(57)【要約】【課題】サージ保護装置において、高いメンテナンス性を実現する。【解決手段】両端の電圧が所定電圧以上になると導通状態になる第１のサージ電圧吸収素子（ＳＰＤ１３内のＭＯＶ１０２）を含む第１のサージ電圧吸収回路（１３）と、リレー接点（２４）と該リレー接点に直列に接続され所定電圧以上になると導通状態になる第２のサージ電圧吸収素子（ＳＰＤ１４内のＭＯＶ１０２）とを含み、第１のサージ電圧吸収回路（１３）に対して並列に接続された第２のサージ電圧吸収回路（１４，２４）と、第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出する（状態信号Ｓ１３がオフ状態になる）までリレー接点（２４）をオフ状態にし、第１のサージ電圧吸収回路（１３）の消耗状態を検出するとリレー接点（２４）をオン状態にする制御回路とを設けた。【選択図】図２
2016096685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）一または複数のサージ吸収部を有するサージ吸収部群であって、一の前記サージ吸収部は、
両端の電圧が所定電圧以上になると導通状態になる第１のサージ電圧吸収素子を含み、サージ電圧が生じ得る二の線路間に挿入される第１のサージ電圧吸収回路と、
リレー接点と該リレー接点に直列に接続され前記所定電圧以上になると導通状態になる第２のサージ電圧吸収素子とを含み、前記第１のサージ電圧吸収回路に対して並列に接続された第２のサージ電圧吸収回路と
を有するものである、サージ吸収部群と、
（ｂ）前記各サージ吸収部に対して、前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出するまで前記リレー接点をオフ状態にし、前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出すると前記リレー接点をオン状態にする制御回路と
を有することを特徴とするサージ電圧吸収装置。
【請求項２】
三相の電圧線と中性線とをさらに有し、
前記サージ吸収部群は、三相の前記電圧線と前記中性線との間に挿入された三の電圧線・中性線間サージ吸収部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項３】
前記サージ吸収部群は、前記中性線と接地電位の導体との間に挿入された中性線・接地電位間サージ吸収部
を有することを特徴とする請求項２に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項４】
前記サージ吸収部群は、三相の前記電圧線と接地電位の導体との間に挿入された三の電圧線・接地電位間サージ吸収部
を有することを特徴とする請求項２または３に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項５】
前記電圧線・中性線間サージ吸収部は、
前記第１のサージ電圧吸収回路と前記第２のサージ電圧吸収回路とから成る並列回路に対して直列に接続された過電圧用サージ電圧吸収回路と、
前記過電圧用サージ電圧吸収回路に対して並列に接続され、該過電圧用サージ電圧吸収回路の両端を短絡または開放する切替器と、
をさらに有し、
前記制御回路は、三相の前記電圧線と前記中性線との間の電圧を検出する電圧検出回路を有し、検出した電圧が所定の閾値電圧未満であれば、対応する前記電圧線・中性線間サージ吸収部における前記切替器を短絡状態にする一方、検出した電圧が前記閾値電圧以上であれば、対応する前記電圧線・中性線間サージ吸収部における前記切替器を開放状態にする
ことを特徴とする請求項２に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項６】
前記電圧線・接地電位間サージ吸収部は、
前記第１のサージ電圧吸収回路と前記第２のサージ電圧吸収回路とから成る並列回路に対して直列に接続された過電圧用サージ電圧吸収回路と、
前記過電圧用サージ電圧吸収回路に対して並列に接続され、該過電圧用サージ電圧吸収回路の両端を短絡または開放する切替器と、
をさらに有し、
前記制御回路は、三相の前記電圧線と前記接地電位の導体との間の電圧を検出する電圧検出回路を有し、検出した電圧が所定の閾値電圧未満であれば、対応する前記電圧線・接地電位間サージ吸収部における前記切替器を短絡状態にする一方、検出した電圧が前記閾値電圧以上であれば、対応する前記電圧線・接地電位間サージ吸収部における前記切替器を開放状態にする
ことを特徴とする請求項４に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項７】
前記第１および第２のサージ電圧吸収回路は酸化金属バリスタを含み、前記過電圧用サージ電圧吸収回路はガスアレスタを含む
ことを特徴とする請求項５または６に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項８】
前記第１および第２のサージ電圧吸収回路は、各々の消耗状態を示す状態信号を出力するものであり、
前記制御回路は、前記サージ吸収部群を構成する各サージ吸収部から各々出力される前記状態信号を組み合わせたステータス信号を監視用信号として出力する
