして出力するフォトカプラと、このフォトカプラの出力信号を外部に送信する複数の通信線を備えた出力回路とを接続したことを特徴とする避雷器。
【請求項２】
前記切離し回路が、前記避雷素子の劣化による発熱で溶断する温度ヒューズと、前記避雷素子を破損させる大きさの異常電流で溶断する電流ヒューズの直列回路であることを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
【請求項３】
前記出力回路の通信線間に、当該通信線に侵入する異常電流から前記フォトカプラを防護するサージ吸収素子を設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の避雷器。
【請求項４】
前記フォトカプラと出力回路を第１の基板に実装した第１の回路ユニットに、前記避雷素子と切離し回路と表示回路とを第２の基板に実装した第２の回路ユニットを上下二段に連結して配線した基板ユニットを有することを特徴とする請求項３に記載の避雷器。
【請求項５】
前記基板ユニットを、前記電路との配線用端子台を含む複数種類の端子台を一体に有する絶縁性外装ケースに収納したことを特徴とする請求項４に記載の避雷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路などの電路に接続された電気機器を雷サージなどの異常電流から保護する避雷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回路や通信回路において使用される避雷器は、電路間や、電路と大地との間に接続した避雷素子を備える。避雷器、特にギャップレス避雷器においては、度重なる雷サージの到来や、長期間にわたる使用によって、その避雷素子に特性劣化を生じる。特性が劣化し、素子の漏れ電流が増大して素子の発熱が生じると、熱暴走し、避雷器の損壊に至るおそれがある。
【０００３】
このようなおそれを解消するために、たとえば避雷素子に対するサージ印加回数を計測し、その回数に応じて劣化の度合いを表示したり、回数が所定数に達すると寿命終了と判断して警報を発しさせたりすることが行われている。また、避雷素子の漏れ電流を検出することによってその劣化を検出し、さらに漏れ電流で発光ダイオードを発光させて劣化発生を表示することも行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−１６３１０６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
避雷素子の放電回数は、サージ電流をトランスなどで検出しカウンターでカウントすることで容易に計測でき、カウンターのカウント値に基づいてリレーを作動させて警報を出力することが容易にできるが、トランスやカウンター、出力用リレーなどのために避雷器全体が大形化し、高価になる。また、避雷素子は、所定の放電回数まで放電しない内に大きなサージ電流で破損すると、カウンターが停止して警報機能が発揮できなくなることがある。また、避雷素子の漏れ電流で劣化を監視する避雷器においても、大きなサージ電流が流れて破損すると漏れ電流が流れず、避雷素子の劣化の表示や警報の機能が発揮できなくなるという不具合がある。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、避雷素子の劣化や破損時に避雷素子を確実に電路から切り離すと共に、劣化や破損の発生の表示と警報を行うことができる、信頼度の高い避雷器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】
本発明は、避雷素子を、その劣化または破損時に溶断して電路から切り離すヒューズを有する切離し回路と、この切離し回路を介して電路に接続された、避雷素子異常の有無を表示する表示灯を点灯させる表示回路を具備した避雷器において、表示回路に、表示灯への点灯電流の供給に応じて発光と受光の動作をして出力するフォトカプラと、このフォトカプラの出力信号を外部に送信する複数の通信線を備えた出力回路とを接続したことにより、上記目的を達成するものである。
【０００７】
