(57)【要約】【課題】  屋外から引き込まれる全ての電線の避雷を行なうことができるばかりでなく、機器にノイズ電流が流れたことを確認できることは無論のこと、機器が破壊された原因であるノイズ電流が雷によるものなのか、静電気あるいは電磁波によるものなのか判別する。【解決手段】  放電管内に少なくとも２極の放電素子２、３を設け、これら放電素子２、３に電子機器等の電源ケーブル、通信ケーブル、アンテナ線、電話線又はネットワークケーブル並びに線路抵抗の異なる複数のアースケーブルを接続してニアバイアース化し、線路抵抗が最小となるアースケーブルに過剰電流を放流させる。【選択図】  図１
2005056629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管内に少なくとも２極の放電素子を設け、これら放電素子に電子機器等の電源ケーブル、通信ケーブル、アンテナ線、電話線又はネットワークケーブル並びに線路抵抗の異なる複数のアースケーブルを接続してニアバイアース化し、線路抵抗が最小となるアースケーブルに過剰電流を放流させることを特徴とする過剰電流の回避回路放電管。
【請求項２】
放電開始電圧の異なる放電素子を複数組み合わせて配置したことを特徴とする請求項１記載の過剰電流の回避回路放電管。
【請求項３】
対向配置した放電素子の離間距離の違いにより放電開始電圧を調整するようにしたことを特徴とする請求項２記載の過剰電流の回避回路放電管。
【請求項４】
放電素子の先端に設けた凹凸により離間距離を異ならせることを特徴とする請求項３記載の過剰電流の回避回路放電管。
【請求項５】
円形のセンター放電素子と、これを包囲して配置される環状の放電素子とからなりセンター放電素子の外周及び環状素子の内周に段部又は対向配置された突起を設けたことを特徴とする請求項３記載の回避回路放電管。
【請求項６】
放電管内に少なくとも３極の放電素子を設け、このうち二極の放電素子を電力線のプラス線及び大地へ埋設したアース板に接続すると共に、残りの一極を電力線のマイナス線又はビルの鉄筋又は大地に埋設されるアース板に接続されるケーブルと結線してニアバイアース化して接続し、接地抵抗が最小となる線路に過剰電流を放流させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回避回路放電管を用いた過剰電流の回避システム。
【請求項７】
過剰電流を測定するカウンターを設け、放電管で発生した放電回数を記憶すると共に、可視表示可能にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回避回路放電管を用いた過剰電流の回避システム。
【請求項８】
電気機器の電源基盤と回路基板とを隔離し、且つ金属製ボックスで囲んだ交流電源回路に接続することを特徴とする請求項７記載の回避回路放電管を用いた過剰電流の回避システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷によって発生する外部サージ電流から電子機器等を保護するための避雷技術に関し、とくに、電力系統の一般需要家に設置される分電盤に収容されて雷サージから電源受電機器、家庭、工場、事務所内機器類を保護する回避回路放電管およびそれを用いた過剰電流の回避システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
落雷によって発生する外部サージ電流等（以下、単にノイズ電流と言う）から電子機器等を保護するためには、避雷器やノイズ電流カット機器を接続することが一般的に行われている。一般的に用いられる避雷器は、放電素子としての所定のギャップを介して相対する一対の電極を備え、落雷等によって発生するノイズ電流がある程度限界を超えると、この電極間にて過電圧を放電し、この放電によって電子機器等を保護するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１５１４６０号公報（第２頁−３頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アースケーブルと大地に接地してあるアース板との線路抵抗値（ビル内に配線されたケーブル長の階数に応じた長さの違いによって生じる変動インピーダンス抵抗値）が変動するため、避雷器と接続されたプラスケーブル、マイナスケーブル及びアースケーブルにもノイズ電流が流れ、避雷器と機器基盤が破壊されているのが実状である。また、ビルに直雷あるいはその近隣に落雷すると、大地に流れて蓄電したノイズ電流により大地電圧が上昇することで、ノイズ電流がアースケーブルを逆流して機器を破壊していた。
