JP4385104B2 - Steep wave suppression device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a steep wave suppressing device. More particularly, the present invention relates to a steep wave suppressing device for grounding a steep wave voltage by dielectric breakdown between electrodes.
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。
As a steep wave suppression device, for example, there is a high voltage zinc oxide lightning arrester provided in a power transmission system. As shown in FIG. 11, the zinc
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。
As another type of lightning arrester, there is a lightning arrester using a discharge gap as shown in FIG. The
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。 As a low-voltage steep wave suppression device, for example, a communication protector (semiconductor lightning arrester) using a semiconductor lightning surge protection element is known. Since this communication protector uses a semiconductor element, it is used for a low voltage of 200 V or less, for example.
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。
However, the zinc
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。
On the other hand, the operation of the
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。 In addition, since the communication protector uses a semiconductor element, its use is limited to a low voltage of 200 V or less. Moreover, since a semiconductor element is used, it is more expensive than the gap type. For this reason, when an element becomes inoperable due to an overvoltage pulse or the like, an expensive semiconductor element must be replaced, which is uneconomical. Furthermore, if there is no means to detect even if the communication protector is broken, it is difficult to tell whether the communication protector is broken, and when an overvoltage pulse (lightning surge, inverter surge, etc.) is received. Or regular inspection is required.
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。 An object of the present invention is to provide a steep wave suppressing device that can operate reliably with a wide range of usable voltage from high voltage to low voltage. It is another object of the present invention to provide a steep wave suppressing device that can prevent the occurrence of leakage current during normal times. It is another object of the present invention to provide an inexpensive steep wave suppressing device that can be automatically restored even if it is once activated.
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。
In order to achieve such an object, the invention described in
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。 Therefore, when a steep wave voltage enters the circuit, a pulse voltage higher than the steep wave voltage is generated in the pulse generator and applied between the electrodes constituting the sub-trigger electrode system. Thereby, dielectric breakdown (first-stage dielectric breakdown) occurs in the sub-trigger electrode system, and the potential of the electrode on the low potential side of the sub-trigger electrode system rises. As a result, the potential of the main trigger electrode also rises, and dielectric breakdown (second-stage dielectric breakdown) occurs between the main electrode system and the main electrode on the ground side. Since initial electrons are generated by the second-stage dielectric breakdown, the second-stage dielectric breakdown becomes a trigger to cause dielectric breakdown between the first and second main electrodes of the main electrode system without delay. The steep wave voltage that has entered the circuit due to dielectric breakdown between the first and second main electrodes of the main electrode system is suppressed.
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、かつパルス発生器は一次側巻線と一次側巻線に電気的に絶縁された状態で配置された二次側巻線とを備え、一次巻線が電源と直列に接続されると共に二次側巻線がメイントリガー電極に導体を介して接続され、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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a steep wave suppressing device that suppresses a steep wave voltage that has entered a circuit. The main electrode system composed of the first and second main electrodes installed and the main electrode on the ground side of the main electrode system are arranged opposite to each other with a space narrower than the space between the first and second main electrodes. A main trigger electrode, a pulse generator that is provided in series with the power supply on the power supply side of the main electrode system, and generates a pulse voltage higher than the steep wave voltage by the intrusion of the steep wave voltage, and the pulse voltage to the main trigger electrode The pulse generator includes a primary winding and a secondary winding disposed in a state of being electrically insulated from the primary winding, the primary winding being a power source. Connected in series with the secondary side Line is connected via a conductor to the main trigger electrodes, causing dielectric breakdown between the main electrodes on the ground side of the main electrode system by increasing the potential of the main trigger electrodes, the first and the breakdown as a trigger This causes dielectric breakdown between the two main electrodes. Note that one of the first and second main electrodes of the main electrode system is the main electrode on the ground side.
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。 Therefore, when a steep wave voltage enters the circuit, a pulse voltage higher than the steep wave voltage is generated in the pulse generator and applied to the main trigger electrode. As a result, the potential of the main trigger electrode rises and dielectric breakdown occurs between the main electrode system and the main electrode on the ground side. Since initial electrons are generated by this dielectric breakdown, this dielectric breakdown becomes a trigger to cause dielectric breakdown between the first and second main electrodes of the main electrode system without delay. The steep wave voltage that has entered the circuit due to dielectric breakdown between the first and second main electrodes of the main electrode system is suppressed.