ここで、電路は三相電源回路や単相電源回路の電源線や接地線、通信回路などの電線、接地線で、三相電源線間や単相電源線間、電源線と対地との間に避雷素子が接続され、避雷素子近くの電路の各々に切り離し回路が介挿される。切離し回路のヒューズは、比較的小さな避雷素子の劣化電流の発熱によって溶断する温度ヒューズと、雷サージのような比較的大きな異常電流で溶断する電流ヒューズのいずれか一方または両方が適用できる。表示回路の表示灯は、例えば数ｍＡの低電流で高輝度点灯する発光ダイオードで、この発光ダイオードに保護ダイオード、保護抵抗などを直列接続して表示回路を構成する。この表示回路においては、切離し回路のヒューズが溶断していない平常時には電路から保護ダイオードまたは保護抵抗を通して電流が発光ダイオードに流れてこの発光ダイオードが発光し、避雷素子が正常であることを表示する。この表示回路に、フォトカプラと出力回路を接続する。
【０００８】
フォトカプラは、発光素子たとえば発光ダイオードと受光素子としてのフォトトランジスタを備えたフォトカプラに限らず、発光ダイオードと光起電力素子およびＭＯＳ型トランジスタを備えたフォトモスリレーやフォトサイリスタなどの低電流で作動する半導体装置を含む。このフォトカプラの発光素子は、表示回路の表示用発光ダイオードと同様に避雷素子が正常時に点灯し、避雷素子が所定のレベルを超えて劣化したり破損した異常時に消灯する。この消灯によって避雷素子が異常な状態となったことを報知するための警報信号として出力回路に出力する。出力回路は、遠隔地の監視制御部に避雷素子正常か否かの信号を伝送するための複数の通信線に出力端子を接続した簡単な回路で構成できる。また、フォトカプラと出力回路を表示回路に接続することで、表示回路と同じ低電圧、低電流で駆動する回路構成とすることができ、回路の簡略化、低コスト設計が容易となる。
【０００９】
本発明においては、切離し回路を、避雷素子の劣化による発熱で溶断する温度ヒューズと、避雷素子のサージ耐量を超え、それを破損させる大きさの異常電流で溶断する電流ヒューズの直列回路とすることができる。電路が三相電源回路のような比較的大きな異常電流（雷サージ電流など）が流れる電力系のものである場合に、切離し回路に温度ヒューズと電流ヒューズを直列に接続して、大きな異常電流が到来したときには電流ヒューズを確実に溶断させて避雷素子を電路から切り離し、電流ヒューズが溶断しない程度の特性劣化による漏れ電流で避雷素子が発熱すると温度ヒューズを溶断させて避雷素子を電路から切り離すようにすることで、サージ電流や漏れ電流にも確実性よく対処できる避雷器が実現できる。
【００１０】
また、本発明においては、出力回路の通信線間に、この通信線に外部の監視制御部などから侵入する異常電流を放電するサージ吸収素子を設置することができる。このサージ吸収素子は、電路間や電路と対地間に接続される避雷素子と同じもので、ここでは両者を明確に区別するために呼び方を異ならせている。出力回路の通信線間にサージ吸収素子を接続することで、通信線を通して到来する異常電流からフォトカプラ、表示回路が保護され、フォトカプラと表示回路の動作を安定したものにする。
【００１１】
また、本発明においては、フォトカプラと出力回路を１つの基板に実装して１つの独立した第１の回路ユニットを構成し、さらに、電路間に接続される避雷素子と切離し回路と表示回路を別の１つの基板に実装して第２の回路ユニットを構成し、これら第１と第２の回路ユニットを上下二段に連結し配線して１つの基板ユニットを構成した状態で、避雷器に組み込むことができる。
【００１２】
このようにフォトカプラと出力回路を１つの基板に実装した第１の回路ユニットは、独立した単品として製造組立ができ、単品として他の種類の電路への用途変更が可能である。また、第１と第２の回路ユニットを上下二段に連結し配線して一体化することで、避雷器全体をコンパクトにすることができ、１つのコンパクトな絶縁性外装ケースに収納することが容易になる。この場合の絶縁性外装ケースは、電路との配線用端子台を含む複数種類の端子台を一体に有するコンパクトケースが適用できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電路間や電路と対地との間に設置する避雷素子の劣化や破損の有無を表示する表示回路に、外部に避雷素子正常か否かを示す信号を出力するためのフォトカプラと出力回路とを接続したので、フォトカプラと出力回路を表示回路と同じ低電圧、低電流で駆動する回路部品で構成できて、ヒューズによる劣化切離し信号検出機能と異常警報出力機能付き避雷器全体の回路の簡略化、低コスト設計が可能となる優れた効果がある。