(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電流保護機能を有する漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置であって、
相極として前記漏電遮断器よりも電源側において接地される中性極を含み、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子のみの過電圧防護器を備えており、相極間に前記半導体素子のみの過電圧防護器以外の半導体素子のみの過電圧防護器がなく、かつ、
複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない
ことを特徴とする雷保護装置。
【請求項２】
過電流保護機能を有する漏電遮断器と、
前記漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置と
を備え、
前記雷保護装置は、
相極として前記漏電遮断器よりも電源側において接地される中性極を含み、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子のみの過電圧防護器を備えており、相極間に前記半導体素子のみの過電圧防護器以外の半導体素子のみの過電圧防護器がなく、かつ、
複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない
ことを特徴とする雷保護機能付分電盤。
【請求項３】
過電流保護機能を有する漏電遮断器よりも負荷側に配置される単相三線式用の雷保護装置であって、
３つの線のうち、１つは前記漏電遮断器よりも電源側において接地される中性極用であり、
３つの半導体素子のみの過電圧防護器を備え、
前記過電圧防護器は一端が、それぞれ別個の導線に接続され、他端が接地されており、
３つの線間に前記半導体素子のみの過電圧防護器以外の半導体素子のみの過電圧防護器がない
ことを特徴とする雷保護装置。
【請求項４】
過電流保護機能を有する漏電遮断器よりも負荷側に配置される単相二線式用の雷保護装置であって、
２つの線のうち、１つは前記漏電遮断器よりも電源側において接地される中性極用であり、
２つの半導体素子のみの過電圧防護器を備え、
前記過電圧防護器は一端が、それぞれ別個の導線に接続され、他端が接地されており、
２つの線間に前記半導体素子のみの過電圧防護器以外の半導体素子のみの過電圧防護器がない
ことを特徴とする雷保護装置。
【請求項５】
過電流保護機能を有する漏電遮断器よりも負荷側に配置される三相式用の雷保護装置であって、
３つまたは４つの線のうち、１つは前記漏電遮断器よりも電源側において接地される中性極用であり、
３つまたは４つの半導体素子のみの過電圧防護器を備え、
前記過電圧防護器は一端が、それぞれ別個の導線に接続され、他端が接地されており、
３つまたは４つの線間に前記半導体素子のみの過電圧防護器以外の半導体素子のみの過電圧防護器がない
ことを特徴とする雷保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分電盤用の雷保護装置、および雷保護機能付分電盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分電盤用の雷保護装置は、非特許文献１に規格が定められている。具体的には、以下のような内容である。
（１）雷保護装置の設置箇所は、引込口装置の負荷側とすること（非特許文献１の103ページ参照）。
（２）引込口装置は、過電流保護機能を有する漏電遮断器であること（非特許文献１の103ページ参照）。
（３）各相極と接地極との間にギャップ式避雷素子が挿入されていること（非特許文献１の804ページ参照）。
（４）中性極には、半導体素子を設けないこと（非特許文献１の804ページ参照）。
【０００３】
