(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】三相電圧に対応する少なくとも三のサージ吸収部（６０）を有し、一のサージ吸収部は、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（ＳＰＤ７３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得る第１のサージ電圧吸収回路（７３）と、両端の電圧が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（ＳＰＤ７４内の１０２）を含み、二の線路間に挿入され得る第２のサージ電圧吸収回路（７４）と、オン状態になると第２のサージ電圧吸収回路を二の線路間に挿入する第２のリレー接点（２４）とを有するものであり、何れかの第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出すると、各サージ吸収部において第２のリレー接点（２４）をオン状態に設定する制御回路を設けた。【選択図】図２
2016096686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）三相電圧に対応する少なくとも三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得る第１のサージ電圧吸収回路と、
両端の電圧が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を含み、前記二の線路間に挿入され得る第２のサージ電圧吸収回路と、
オン状態になると前記第２のサージ電圧吸収回路を前記二の線路間に挿入する第２のリレー接点と
を有するものである、サージ吸収部群と、
（ｂ）何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出するまで、前記各サージ吸収部において前記第２のリレー接点をオフ状態に設定し、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出すると、前記各サージ吸収部において前記第２のリレー接点をオン状態に設定する制御回路と
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】
前記各サージ吸収部は、オン状態になると前記第１のサージ電圧吸収回路を前記二の線路間に挿入する第１のリレー接点を有し、
前記制御回路は、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出するまで、前記各サージ吸収部において前記第１のリレー接点をオフ状態に設定し、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出すると、前記各サージ吸収部において前記第１のリレー接点をオフ状態に設定するものであ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】
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または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、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３に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項５】
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３または４に記載のサージ電圧吸収装置。
【請求項６】
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５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の段落０００４には「バリスタが経年劣化等により短絡故障した場合には、バリスタを流れる短絡電流によりバリスタが発熱し、熱分離機構が動作して接点部がオフするため、バリスタが直流電源線路Ｃから切り離される。これにより、バリスタ自体や周辺回路の焼損を未然に防止することができる」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２０１４−１５５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バリスタ等のサージ保護素子が消耗あるいは故障するモードとして、「ショートモード」と「オープンモード」とが知られている。「ショートモード」とは、サージ保護素子の経年劣化等により漏れ電流が大きくなり、バリスタ等の発熱が大きくなることをいう。これに対しては、温度ヒューズ等の熱分離機構を設けることにより、当該バリスタ等を回路から切り離すことができる。一方、「オープンモード」とは、直撃雷を受けた場合など、非常に大きなサージ電流が瞬間的にバリスタ等に流れた際、温度ヒューズ等の熱分離機構が作動する前にバリスタ等が破裂し、バリスタ等がオープン状態になることをいう。現在のところ、オープンモードの故障を遠隔地から安価に検出できる方法は知られておらず、人間の目視等によってオープンモードの故障を判別しているケースが多いため、メンテナンスが煩雑になるという問題が生じている。
