JP2005063851A

JP2005063851A - 急峻波抑制装置

Info

Publication number: JP2005063851A
Application number: JP2003293646A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kando; 正明貫洞
Original assignee: Tokai University
Current assignee: Tokai University
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-14
Also published as: JP4385104B2

Abstract

【課題】使用できる電圧の範囲が広く、迅速に絶縁破壊を発生させる。平常時の洩れ電流の発生を防止する。自動復帰を可能にする。
【解決手段】回路１に侵入した急峻波電圧３の電圧を抑制する急峻波抑制装置において、主電極１６，６からなる主電極系１３と、主電極１６，６間の間隔よりも狭い間隔をあけて接地側の主電極６と対向配置されたメイントリガー電極５と、急峻波電圧３よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器１０と、パルス電圧が印加されて電極８，９間に絶縁破壊を生じるサブトリガー電極系１２と、電極系１２に絶縁破壊が起きたときに電極系１２の電極４と電極５とを導通させる導体７を備え、電極５の電位の上昇によって主電極系１３の接地側の主電極６との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして主電極１６，６間に絶縁破壊を生じさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、急峻波抑制装置に関する。更に詳しくは、本発明は、電極間の絶縁破壊によって急峻波電圧をアースする急峻波抑制装置に関するものである。

急峻波抑制装置としては、例えば送電系統に設けられる高電圧用酸化亜鉛形避雷器がある。この酸化亜鉛形避雷器１０４は、図１１に示すように、直列に並べた複数の特性要素１０５を備えており、特性要素１０５として酸化亜鉛素子を用いている。避雷器１０４は、平常は電力系統に対して並列に設置され高い絶縁性を有しているが、落雷等により異常電圧が生じると、特性要素１０５の抵抗が減少するので電流を大地に導くことができる。酸化亜鉛形避雷器１０４は、高圧送電系統、例えば２７万５千ボルトや５０万ボルト等の高電圧に対して使用される。

また、別のタイプの避雷器として、図１２に示すように、放電ギャップを利用した避雷器がある。この避雷器１０１はギャップ１０２と特性要素１０３から構成されている。この避雷器１０１は、落雷等により異常電圧が生じると、ギャップ１０２で絶縁破壊が生じて電流を大地に導くことができる。避雷器１０１内は密閉空間内にある。

また、低圧用急峻波抑制装置として、例えば半導体化雷サージ防護素子を使用した通信用保安器（半導体式避雷器）が知られている。この通信用保安器は半導体素子を使用しているため、例えば２００Ｖ以下の低電圧に対して使用される。

「絵とき電力技術」オーム社、平成３年１２月２５日、１４７頁−１４８頁

しかしながら、上記の酸化亜鉛形避雷器１０４では、異常電圧が生じていない平常時においても特性要素１０５中を漏洩電流が流れる問題を有している。この漏洩電流の発生は、電力を損失させ、また、関連施設等で用いられているリレー関係、部分放電計測等に障害をきたす虞が生じると共に、特性要素１０５そのものが発熱を伴い劣化するとの問題がある。

一方、上記のギャップ１０２を有する避雷器１０１では、動作が不安定である。即ち、ギャップ１０２で絶縁破壊を発生させるためにはギャップ１０２に電子が存在することが必要であるが、避雷器１０１ではギャップ１０２を密閉空間に設けているので電子の存在確率が小さい傾向にある。このため、絶縁破壊を発生させるために大きな過電圧が必要であり、絶縁破壊が開始する電圧にばらつきが生ずる。このことから、避雷器としての動作が不安定となる。

また、上記の通信用保安器では、半導体素子を使用しているため、その使用が２００Ｖ以下の低電圧に限られる。また、半導体素子を用いるため、ギャップ式に比べると高価である。このため、素子が過電圧パルス等によって動作が不能になると、高価な半導体素子を交換しなければならず不経済である。さらに、通信用保安器が壊れていてもそれを検知する手段を備えていなければ、通信用保安器が壊れているか否かが分かり難く、過電圧パルス（雷サージ，インバータサージ等）を受けたとき、あるいは定期的に点検する必要がある。