これらの条件を満足する１つの構成例を図示すると、図１となる。図１は、最も一般的な単相三線式の雷保護機能付分電盤の例を示している。雷保護機能付分電盤２０００は、漏電遮断器（過電流保護機能付）９００と雷保護装置９１０とを有する。漏電遮断器（過電流保護機能付）９００は、トランスの二次側コイル９５０に接続されており、負荷側に過電流が流れた場合と漏電があった場合に動作し、電源側と負荷側とを切断する。雷保護装置９１０は、半導体素子の過電圧防護器（図中には「半導体過電圧防護器」と記載）８０１、８０３とギャップ式避雷素子８２０を備えている。半導体素子の過電圧防護器８０１、８０３は、それぞれ導線９８１、９８３に一端が接続されている。また、半導体素子の過電圧防護器８０１、８０３の他端と中性極である導線９８２は、ギャップ式避雷素子８２０の一端に接続されている。そして、ギャップ式避雷素子８２０の他端が接地されている。つまり、ギャップ式避雷素子８２０は、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子である。
【０００４】
雷によるサージ電流が流れると、導線９８１、９８２、９８３に同時に高電圧が印加される。そして、ギャップ式避雷素子８２０が短絡されるとすぐに、半導体素子の過電圧防護器８０１、８０３がほぼ同時に短絡状態となり、雷サージ電流は接地（Ｇ２）に流れる。したがって、負荷側に接続された機器の損傷などを防ぐことができる。なお、半導体素子の過電圧防護器は個体差が小さいので、ほぼ同時に動作するように設計できる。したがって、導線間に過電圧が生じない。
【非特許文献１】“内線規程（電気技術規程使用設備編），１３６１節  雷保護装置”，需要設備専門部会，日本電気協会発行，pp．103-104，pp．804-805，平成17年9月．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示した非特許文献１の規程に従った従来の分電盤用の雷保護装置（もしくは雷保護機能付分電盤）では、例えば、過電圧防護器８０１が絶縁不良となり漏電が生じても漏電遮断器９００が動作しない場合があるという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、過電圧防護器の絶縁不良による漏電に対して、漏電遮断器が動作できるような雷保護装置（もしくは雷保護機能付分電盤）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】
本発明の雷保護装置は、過電流保護機能を有する漏電遮断器よりも負荷側に配置される。そして、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がないことを特徴とする。なお、本明細書でのギャップ式避雷素子は、ガス入り放電管、エアギャップなどを含んでいる。
本発明の雷保護機能付分電盤は、過電流保護機能を有する漏電遮断器と、漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置とを備えている。そして、雷保護装置には、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の雷保護装置および雷保護機能付分電盤によれば、半導体素子の過電圧防護器の絶縁不良が発生した場合にも漏洩遮断器を動作させることができるので、安全である。また、雷サージ電流が流れた場合にも、半導体素子の過電圧防護器によって雷サージ電流を接地に流すことができる。そして、半導体素子の過電圧防護器は個体差が小さいので、ほぼ同時に動作するように設計できる。したがって、導線間に過電圧が生じる危険がない。つまり、本来の雷防護の機能も十分に保有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明では、まず、非特許文献１の規程に従った従来の分電盤用の雷保護装置（もしくは雷保護機能付分電盤）の問題点を分析する。そして、その分析結果から問題点を解決した雷保護装置および雷保護機能付分電盤の構成を示す。
【０００９】
［分析］
図１に示した最も一般的な単相三線式の雷保護機能付分電盤の例を用いて分析する。まず、漏電遮断器（過電流保護機能付）９００の動作条件について説明する。図２は、漏電遮断器（過電流保護機能付）９００の動作条件を説明するための図である。例えば、導線９８１と導線９８２に負荷を接続し、交流１００Ｖを利用する場合を考える。このとき、導線９８１と導線９８２にはそれぞれ、電流ＩＡと電流ＩＢが流れる。正常な状態であれば、ＩＡ＋ＩＢ＝０（表現をかえると｜ＩＡ｜＝｜ＩＢ｜）、かつＩＡは定格電流（例えば３０Ａ）以下である。
【００１０】
どこかで電流の漏れ（漏電）が生じ場合、ＩＡは定格電流以下であるが、ＩＡ＋ＩＢ≠０（表現をかえると｜ＩＡ｜≠｜ＩＢ｜）となる。漏電遮断器はＩＡ＋ＩＢが閾値を越えると（表現をかえると｜ＩＡ｜-｜ＩＢ｜が閾値を越えると）動作し、電源側と負荷側とを切断する。そして、この漏電検知用の閾値は数１０ｍＡである。