ことを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載のサージ電圧吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サージ電圧吸収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電気機器をサージ電圧から保護する技術として、下記特許文献１の請求項１には「交流電源電圧が印加されるガスアレスタと、前記ガスアレスタに対して直列に接続され、前記交流電源電圧のピーク値よりも高く設定されたバリスタ電圧をそれぞれ有する複数個の高耐量バリスタが並列に接続されたバリスタ群と、前記バリスタ群の両電極間に接続され、前記バリスタ群の静電容量に蓄積された電荷を放電する抵抗と、を備えたことを特徴とするサージ防護デバイス」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、複数個のバリスタを並列に接続すると、正常状態における漏洩電流が増加するという問題がある。さらに、並列に接続された複数のバリスタが徐々に消耗していった場合、全体としてどの程度消耗が進んでいるのかを把握することも困難であり、メンテナンス性にも問題がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、高いメンテナンス性を実現できるサージ電圧吸収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】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明にあっては、両端の電圧が所定電圧以上になると導通状態になる第１のサージ電圧吸収素子を含み、サージ電圧が生じ得る二の線路間に挿入される第１のサージ電圧吸収回路と、リレー接点と該リレー接点に直列に接続され前記所定電圧以上になると導通状態になる第２のサージ電圧吸収素子とを含み、前記第１のサージ電圧吸収回路に対して並列に接続された第２のサージ電圧吸収回路と、前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出するまで前記リレー接点をオフ状態にし、前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出すると前記リレー接点をオン状態にする制御回路とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、サージ電圧吸収装置において、高いメンテナンス性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態によるサージ保護装置のブロック図である。
【図２】各サージ吸収部の回路図である。
【図３】サージ保護装置の各部の波形図である。
【図４】サージ保護装置のタイムチャートである。
【図５】サージ保護装置の他のタイムチャートである。
【図６】ＳＰＤ（サージ防護デバイス）の変形例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施形態の全体構成＞
送電線近傍に落雷が発生すると、誘導雷によるサージ電圧が送電線に印加される。誘導雷に起因するサージ電圧は、その電圧が数千ボルト、電流が数百〜数千アンペア、時間は数マイクロ秒から２０マイクロ秒程度であり、他の要因で発生するノイズやサージ電圧よりもエネルギーが大きい。このサージ電圧から各種電気機器を保護する装置がサージ保護装置である。以下、本発明の一実施形態によるサージ保護装置の構成を図１を参照し説明する。
【０００９】
図１において、三相四線式の外部電源系統３は、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相の電圧線３Ｒ，３Ｓ，３Ｔと、中性線３Ｎとを有している。なお、本実施形態において想定している外部電源系統３の公称相電圧は「２００Ｖ」である。サージ保護装置１内には、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相の電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔと、中性線２Ｎとが設けられており、これらは外部電源系統３の電線（電圧線と中性線）３Ｒ，３Ｓ，３Ｔ，３Ｎに各々接続されている。また、サージ保護装置１内のアース線２Ｇは接地されている。被防護機器４は、外部電源系統３に生じるサージ電圧から防護すべき対象となる機器であり、サージ保護装置１内の電線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ，２Ｎに接続されている。また、被防護機器４の筺体は接地されている。
【００１０】
サージ保護装置１の内部において、各電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔと中性線２Ｎとの間には、サージ吸収部１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮが各々挿入されている。また、各電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔとアース線２Ｇとの間には、サージ吸収部１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧが各々挿入されている。これらサージ吸収部１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧは同様の回路構成を有しているため、これらを総称する場合は「サージ吸収部１０」と呼ぶ。また、中性線２Ｎとアース線２Ｇとの間には、サージ吸収部３０が挿入されている。サージ吸収部１０，３０は、各電線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ，２Ｎに生じたサージ電圧を吸収し、被防護機器４を防護するために設けられている。
【００１１】