本発明は、使用できる電圧の範囲が高電圧から低電圧まで広く、確実に動作する急峻波抑制装置を提供することを目的とする。また、平常時の洩れ電流の発生を防止することができる急峻波抑制装置を提供することを目的とする。さらに、一旦作動しても自動復帰が可能で安価な急峻波抑制装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、回路に侵入した急峻波電圧を抑制する急峻波抑制装置において、電源電圧では絶縁破壊を起こさない間隔をあけて対向配置され且つ負荷よりも電源側に並列に設置された第１及び第２の主電極からなる主電極系と、第１及び第２の主電極間の間隔よりも狭い間隔をあけて主電極系の接地側の主電極と対向配置されたメイントリガー電極と、主電極系よりも電源側に電源と直列に設けられ、急峻波電圧の侵入により当該急峻波電圧よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器と、パルス発生器からパルス電圧が印加されて電極間に絶縁破壊を生じるサブトリガー電極系と、サブトリガー電極系に絶縁破壊が起きたときにサブトリガー電極系の低電位側の電極とメイントリガー電極とを導通させてメイントリガー電極の電位を上昇させる導体を備え、メイントリガー電極の電位の上昇によって主電極系の接地側の主電極との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を生じさせるものである。なお、主電極系の第１及び第２の主電極のうち、どちらか一方の主電極が接地側の主電極である。

したがって、回路に急峻波電圧が侵入すると、パルス発生器において急峻波電圧よりも高いパルス電圧が発生しサブトリガー電極系を構成する電極間に印加される。これにより、サブトリガー電極系で絶縁破壊（１段目の絶縁破壊）が発生し、サブトリガー電極系の低電位側の電極の電位が上昇する。これによりメイントリガー電極の電位も上昇し、主電極系の接地側の主電極との間で絶縁破壊（２段目の絶縁破壊）が発生する。この２段目の絶縁破壊によって初期電子が発生するので、２段目の絶縁破壊がトリガーとなって主電極系の第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を遅れなく生じさせる。主電極系の第１及び第２の主電極間の絶縁破壊によって回路に侵入した急峻波電圧が抑制される。

また、請求項２記載の発明は、回路に侵入した急峻波電圧を抑制する急峻波抑制装置において、電源電圧では絶縁破壊を起こさない間隔をあけて対向配置され且つ負荷よりも電源側に並列に設置された第１及び第２の主電極からなる主電極系と、第１及び第２の主電極間の間隔よりも狭い間隔をあけて主電極系の接地側の主電極と対向配置されたメイントリガー電極と、主電極系よりも電源側に電源と直列に設けられ、急峻波電圧の侵入により当該急峻波電圧よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器と、パルス電圧をメイントリガー電極に導いて電位を上昇させる導体を備え、メイントリガー電極の電位の上昇によって主電極系の接地側の主電極との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を生じさせるものである。なお、主電極系の第１及び第２の主電極のうち、どちらか一方の主電極が接地側の主電極である。

したがって、回路に急峻波電圧が侵入すると、パルス発生器において急峻波電圧よりも高いパルス電圧が発生しメイントリガー電極に印加される。これにより、メイントリガー電極の電位が上昇し、主電極系の接地側の主電極との間で絶縁破壊が発生する。この絶縁破壊によって初期電子が発生するので、この絶縁破壊がトリガーとなって主電極系の第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を遅れなく生じさせる。主電極系の第１及び第２の主電極間の絶縁破壊によって回路に侵入した急峻波電圧が抑制される。

しかして、請求項１記載の急峻波抑制装置によると、急峻波電圧の侵入により１段目及び２段目の絶縁破壊を迅速に発生させることができ、２段目の絶縁破壊がトリガーとなって主電極系の第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を発生させることができるので、主電極系の絶縁破壊を迅速、且つ高い放電確率で安定的的に発生させることができる。このため、急峻波電圧を迅速且つ確実に抑制することができる。また、主電極系の絶縁破壊によって急峻波電圧を抑制するので、低電圧から高電圧まで広い範囲の電圧に対して使用することができる。さらに、主電極系の絶縁破壊が生じなければ電流が流れないので、洩れ電流の発生を防止することができる。また、急峻波電圧がなくなれば絶縁破壊が消滅し、絶縁性が自動的に回復するので、復帰操作が不要である。また、サブトリガー電極系の電極間の絶縁ギャップの存在により、安全性がより高い。