電力の使いすぎなどによる過電流が生じた場合、ＩＡ＋ＩＢ＝０（表現をかえると｜ＩＡ｜＝｜ＩＢ｜）であるが、ＩＡは定格電流より大きい。過電流保護機能は、ＩＡが一定時間以上閾値を越えると動作し、電源側と負荷側とを切断する。例えば、定格電流の２倍（例えば６０Ａ）流れた場合、数分で切断する。
【００１１】
図３は、半導体素子の過電圧防護器８０１が絶縁不良となった場合の現象を説明する図である。例えば、通常（過電圧が加わっていないとき）は１ＭΩあるはずの半導体素子の過電圧防護器８０１の抵抗が、１０Ωまで低下したとする。Ａ点と導線９８２との間の抵抗が０Ωとすると、導線９８１と導線９８２との間の抵抗は１０Ωとなる。導線９８１と導線９８２との間の電位差は１００Ｖなので、半導体素子の過電圧防護器８０１に流れる電流は１０Ａとなる。また、ギャップ式避雷素子８２０があるため、接地側には電流は流れない。したがって、導線９８１から半導体素子の過電圧防護器８０１に流れ込んだ電流は、導線９８２側に流れる。よって、半導体素子の過電圧防護器８０１の絶縁不良によって起きる現象は、ＩＡ＋ＩＢ＝０、ＩＡ＝１０Ａである。半導体素子の過電圧防護器８０１の絶縁不良であるから、本来、漏電として検知できなければならないが、ＩＡ＋ＩＢ＝０なので漏電遮断器（過電流保護機能付）９００は漏電としては検知できない。また、定格電流が３０Ａの場合、ＩＡは定格電流以下なので過電圧防護機能も動作しない。
【００１２】
図４に、非特許文献１の規格を満足する別の構成例を示す。雷保護機能付分電盤２１００は、漏電遮断器（過電流保護機能付）９００と雷保護装置９２０とを有する。漏電遮断器（過電流保護機能付）９００は、トランスの二次側コイル９５０に接続されており、負荷側に過電流が流れた場合と漏電があった場合に動作し、電源側と負荷側とを切断する。雷保護装置９２０は、ギャップ式避雷素子８３１、８３２、８３３を備えている。ギャップ式避雷素子８３１、８３２、８３３は、それぞれ導線９８１、９８２、９８３に一端が接続されている。また、ギャップ式避雷素子８３１、８３２、８３３の他端は、接地（Ｇ２）されている。
【００１３】
図５は、ギャップ式避雷素子８３１が絶縁不良となった場合の現象を説明する図である。例えば、通常（過電圧が加わっていないとき）は１ＭΩあるはずのギャップ式避雷素子８３１の抵抗が、１０Ωまで低下したとする。Ａ点と接地（Ｇ２）との抵抗は１００Ω程度、接地（Ｇ１）とトランスの二次側コイル９５０との間の抵抗は６０Ω程度である。したがって、導線９８１と導線９８２との間の抵抗は１７０Ω程度（およそ２００Ω）となる。導線９８１と導線９８２との間との間の電位差は１００Ｖなので、ギャップ式避雷素子８３１から接地を介してトランスの二次側コイル９５０に流れる電流は０．５Ａ（５００ｍＡ）となる。よって、ギャップ式避雷素子８３１の絶縁不良によって起きる現象は、ＩＡ＋ＩＢ＝０．５Ａ、ＩＡ＝０．５Ａである。ＩＡ＋ＩＢ＝０．５Ａは、漏電検知用の閾値である数１０ｍＡを大きく超えているので、漏電遮断器（過電流保護機能付）９００が動作し、電源側と負荷側とは切断される。
【００１４】
図６は、雷サージ電流が流れた場合の様子を示す図である。ギャップ式避雷素子は、特性の個体差が大きいという欠点がある。したがって、雷サージによって過電圧が印加された場合、半導体素子の過電圧防護器のようにほぼ同時に動作することは難しい。したがって、非常に短い時間（数マイクロ秒程度）ではあるが、図６に示すように、先にギャップ式避雷素子８３１、８３２が短絡し、まだギャップ式避雷素子８３３は短絡していない状態になることがある。このとき、導線９８１、９８２の電位はほぼ０Ｖである。一方、導線９８３の電位は数ｋＶである。導線９８３と導線９８１および導線９８３と導線９８２の間にも数ｋＶの電圧が残るので、負荷側の機器には数ｋＶの電圧が印加されることになる。つまり、図４の構成は雷保護の機能が十分ではない。したがって、図４の構成は一般的には採用されておらず、図１に示した構成が最も一般的な雷保護機能付分電盤となっている。
【実施例】
【００１５】