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、
（ａ）三相電圧に対応する少なくとも三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得る第１のサージ電圧吸収回路と、
両端の電圧が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を含み、前記二の線路間に挿入され得る第２のサージ電圧吸収回路と、
オン状態になると前記第２のサージ電圧吸収回路を前記二の線路間に挿入する第２のリレー接点と
を有するものである、サージ吸収部群と、
（ｂ）何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出するまで、前記各サージ吸収部において前記第２のリレー接点をオフ状態に設定し、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路の消耗状態を検出すると、前記各サージ吸収部において前記第２のリレー接点をオン状態に設定する制御回路と
を有することを特徴とする。
【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】サージ保護装置の状態遷移図である。
【図５】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５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５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５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５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６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ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６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧが各々挿入されている。これらサージ吸収部６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ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６０」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８０が挿入されている。サージ吸収部６０，８０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６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０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６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ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５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６０，８０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６０，８０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５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６０の構成＞
次に、サージ吸収部６０の構成を図２(a)を参照し説明する。
サージ吸収部６０の端子６０ａは、電圧線２Ｒ，２Ｓ，２Ｔの何れかに接続され、端子６０ｂ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６０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ＳＰＤ７１の構成について詳細に説明しておく。ＳＰＤ７１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】
フォトカプラ１０４には、ＬＥＤ１０４ａとフォトトランジスタ１０４ｂとが封入されている。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ＳＰＤ７１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。
【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に大きな電流が流れる。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、ＬＥＤ１０４ａが消灯し、フォトトランジスタ１０４ｂがオフ状態になる。
【００１７】
ＳＰＤ７１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Ｓ７１として外部に出力される。この状態信号Ｓ７１をモニタしておくと、「ＳＰＤ７１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。