また、請求項２記載の急峻波抑制装置によると、急峻波電圧の侵入によりメイントリガー電極と主電極系の接地側の主電極との間に絶縁破壊を迅速に発生させることができ、この絶縁破壊がトリガーとなって主電極系の第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を発生させることができるので、主電極系の絶縁破壊を迅速、且つ高い放電確率で安定的に発生させることができる。このため、急峻波電圧を迅速且つ確実に抑制することができる。また、主電極系の絶縁破壊によって急峻波電圧を抑制するので、低電圧から高電圧まで広い範囲の電圧に対して使用することができる。さらに、主電極系の絶縁破壊が生じなければ電流が流れないので、洩れ電流の発生を防止することができる。また、急峻波電圧がなくなれば絶縁破壊が消滅し、絶縁性が自動的に回復するので、復帰操作が不要である。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明を適用した急峻波抑制装置の第１の実施形態を示す。急峻波抑制装置は、回路１に侵入した急峻波電圧３の電圧を抑制する急峻波抑制装置にあって、電源電圧では絶縁破壊を起こさない間隔をあけて対向配置され且つ負荷２０よりも電源２７側に並列に設置された第１及び第２の主電極１６，６からなる主電極系１３と、第１及び第２の主電極１６，６間の間隔よりも狭い間隔をあけて主電極系１３の接地側の主電極（本実施形態では第２の主電極）６と対向配置されたメイントリガー電極５と、主電極系１３よりも電源２７側に電源２７と直列に設けられ、急峻波電圧３の侵入により当該急峻波電圧３よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器１０と、パルス発生器１０から高電圧パルスが印加されて電極８，９間に絶縁破壊を生じるサブトリガー電極系１２と、サブトリガー電極系１２に絶縁破壊が起きたときにサブトリガー電極系１２の低電位側の電極４とメイントリガー電極５とを導通させてメイントリガー電極５の電位を上昇させる被覆導体７を備え、メイントリガー電極５の電位の上昇によって主電極系１３の接地側の主電極６との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして第１及び第２の主電極１６，６間に絶縁破壊を生じさせるものである。本実施形態では、サブトリガー電極系１２は、対向して配置された電極８，９と、電極８，９の間に配置された電極４より構成されている。電極４は、低電位側の電極である。

回路１は例えば電力系統の回路であり、急峻波電圧３は例えば雷サージ電圧である。ただし、回路１は電力系統の回路に限るものではない。また、急峻波電圧３は雷サージ電圧に限るものではなく、雷サージ以外の例えばインパルス電圧、サージ電圧、インバータサージ電圧、パルス電圧等でも良い。

サブトリガー電極系１２の電極８とメイントリガー電極５は、例えば針電極である。また、サブトリガー電極系１２の電極９，４は、例えば棒電極である。さらに、主電極系１３の第１及び第２の主電極１６，６は球電極である。ただし、これらに限るものではなく、各電極とも例えば棒電極、先端、先端尖鋭な形状の電極、突起、線電極、球電極などのいずれであっても良い。主電極系１３の主電極１６，６とメイントリガー電極５は、例えばケーシング１４内に収容されて密閉空間３２に配置され、絶縁気体例えばＳＦ_６等で加圧されていても良い。加圧する場合には、避雷器本体（主電極系１３やメイントリガー電極５を収容したケーシング１４）をコンパクトにすることができる。

なお、避雷器本体と同様に、サブトリガー電極系１２を収容するケーシング内を絶縁気体で加圧しても良く、この場合には、サブトリガー電極系１２を収容するケーシングをコンパクトにすることができる。さらに、主電極系１３、サブトリガー電極系１２、メイントリガー電極５を同じケーシング内に収容し、このケーシング内絶縁気体で加圧しても良く、この場合には、当該ケーシングをコンパクトにすることができる。即ち、急峻波抑制装置全体をコンパクトにすることができる。

なお、サブトリガー電極系１２の電極８，９間のギャップ長は、通常かかる電圧では絶縁破壊を起こさず、且つパルス発生器１０により印加されるパルス性高電圧で絶縁破壊を起こす長さに設定されている。また、メイントリガー電極５と主電極系１３の電極６との間のギャップ長は、サブトリガー電極系１２の絶縁破壊によってメイントリガー電極５の電位が上昇した場合に絶縁破壊を起こす長さに設定されている。サブトリガー電極系１２で１段目の絶縁破壊を発生させることができ、且つメイントリガー電極５と電極６との間で２段目の絶縁破壊を発生させることができれば、電極８，９間のギャップ長を電極５，６間のギャップ長よりも短くしても良いし、その逆であっても良い。

サブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５は導体７によって物理的且つ電気的な接続状態にある。

パルス発生器１０を図２及び図３に示す。パルス発生器１０は例えば円筒型空芯パルス発生器で、導体箔を円筒状に湾曲させた一次側巻線１７と、一次側巻線１７の内側に配置された二次側巻線１８を備えている。一次側巻線１７は例えば軟質アルミ箔であり、負荷２０よりも電源２７側に介在されている。二次側巻線１８は例えばエナメル線を所定回数巻いたコイルで、その両端１８ａ，１８ａは第１の電極８，第２の電極９に接続されている。一次側巻線１７と二次側巻線１８の間は絶縁紙１９によって絶縁されている。一次側巻線１７に電流が流れると、その電圧よりも高い電圧を二次側巻線１８から出力することができる。なお、一次側巻線１７は、例えば銅板等の導電板であっても良い。

円筒型空芯パルス発生器１０は、円筒型単巻コイル（一次側巻線１７）とソレノイドコイル（二次側巻線１８）との併用によって容易に高電圧（電源電圧より高い）でパルス幅がμＳオーダーの減衰振動波を発生することができる。また、円筒型空芯パルス発生器１０は、構造が空心であるため、周波数による損失（鉄損等）がないということも特徴の一つである。

円筒型空芯パルス発生器１０の動作原理としては、ファラデーの電磁誘導の法則により成り立っているため、パルス幅の短い急峻波またはインパルスに反応する特性を持っている。また、一次側巻線１７、二次側巻線１８の巻線数や、二次側巻線１８に使用する例えばエナメル線の太さを変えることで、任意の電圧を発生することができるという特徴もある。

パルス発生器１０によって、サブトリガー電極系１２の電極８，９間に絶縁破壊（１段目の絶縁破壊）を起こさせることができるパルス電圧を発生させることができる。

パルス発生器１０としては、例えば特開２００１−３１３２１７号公報に開示されている筒状パルス生成装置の使用が適している。

サブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５を接続する導体７は、例えば被覆電線である。この急峻波抑制装置の特徴の一つは、導体７が全回路構成上非接続となっていることである。このため、パルス発生器１０と接地極（第２の主電極６）とのインピーダンスは無限大となっている。したがって、パルス発生器１０の一次側巻線１７に高周波成分を含む小さな雑音が流入しても、サブトリガー電極系１２の電極８，９間に絶縁破壊が生じなければ導体７には電圧が印加されることがない。このため、メイントリガー電極５に影響を与えることがなく、また安全性をより一層向上させることができる。また、パルス発生器１０と接地極との間のインピーダンスを無限大にしてこれらを分離することで、サブトリガー電極系１２の電極８，９に印加する電圧として高い電圧を安全に利用することが可能になる。即ち、高い電圧でも安全に作動するようにできる。さらに、導体７を介して電気が流れるのを防止でき、回路上切り離されて抵抗とならないので商用電源や負荷２０等に影響を与えずに、急峻波電圧３が侵入したときにのみパルス電圧を発生させて急峻波電圧３を利用して確実に主電極１６，６間の絶縁破壊を発生させることができる。

なお、回路１には例えば商用周波電源２７が接続されているが、この電源２７による電力の供給ではサブトリガー電極系１２に１段目の絶縁破壊が生じることが無く、落雷等に起因したサージ電圧、インバータサージ電圧等の急峻波電圧３の侵入によりパルス発生器１０で生じる高電圧高周波パルスが電極８，９間に印加されて１段目の絶縁破壊が生じる。即ち、パルス発生器１０によるパルス性の高電圧（電源に比べて高い電圧）がかかったときに１段目の絶縁破壊を生じ、回路１に通常かかる電圧例えば電源２７の電圧では絶縁破壊は生じない。

また、サブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５とは、導体７によって物理的且つ電気的に接続されているので、電極４，５を十分離して設置することができる。即ち、急峻波電圧３を利用してサブトリガーとなる第１段目の絶縁破壊を行う部分と、大容量となる主電極系１３とを、例えば地上と鉄塔の上のように離して設置できるので、高電圧がかかっていても安全に使用できる。