【０００５】
このような、ノイズ電流の発生により、放電素子としての電極間において過電圧の放電が行われるタイプの避雷器においては、放電のたびごとに電極の損傷が激しく、避雷器としての性能が徐々に劣化する。したがって、一定回数の放電があると避雷器の交換が必要になる。
【０００６】
従来の避雷器が破壊される原因としては、避雷器の放電素子が二極構造であり、過剰なノイズ電流を逃がすルートが一極しかないことに起因する。すなわち、避雷器内で過剰電流を逃がすルートが複数無いことが原因である。また、雷の直撃によるサージ電流や、雷由来の誘導サージ電流等によって電子機器が損傷することを防止するため、避雷器を内蔵する分電盤がある。このような分電盤は電話線等の低周波通信線も同時に収容し、避雷器による雷サージの除去を行なうことができる。これによって、ファクシミリやパーソナルコンピューター等、電灯線及び電話線等と複数の線が接続されている機器の場合であっても、電源線又は低周波通信線の一方に雷サージが生じても分電盤内の避雷器によって機器を保護することができる。
【０００７】
しかし、各機器に接続される全ての線に対して雷サージの対策を施さないと、対策されていない線から機器へノイズ電流が流れ、機器の損傷を引き起こすおそれがある。例えば、戸別に設置されることが多いテレビアンテナ及びこれをテレビ受像機に接続するためのアンテナ線については、避雷対策がないばかりか、接地していないことが多い。このため、アンテナ線がファラデーホールとなり、アンテナ等から侵入した雷サージ電流がテレビ受像機を経由して電源線に接続している全ての機器に到達し、被害を及ぼすことがあった。また近年、光通信ケーブルによる通信は、高速且つ大量のデータ送信力により、イントラネットやインターネット、ケーブルテレビや携帯電話網といった多くの通信網の中核となりつつある。とくに、コンピューターネットワークの爆発的な成長と携帯電話等の無線通信手段の急速な普及に伴い、その需要は年々高まり光通信ケーブルはいたるところで布設されるようになってきている。
【０００８】
例えば、クリーンルームやサーバールーム等においては、クライアントコンピュータとサーバーコンピュータ、若しくは精密機器とを、ハブを介して相互接続してネットワーク化することが普及している。この場合も伝送路としてノイズの少ない光通信ケーブルを使用し、クライアントとサーバー間を光通信ケーブルで接続する配線システムが増えつつある。
【０００９】
ところで、光通信ケーブルは、実質的にはガラス繊維の束であり、電導体ではないことから、従来は落雷等の被害とはほとんど無縁であると考えられていた。しかしながら、無線通信手段の普及に伴いその中継局のアンテナがいたるところに建設されるようになると、この局舎において落雷の被害報告が頻繁に寄せられるようになってきた。当然、アンテナそのものは避雷対策がなされているはずなのに、このような落雷の被害が出ている原因は、落雷がアンテナそのものへの直雷被害だけではないためである。
【００１０】
すなわち、局舎近傍への落雷によって生じる誘導雷が、この光通信ケーブルの牽引用に使用されるテンションメンバー（鉄芯）やメセンジャーワイヤーに誘導されてフラッシュオーバー（発火）を起こし、延いてはこれが光通信ケーブルの端部が接続された局舎の配線箱（成端箱）を破壊するなどの被害があることが判明した。このような被害は、上述のようなアンテナ中継局のみならず、光通信ケーブルが布設される全ての場所において発生するおそれがある。
【００１１】
また、雷によるノイズ電流の他に、人体に帯電する静電気又は電磁波が電線ケーブルやブレーカー及びコンセントに流れ電気機器の基盤に放流されることで、機器及び記憶データー等への被害が発生する場合もある。しかしながら、避雷器が二極である構造上、機器が破壊された原因であるノイズ電流が雷によるものなのか、静電気あるいは電磁波によるものなのか判別できないばかりでなく、ノイズ電流が流れたこと自体を確認することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、放電管内に少なくとも２極の放電素子を設け、これら放電素子に電子機器等の電源ケーブル、通信ケーブル、アンテナ線、電話線又はネットワークケーブル並びに線路抵抗の異なる複数のアースケーブルを接続してニアバイアース化し、線路抵抗が最小となるアースケーブルに過剰電流を放流させることを特徴とする過剰電流の回避回路放電管を提供する。
【００１３】