サージ電圧の態様は、「コモンモード」と「ノーマルモード」とに大別される。コモンモードとは、電圧線３Ｒ，３Ｓ，３Ｔと中性線３Ｎに対して、同等の波形を有するサージ電圧が発生する場合であり、ノーマルモードとは、電圧線３Ｒ，３Ｓ，３Ｔと中性線３Ｎの一部のみに対して、特に高いサージ電圧が発生する場合である。サージ吸収部１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０は、主としてコモンモードのサージ電圧を吸収しようとするものであり、サージ吸収部１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮは、主としてノーマルモードのサージ電圧を吸収しようとするものである。
【００１２】
また、サージ保護装置１には制御回路５０が設けられており、その内部の電源回路５４は、制御回路５０内の各部に電源を供給する。また、電圧検出回路５５は、各電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔと中性線２Ｎとの間の相電圧を検出する。論理回路５６は、サージ吸収部１０，３０の状態に応じて、リレー駆動回路５７を介して、サージ吸収部１０，３０内に設けられたリレー（詳細は後述する）を駆動し、各リレー接点のオン／オフ状態を切り替える。外部インタフェース５８は、サージ保護装置１の状態を、外部のモニタ装置等に出力する。
【００１３】
論理回路５６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ等を備えたマイクロコンピュータによって構成することもできるが、雷サージによる暴走などを防止する観点からは、ＴＴＬ（Transistor Transistor Logic）回路などの論理ＩＣやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のような集積回路によって実現することが望ましい。
【００１４】
＜サージ吸収部１０の構成＞
次に、サージ吸収部１０の構成を図２(a)を参照し説明する。
サージ吸収部１０の端子１０ａは、電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔの何れかに接続され、端子１０ｂは、中性線２Ｎまたはアース線２Ｇに接続される。サージ吸収部１０には、６個のＳＰＤ(Surge Protective Device, サージ防護デバイス)が設けられている。ここで、特にＳＰＤ１１の構成について詳細に説明しておく。ＳＰＤ１１の内部においては、温度ヒューズ１０１と、ＭＯＶ(Metal Oxide Varistor，酸化金属バリスタ) １０２とが直列に接続されている。
【００１５】
マイクロスイッチ１１０は、温度ヒューズ１０１の状態によって切り替わるスイッチであり、コモン端子１１０ｂと、温度ヒューズ１０１が溶断していないときにコモン端子１１０ｂに接続される端子１１０ａと、温度ヒューズ１０１が溶断したときにコモン端子１１０ｂに接続される端子１１０ｃとを有している。本実施形態においては、端子１１０ａおよびコモン端子１１０ｂ間の状態である接点信号が、状態信号Ｓ１１として出力される。初期状態においては、図示のように、状態信号Ｓ１１はオン状態である。
【００１６】
ここで、サージ電圧が生じた等の理由により、ＭＯＶ１０２の端子電圧がそのクランプ電圧（最大降伏電圧）以上になると、ＭＯＶ１０２に大電流が流れる。このような事態が何度か繰り返されると、ＭＯＶ１０２が劣化してゆき、漏れ電流が徐々に大きくなってゆくから、ＭＯＶ１０２の発熱量も大きくなってゆく。そして、ＭＯＶ１０２の表面温度が温度ヒューズ１０１の動作温度に達すると、温度ヒューズ１０１が溶断する。これにより、状態信号Ｓ１１がオフ状態になるから、「ＳＰＤ１１が消耗し温度ヒューズ１０１が溶断した」という事を外部から検出することができる。
【００１７】
以上、ＳＰＤ１１の構成を詳述したが、他のＳＰＤ１２〜１６も同様に構成されている。そして、各ＳＰＤ１２〜１６の端子１１０ａ，１１０ｂ間の接点信号を「状態信号Ｓ１２〜Ｓ１６」と呼ぶ。ここで、ＳＰＤ１１には、リレー接点２１が並列に接続されている。また、ＳＰＤ１２にはリレー接点２２が直列に接続され、この直列回路はＳＰＤ１１に対して並列に接続されている。ＳＰＤ１４，１５，１６には、リレー接点２４，２５，２６が各々直列に接続されており、これら各直列回路はＳＰＤ１３に対して並列に接続されている。
【００１８】
図２(a)に示すリレー接点２１〜２６のオン／オフ状態は、初期状態のものである。すなわち、リレー接点２１がオン状態であり、他のリレー接点２２〜２６は全てオフ状態である。従って、初期状態においては、ＳＰＤ１３の両端にのみ、端子１０ａ，１０ｂ間の電圧が印加され、他のＳＰＤ１１，１２，１４〜１６には電圧は印加されない。上述したように、外部電源系統３の公称相電圧は「２００Ｖ」であり、通常状態の電圧変動が±１０％の範囲であるとすると、通常状態の最高電圧は「２２０Ｖ」になる。この「２２０Ｖ」とは実効値であるから、電圧の波高値は√２倍の「３１１Ｖ」になる。
【００１９】
ＳＰＤ１３に内蔵されているＭＯＶ１０２は、この波高値「３１１Ｖ」に対して若干の余裕を見たクランプ電圧ＶC1（＝３４０Ｖ）のものが適用されており、通常の電圧変動の範囲内であれば、降伏が起きない。ＳＰＤ１４，１５，１６は、ＳＰＤ１３が消耗した際にＳＰＤ１３に代えて適用されるものである（詳細は後述する）ため、これらに内蔵されているＭＯＶ１０２のクランプ電圧は、同じくＶC1（＝３４０Ｖ）である。
【００２０】
また、ＳＰＤ１１，１２は、通常の電圧変動の範囲（±１０％）を超える過電圧が生じた際に、ＳＰＤ１３〜１６の何れかに対して直列に接続されるものである（詳細は後述する）。ＳＰＤ１１，１２内のＭＯＶ１０２は、クランプ電圧ＶC2（＝１５０Ｖ）のものが適用されており、ＳＰＤ１１，１２がＳＰＤ１３〜１６の何れかに対して直列に接続されることにより、合計クランプ電圧（ＶC1＋ＶC2）は「４９０Ｖ」になる。