図４に示すように、落雷，スイッチング動作などにより回路１内に侵入した急峻波電圧３がパルス発生器１０の一次側巻線１７に流入すると、アンペアの法則に従って磁束が発生する。この磁束が二次側巻線１８に鎖交すると、ファラデーの電磁誘導の法則より出力端に大きな電圧が発生する。この電圧が出力端に接続されているサブトリガー電極系１２の電極８，９に印加されると、１段目の絶縁破壊２８が発生し、この絶縁破壊２８により電極４の電位が上昇してメイントリガー電極５の電位も上昇し、メイントリガー電極５と第２の主電極６との間で絶縁破壊（２段目の絶縁破壊２９）が発生する（絶縁破壊時間はナノ秒オーダーで発生する）。この２段目の絶縁破壊２９がトリガーとなり、主電極１６，６間で絶縁破壊し短絡するため、回路１内に侵入し負荷２０へと流れる過電圧パルス電圧（急峻波電圧３）を抑制する。

２段目の絶縁破壊２９によって主電極１６，６間に初期電子３０、イオン、放電劣化生成物（以下、初期電子３０等という）が発生する。このため、放電確率（絶縁破壊３１が発生する確率）が高くなり、過電圧を低減して絶縁破壊させることが可能となる。したがって、回路１に侵入した急峻波電圧３を低減させて負荷２０への影響を抑えることができる。また、初期電子３０等を発生させるので、主電極１６，６が密閉空間３２に設けられていても、迅速に絶縁破壊（放電）３１を生じさせることができ、しかも放電開始電圧のばらつき即ち標準偏差を小さくすることができる。

また、急峻波電圧３を低減および抑制することができるので、急峻波電圧３として雷サージ電圧、インバータサージ電圧等の侵入にも対応することができる。

なお、サブトリガー電極系１２の電極８，９に対する電極４の位置を調整することで、電極８，９間に１段目の絶縁破壊が発生したときの電極４の電位を調整することができる。これにより、メイントリガー電極５の電位を調整することができ、２段目の絶縁破壊を生じさせる放電確率を調整することができる。

例えば、パルス発生器１０により印加されるパルス性高電圧が比較的低い場合（過電圧の小さい場合）等には、電極４を例えば電極８に近づけることで、電極９，８間の放電抵抗による分担電圧を高くして電極４の電位を高めることができる。これによりメイントリガー電極５の電位を適切な値にまで上昇させて電極６との間の電位差を増加させることができ、たとえパルス発生器１０により印加されるパルス性高電圧が過電圧の小さいものであっても、放電確率を高くすることによって２段目の絶縁破壊を確実に発生させることができる。

一方、パルス発生器１０により印加されるパルス性高電圧が比較的高い場合（過電圧の大きい場合）等には、電極４を例えば電極８から遠ざけることで、電極９，８間の放電抵抗による分担電圧を低下させて電極４の電位を低くすることができる。これによりメイントリガー電極５の電位が過大になるのを防いで電極６との間の電位差を減少させることができ、たとえパルス発生器１０により印加されるパルス性高電圧が過電圧の大きいものであっても、２段目の絶縁破壊を確実に発生させることができる。また、メイントリガー電極５や主電極６の焼損を低減できる。

また、パルス発生器１０は、一次側巻線１７の電圧よりも高い電圧をパルス状に二次側巻線１８から出力するので、その分だけ高いパルス性電圧で１段目の絶縁破壊２８，２段目の絶縁破壊２９を発生させることができる。即ち、高いパルス性電圧でトリガーとなる２段目の絶縁破壊２９を発生させることができるので、主電極１６，６における絶縁破壊３１を確実に起こすことができる。

さらに、サブトリガー電極系１２の電極８，９間のギャップ長を調整することで、１段目の絶縁破壊２８を生じさせる電圧を調整することができ、また、電極４の位置を調整して電極８，４間のギャップ長を調整することで、メイントリガー電極５の電位を調整することができ、さらに、メイントリガー電極５と主電極系１３の電極６との間のギャップ長を調整することで、トリガーとなる２段目の絶縁破壊２９を生じさせる電圧、即ち急峻波抑制装置が作動して主電極１６，６間における絶縁破壊確率を調整することができる。つまり、主電極１６，６間に絶縁破壊を生じさせて抑制する急峻波電圧３（作動電圧）を調整することができる。