図７に実施例の雷保護機能付分電盤の機能構成例（単相三線式）を示す。雷保護機能付分電盤１００は、過電流保護機能を有する漏電遮断器９００と、漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置１５０とを備えている。漏電遮断器（過電流保護機能付）９００は、トランスの二次側コイル９５０に接続されており、負荷側に過電流が流れた場合と漏電があった場合に動作し、電源側と負荷側とを切断する。雷保護装置１５０は、半導体素子の過電圧防護器１０１、１０２、１０３を備えている（図中には「半導体過電圧防護器」と記載）。そして、半導体素子の過電圧防護器１０１、１０２、１０３は、それぞれ導線９８１、９８２、９８３に一端が接続されている。また、半導体素子の過電圧防護器１０１、１０２、１０３の他端は、接地されている。つまり、雷保護装置１５０は、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器１０１、１０２、１０３を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない。
【００１６】
図８は、半導体素子の過電圧防護器１０１が絶縁不良となった場合の現象を説明する図である。半導体素子の過電圧防護器１０１の抵抗が、１０Ωまで低下したとする。導線９８１と接地（Ｇ２）との間の抵抗は、１００Ω程度である。また、接地（Ｇ１）とトランスの二次側コイル９５０との間の抵抗は６０Ω程度である。したがって、導線９８１と導線９８２との間の抵抗は１７０Ω程度（およそ２００Ω）となる。導線９８１と導線９８２との間との間の電位差は１００Ｖなので、半導体素子の過電圧防護器１０１から接地を介してトランスの二次側コイル９５０に流れる電流は０．５Ａ（５００ｍＡ）となる。よって、半導体素子の過電圧防護器１０１の絶縁不良によって起きる現象は、ＩＡ＋ＩＢ＝０．５Ａ、ＩＡ＝０．５Ａである。ＩＡ＋ＩＢ＝０．５Ａは、漏電検知用の閾値である数１０ｍＡを大きく超えているので、漏電遮断器（過電流保護機能付）９００が動作し、電源側と負荷側とは切断される。
【００１７】
次に、雷サージ電流が導線９８１、９８２、９８３に流れた場合を考える。上述したように、半導体素子の過電圧防護器は個体差が小さいので、ほぼ同時に短絡するように設計しやすい。したがって、図９に示しように、過電圧が印加されると、半導体素子の過電圧防護器１０１、１０２、１０３はほぼ同時に短絡し、雷サージ電流は接地（Ｇ２）に流れる。したがって、導線間に数ｋＶの電圧が加わることがない。つまり、雷保護装置１５０は、雷保護装置に必要な性能も有している。
したがって、雷保護装置１５０および雷保護機能付分電盤１００によれば、雷からの負荷側の保護を図りながら、過電圧防護器の絶縁不良が発生した場合には漏洩遮断器を動作させることができる。
【００１８】
［変形例１］
図１０に変形例１の雷保護機能付分電盤の機能構成例（単相二線式）を示す。雷保護機能付分電盤２００は、過電流保護機能を有する漏電遮断器９０１と、漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置２５０とを備えている。漏電遮断器（過電流保護機能付）９０１は、トランスの二次側コイル９５１に接続されており、負荷側に過電流が流れた場合と漏電があった場合に動作し、電源側と負荷側とを切断する。雷保護装置２５０は、半導体素子の過電圧防護器２０４、２０５を備えている。そして、半導体素子の過電圧防護器２０４、２０５は、それぞれ導線９８４、９８５に一端が接続されている。また、半導体素子の過電圧防護器２０４、２０５の他端は、接地されている。つまり、雷保護装置２５０は、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器２０４、２０５を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない。
【００１９】
雷保護機能付分電盤２００は、このような構成なので、雷保護機能付分電盤２００でも、雷保護機能付分電盤１００と同じ効果が得られる。
【００２０】
［変形例２］