【００２１】
＜サージ吸収部３０の構成＞
次に、中性線２Ｎ、アース線２Ｇ間に接続されるサージ吸収部３０の構成を図２(b)を参照し説明する。サージ吸収部３０の端子３０ａは中性線２Ｎに接続され、端子３０ｂはアース線２Ｇに接続される。そして、端子３０ａ，３０ｂの間には、ＳＰＤ３３が接続されている。また、ＳＰＤ３４，３５，３６には、リレー接点４４，４５，４６が各々直列に接続されており、これら各直列回路はＳＰＤ３３に対して並列に接続されている。ＳＰＤ３３〜３６内のＭＯＶ１０２は、上述したＳＰＤ１３〜１６と同様に、クランプ電圧ＶC1（＝３４０Ｖ）のものが適用されている。
【００２２】
＜クランプ電圧の設定動作＞
図１に示す電圧検出回路５５においては、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相の中性線２Ｎに対する電圧と、アース線２Ｇに対する電圧とが図示せぬ抵抗器で分圧され、ダイオードブリッジで全波整流される。その整流電圧は数秒程度の時定数を有する図示せぬ平滑回路で平滑される。この時定数は、電圧に含まれるリップル、サージ、外来ノイズ等の影響を除去でき、かつ、ＳＰＤ１３〜１６（図２参照）に過度な電流が流れない程度の値にすることが望ましい。ここで、制御回路５０によってサージ吸収部１０内におけるクランプ電圧を設定する動作を説明する。
【００２３】
電圧検出回路５５において、上述の平滑回路を介して検出される電圧を「検出電圧Ｖ」と総称する。この「検出電圧Ｖ」とは、具体的には、電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔの中性線２Ｎまたはアース線２Ｇに対する電圧のうち、何れかに対応する。検出電圧Ｖの波形の一例を図３(a)に示す。図３(a)において、閾値電圧ＶTHは、通常の電圧変動の範囲内における最高電圧の実効値、すなわち「２２０Ｖ」に対応する値である。また、図３(b)は、リレー接点２１（図２参照）のオン／オフ状態を示す。また、図３(c)は、当該サージ吸収部１０における合計クランプ電圧ＶCを示す。
【００２４】
図３(a)〜(c)において、時刻ｔ1以前は、検出電圧Ｖは閾値電圧ＶTH未満になっている。そして、リレー接点２１はオン状態であるから、サージ吸収部１０の合計クランプ電圧ＶCは、ＳＰＤ１３〜１６のクランプ電圧ＶC1（＝３４０Ｖ）に等しい。そして、時刻ｔ1において、検出電圧Ｖが閾値電圧ＶTH以上になると、図１に示す論理回路５６からリレー駆動回路５７に対して、リレー接点２１をオフ状態にすべき旨の信号が直ちに出力される。
【００２５】
これにより、図３(b)に示すように、時刻ｔ1にてリレー接点２１がオフ状態にされる。リレー接点２１がオフ状態に設定されると、端子１０ａ，１０ｂ間において、過電圧用のＳＰＤ１１，１２のうち何れかと、通常電圧用のＳＰＤ１３〜１６のうち何れかとが直列に接続された状態になる。これにより、図３(c)に示すように、合計クランプ電圧ＶCは、ＶC1＋ＶC2（＝４９０Ｖ）に引き上げられる。次に、時刻ｔ2において検出電圧Ｖは再び閾値電圧ＶTH未満になる。しかし論理回路５６は直ちには反応せず、所定の遅延時間Ｔｄが経過した時刻ｔ3において、論理回路５６からリレー駆動回路５７に対して、リレー接点２１をオン状態にすべき旨の信号が出力される。これにより、同時刻ｔ3においてリレー接点２１はオン状態になり、合計クランプ電圧ＶCもＶC1に戻る。
【００２６】
このように、遅延時間Ｔｄを設定した理由は、閾値電圧ＶTH付近で検出電圧Ｖが頻繁に変動した際、リレー接点２１のオン／オフ状態が高頻度に切り替わることを防止するためである。なお、遅延時間Ｔｄは、数百ミリ秒〜数秒程度の時間にするとよい。時刻ｔ3以降の動作も、上述した動作と同様である。すなわち、検出電圧Ｖが閾値電圧ＶTH以上になるタイミングでは、リレー接点２１が直ちにオフ状態に設定され、合計クランプ電圧ＶCはＶC1＋ＶC2に設定される。一方、検出電圧Ｖが閾値電圧ＶTH未満になると、さらに遅延時間Ｔｄを経過したタイミングにて、リレー接点２１はオン状態に設定され、合計クランプ電圧はＶC1に設定される。
【００２７】
以上説明した動作は、各サージ吸収部１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧに対して、各々の検出電圧Ｖに応じて独立に実行される。但し、中性線２Ｎ、アース線２Ｇ間に挿入されるサージ吸収部３０においては、クランプ電圧は一定であり、クランプ電圧を設定する動作は行われない。
【００２８】
＜サージ吸収部１０におけるＳＰＤの切替動作＞
各サージ吸収部１０においては、内部のＳＰＤ１１，１３〜１６の消耗状態（状態信号Ｓ１１，Ｓ１３〜Ｓ１６）に応じて、リレー接点２２，２４，２５，２６のオン／オフ状態が切り替えられる。その処理の内容を図４を参照し説明する。
【００２９】
時刻ｔ21以前において、ＳＰＤ１３〜１６の状態信号Ｓ１３〜Ｓ１６は、全てオン状態である。一方、時刻ｔ21において、通常電圧用のＳＰＤ１３が消耗し、その内部の温度ヒューズ１０１が溶断したため、状態信号Ｓ１３はオフ状態になっている。その旨が論理回路５６によって検出されると、論理回路５６によって、リレー駆動回路５７を介して、リレー接点２４がオン状態に設定される。これにより、過電圧が生じていない状態では、ＳＰＤ１４が端子１０ａ，１０ｂ間に接続された状態になり、ＳＰＤ１４が通常電圧用のＳＰＤとして適用される。
【００３０】