【００１８】
以上、ＳＰＤ７１の構成を詳述したが、他のＳＰＤ７２〜７６も同様に構成されている。そして、各ＳＰＤ７２〜７６の内部に設けられたフォトトランジスタ１０４ｂのオン／オフ状態を「状態信号Ｓ７２〜Ｓ７６」と呼ぶ。ここで、ＳＰＤ７１には、リレー接点２１が直列に接続されており、ＳＰＤ７１およびリレー接点２１から成る直列回路に対してリレー接点２０が並列に接続されている。また、ＳＰＤ７２にはリレー接点２２が直列に接続され、この直列回路はリレー接点２０に対して並列に接続されている。ＳＰＤ７３〜７６には、リレー接点２３〜２６が各々直列に接続されており、これら各直列回路は相互に並列に接続されている。
【００１９】
図２(a)に示すリレー接点２０〜２６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２０，２１，２３がオン状態であり、他のリレー接点２２，２４〜２６は全てオフ状態である。従って、初期状態においては、ＳＰＤ７３の両端にのみ、端子６０ａ，６０ｂ間の電圧が印加され、他のＳＰＤ７１，７２，７４〜７６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。
【００２０】
ＳＰＤ７３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。ＳＰＤ７４，７５，７６は、ＳＰＤ７３が消耗した際にＳＰＤ７３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。
【００２１】
また、ＳＰＤ７１，７２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、ＳＰＤ７３〜７６の何れかに対して直列に接続されるものである。電圧検出回路５５（図１参照）によって端子６０ａ，６０ｂ間の電圧が検出されると、論理回路５６において過電圧が生じたか否かが判定され、過電圧が生じたと判定されると、リレー接点２０がオフ状態になる。これにより、ＳＰＤ７１と、ＳＰＤ７３〜７６の何れかとが直列に接続された状態になる。
【００２２】
また、ＳＰＤ７１が消耗すると、リレー接点２２がオン状態にされ、ＳＰＤ７１に代えてＳＰＤ７２が適用されるようになる。ＳＰＤ７１，７２内のＭＯＶ１０２は、クランプ電圧ＶC2（＝１５０Ｖ）のものが適用されており、ＳＰＤ７１，７２がＳＰＤ７３〜７６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。
【００２３】
＜サージ吸収部８０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８０の構成を図２(b)を参照し説明する。サージ吸収部８０の端子８０ａは中性線２Ｎに接続され、端子８０ｂはアース線２Ｇに接続される。そして、端子８０ａ，８０ｂの間には、ＳＰＤ８３が接続されている。また、ＳＰＤ８３〜８６には、リレー接点４３〜４６が各々直列に接続されており、これら各直列回路は相互に並列に接続されている。ＳＰＤ８３〜８６内のＭＯＶ１０２は、上述したＳＰＤ７３〜７６と同様に、クランプ電圧ＶC1（＝３４０Ｖ）のものが適用されている。初期状態（図示の状態）においては、リレー接点４３のみがオン状態であり、他のリレー接点４４〜４６はオフ状態にされている。
【００２４】
＜ＳＰＤの切替動作＞
各サージ吸収部６０，８０において、内部のＳＰＤ７１〜７６，８３〜８６の状態（状態信号Ｓ７１〜Ｓ７６，Ｓ８３〜Ｓ８６）が検出されると、論理回路５６およびリレー駆動回路５７の制御に下、各サージ吸収部６０内のリレー接点２２〜２６，４３〜４６のオン／オフ状態が切り替えられる。その処理の内容を図３を参照し説明する。
【００２５】
図３においては、サージ吸収部６０について、６０ＲＮ，６０ＳＮにおける状態信号Ｓ７１〜Ｓ７６を示すが、他のサージ吸収部６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧにおける状態信号Ｓ７１〜Ｓ７６も同様の波形を有しているため、図示を省略する。各サージ吸収部６０内のリレー接点２２〜２６の状態も共通にされ、サージ吸収部８０におけるリレー接点４３〜４６の状態も、リレー接点２３〜２６の状態と共通にされる。
【００２６】
時刻ｔ41以前においては、全てのサージ吸収部６０，８０において状態信号Ｓ７３，Ｓ８３はオン状態である。一方、時刻ｔ41においては、サージ吸収部６０ＲＮにおける通常電圧用のＳＰＤ７３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Ｓ７３がオフ状態になっている。論理回路５６は、何れかのサージ吸収部６０，８０における状態信号Ｓ７３，Ｓ８３がオフ状態になったことを検出すると、リレー駆動回路５７を介して、全てのサージ吸収部６０，８０におけるリレー接点２３，４３をオフ状態に設定するとともに、全てのサージ吸収部６０，８０におけるリレー接点２４，４４をオン状態に設定する。
【００２７】
リレー接点２３，４３がオフ状態になると、ＳＰＤ７３，８３内のＬＥＤ１０４ａが消灯するから、全てのサージ吸収部６０，８０において状態信号Ｓ７３，Ｓ８３がオフ状態になる。このため、図３に示すように、全ての状態信号Ｓ７３，Ｓ８３は同様の波形になる。なお、最初にサージ吸収部６０ＲＮの状態信号Ｓ７３がＭＯＶ１０２の消耗によってオフ状態になった後、他のサージ吸収部６０，８０における状態信号Ｓ７３，Ｓ８３がオフ状態になるまで若干の時間のずれがあるが、図３においては、この時間のずれについて図示を省略する。また、時刻ｔ41においては、リレー接点２４，４４がオン状態になるため、ＳＰＤ７４，８４によるサージ電圧の吸収が可能な状態になる。また、ＳＰＤ７４，８４の両端にある程度の電圧が印加されるようになるから、ＳＰＤ７４，８４内のＬＥＤ１０４ａが点灯し、状態信号Ｓ７４，Ｓ８４がオン状態になる。