また、雷サージなどで避雷素子が瞬間的に破損しても、この破損時にヒューズが溶断して避雷素子を確実に電路から切り離し、表示回路とフォトカプラを確実に動作停止させるので、随時に常に安定した避雷素子正常の有無表示と、避雷素子破損の異常発生警報出力を行うことができて、信頼度の高い避雷器が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図５を参照して説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は、三相ＡＣ電源回路のＵ相電源線Ｌａ、Ｖ相電源線Ｌｂ、Ｗ相電源線Ｌｃの各電路間と、この各電路と接地端子Ｅとの間にそれぞれ接続した複数の避雷素子２（図示せず）を組み込んだ避雷器１の概要を示す回路図である。図２及び図３は、図１（Ａ）の避雷器１を２枚の基板に実装して組み付けた基板ユニット２０の斜視図で、符号２が避雷素子である。また、図４及び図５は、基板ユニット２０を１つの絶縁性外装ケース３０に収納した避雷器の外観例を示す図である。
【００１６】
図１（Ａ）に示す避雷器１は、各電源線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに介挿したヒューズＦを有する３組の切離し回路３と、電源線間に接続した２組の表示回路４−１、４−２を備える。なお、図１（Ａ）に図示するヒューズＦは１つであるが、三相電源回路用の避雷器１の場合は、図１（Ｂ）に示すように電流ヒューズＦａと温度ヒューズＦｂの２種類を直列接続して切離し回路３を形成することが望ましい。なお、避雷素子２に流れる異常電流レベルが低い用途の他の電源回路や通信回路においては、避雷素子２が損壊するおそれがきわめて少ないことから、電流ヒューズＦａを省略して温度ヒューズＦｂのみで切離し回路３を形成してもよい。
【００１７】
図１（Ａ）の表示回路４−１、４−２は、表示用発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）と保護ダイオードＤ、保護抵抗Ｒ、平滑コンデンサＣの直列回路で、電路間の電圧が抵抗Ｒ、保護ダイオードＤなどで分圧された低電圧による低電流でＬＥＤが点灯する。避雷素子が問題となるレベルまで劣化せず、ヒューズＦが動作しない正常な状態にあるとき、ＬＥＤが点灯して正常である表示が行われる。
【００１８】
図１（Ａ）の避雷器１は、２組の表示回路４−１、４−２のそれぞれに２組のフォトカプラ５−１、５−２を直列接続し、この２組のフォトカプラ５−１、５−２に共通の１組の出力回路６を直列接続して構成される。２組の各フォトカプラ５−１、５−２は、それぞれ発光素子としての発光ダイオード５ａと、その発光を受光して出力する受光素子としてのフォトトランジスタ５ｂとが光結合して構成される。発光ダイオード５ａを平滑コンデンサＣにそれぞれ並列接続して、フォトカプラ５−１、５−２を表示回路４−１、４−２に直列接続する。出力回路６は、２組の各フォトカプラ５−１、５−２のフォトトランジスタ５ｂからの出力信号を外部の監視制御部８に送信する３本の通信線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を備える。各通信線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３にはそれぞれ抵抗Ｒ’が介挿され、先端に出力端子７−１、７−２、７−３を備える。また、１本の通信線Ｌ２が２組のフォトカプラ５−１、５−２の一方の出力端に接続され、残り２本の通信線Ｌ１、Ｌ３が２組のフォトカプラ５−１、５−２の他方の各出力端に分けて接続される。各通信線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の線間に、双方向性シリコンサージ防護素子９−１、９−２とガス封入３極避雷管１０が接続される。この例ではシリコンサージ防護素子９−１、９−２を通信線Ｌ１、Ｌ２間と、通信線Ｌ１、Ｌ３間にそれぞれ挿入しているが、さらに通信線Ｌ２、Ｌ３間に挿入付加することも有効である。
【００１９】
次に、上記回路構成の避雷器１を、たとえば三相電源線に適用したときの動作について説明する。この場合には、避雷器１の正常または異常の状態を示す出力は、通信線Ｌ３、Ｌ１間に得られる。
【００２０】