請求項２の発明では、請求項１の過剰電流の回避回路放電管において、放電開始電圧の異なる放電素子を複数組み合わせて配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項２の過剰電流の回避回路放電管において、対向配置した放電素子の離間距離の違いにより放電開始電圧を調整するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項３の過剰電流の回避回路放電管において、放電素子の先端に設けた凹凸により離間距離を異ならせることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項３の過剰電流の回避回路放電管において、円形のセンター放電素子と、これを包囲して配置される環状の放電素子とからなりセンター放電素子の外周及び環状素子の内周に段部又は対向配置された突起を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回避回路放電管を用いた過剰電流の回避システムであって、放電管内に少なくとも３極の放電素子を設け、このうち二極の放電素子を電力線のプラス線及び大地へ埋設したアース板に接続すると共に、残りの一極を電力線のマイナス線又はビルの鉄筋又は大地に埋設されるアース板に接続されるケーブルと結線してニアバイアース化して接続し、接地抵抗が最小となる線路に過剰電流を放流させることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回避回路放電管を用いて、過剰電流を測定するカウンターを設け、放電管で発生した放電回数を記憶すると共に、可視表示可能にしたことを特徴とする過剰電流の回避システムを提供する。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項７記載の回避回路放電管を用いた過剰電流の回避システムを、電気機器の電源基盤と回路基板とを隔離し、且つ金属製ボックスで囲んだ交流電源回路に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、落雷に起因するサージ電流による屋外から引き込まれる全ての電線の避雷を行なうことができるばかりでなく、機器にノイズ電流が流れたことを確認できることは無論のこと、機器が破壊された原因であるノイズ電流が雷によるものなのか、静電気あるいは電磁波によるものなのか判別することができる。
【００２１】
すなわち、機器の破壊診断を迅速に行なうことができ、その原因が落雷等の自然災害によるものなのか、ユーザー側あるいはメーカー側の機器設計上の問題なのか、施工者の帯電、メンテナンス作業者の帯電、ビル設計上の問題なのか等、人為的に引き起こされたものなのかという判別が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基いて説明する。
図１は本発明に係る放電管の一実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図２は放電素子の他の実施例を示す一部破断斜視図、図３は本発明に係る放電管の他の実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図３は本発明に係る避雷器を模式的に示す説明図、図５はサージカウンター回路の一実施例を示す回路図、図６は本発明に係る分電盤を模式的に示す正面図、図７は図６の要部説明図、図８は本発明に係る避雷システムを示す説明図、図９は本発明に係る避雷器のコネクター部を示す説明図、図１０は本発明に係る過剰電流回避システムを示す説明図、図１１は本発明に係るサーバールームの一実施例を示す説明図である。
【実施例】
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る回避回路放電管１は、密封されたケースやカプセルからなる放電管（図示せず）内に、円形のセンター放電素子２と、これを包囲して４分割に配置される環状の放電素子３とからなり、センター放電素子２の外周及び環状素子３の内周に対向配置された突起４ａ及び４ｂが設けられている。そして、これら突起４ａ及び４ｂの離間距離ｄを各々異ならせることにより放電開始電圧を調整し、電子機器等（以下、単に機器と称す）の電源ケーブル、通信ケーブル、アンテナ線、電話線又はネットワークケーブル並びに線路抵抗の異なる複数のアースケーブルを接続してニアバイアース化し、線路抵抗が最小となるアースケーブルに過剰電流を放流させるようにされている。尚、放電管内には少なくとも２極の放電素子を設ければよく、環状の放電素子３を分割せずに一極とし、突起４ａ及び４ｂに代えて図２に示すような内方に突出した鍔（段部）５を設けるものでもよい。この場合、二極間の放電開始電圧は極めて高い値（例えば、６０００Ｖ以上）に設定でき、高圧送電線の避雷器用やキュービクルのブレカーに取り付けることができる。すなわち、コンパクトでありながら高電圧用の放電素子としての使用が可能になる。放電素子の材質としては、白金、銅、イリジウム、モリブデン、その他、導電性の高い金属を使用する。