【００２８】
次に、時刻ｔ42において、サージ吸収部６０ＳＮにおける通常電圧用のＳＰＤ７４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Ｓ７４がオフ状態になっている。論理回路５６は、何れかのサージ吸収部６０，８０における状態信号Ｓ７４，Ｓ８４がオフ状態になったことを検出すると、リレー駆動回路５７を介して、全てのサージ吸収部６０，８０におけるリレー接点２４，４４をオフ状態に設定するとともに、全てのサージ吸収部６０，８０におけるリレー接点２５，４５をオン状態に設定する。
【００２９】
リレー接点２４，４４がオフ状態になると、ＳＰＤ７４，８４内のＬＥＤ１０４ａが消灯するから、全てのサージ吸収部６０，８０において状態信号Ｓ７４，Ｓ８４がオフ状態になる。また、リレー接点２５，４５がオン状態に設定されると、全てのサージ吸収部６０，８０において、ＳＰＤ７５，８５によるサージ電圧の吸収が可能な状態になり、状態信号Ｓ７５，Ｓ８５がオン状態なる。
【００３０】
次に、時刻ｔ43において、サージ吸収部６０ＳＮにおける過電圧用のＳＰＤ７１が消耗し、その内部の温度ヒューズ１０１が溶断したため、ＳＰＤ７１がオフ状態になっている。論理回路５６は、何れかのサージ吸収部６０における状態信号Ｓ７１がオフ状態になったことを検出すると、リレー駆動回路５７を介して、全てのサージ吸収部６０におけるリレー接点２１をオフ状態に設定するとともに、全てのサージ吸収部６０におけるリレー接点２２をオン状態に設定する。
【００３１】
リレー接点２１がオフ状態になると、ＳＰＤ７１内のＬＥＤ１０４ａが消灯するから状態信号Ｓ７１がオフ状態になる。また、リレー接点２２がオン状態に設定されると、全てのサージ吸収部６０においてＳＰＤ７２によるサージ電圧の吸収が可能な状態になり、状態信号Ｓ７２がオン状態になり得る状態になる。なお、図３に示す状態信号Ｓ７１，Ｓ７２の値は、過電圧状態が生じている（リレー接点２０がオフ状態になり、ＳＰＤ７１，７２の両端にある程度の電圧が印加されている）と仮定した場合の値である。過電圧が生じていなければ、リレー接点２０はオン状態になるため、リレー接点２１，２２の状態にかかわらず、状態信号Ｓ７１，Ｓ７２は常にオフ状態になる。
【００３２】
次に、時刻ｔ44において、サージ吸収部８０におけるＳＰＤ８５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Ｓ８５がオフ状態になっている。論理回路５６は、何れかのサージ吸収部６０，８０における状態信号Ｓ７５，Ｓ８５がオフ状態になったことを検出すると、リレー駆動回路５７を介して、全てのサージ吸収部６０，８０におけるリレー接点２５，４５をオフ状態に設定するとともに、全てのサージ吸収部６０，８０におけるリレー接点２６，４６をオン状態に設定する。
【００３３】
リレー接点２５，４５がオフ状態になると、ＳＰＤ７５，８５内のＬＥＤ１０４ａが消灯するから、全てのサージ吸収部６０，８０において状態信号Ｓ７５，Ｓ８５がオフ状態になる。また、リレー接点２６，４６がオン状態に設定されると、全てのサージ吸収部６０，８０において、ＳＰＤ７６，８６によるサージ電圧の吸収が可能な状態になり、状態信号Ｓ７６，Ｓ８６がオン状態なる。
【００３４】
次に、時刻ｔ45において、サージ吸収部６０ＳＮサージ吸収部８０におけるＳＰＤ７６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Ｓ７６がオフ状態になっている。しかし、この段階では、何れの全てのサージ吸収部６０，８０においても、通常電圧用の最後のＳＰＤ７６，８６が適用されている状態であるから、リレー接点２１〜２６，４３〜４６の状態は変化せず、サージ吸収部６０ＳＮ以外のサージ吸収部６０，８０においては、状態信号Ｓ７６，Ｓ８６はオン状態に保たれる。
【００３５】
図３の下段において、ステータス信号ＳＴ２１〜ＳＴ２４は、上述した状態信号Ｓ７１〜Ｓ７６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ＳＴ２１は、全てのサージ吸収部６０，８０において、初期段階で適用される通常電圧用のＳＰＤ７３，８３の状態信号Ｓ７３，Ｓ８３がオン状態であり、全てのサージ吸収部６０において、過電圧用のＳＰＤ７１の消耗が検出されていない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ＳＴ２１がオン状態であるという事は、全てのサージ吸収部６０，８０内の全てのＳＰＤが正常であるという事になる。図３の例にあっては、時刻ｔ41以前の状態がこれに該当する。
【００３６】
また、ステータス信号ＳＴ２２は、「何れかのサージ吸収部６０においてＳＰＤ７１の消耗が検出され、または状態信号Ｓ７３がオフ状態になったこと」および「全てのサージ吸収部６０においてＳＰＤ７２の異常が検出されておらず、状態信号Ｓ７４，Ｓ８４またはＳ７５，Ｓ８５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ＳＴ２２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。