図１１に変形例２の雷保護機能付分電盤の機能構成例（三相式）を示す。雷保護機能付分電盤３００は、過電流保護機能を有する漏電遮断器９０２と、漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置３５０とを備えている。漏電遮断器（過電流保護機能付）９０２は、トランスの二次側コイル９５２に接続されており、負荷側に過電流が流れた場合と漏電があった場合に動作し、電源側と負荷側とを切断する。雷保護装置３５０は、半導体素子の過電圧防護器３０６、３０７、３０８、３０９を備えている。そして、半導体素子の過電圧防護器３０６、３０７、３０８、３０９は、それぞれ導線９８６、９８７、９８８、９８９に一端が接続されている。また、半導体素子の過電圧防護器３０６、３０７、３０８、３０９の他端は、接地されている。つまり、雷保護装置３５０は、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器３０６、３０７、３０８、３０９を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない。
【００２１】
また、図１１に示した三相式の雷保護機能付分電盤の場合、導線９８８がない場合もある。その場合は、半導体素子の過電圧防護器３０８がない。この場合も、雷保護装置３５０は、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器３０６、３０７、３０９を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない。
雷保護機能付分電盤３００は、このような構成なので、雷保護機能付分電盤３００でも、雷保護機能付分電盤１００と同じ効果が得られる。
【００２２】
［変形例３］
図１２に変形例３の雷保護機能付分電盤の機能構成例（三相式の別の例）を示す。雷保護機能付分電盤４００は、過電流保護機能を有する漏電遮断器９０３と、漏電遮断器よりも負荷側に配置される雷保護装置４５０とを備えている。漏電遮断器（過電流保護機能付）９０３は、トランスの二次側コイル９５３に接続されており、負荷側に過電流が流れた場合と漏電があった場合に動作し、電源側と負荷側とを切断する。雷保護装置４５０は、半導体素子の過電圧防護器４０１、４０２、４０３を備えている。そして、半導体素子の過電圧防護器４０１、４０２、４０３は、それぞれ導線９９１、９９２、９９３に一端が接続されている。また、半導体素子の過電圧防護器４０１、４０２、４０３の他端は、接地されている。つまり、雷保護装置４５０は、相極ごとに接地との間に独立な半導体素子の過電圧防護器４０１、４０２、４０３を備えており、かつ、複数の相極に共通したギャップ式避雷素子がない。
【００２３】
雷保護機能付分電盤４００は、このような構成なので、雷保護機能付分電盤４００でも、雷保護機能付分電盤１００と同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一般的な単相三線式の雷保護機能付分電盤の例を示す図。
【図２】漏電遮断器（過電流保護機能付）９００の動作条件を説明するための図。
【図３】図１の雷保護機能付分電盤の過電圧防護器の１つが絶縁不良となった場合の現象を説明する図。
【図４】非特許文献１の規程を満たす他の単相三線式の雷保護機能付分電盤の例を示す図。
【図５】図４の雷保護機能付分電盤の過電圧防護器の１つが絶縁不良となった場合の現象を説明する図。
【図６】図４の雷保護機能付分電盤に雷サージ電流が流れた場合の現象を説明する図。
【図７】本発明の雷保護機能付分電盤の機能構成例（単相三線式）を示す図。
【図８】本発明の雷保護機能付分電盤の過電圧防護器が絶縁不良となった場合の現象を説明する図。
【図９】本発明の雷保護機能付分電盤に雷サージ電流が流れた場合の現象を説明する図。
【図１０】本発明の雷保護機能付分電盤の機能構成例（単相二線式）を示す図。
【図１１】本発明の雷保護機能付分電盤の機能構成例（三相式）を示す図。
【図１２】本発明の雷保護機能付分電盤の機能構成例（三相式の別の例）を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１００、２００、３００、４００  雷保護機能付分電盤
１０１〜１０３、２０４、２０５、３０６〜３０９  半導体素子の過電圧防護器
４０１〜４０３、８０１、８０３  半導体素子の過電圧防護器
１５０、２５０、３５０、４５０、９１０  雷保護装置
８２０、８３１、８３２、８３３  ギャップ式避雷素子
９００〜９０３  漏電遮断器                ９５０〜９５３  二次側コイル
９８１〜９８９、９９１〜９９３  導線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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