時刻ｔ22においては、ＳＰＤ１４も消耗し、状態信号Ｓ１４がオフ状態になったため、論理回路５６、リレー駆動回路５７によってリレー接点２４がオフ状態に設定されるとともに、リレー接点２５がオン状態に設定されている。これにより、以後はＳＰＤ１５が、通常電圧用のＳＰＤとして使用される。上述したように、過電圧用のＳＰＤ１１は、過電圧が生じた際に通常電圧用のＳＰＤ１３〜１６に対して直列に接続されるものである。時刻ｔ23においては、このＳＰＤ１１も消耗し、状態信号Ｓ１１がオフ状態になっている。これに伴って、時刻ｔ23においては、論理回路５６、リレー駆動回路５７によってリレー接点２２がオン状態に設定される。これにより、以後は、ＳＰＤ１１に代えて、ＳＰＤ１２が過電圧のＳＰＤとして使用される。
【００３１】
時刻ｔ24においては、通常電圧用のＳＰＤ１５も消耗し、状態信号Ｓ１５がオフ状態になったため、論理回路５６、リレー駆動回路５７によってリレー接点２５がオフ状態に設定されるとともに、リレー接点２６がオン状態に設定されている。また、時刻ｔ25においては、ＳＰＤ１６が消耗し、その内部の温度ヒューズ１０１が溶断したため、状態信号Ｓ１６がオフ状態になっている。これにより、通常電圧用のＳＰＤ１３〜１６が全て消耗したことになり、当該サージ吸収部１０が機能しなくなっている。
【００３２】
図４において、ステータス信号ＳＴ１１〜ＳＴ１４は、上述した状態信号Ｓ１１，Ｓ１３〜Ｓ１６に基づいて、論理回路５６（図１参照）から外部インタフェース５８を介して、警報信号あるいは表示灯の信号として、外部のモニタ装置等に出力される信号である。まず、ステータス信号ＳＴ１１は、初期段階で適用される各ＳＰＤ１１，１３の双方の状態信号Ｓ１１，Ｓ１３がオン状態であることを条件としてオン状態になる信号である。従って、ステータス信号ＳＴ１１がオン状態であるという事は、当該サージ吸収部１０内のＳＰＤが全て正常であるという事になる。図４の例にあっては、時刻ｔ21以前の状態がこれに該当する。
【００３３】
また、ステータス信号ＳＴ１２は、「状態信号Ｓ１１または状態信号Ｓ１３のうち何れか一方がオフ状態であること」および「状態信号Ｓ１２（図２参照）、Ｓ１５、Ｓ１６の全てがオン状態であること」の双方の条件が満たされたときにオン状態になる信号である。従って、ステータス信号ＳＴ１２がオン状態であるという事は、若干のＳＰＤが消耗しているものの、通常電圧用に少なくとも「２個」、過電圧用に少なくとも「１個」の正常なＳＰＤが残存しているという事になる。
【００３４】
これは、当該サージ吸収部１０については十分な残存寿命があるという事であり、その時点でサージ保護装置１の使用者がサージ保護装置１の供給者に対して、対応を依頼すると、時間的余裕を持って計画的に当該サージ吸収部１０の交換あるいは保守を行うことができる。図４の例にあっては、時刻ｔ21〜ｔ24の状態がこれに該当する。
【００３５】
また、ステータス信号ＳＴ１３は、「状態信号Ｓ１５がオフ状態であり、状態信号Ｓ１２（図２参照），Ｓ１６が共にオン状態である」という条件が満たされたときにオン状態になる。ステータス信号ＳＴ１３がオン状態であるという事は、「通常電圧用の４個のＳＰＤ１１〜１６のうち３個までが消耗した」という事であり、当該サージ吸収部１０の残存寿命は初期の「１／４」以下まで減少している。これは、当該サージ吸収部１０の速やかな交換あるいは保守が望まれていることを示している。図４の例にあっては、時刻ｔ24〜ｔ25の状態がこれに該当する。
【００３６】
また、ステータス信号ＳＴ１４は、状態信号Ｓ１２，Ｓ１６の何れかがオフ状態になったときにオン状態になる。この状態は、過電圧用の最後のＳＰＤ１２、または通常電圧用の最後のＳＰＤ１６が消耗しきったという事であり、当該サージ吸収部１０の機能が著しく低下しているか、あるいは全く機能していないことを示している。これは、当該サージ吸収部１０の交換あるいは保守を緊急に実行することが望まれている状況であり、図４においては時刻ｔ25以降の状態がこれに該当する。なお、一のサージ吸収部１０が全く機能していなかったとしても、サージ保護装置１として「全く機能していない」というわけではない。すなわち、図１において一のサージ吸収部１０が全く機能していなくなったとしても、他のサージ吸収部１０によって、ある程度はその機能を補うことができるためである。
【００３７】
ここで、本実施形態において、過電圧用に２個のＳＰＤ（１１，１２）を設けている理由について説明しておく。過電圧用のＳＰＤ１１，１２が動作する（通常電圧用のＳＰＤに対して直列接続される）期間は過電圧が発生している期間であり、誘導雷によってサージ電圧が発生する期間とは関係が薄い。すなわち、図３(a)〜(c)において説明したように、検出電圧Ｖは数秒程度の時定数を有する平滑回路の出力電圧であるから、電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔの実際の電圧が過電圧状態になった後、数秒程度遅れたタイミングでＳＰＤ１１，１２が動作する。これに対して、誘導雷によるサージ電圧の発生期間は数マイクロ秒から２０マイクロ秒程度であるから、通常はＳＰＤ１１，１２が動作する前に、サージ電圧の発生期間は終了する。
【００３８】
すると、同一環境で使用した場合、過電圧用ＳＰＤの期待寿命と、通常電圧用ＳＰＤの期待寿命との比率は、全運転時間に対する過電圧発生時間の割合に反比例する。例えば、全運転時間を「６ヶ月（４３２０時間）」とし、過電圧発生時間の合計が「２０時間」であれば、過電圧用ＳＰＤの期待寿命は、通常電圧用ＳＰＤの「４３２０／２０＝２１６倍」になる。このように、過電圧用ＳＰＤは相当に長寿命が期待できるため、通常電圧用ＳＰＤと同一の個数を揃える必要はなく、より少ない個数で運用できることが解る。
【００３９】
本実施形態においては、通常電圧用ＳＰＤとして、４個のＳＰＤ１３〜１６を適用しているが、単純に期待寿命の比率から計算すると、過電圧用ＳＰＤは１個で済む場合が多いと考えられる。しかし、過電圧用ＳＰＤの数を１個にすると、その１個のＳＰＤが消耗した際に、当該サージ吸収部１０の交換あるいは保守を緊急に実行することが望まれている状況になる。これでは、時間的余裕を持って計画的な保守を行うことが困難になる。そこで、本実施形態においては、サージ吸収部１０が充分に機能している段階で警報信号を受信できるようにするため、過電圧用として、２個のＳＰＤ１１，１２を適用している。