この急峻波抑制装置では、回路１に侵入した急峻波電圧３を主電極系１３の主電極１６，６間の絶縁破壊によって抑制するので、急峻波電圧３が侵入していない平常時においては主電極１６，６間の絶縁を維持している。このため、平常時における洩れ電流の発生を確実に防止することができる。

また、主電極１６，６間の絶縁破壊によって回路１に侵入した急峻波電圧３を抑制するので、ギャップ長の調整及び／又は（絶縁性ガス等による）圧力調整により、低圧，高圧，特別高圧のいずれを使用する回路でも適用することができる。

また、半導体素子等の高価な部品を使用していないので製造コストが安く、また、急峻波電圧がなくなれば絶縁破壊が消滅し、絶縁性が自動的に回復するので、復帰操作が不要である。このため、何度でも使用することができる。

また、メイントリガー電極５と主電極６との間の２段目の絶縁破壊をトリガーとして主電極１６，６間に絶縁破壊を生じさせるので、主電極１６，６間の絶縁破壊が生じる絶縁破壊開始電圧のばらつきを抑えることができ、動作を安定的なものにすることができる。

次に、本発明を適用した急峻波抑制装置の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と相違する点について主に説明し、共通する点についての説明は省略する。また、同一部材については同一の符号を付して説明する。

図５に、急峻波抑制装置の第２の実施形態を示す。急峻波抑制装置は、回路１に侵入した急峻波電圧３を抑制するものであって、電源電圧では絶縁破壊を起こさない間隔をあけて対向配置され且つ負荷２０よりも電源２７側に並列に設置された第１及び第２の主電極１６，６からなる主電極系１３と、第１及び第２の主電極１６，６間の間隔よりも狭い間隔をあけて主電極系１３の接地側の主電極（本実施形態では第２の主電極）６と対向配置されたメイントリガー電極５と、主電極系１３よりも電源２７側に電源２７と直列に設けられ、急峻波電圧３の侵入により当該急峻波電圧３よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器１０と、パルス電圧をメイントリガー電極５に導いて電位を上昇させる導体７を備え、メイントリガー電極５の電位の上昇によって主電極系１３の接地側の主電極６との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして第１及び第２の主電極１６，６間に絶縁破壊を生じさせるものである。

回路１内に急峻波電圧３が侵入すると、パルス発生器１０によって発生されたパルス電圧が導体７によってメイントリガー電極５に印加される。これにより、メイントリガー電極５の電位が上昇し、メイントリガー電極５と第２の主電極６との間で絶縁破壊が発生する。この絶縁破壊がトリガーとなり、主電極１６，６間で絶縁破壊が発生し、回路１内に侵入し負荷２０へと流れる過電圧パルス電圧（急峻波電圧３）を抑制することができる。

図５の急峻波抑制装置は、図１の急峻波抑制装置と比べて、サブトリガー電極系１２を省略した分だけ構造が簡単になり、製造コストを安くすることができる。また、１段目の絶縁破壊を省いているので、その分だけ迅速に主電極１６，６間に絶縁破壊を発生させることができ、応答性が高い。また、主電極１６，６間に絶縁破壊を発生させる過電圧が小さくなり、絶縁破壊開始電圧を低くすることができる。

なお、図１の急峻波抑制装置は、図５の急峻波抑制装置と比べて、絶縁ギャップ（サブトリガー電極系１２のギャップ）を１段多く有しているので、その分だけ絶縁性に優れており、より安全である。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれ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において種々変形実施可能である。例えば、上述の第１の実施形態では、サブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５を導体７によって物理的且つ電気的に接続していたが、これらの電極４，５の間に絶縁破壊によって電気を通すことが可能なギャップを一又は二箇所以上設けるようにしても良い（破線的な接続）。即ち、導体７を複数に分割してこれらの間にギャップ３４を設けたり（図６）、導体７と電極４又はメイントリガー電極５との間にギャップを設け、１段目の絶縁破壊によってサブトリガー電極系１２の電極４の電位が上昇した場合に導体７のギャップに絶縁破壊を生じさせることでサブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５とが導通するようにしても良い。換言すると、１段目の絶縁破壊が起こった場合にサブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５とが電気的に接続されるようにしても良い。このようにすることで、急峻波電圧３が流れていない状態では、サブトリガー電極系１２の電極４とメイントリガー電極５との絶縁分離をより一層確実にしておくことができる。このことは、図５に示す第２の実施形態の導体７についても同様である。

