サージプロテクタの5つの保護方法

サージ保護の方法

1. 電源線に並列接続されたサージ保護デバイス（SPD）

通常の状態では、サージプロテクタ内部のバリスタは高インピーダンス状態を維持しています。電力系統に落雷があったり、スイッチング動作による一時的なサージが発生したりすると、プロテクタはナノ秒単位で応答し、バリスタを低インピーダンス状態に切り替えて、過電圧を安全なレベルまで迅速に抑制します。サージや過電圧が長時間続くと、バリスタが劣化して発熱し、火災を防止して機器を保護するための熱遮断機構が作動します。

2. 電源回路に直列接続された直列フィルタ型サージプロテクタ

これらの保護装置は、高感度電子機器にクリーンで安全な電力を供給します。雷サージは、膨大なエネルギーだけでなく、極めて急峻な電圧および電流上昇率も伴います。並列接続のSPDはサージ振幅を抑制できますが、その鋭い波面を平坦化することはできません。電源回路に直列接続される直列フィルタ型SPDは、MOV（MOV1、MOV2）を使用して過電圧をナノ秒単位でクランプします。さらに、LCフィルタにより、サージの電圧および電流上昇率の急峻さが約1,000分の1に低減され、残留電圧が5分の1に低減されるため、高感度機器を保護できます。

3. 過電圧サージを制限するために、相間および線路間に電圧クランプバリスタを設置する

この方法は、サージ耐性が高い照明器具、エレベーター、エアコン、モーターなどには効果的です。しかし、高集積化された最新の小型電子機器には効果が劣ります。例えば、単相220V交流システムでは、誘導雷サージを吸収するために、通常、中性線と接地線の間にバリスタが設置されます。保護効果は、バリスタの選定と信頼性に大きく依存します。

クランプ電圧は、グリッドのピーク電圧（310V）に基づいて設定され、以下の要素を考慮しています。
- 20%のグリッド変動、
- 部品公差10%、
- 信頼性要因15%（経年劣化、湿気、熱）。
したがって、一般的なクランプ電圧レベルは470Vから510Vの範囲です。470V未満のサージ電圧は影響を受けません。

標準的な電気機器（モーター、照明など）は1,500V AC（ピーク2,500V）まで耐えることができますが、最新の電子機器は±5V～±15Vで動作し、最大許容電圧は50V未満です。470V以下の高周波サージでも、変圧器や電源の寄生容量を介して結合し、ICを損傷する可能性があります。さらに、バリスタの残留電圧とリード線のインダクタンスにより、強いサージが発生するとクランプレベルが800V～1,000Vまで上昇し、電子機器をさらに危険にさらす可能性があります。

4. 超絶縁トランスによる保護強化（絶縁方式）

電源と負荷の間にシールド付き絶縁トランスを挿入することで、高周波ノイズを遮断しつつ、適切な二次側接地を実現します。接地を基準としたコモンモード干渉は、巻線間の静電容量を介して伝わります。一次巻線と二次巻線の間に接地されたシールドを設けることで、この干渉を遮断し、出力ノイズを低減します。

5. 吸収法

吸収部品は、しきい値電圧を超えると高インピーダンスから低インピーダンスに切り替わることでサージを抑制します。一般的なデバイスには以下のようなものがあります。
- バリスタ 電流処理能力に制限があります。
- ガス放電管（GDT）―反応が遅い。
- TVSダイオード／固体放電管 ― より高速だが、エネルギー吸収量にトレードオフがある。