【００４０】
＜サージ吸収部３０におけるＳＰＤの切替動作＞
次に、サージ吸収部３０におけるＳＰＤの切替動作について説明する。
図２(a)，(b)において説明したように、サージ吸収部３０の構成は、サージ吸収部１０から過電圧用ＳＰＤ１１，１２およびリレー接点２１，２２を取り除いた構成と同様である。サージ吸収部３０においても、論理回路５６、リレー駆動回路５７の制御の下、各ＳＰＤ３３〜３６から出力される状態信号Ｓ３３〜Ｓ３６に応じて、リレー接点４４，４５，４６のオン／オフ状態が切り替えられる。その処理の内容を図５を参照し説明する。
【００４１】
図５に示す状態信号Ｓ３３〜Ｓ３６の波形およびリレー接点４４，４５，４６の状態は、図４に示した状態信号Ｓ１３〜Ｓ１６の波形およびリレー接点２４，２５，２６の状態と同様である。そして、ステータス信号ＳＴ４１は、初期状態で適用されるＳＰＤ３３の状態信号Ｓ３３がオン状態であるとき、オン状態になる。また、ステータス信号ＳＴ４２は、状態信号Ｓ３３がオフ状態であり、かつ、第２番目または第３番目に適用されるＳＰＤ３４，３５に係る状態信号Ｓ３４，Ｓ３５の何れかがオン状態であるとき、オン状態になる。
【００４２】
また、ステータス信号ＳＴ４３は、状態信号Ｓ３３〜Ｓ３５がオフ状態であり、状態信号Ｓ３６がオン状態であるとき、オン状態になる。また、ステータス信号ＳＴ４４は、状態信号Ｓ３３〜Ｓ３６の全てがオフ状態であるとき、オン状態になる。従って、従って、ステータス信号ＳＴ４１は、当該サージ吸収部３０内のＳＰＤが全て正常であるという事を示し、ステータス信号ＳＴ４２は１個または２個のＳＰＤが消耗している事を示し、ステータス信号ＳＴ４３は３個のＳＰＤが消耗している事を示し、ステータス信号ＳＴ４４は全てのＳＰＤが消耗した事を示している。ステータス信号ＳＴ４１〜ＳＴ４４も、論理回路５６（図１参照）から外部インタフェース５８を介して、外部のモニタ装置等に出力される。
【００４３】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のサージ保護装置（サージ電圧吸収装置）１は、
（ａ）一または複数のサージ吸収部（１０，３０）を有するサージ吸収部群（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０）であって、一の前記サージ吸収部（１０，３０）は、両端の電圧が所定電圧以上になると導通状態になる第１のサージ電圧吸収素子（ＳＰＤ１３内の１０２）を含み、サージ電圧が生じ得る二の線路間に挿入される第１のサージ電圧吸収回路（１３）と、
リレー接点（２４）と、該リレー接点に直列に接続され前記所定電圧以上になると導通状態になる第２のサージ電圧吸収素子（ＳＰＤ１４内の１０２）とを含み、前記第１のサージ電圧吸収回路（１３）に対して並列に接続された第２のサージ電圧吸収回路（１４，２４）と
を有するものである、サージ吸収部群と、
（ｂ）前記各サージ吸収部（１０，３０）に対して、前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出する（状態信号Ｓ１３がオフ状態になる）まで前記リレー接点（２４）をオフ状態にし、前記第１のサージ電圧吸収回路（１３）の消耗状態を検出すると前記リレー接点（２４）をオン状態にする制御回路（５０）とを有するものである。
【００４４】
また、サージ保護装置１は、三相の電圧線（２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ）と中性線（２Ｎ）とをさらに有し、前記サージ吸収部群（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０）は、三相の前記電圧線（２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ）と前記中性線（２Ｎ）との間に挿入された三の電圧線・中性線間サージ吸収部（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ）を有するものである。
【００４５】
また、前記サージ吸収部群（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０）は、前記中性線（２Ｎ）と接地電位の導体（２Ｇ）との間に挿入された中性線・接地電位間サージ吸収部（３０）を有するものである。
また、前記サージ吸収部群（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０）は、三相の前記電圧線（２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ）と接地電位の導体（２Ｇ）との間に挿入された三の電圧線・接地電位間サージ吸収部（１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ）を有するものである。
【００４６】