【００２４】
また、図３に示すように、長短段々になるように対向配置した放電素子２及び３の離間距離ｄの違いにより放電開始電圧を調整するように、放電開始電圧の異なる放電素子２及び３を複数組み合わせて配置してもよく、所期の効果を得ることができる。すなわち、本発明の回避回路放電管１は、放電素子２、３の先端に設けた凹凸により離間距離ｄを異ならせることにより放電開始電圧を調整することを要旨とする。したがって、本発明に係る回避回路放電管１を極低電圧の機器基板内、電源コンセント、分電盤、高電圧を送電する送電線のキュービクルに各所配置することでノイズ電流に対するゾーンディフェンスを形成することができる。
【００２５】
図４は、本発明に係る避雷器６を示すものである。避雷器６は、外部サージによる過電圧を放電するための回避回路放電管１と、この放電管１の作動数、すなわち、放電回数をカウントするためのカウンター（雷サージ用）７及び（静電気サージ用）８を備えている。避雷器６は、外部サージ電流の侵入による過電圧を放電するための放電素子として、太地にアースされたセンター放電素子２と、電源線や信号線に接続される３極の放電素子３ａ、３ｂ及び３ｃを備えている。また、避雷器６には施工やメンテナンスを行なう作業者に装着するリストバンド９が接続され、作業者に帯電した静電気や電磁波によるノイズ電流をもカウントできるようにされている。この避雷器６とカウンター７、８は小型化してＨＵＢや機器の基板上に取り付けることも可能である。
【００２６】
カウンター７及び８はＣＰＵとシステムプログラムを記憶するＲＯＭとカウント数を記憶する作業用ＲＡＭを備えており、図５に示すサージカウンター回路が検出した放電数をカウントする。このカウントされた回数は、ＲＡＭに記憶されると共にオシロスコープ等のディスプレイに可視表示される。図６及び図７は本発明に係る避雷器６を収納した分電盤１０を示すもので、ＨＵＢ及び通信機器１１の電源コンセント１２とブレーカー１３との間に配され、基盤及びカウンターの復旧ボタン１４が取り付けられている。
【００２７】
図８は、分電盤１０とパソコンやサーバー等のＯＡ機器との間に接続されるノイズ電流の回避回路Ｆを示す。この回避回路Ｆは、デジタル制御基板やマザーボード１８の直流電源回路を介して、図９に示すような８芯モジュラーコネクター１５によりＯＡ機器等に接続される。図１０は、過剰電流回避システムを示す概念図であり、商用電源コンセント１６と避雷器６は、外皮を銅のメッシュ材１７ａ等でシールドされたツイストケーブル１７で接続されると共に、フィルター回路（静電気ノイズ分流回路）Ｆを介してデジタル制御回路基板１８のトランス（整流器）１９に接続され、全体を金属製ボックス２０で囲んで外部電磁波の侵入を防止する構成とされている。そして、アースケーブルに接続されたパソコンＰや指で触れて人体に帯電した静電気等を逃がすタッチキーボード２１やデスク上に敷かれた鉄板又は導電性シート２２からの静電気によるノイズ電流は一端フィルター回路Ｆを経由させ発生した電圧の高さに応じて分流アースされることで機器への悪影響を回避できるようにされている。尚、この場合、フィルター回路（静電気ノイズ分流回路）Ｆの配置位置は、トランス１９の一次側又は二次側のどちら側に取り付けるものでも良い。
【００２８】
図１１は、本発明に係るサーバールームを示す説明図である。このサーバールームは部屋の壁面及び天井面全体を鉄板又は金網等による電磁シールド２３で囲まれ、室内の機器が内部からの携帯電話等による電磁波の漏洩及び外部からの電磁波等の侵入による影響を受けないように構成されると共に、床面は導電性マット２４が敷設され、この導電性マット２４に接続されるアースケーブル２５は建物の鉄筋２６を介して大地に埋設されたアース板２７に接続されている。ここで、アースケーブル２５としては、外部電磁波の影響を受け難いツイストケーブルを用いるのが望ましい。室内に設けられたサーバー２８は金属製ボックスである１９インチラック３１内に収納され、ルーター２９を介して公衆電話回線３０に接続され遠隔地とのデータ通信が可能にされ、サージカウンター回路が検出した放電回数を遠隔地に設置されたパソコンのディスプレイ等に可視表示することができる。サーバー２８は同じく１９インチラック３１内に収納されたＨＵＢ３２を介して建物の各フロアーに設置されたコンセントボックス３３、通信ケーブルを収納した分電盤３４及び屋上に設置された雷受信用のパラボラアンテナ３５等にネットワークケーブル３６を介して接続されている。