【００３７】
これは、全てのサージ吸収部６０，８０について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５の使用者がサージ保護装置５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サージ吸収部６０，８０の交換あるいは保守を行うことができる。図３の例にあっては、時刻ｔ41〜ｔ44の状態がこれに該当する。
【００３８】
また、ステータス信号ＳＴ２３は、「全てのサージ吸収部６０，８０において状態信号Ｓ７５，Ｓ８５がオフ状態であり、状態信号Ｓ７６，Ｓ８６がオン状態であり、かつ、全てのサージ吸収部６０においてＳＰＤ７２の異常が検出されていない」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ＳＴ２３がオン状態であるという事は、「通常電圧用の４個のＳＰＤ７１〜７６のうち３個までが消耗した」という事であり、サージ吸収部６０，８０の残存寿命は初期の「１／４」以下まで減少している。これは、サージ吸収部６０，８０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３の例にあっては、時刻ｔ44〜ｔ45の状態がこれに該当する。
【００３９】
また、ステータス信号ＳＴ２４は、何れかのサージ吸収部６０，８０において、何れかのＳＰＤ７２，７６，８６の消耗が検出されたときにオン状態になる。この状態は、何れかのサージ吸収部６０，８０において、過電圧用の最後のＳＰＤ７２、または通常電圧用の最後のＳＰＤ７６が消耗しきったという事であり、当該サージ吸収部６０，８０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６０，８０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３においては時刻ｔ45以降の状態がこれに該当する。なお、一のサージ吸収部６０が全く機能していなかったとしても、サージ保護装置５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６０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６０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。
【００４０】
＜論理回路５６の状態遷移＞
論理回路５６は、上述したＳＰＤの切替動作を実現するために、その内部状態を遷移させる。論理回路５６の状態遷移の詳細を図４を参照し説明する。
図４において、現在の内部状態がＩｄｌｅ／初期状態ＳＳ００であったとする。ここで、パワーＯＮ操作あるいはリセット操作が行われると、全てのサージ吸収部６０，８０において、全てのＳＰＤが正常であるか否かが検査される。すなわち、リレー接点２１〜２６，４３〜４６を適宜切り替えることにより、あるＳＰＤの両端にある程度の電圧が印加された際、当該ＳＰＤからオン状態の状態信号が出力されたのであれば、当該ＳＰＤは正常であると判定される。
【００４１】
このようにして、全てのサージ吸収部６０，８０における全てのＳＰＤが正常であると判定されると、論理回路５６の内部状態は第１バンク運転状態ＳＳ１０に遷移する。ここで、「第１バンク」とは、各サージ吸収部６０，８０内にて最初に適用される通常電圧用のＳＰＤ７３，８３を総称したものである。第１バンク運転状態ＳＳ１０において、過電圧用のＳＰＤ７１の消耗が検出されていなければ、上述したように、オン状態のステータス信号ＳＴ２１が外部のモニタ装置等に出力される。第１バンク運転状態ＳＳ１０において、各ＳＰＤ７３，８３の状態信号Ｓ７３，Ｓ８３は通常はオン状態であるが、何れかの状態信号Ｓ７３，Ｓ８３がオフ状態になると、論理回路５６は、これを「第１バンクの故障」であると判定し、内部状態を「第２バンク安定待ち状態ＳＳ２１」に遷移させる。
【００４２】
「第２バンク」とは、各サージ吸収部６０，８０内にて、２番目に適用される通常電圧用のＳＰＤ７４，８４を総称したものである。第２バンク安定待ち状態ＳＳ２１は、図３の時刻ｔ41において各種リレー接点の切替等が行われている状態に対応する。リレー接点を動かすためには、ある程度の時間が必要である。また、リレー接点を動かした結果、あるＳＰＤの両端に電圧が印加されたとしても、当該ＳＰＤ内のＬＥＤ１０４ａが発光しオン状態の状態信号が出力されるまでには、やはりある程度の時間が必要である。
【００４３】
このため、論理回路５６においては、タイマーによって所定時間が経過するまで状態信号の判定を保留し、しかる後に内部状態を「第２バンク運転状態ＳＳ２２」に遷移させる。第２バンク運転状態ＳＳ２２において、各ＳＰＤ７４，８４の状態信号Ｓ７４，Ｓ８４は通常はオン状態であるが、何れかの状態信号Ｓ７４，Ｓ８４がオフ状態になると、論理回路５６は、これを「第２バンクの故障」であると判定し、内部状態を「第３バンク安定待ち状態ＳＳ３１」に遷移させる。
【００４４】
「第３バンク」とは、各サージ吸収部６０，８０内にて、３番目に適用される通常電圧用のＳＰＤ７５，８５を総称したものである。第３バンク安定待ち状態ＳＳ３１は、図３の時刻ｔ42において各種リレー接点の切替等が行われている状態に対応する。所定時間が経過すると、論理回路５６は、内部状態を「第３バンク運転状態ＳＳ３２」に遷移させる。第２バンク運転状態ＳＳ２２または第３バンク運転状態ＳＳ３２においては、過電圧用の最後のＳＰＤ７２の消耗が検出されていない限り、上述したように、オン状態のステータス信号ＳＴ２２が外部のモニタ装置等に出力される。