また、前記電圧線・中性線間サージ吸収部（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ）は、前記第１のサージ電圧吸収回路（１３）と前記第２のサージ電圧吸収回路（１４，２４）とから成る並列回路に対して直列に接続された過電圧用サージ電圧吸収回路（１１）と、前記過電圧用サージ電圧吸収回路（１１）に対して並列に接続され、該過電圧用サージ電圧吸収回路（１１）の両端を短絡または開放する切替器（２１）と、をさらに有し、前記制御回路（５０）は、三相の前記電圧線と前記中性線との間の電圧を検出する電圧検出回路（５５）を有し、検出した電圧が所定の閾値電圧（ＶTH）未満であれば、対応する前記電圧線・中性線間サージ吸収部（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ）における前記切替器（２１）を短絡状態にする一方、検出した電圧が前記閾値電圧（ＶTH）以上であれば、対応する前記電圧線・中性線間サージ吸収部（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ）における前記切替器（２１）を開放状態にするものである。
【００４７】
また、前記電圧線・接地電位間サージ吸収部（１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ）は、前記第１のサージ電圧吸収回路（１３）と前記第２のサージ電圧吸収回路（１４，２４）とから成る並列回路に対して直列に接続された過電圧用サージ電圧吸収回路（１１）と、前記過電圧用サージ電圧吸収回路（１１）に対して並列に接続され、該過電圧用サージ電圧吸収回路（１１）の両端を短絡または開放する切替器（２１）と、をさらに有し、前記制御回路（５０）は、三相の前記電圧線と前記接地電位の導体（２Ｇ）との間の電圧を検出する電圧検出回路（５５）を有し、検出した電圧が所定の閾値電圧（ＶTH）未満であれば、対応する前記電圧線・接地電位間サージ吸収部（１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ）における前記切替器（２１）を短絡状態にする一方、検出した電圧が前記閾値電圧（ＶTH）以上であれば、対応する前記電圧線・接地電位間サージ吸収部（１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ）における前記切替器（２１）を開放状態にするものである。
【００４８】
また、前記第１および第２のサージ電圧吸収回路（１３，１４）は、各々の消耗状態を示す状態信号（Ｓ１３，Ｓ１４）を出力するものであり、前記制御回路（５０）は、前記サージ吸収部群（１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０）を構成する各サージ吸収部から各々出力される前記状態信号（Ｓ１３，Ｓ１４）を組み合わせたステータス信号（ＳＴ１１〜ＳＴ１４，ＳＴ４１〜ＳＴ４４）を監視用信号として出力するものである。
【００４９】
かかる構成により、本実施形態によれば、何れかのサージ吸収部１０，３０において第１のサージ電圧吸収回路（１３）が消耗したとしても、第２のサージ電圧吸収回路（１４，２４）によって引き続きサージ電圧を吸収できるから、高いメンテナンス性を実現できる。さらに、各サージ吸収部から各々出力される状態信号（Ｓ１３，Ｓ１４）を組み合わせたステータス信号（ＳＴ１１〜ＳＴ１４，ＳＴ４１〜ＳＴ４４）を監視用信号として出力するから、遠隔地においても、サージ保護装置１全体の消耗の度合いを把握することができ、時間的余裕を持って計画的な保守を行うことができるから、一層高いメンテナンス性を実現できる。
【００５０】
＜変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００５１】
（ＳＰＤの変形例）
（１）上記実施形態においては、図２(a)，(b)に示したＳＰＤ１１〜１６，３３〜３６を用いたが、これらに代えて、図６に示すＳＰＤ７０を適用してもよい。ＳＰＤ７０は直列に接続されたＭＯＶ１０２と温度ヒューズ１０１とを有する点で、ＳＰＤ１１等と同様である。但し、ＳＰＤ７０はフォトカプラ１０４を有しており、ここにはＬＥＤ１０４ａと、フォトトランジスタ１０４ｂとが封入されている。
【００５２】
ＬＥＤ１０４ａには抵抗器１０３が直列に接続され、ＬＥＤ１０４ａ，抵抗器１０３から成る直列回路がＭＯＶ１０２に対して並列に接続されている。ここで、正常状態のＳＰＤ７０に対してある程度の電圧が印加されると、温度ヒューズ１０１、抵抗器１０３を介してＬＥＤ１０４ａに電流が流れるため、ＬＥＤ１０４ａが点灯する。これにより、フォトトランジスタ１０４ｂがオン状態になる。
【００５３】
一方、ＭＯＶ１０２が消耗し温度ヒューズ１０１が溶断すると、ＬＥＤ１０４ａが消灯し、フォトトランジスタ１０４ｂがオフ状態になる。ＳＰＤ７０にある程度の電圧が印加されているにもかかわらず、フォトトランジスタ１０４ｂがオフ状態であれば、それはＭＯＶ１０２が消耗し温度ヒューズ１０１が溶断したという事である。フォトトランジスタ１０４ｂのオン／オフ状態は、状態信号Ｓ７０として外部に出力される。本変形例においては、状態信号Ｓ７０として有効な信号値を取得するためには、ＳＰＤ７０に対してある程度の電圧を印加する必要はあるが、その他の点においては、上記実施形態におけるＳＰＤ１１等と同様に用いることができる。
【００５４】
（２）図６の変形例におけるＳＰＤ７０はフォトカプラ１０４を内蔵したものであったが、フォトカプラ１０４を内蔵せず、ＭＯＶ１０２と温度ヒューズ１０１の接続点をモニタ用の中間端子として出力するＳＰＤも知られている。上記実施形態におけるＳＰＤ１１〜１６，３３〜３６に代えてこの種のＳＰＤを適用し、モニタ用の中間端子にフォトカプラを別途接続してもよい。
【００５５】
（３）上記実施形態においては、過電圧用のＳＰＤ１１，１２として、ＭＯＶ１０２を内蔵したものを適用したが、ＭＯＶ１０２に代えて、ガスアレスタを適用してもよい。但し、ガスアレスタは一度放電を始めると、サージ電圧が消滅した後においても続流が発生する性質を有するため、通常電圧用のＳＰＤに代えて用いることは望ましくない場合が多い。
【００５６】
（サージ吸収部１０，３０の数の変形）