三相の電源線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのいずれにもサージ電流の侵入がなく、また、避雷素子２が劣化をしていない平常の状態においては、電源線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのそれぞれに接続された各ヒューズＦが溶断動作せず、２組の表示回路４においてそれぞれの平滑コンデンサＣ、保護抵抗Ｒおよび保護ダイオードＤを通してＬＥＤに電流が流れ、ＬＥＤが点灯して、避雷器１が正常な状態であることを表示する。このとき、平滑コンデンサＣが充電されるので、それぞれに並列接続されたフォトカプラ５−１、５−２の各発光ダイオード５ａが通電して、発光する。発光ダイオード５ａの発光によって、それぞれに光結合されたフォトトランジスタ５ｂが導通し、出力回路６の端子７−３、７−１間がオン状態となって、避雷素子２が正常であることを示す出力信号が得られ、それが通信線Ｌ３、Ｌ１を通して監視制御部８に伝送される。
【００２１】
電源線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのいずれか、たとえば電源線Ｌａに雷サージが侵入し、避雷素子２のうちの対応する素子に耐量を超える過大電流が流れてヒューズＦの少なくとも一つが溶断すると、電源線Ｌｂ、Ｌａ間が電気的に切り離されて表示回路４−１への通電が断たれ、そのＬＥＤが消灯する。これによって、避雷素子２に損壊が生じ、またはそれが機能しない状態であることを表示する。表示回路４−１への通電が停止すると、この回路中の平滑コンデンサＣの充電がされなくなり、フォトカプラ５−１の発光ダイオード５ａへの電流供給が止まる。これによって、発光ダイオード５ａが消灯し、それに光結合したフォトトランジスタ５ｂがオフとなり、出力回路６の出力端子７−３、７−１間がオフとなって、通信線Ｌ３、Ｌ１に避雷素子２が異常状態であることを示す出力信号が得られ、監視制御部８にそれが送られる。
【００２２】
避雷素子２において、電源線Ｌｂに接続された素子に異常が生じたときには、表示回路４−１、４−２がオフ状態になることから、フォトカプラ５−１、５−２がオフして、通信線Ｌ３、Ｌ１間に、異常状態となったことを表す出力信号が発生する。また、電源線Ｌｃに接続された避雷素子に故障が生じたときには、フォトカプラ５−２がオフとなり、異常発生を示す警報信号が通信線Ｌ３、Ｌ１を通して監視制御部８に送られる。
【００２３】
無論、ヒューズＦとして温度ヒューズ単独で、またはそれを電流ヒューズと直列に接続して使用した場合には、避雷素子1の特性劣化による発熱を検知し、その表面温度が設定値に達すると、温度ヒューズが溶断して、劣化避雷素子を電源線から切り離す。これにより、表示回路４−１、４−２の対応するいずれか一方、または両方がオフとなるため、上述と同様にして通信線Ｌ３、Ｌ１間に異常状態であることを示す出力信号が発生する。
【００２４】
また、電源線Ｌａ、Ｌｂを使用して単相で電力供給を行う場合においては、表示回路４−１のＬＥＤの点灯または消灯で正常状態かまたは異常状態が発生したかを表示する。さらにそれに対応してフォトカプラ５−１がオン、またはオフとなり、出力回路６の出力端子７−２、７−１間に正常または異常を示す出力信号が発生し、通信線Ｌ２、Ｌ１を通して監視制御部８にその出力信号が送信される。
【００２５】
ところで、この装置において通信線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を通して避雷素子２の正常または異常の状態を監視制御部８に遠隔的に伝送する構成とすることによって、これら通信線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を通してサージが到来するおそれがある。このサージに対しては、出力回路６における双方向性シリコンサージ防護素子９−１またはサージ防護素子９−２とガス封入３極避雷管１０とが導通し、フォトカプラ５−１、５−２をサージから防護し、さらには電源線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃへの影響波及を実質的に阻止する。
【００２６】