【００４５】
第３バンク運転状態ＳＳ３２において、各ＳＰＤ７５，８５の状態信号Ｓ７５，Ｓ８５は通常はオン状態であるが、何れかの状態信号Ｓ７５，Ｓ８５がオフ状態になると、論理回路５６は、これを「第３バンクの故障」であると判定し、内部状態を「第４バンク安定待ち状態ＳＳ４１」に遷移させる。
【００４６】
「第４バンク」とは、各サージ吸収部６０，８０内にて、最後に適用される通常電圧用のＳＰＤ７６，８６を総称したものである。第４バンク安定待ち状態ＳＳ４１は、図３の時刻ｔ44において各種リレー接点の切替等が行われている状態に対応する。所定時間が経過すると、論理回路５６は、内部状態を「第４バンク運転状態ＳＳ４２」に遷移させる。ここで、過電圧用の最後のＳＰＤ７２の消耗が検出されていない限り、上述したように、オン状態のステータス信号ＳＴ２３が外部のモニタ装置等に出力される。
【００４７】
第４バンク運転状態ＳＳ４２において、状態信号Ｓ７６，Ｓ８６の状態信号Ｓ７６，Ｓ８６は通常はオン状態であるが、何れかの状態信号Ｓ７６，Ｓ８６がオフ状態になると、論理回路５６は、これを「第４バンクの故障」であると判定し、内部状態を「全バンク故障状態ＳＳ５０」に遷移させる。これは図３においては、時刻ｔ45以降の状態に対応し、上述したように、オン状態のステータス信号ＳＴ２４が外部のモニタ装置等に出力される。
【００４８】
全バンク故障状態ＳＳ５０、またはそれ以前の状態において、サージ保護装置５の電源をオフにすると、サージ吸収部６０，８０を交換または修理することができる。しかる後に、サージ保護装置５に対してパワーＯＮ操作あるいはリセット操作を行うと、内部状態は、Ｉｄｌｅ／初期状態ＳＳ００に戻る。
【００４９】
＜比較例＞
本実施形態の効果を説明するために、比較例の構成について述べておく。
ここで述べる比較例は、上述した実施形態の構成に対して、オープンモードの故障を直接的に検出する手段を追加したものである。「発明の概要」にて述べたように、状態信号（Ｓ７１等）によって外部から検出できる消耗状態を「ショートモード」という。一方、非常に大きなサージ電流が瞬間的にＭＯＶ１０２に流れた場合には「オープンモード」の故障が起こり得る。すなわち、温度ヒューズ１０１が溶断する前にＭＯＶ１０２が破裂し、ＭＯＶ１０２がオープン状態になると、ＬＥＤ１０４ａは点灯し続けるため、状態信号（Ｓ７１等）によってオープンモードの故障の有無を検出することはできない。
【００５０】
オープンモードの故障の有無を検出する方法の一つとして、ＭＯＶ１０２に直列にシャント抵抗器を接続することが考えられる。ＭＯＶ１０２は、新品の状態であっても、数ｍＡ〜数十ｍＡの漏れ電流が流れるため、シャント抵抗器の端子電圧によってオープンモードの故障の有無を検出することができる。しかし、ＭＯＶ１０２には瞬間的に数千アンペア程度のサージ電流が流れる場合があり、シャント抵抗器における電圧降下が障害となってサージ保護能力が弱まるという問題が生じる。
【００５１】
一方、極めて低い抵抗値（例えば０．０１Ω以下）のシャント抵抗器も実用化されているが、本実施形態のように、数百ボルトの交流電圧を扱う環境下で使用すると、検出電圧にノイズが重畳しやすくなる。そのノイズを除去する対策を講じることまで含めると、シャント抵抗器を用いることはコストアップにつながる。
【００５２】
また、ホール素子等を用いて、ＭＯＶ１０２の漏れ電流を非接触で測定することも考えられる。しかし、ホール素子等は高価であるから、やはりコストアップにつながる。このように、現在知られている技術によってオープンモードの故障を直接的に検出しようとすると、どうしてもコストアップを招くため、廉価な製品で採用することは実現性に乏しい。
【００５３】
＜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）５は、
（ａ）三相電圧に対応する少なくとも三のサージ吸収部（６０，８０）を有するサージ吸収部群（６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０）であって、一の前記サージ吸収部（６０，８０）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（ＳＰＤ７３，８３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得る第１のサージ電圧吸収回路（７３，８３）と、
両端の電圧が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（ＳＰＤ７４，８４内の１０２）を含み、前記二の線路間に挿入され得る第２のサージ電圧吸収回路（７４，８４）と、
オン状態になると前記第２のサージ電圧吸収回路（７４，８４）を前記二の線路間に挿入する第２のリレー接点（２４，４４）とを有するものである、サージ吸収部群と、
（ｂ）何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路（７３，８３）の消耗状態を検出するまで、前記各サージ吸収部（６０，８０）において前記第２のリレー接点（２４，４４）をオフ状態に設定し、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路（７３，８３）の消耗状態を検出すると、前記各サージ吸収部（６０，８０）において前記第２のリレー接点（２４，４４）をオン状態に設定する制御回路（５０）とを有する。