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。 Thus, according to the steep wave suppressing device of the first aspect, the first and second stage breakdowns can be quickly generated by the intrusion of the steep wave voltage, and the second stage breakdown is a trigger. Thus, dielectric breakdown can be generated between the first and second main electrodes of the main electrode system, and therefore, the dielectric breakdown of the main electrode system can be generated promptly and stably with a high discharge probability. For this reason, a steep wave voltage can be suppressed quickly and reliably. Further, since the steep wave voltage is suppressed by the dielectric breakdown of the main electrode system, it can be used for a wide range of voltages from a low voltage to a high voltage. Furthermore, since no current flows unless dielectric breakdown of the main electrode system occurs, generation of leakage current can be prevented. Further, when the steep wave voltage disappears, the dielectric breakdown disappears and the insulation is automatically restored, so that the return operation is unnecessary. Also, the safety is higher due to the existence of the insulating gap between the electrodes of the sub trigger electrode system.
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。しかも、パルス発生器の二次側巻線とメイントリガー電極並びにこれらを導通させる導体は、全回路構成上非接続となっているため、パルス発生器と主電極系の接地極(第2の主電極)とのインピーダンスは無限大となる。したがって、パルス発生器の一次側巻線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の電極間に絶縁破壊が生じなければ導体には電圧が印加されることがないため、メイントリガー電極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の電極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等に影響を与えずに、急峻波電圧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を利用して確実に主電極間の絶縁破壊を発生させることができる。
Further, according to the steep wave suppressing device according to
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。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.
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とを導通させてサブトリガー電極系12に絶縁破壊が起きたときに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。
FIG. 1 shows a first embodiment of a steep wave suppressing device to which the present invention is applied. The steep wave suppressing device is a steep wave suppressing device that suppresses the voltage of the
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。
The
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SF6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。
The
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。
Similarly to the lightning arrester main body, the inside of the casing that houses the
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。
The gap length between the
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。
The
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。
The
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。
The cylindrical air-
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。
The operating principle of the cylindrical air-
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。
The
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。
As the
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。
The
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。
Note that, for example, a commercial
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。
In addition, since the
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。
As shown in FIG. 4, when the
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。
Due to the second-
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。
Further, since the
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。
In addition, by adjusting the position of the
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。
For example, when the pulsed high voltage applied by the
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。
On the other hand, when the pulsed high voltage applied by the
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。
In addition, since the
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。
Furthermore, by adjusting the gap length between the
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。
In this steep wave suppressing device, the
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。
In addition, since the
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。 Moreover, since expensive parts such as semiconductor elements are not used, the manufacturing cost is low, and when the steep wave voltage disappears, the dielectric breakdown disappears and the insulation is automatically restored, so that the return operation is unnecessary. . For this reason, it can be used any number of times.
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。
In addition, since the dielectric breakdown is caused between the
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。 Next, a second embodiment of the steep wave suppressing device to which the present invention is applied will be described. Note that differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted. Further, the same members will be described with the same reference numerals.
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。
FIG. 5 shows a second embodiment of the steep wave suppressing device. The steep wave suppression device suppresses the
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。
When the
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。
The steep wave suppressing device of FIG. 5 has a simplified structure and can be manufactured at a lower cost than the steep wave suppressing device of FIG. 1 because the
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。 The steep wave suppressing device of FIG. 1 has one more insulating gap (gap of the sub trigger electrode system 12) compared to the steep wave suppressing device of FIG. And safer.
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。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the first embodiment described above, the
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。
Furthermore, in the first embodiment described above, the
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。
In addition, when the steep wave suppressing device of the present invention is used as a lightning arrester, it is preferable to use it together with a conventional semiconductor lightning arrester (semiconductor lightning arrester using a semiconductor lightning surge protection element). In this case, it is more effective to provide the steep wave suppressing device of the present invention on the
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。
Further, a high resistance can be connected in series to the
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。 Furthermore, in the present embodiment, the case where the present invention is applied to a lightning arrester (steep wave suppression device) mainly for lightning surges has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto, and is intended for low surge voltages such as inverter surges. You can also
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。
With respect to the steep wave suppressing device of FIG. 1, the relationship between the gap length d3 in the
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。
FIG. 8 shows the relationship between the gap length d3 and the breakdown voltage in the
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。
With respect to the steep wave suppressing device of FIG. 1 and the steep wave suppressing device of FIG. 5, the dielectric breakdown characteristics of the
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。
FIG. 10 shows the dielectric breakdown characteristics of the
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
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7
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