（１）上記実施形態においては、主としてコモンモードに対応するサージ吸収部１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０と、主としてノーマルモードに対応するサージ吸収部１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮとを設けたため、サージ吸収部１０，３０の数は合計で７個であったが、これらサージ吸収部のうち一部を省略してコストダウンを図ってもよい。
【００５７】
例えば、サージ保護装置１の近傍にて、外部電源系統３の中性線３Ｎが接地されているのであれば、中性線３Ｎ，２Ｎに生じるサージ電圧は小さくなることが期待できる。このような場合は、サージ吸収部３０は省略してもよい。また、サージ電圧のうち特に「ノーマルモード」に対応することを目指すのであれば、サージ吸収部１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧを省略してもよい。逆に、サージ電圧のうち特に「コモンモード」に対応することを目指すのであれば、サージ吸収部１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮを省略してもよい。
【００５８】
（配電方式の変形例）
上記実施形態においては、３相４線式の配電方式を適用した例を説明したが、他の配電方式を採用してもよい。例えば、日本国内では、Ｓ相を接地した３相３線式が多用されている。この場合は、Ｒ相とＳ相（接地）間のサージ吸収部と、Ｔ相とＳ相（接地）間のサージ吸収部とを設けるとよい。また、配電方式は「交流」に限られず、「直流」であってもよい。この場合は、プラス側とマイナス側との間にサージ吸収部を挿入するとよい。
【００５９】
（ステータス信号の変形例）
上記実施形態においては、各ＳＰＤ１１〜１６，３３〜３６から出力される状態信号Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ３３〜Ｓ３６を組み合わせることにより、ステータス信号ＳＴ１１〜ＳＴ１４，ＳＴ４１〜ＳＴ４４を外部のモニタ装置等に出力していた。しかし、状態信号を組み合わせる方法は、上述の実施形態のものに限られるわけではなく、種々の方法を採ることができる。
【００６０】
例えば、各サージ吸収部１０から出力される状態信号をそのままステータス信号として出力してもよい。また、上記実施形態においては、一台のサージ吸収部１０，３０から４系統のステータス信号（ＳＴ１１〜ＳＴ１４またはＳＴ４１〜ＳＴ４４）が出力されるため、これらステータス信号をそのまま外部インタフェース５８を介して外部のモニタ装置等に出力するならば、合計で２８系統のステータス信号が出力されることになる。
【００６１】
しかし、同種のステータス信号のＯＲ演算結果を外部インタフェース５８を介して出力することにより、出力する信号の数を削減させてもよい。例えば「全てのＳＴ１１とＳＴ４１とのＯＲ演算結果」、「全てのＳＴ１２とＳＴ４２とのＯＲ演算結果」、「全てのＳＴ１３とＳＴ４３とのＯＲ演算結果」、および「全てのＳＴ１４とＳＴ４４とのＯＲ演算結果」の４系統の信号を出力してもよい。
【００６２】
（サージ保護装置１の配置の変形例）
上記実施形態においては、外部電源系統３と被防護機器４との間にサージ保護装置１を挿入したが、被防護機器４の消費電力が大きい場合には、サージ保護装置１の大型化とコストアップを招く場合がある。このような場合は、外部電源系統３に対して、被防護機器４とサージ保護装置１とを並列に接続してもよい。特に、被防護機器４が既設設備であって、サージ保護装置１を追加する場合には、並列接続することが望ましい場合が多い。
【符号の説明】
【００６３】
１  サージ保護装置（サージ電圧吸収装置）
２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ  電圧線
２Ｇ  アース線
２Ｎ  中性線
３  外部電源系統
３Ｒ，３Ｓ，３Ｔ  電圧線
３Ｎ  中性線
４  被防護機器
１０  サージ吸収部（サージ吸収部群）
１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ  サージ吸収部（電圧線・接地電位間サージ吸収部）
１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ  サージ吸収部（電圧線・中性線間サージ吸収部）
１０ａ，１０ｂ  端子
１０ＲＮ，１０ＳＮ，１０ＴＮ，１０ＲＧ，１０ＳＧ，１０ＴＧ，３０  
１１，１２  ＳＰＤ（過電圧用サージ電圧吸収回路）
１３  ＳＰＤ（第１のサージ電圧吸収回路）
１４  ＳＰＤ（第２のサージ電圧吸収回路）
１５，１６  ＳＰＤ
２１  リレー接点（切替器）
２４  リレー接点（第２のサージ電圧吸収回路）
２２，２３，２５，２６  リレー接点
３０  サージ吸収部（サージ吸収部群、中性線・接地電位間サージ吸収部）
３０ａ，３０ｂ  端子
３３〜３６  ＳＰＤ
４４，４５，４６  リレー接点
５０  制御回路
５４  電源回路
５５  電圧検出回路
５６  論理回路
５７  リレー駆動回路
５８  外部インタフェース
７０  ＳＰＤ
１０１  温度ヒューズ
１０２  ＭＯＶ
１０３  抵抗器
１０４  フォトカプラ
１０４ａ  ＬＥＤ
１０４ｂ  フォトトランジスタ
１１０  マイクロスイッチ
Ｓ１１〜Ｓ１６  状態信号
Ｓ３３〜Ｓ３６  状態信号
ＳＴ１１〜ＳＴ１４  ステータス信号
ＳＴ４１〜ＳＴ４４  ステータス信号
【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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