【００５４】
さらに、前記各サージ吸収部（６０，８０）は、オン状態になると前記第１のサージ電圧吸収回路（７３，８３）を前記二の線路間に挿入する第１のリレー接点（２３，４３）を有し、前記制御回路（５０）は、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路（７３，８３）の消耗状態を検出するまで、前記各サージ吸収部（６０，８０）において前記第１のリレー接点（２３，４３）をオフ状態に設定し、何れかの前記第１のサージ電圧吸収回路（７３，８３）の消耗状態を検出すると、前記各サージ吸収部（６０，８０）において前記第１のリレー接点（２３，４３）をオフ状態に設定するものである。
【００５５】
さらに、サージ保護装置５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（６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０）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（６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ）を有するものである。
【００５６】
さらに、前記サージ吸収部群（６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０）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（８０）を有するものである。
【００５７】
さらに、前記サージ吸収部群（６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０）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（６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ）を有するものである。
【００５８】
さらに、前記第１および第２のサージ電圧吸収回路（７３，７４，８３，８４）は、各々の消耗状態を示す状態信号（Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ８３，Ｓ８４）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（６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ，６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０）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（Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ８３，Ｓ８４）を組み合わせたステータス信号（ＳＴ２１〜ＳＴ２４）を監視用信号として出力することを特徴とする。
【００５９】
かかる構成により、本実施形態によれば、オープンモードの故障を直接的に検出することなく、オープンモードの故障に対応することができる。その理由を以下説明する。
上述したように、サージ電圧の態様は、「コモンモード」（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）と「ノーマルモード」（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）とに大別される。
【００６０】
オープンモードの故障は、直撃雷を受けた場合あるいは設置場所近傍で発生した誘導雷などによって生じるが、このような場合のサージ電圧は、「ノーマルモード」で生じる場合が多い。すなわち、一部の相において特に高いサージ電圧が発生するから、対応するＭＯＶ１０２が瞬間的に破裂することになる。一方、他の相については、ＭＯＶ１０２が瞬間的に破裂するほどではないが、誘導雷によって相当に高いサージ電圧が発生する場合が多い。すると、ＭＯＶ１０２の劣化が進むため、当該ＭＯＶ１０２は、比較的短い期間内にショートモードで消耗する可能性が高くなる。
【００６１】
本実施形態においては、バンク単位でＳＰＤを切り替えるため、あるバンクに属する一のＳＰＤが消耗すると、同一のバンクに属する他のＳＰＤも同時に回路から切り離される。従って、一または複数のＳＰＤがオープンモードで故障したとしても、同一のバンクに属する他のＳＰＤがショートモードで消耗すると、オープンモードで故障したＳＰＤも回路から切り離されることになる。このように、オープンモードの故障を直接的に検出できなかったとしても、他の相のショートモードの消耗を検出することによって、オープンモードの故障に結果的に対応することができる。
【００６２】
なお、電圧線３Ｒ，３Ｓ，３Ｔと中性線３Ｎとに対して、オープンモードの故障を引き起こす程度のサージ電圧が同時に発生する確率はゼロとは言えない。また、ある相においてオープンモードの故障を起こす程度のサージ電圧を発生させながら、他相のＭＯＶ１０２に対してほとんどダメージを与えないケースも全く無いとは言えない。しかし、このような事態が生じる確率は極めて低いため、大多数のケースにおいて、本実施形態は、オープンモードの故障に有効に対応することができる。
【００６３】