上記回路構成の避雷器１は、例えば図２及び図３に示すような基板ユニット２０の構造で製造組立すればよい。基板ユニット２０は、２組のフォトカプラ５と出力回路６を第１の基板１１に実装した第１の回路ユニット２１と、３組の切離し回路３と２組の表示回路４を第２の基板１２に実装した第２の回路ユニット２２を上下２段に連結して一体化したものである。２枚の基板１１、１２はプリント配線基板で、第１の基板１１の図２で下面にフォトカプラ５と出力回路部品が実装され、第２の基板１２の図２で上面に一対のＬＥＤが実装され下面にヒューズＦとＬＥＤを除く表示回路部品が実装される。２枚の基板１１、１２は、複数本の配線用支柱部１３で連結されて、所定の間隔で平行に対向する。第２の基板１２の上面に突出する一対のＬＥＤは、第１の基板１１の上面から突出する。第２の基板１２の下面に図３に示すようにヒューズＦと避雷素子２が配置される。
【００２７】
図３に示す複数の避雷素子２は円盤状のアレスタ素子の他、矩形箱形の放電ギャップ素子を含む。第２の基板１２に円盤状の避雷素子２は、基板１２に対して略垂直な縦置き仕様で設置される。ヒューズＦは、直管形ガラス管にヒューズ要素を挿通してガラス管両端を金属キャップで封止した電流ヒューズＦａと、ヒューズ要素を樹脂で封止した温度ヒューズＦｂの２種で、いずれも第２の基板１２に縦置き仕様で設置される。温度ヒューズＦｂを円盤状の避雷素子２に接触または近接させて設置して、避雷素子２の劣化による発熱で温度ヒューズＦｂが正確に応答するようにしてある。
【００２８】
図４及び図５に示す外装ケース３０は樹脂製の下部ケース３０ａと上部ケース３０ｂを分離可能に合体させたもので、内部空間に基板ユニット２０を位置決めして収納する。外装ケース３０は電路用端子台３１と信号線用端子台３２、接地用端子台３３を一体に有し、上部ケース３０ｂにＬＥＤが覗く一対の表示用窓穴３４を有する。電路用端子台３１に三相の電源線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃがねじ付き構造で形成され、信号線用端子台３２に出力回路６の出力端子７が電線挿入構造で形成される。各端子台３１、３２、３３は、外装ケース３０に着脱自在に装着される透明な絶縁カバー３５で絶縁保護される。このような外装ケース３０内に基板ユニット２０が第１の基板１１を上にして収納され、第１の基板１１の上面から突出する一対のＬＥＤが表示用窓穴３４の奥に位置する。第２の基板１２の下面に突出するヒューズＦや避雷素子２は外装ケース３０の底面近くに位置するようにしてあり、このようにすることで基板ユニット２０と外装ケース３０が、小形でコンパクトなものとなる。
【００２９】
なお、本発明の避雷器は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３０】
また、図１の回路に示す避雷器は三相電源回路に適用したものであるが、この避雷器は二相の電源回路に適用できる。例えば、図１における２本の電源線ＬａとＬｂの間に設置した一方の表示回路４−１、４−２と出力回路６の２本の通信線Ｌ１、Ｌ２を使用することで、二相の電源回路に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）は本発明に係る避雷器の概要を示す回路図、（Ｂ）は切離し回路の一例を示す回路図である。
【図２】図３の避雷器における基板ユニットの斜視図である。
【図３】図４の基板ユニットの下面側からの斜視図である。
【図４】図１の避雷器の全体の斜視図である。
【図５】図４の避雷器の一部断面を含む側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    避雷器
２    避雷素子
３    切離し回路
４−１、４−２    表示回路
５−１、５−２    フォトカプラ
６    出力回路
７−１、７−２、７−３    出力端子
８    監視制御部
９−１、９−２    双方向性シリコンサージ吸収素子
１０    サージ吸収素子、ガス封入３極避雷管
２０    基板ユニット
１１    第１の基板
１２    第２の基板
２１    第１の回路ユニット
２２    第２の回路ユニット
３０    絶縁性外装ケース
３１、３２、３３    端子台
３４    表示用窓穴
Ｆ    ヒューズ
Ｆａ    電流ヒューズ
Ｆｂ    温度ヒューズ
Ｌ１〜Ｌ３    通信線
Ｌａ〜Ｌｃ    電源線
ＬＥＤ    表示用発光ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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