【００２９】
これらのＨＵＢ３２、コンセントボックス３３、分電盤３４には前述の避雷器６とカウンター７、８が取り付けられると共に、室内に配置されたデスク３７も含めて作業者が装着するリストバンド９が接続され静電気対策が施されている。これにより屋外から引き込まれる全ての電線の避雷を行なうことができるばかりでなく、機器にノイズ電流が流れたことを確認できることは無論のこと、機器が破壊された原因であるノイズ電流が雷によるものなのか、静電気あるいは電磁波によるものなのか等の判別することができる。
【００３０】
そして、パラボラアンテナ３５で受信した落雷データと、ＨＵＢ３２、コンセントボックス３３、分電盤３４の避雷器６及びカウンター７、８の放電記録データーを管理することで、機器の破壊診断を迅速に行なうことができ、その原因が落雷等の自然災害によるものなのか、ユーザー側あるいはメーカー側の機器設計上の問題なのか、施工者の帯電、メンテナンス作業者の帯電、ビル設計上の問題なのか等、人為的に引き起こされたものなのかという判別が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る放電管の一実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】放電素子の他の実施例を示す一部破断斜視図である。
【図３】本発明に係る放電管の他の実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明に係る避雷器を模式的に示す説明図である。
【図５】サージカウンター回路の一実施例を示す回路図である。
【図６】本発明に係る分電盤を模式的に示す正面図である。
【図７】図６の要部説明図である。
【図８】本発明に係る避雷システムを示す説明図である。
【図９】本発明に係る避雷器のコネクター部を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る過剰電流回避システムを示す説明図である。
【図１１】本発明に係るサーバールームの一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    回避回路放電管
２    センター放電素子
３    環状の放電素子
４ａ  突起
４ｂ  突起
５    段（鍔部）
６    避雷器
７    サージカウンター（雷サージ用）
８    サージカウンター（静電気サージ用）
９    リストバンド
１０  分電盤
１１  ＨＵＢ及び通信機器
１２  電源コンセント
１３  ブレーカー
１４  復旧スイッチ
１５  コネクター
１６  電源コンセント
１７  電源ケーブル
１８  デジタル制御基板（マザーボード）
１９  トランス（整流器）
２０  金属製ボックス
２１  タッチボード
２２  導電性シート（鉄板）
２３  壁面の電磁シールド
２４  床（導電性シート）
２５  アースケーブル
２６  建物の鉄筋
２７  アース板
２８  サーバー
２９  ルーター
３０  公衆電話回線
３１  １９インチラック（金属製ボックス）
３２  ＨＵＢ
３３  コンセントボックス
３４  分電盤
３５  パラボラアンテナ
３６  ネットワークケーブル（光ケーブル）
Ｆ    フィルター回路（静電気ノイズ分流回路）
Ｐ    パソコン
【図１】
2005056629.tif 000003
【図２】
2005056629.tif 000004
【図３】
2005056629.tif 000005
【図４】
2005056629.tif 000006
【図５】
2005056629.tif 000007
【図６】
2005056629.tif 000008
【図７】
2005056629.tif 000009
【図８】
2005056629.tif 000010
【図９】
2005056629.tif 000011
【図１０】
2005056629.tif 000012
【図１１】
2005056629.tif 000013