さらに、上述の第１の実施形態では、サブトリガー電極系１２を３つの電極４，８，９より構成していたが、必ずしもサブトリガー電極系１２を３つの電極４，８，９により構成する必要なく、２つの電極又は４つ以上の電極より構成するようにしても良い。図１３に、サブトリガー電極系１２を２つの電極４，８より構成した例を示す。この場合にも、サブトリガー電極系１２の電極８にパルス発生器１０によって高いパルス性電圧を印加すると、サブトリガー電極系１２の電極８，４間に１段目の絶縁破壊が生じ、これによってメイントリガー電極５の電位が上昇し、電極５，６間に２段目の絶縁破壊を発生させることができる。図１３の急峻波抑制装置では、図１の急峻波抑制装置に比べて、サブトリガー電極系１２の電極数が少ない分だけ構成が単純化され、部品点数を減少させるこができる。

また、本発明の急峻波抑制装置を避雷器として使用する場合には、従来の半導体式避雷器（半導体化雷サージ防護素子を使用した半導体式避雷器）と併設することが好ましい。この場合、本発明の急峻波抑制装置は、半導体式避雷器よりも電源２７側に設けることがより効果的である。従来の半導体式避雷器よりも電源２７側に設置すると、本発明の避雷器（急峻波抑制装置）でパルス性高電圧を抑制し、従来の半導体式避雷器（低い電圧で性能が良い）で抑制された後のサージ電圧を更に抑制できる。サージ電圧は１００μｓ程度の高速度であるので、半導体素子を用いた半導体式避雷器では抑制できない。なお、半導体式避雷器としては、例えば特開平５−３２６９３７号公報に開示されている半導体雷サージ防護素子が使用できる。

また、主電極系１６，６の焼損を低減させるために、主電極１６，６に直列に高抵抗を接続することもできる。

さらに、本実施形態では主に雷サージを対象とした避雷器（急峻波抑制装置）に応用した場合について説明したが、これらに特に限られるものではなく、インバータサージ等の低サージ電圧等を対象とすることもできる。

図１の急峻波抑制装置について、主電極１６，６におけるギャップ長ｄ３と絶縁破壊電圧の関係を調べ、その結果より入力電圧２．５３［ｋＶ］時の最大ギャップ長を求める実験を行った。各パラメータにおいて１０回の測定を行った。抵抗Ｒ１には負荷を想定した、任意の値の抵抗を接続した。この実験装置を図７に示す。なお、図７中「ＤＳＡ」はデジタル・シグナル・アナライザー（ＤＳＡ：オシロスコープ）である。また、符号３５はプローブ、符号３６はアース、符号ｄ１はメイントリガー電極５と主電極６との間のギャップ長、符号ｄ２はサブトリガー電極系１２の電極８，９のうち電極４に近い方の電極（例えば電極８）と電極４との間のギャップ長である。

主電極１６，６におけるギャップ長ｄ３と絶縁破壊電圧の関係および絶縁破壊回数の推移を図８に示す。図８からも明らかなように、主電極１６，６のギャップ長ｄ３は１．５［ｍｍ］離したところまで絶縁破壊を起こしており、かなりの大きさのギャップ長にまで急峻波抑制装置は動作していることが分かった。また、実験回数１０回中１０回の絶縁破壊が確認できたのは０．７［ｍｍ］までであり、このギャップ長が２．５３［ｋＶ］印加時の主電極１６，６の最大ギャップ長であることが分かった。また絶縁破壊電圧については、ギャップ長ｄ３の変化にかかわらずほぼ波高値に近いところで絶縁破壊を起こしており、同じような値となった。これはメイントリガー電極系（メイントリガー電極５と第２の主電極６）での絶縁破壊電圧が、急峻波パルス電圧の波高値の９０［％］〜１００［％］のところであると考えられ、そのために主電極１６，６のギャップ長ｄ３を変化させても絶縁破壊電圧はほぼ同じような値となり、主電極１６，６のギャップ長ｄ３に影響を及ぼさなかったと考えられる。

図１の急峻波抑制装置と図５の急峻波抑制装置について、入力電圧を１．５［ｋＶ］〜４．０［ｋＶ］まで変化させた時の主電極１６，６における絶縁破壊特性を調べる実験を行った。図１の急峻波抑制装置の実験装置として図７の装置を、図５の急峻波抑制装置の実験装置として図９の装置を使用した。抵抗Ｒ１には負荷を想定した、任意の値の抵抗を接続した。なお、図９中「ＤＳＡ」はデジタル・シグナル・アナライザー（ＤＳＡ：オシロスコープ）である。