＜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。
【００６４】
（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ＳＰＤ７１〜７６，８３〜８６を用いたが、これらに代えて、図５に示すＳＰＤ１１を適用してもよい。
図５において、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。端子１１０ａおよびコモン端子１１０ｂ間の状態である接点信号を状態信号Ｓ１１として出力することを想定すると、初期状態においては、図示のように、状態信号Ｓ１１はオン状態になる。
【００６５】
状態信号Ｓ１１は、ＳＰＤ１１の両端に電圧が印加されているか否かにかかわらず出力されるため、この点は上記実施形態における状態信号（Ｓ７１等）とは異なる。しかし、論理回路５６の構成をこれに対応させることにより、状態信号Ｓ１１を、状態信号Ｓ７１〜Ｓ７６，Ｓ８３〜Ｓ８６に代えて用いることができる。
【００６６】
（２）上記実施形態におけるＳＰＤ７１等はフォトカプラ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ＳＰＤ７１〜７６，８３〜８６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。
【００６７】
（サージ吸収部６０，８０の数の変形）
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６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ，８０と、主としてノーマルモードに対応するサージ吸収部６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮとを設けたため、サージ吸収部６０，８０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。
【００６８】
例えば、サージ保護装置５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８０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６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ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６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮを省略してもよい。
【００６９】
（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。
【００７０】
（ステータス信号の変形例）
上記実施形態においては、各ＳＰＤ７１〜７６，８３〜８６から出力される状態信号Ｓ７１〜Ｓ７６，Ｓ８３〜Ｓ８６を組み合わせることにより、ステータス信号ＳＴ２１〜ＳＴ２４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。例えば、上記実施形態においては、第２バンク運転状態ＳＳ２２および第３バンク運転状態ＳＳ３２を同一のステータス信号（オン状態のＳＴ２２）で表していたが、両者を区別するようなステータス信号を出力するようにしてもよい。
【００７１】
（サージ保護装置５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５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５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５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５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】
【００７２】
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
５  サージ保護装置（サージ電圧吸収装置）
１１  ＳＰＤ
２３，４３  リレー接点（第１のリレー接点）
２４，４４  リレー接点（第２のリレー接点）
２２，２５，２６，４５，４６  リレー接点
６０，８０  サージ吸収部（サージ吸収部群）
６０ＲＧ，６０ＳＧ，６０ＴＧ  サージ吸収部（電圧線・接地電位間サージ吸収部）
６０ＲＮ，６０ＳＮ，６０ＴＮ  サージ吸収部（電圧線・中性線間サージ吸収部）
７３，８３  ＳＰＤ（第１のサージ電圧吸収回路）
７４，８４  ＳＰＤ（第２のサージ電圧吸収回路）
７１，７２，７５，７６，８５，８６  ＳＰＤ
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
８０  サージ吸収部（中性線・接地電位間サージ吸収部）
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
Ｓ７１〜Ｓ７６  状態信号
Ｓ８３〜Ｓ８６  状態信号
ＳＴ２１〜ＳＴ２４  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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