入力電圧に対する主電極１６，６における絶縁破壊特性を図１０に示す。図１０からも明らかなように、本発明の急峻波抑制装置は、入力電圧に対して１０［％］〜２０［％］の電圧を抑制していることが分かった。しかし、図１の急峻波抑制装置の方が図５の急峻波抑制装置に比べて電圧抑制率は小さいという結果になった。図１の急峻波抑制装置では、やはりトリガー電極が多段式（サブトリガー電極系１２の段と、メイントリガー電極５及び主電極６の段）であるため、主電極１６，６に絶縁破壊させるために、図５の急峻波抑制装置よりも時間を要してしまうからであると考えられる。しかし今回使用したパルス発生器１０は１種類であったため、更に大きな電圧を発生することのできるパルス発生器１０を使用すれば、この問題は改善されるものと考えられる。

本発明を適用した急峻波抑制装置の第１の実施形態を示す回路図である。円筒型空芯パルス発生器を側面からみた概略構成図である。円筒型空芯パルス発生器の概略構成を示し、その一次側巻線を一部はがした状態の斜視図である。図１の急峻波抑制装置の作動を示す回路図である。本発明を適用した急峻波抑制装置の第２の実施形態を示す回路図である。本発明を適用した急峻波抑制装置の第３の実施形態を示す回路図である。図１の急峻波抑制装置の実験装置を示す回路図である。主電極におけるギャップ長と絶縁破壊電圧の関係と放電回数の推移を示す図である。図５の急峻波抑制装置の実験装置を示す回路図である。入力電圧に対する主電極における絶縁破壊特性を示す図である。従来の酸化亜鉛形避雷器を示す概略構成図である。従来のギャップを有する避雷器を示す概略構成図である。本発明を適用した急峻波抑制装置の第４の実施形態を示す回路図である。

符号の説明

１回路
３急峻波電圧
４サブトリガー電極系の低電位側の電極
５メイントリガー電極
６主電極系の第２の主電極（接地側の主電極）
７導体
１０パルス発生器
１２サブトリガー電極系
１３主電極系
１６主電極系の第１の主電極
２０負荷
２７電源

Claims

回路に侵入した急峻波電圧を抑制する急峻波抑制装置において、電源電圧では絶縁破壊を起こさない間隔をあけて対向配置され且つ負荷よりも電源側に並列に設置された第１及び第２の主電極からなる主電極系と、前記第１及び第２の主電極間の間隔よりも狭い間隔をあけて前記主電極系の接地側の主電極と対向配置されたメイントリガー電極と、前記主電極系よりも電源側に電源と直列に設けられ、前記急峻波電圧の侵入により当該急峻波電圧よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器と、前記パルス発生器からパルス電圧が印加されて電極間に絶縁破壊を生じるサブトリガー電極系と、前記サブトリガー電極系に絶縁破壊が起きたときに前記サブトリガー電極系の低電位側の電極と前記メイントリガー電極とを導通させて前記メイントリガー電極の電位を上昇させる導体を備え、前記メイントリガー電極の電位の上昇によって前記主電極系の接地側の主電極との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして前記第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を生じさせることを特徴とする急峻波抑制装置。
回路に侵入した急峻波電圧を抑制する急峻波抑制装置において、電源電圧では絶縁破壊を起こさない間隔をあけて対向配置され且つ負荷よりも電源側に並列に設置された第１及び第２の主電極からなる主電極系と、前記第１及び第２の主電極間の間隔よりも狭い間隔をあけて前記主電極系の接地側の主電極と対向配置されたメイントリガー電極と、前記主電極系よりも電源側に電源と直列に設けられ、前記急峻波電圧の侵入により当該急峻波電圧よりも高いパルス電圧を発生させるパルス発生器と、前記パルス電圧を前記メイントリガー電極に導いて電位を上昇させる導体を備え、前記メイントリガー電極の電位の上昇によって前記主電極系の接地側の主電極との間に絶縁破壊を生じさせ、この絶縁破壊をトリガーとして前記第１及び第２の主電極間に絶縁破壊を生じさせることを特徴とする急峻波抑制装置。