はじめに
現代の電気システムにおいて、過電圧イベントから機器を保護することは、稼働の継続性と安全のために非常に重要です。「避雷器」と「サージアブソーバ」という用語はしばしば同じ意味で使用されますが、これらのデバイスは包括的な保護戦略において異なる目的を果たします。効果的な電気保護システムを設計する任務を負うエンジニア、施設管理者、および調達担当者にとって、避雷器とサージアブソーバの違いを理解することは不可欠です。.
落雷は依然として自然界で最も破壊的な力の1つであり、10万アンペアを超える瞬間的なサージを発生させる可能性があります。ただし、電気システムは、スイッチング過渡現象、電力変動、誘導過電圧など、他の多くの脅威に直面しています。この記事では、避雷器とサージアブソーバの技術的な違いを明確にし、それぞれの用途を検証し、施設に適した保護デバイスを選択するためのガイダンスを提供します。.
避雷器とは？
定義と主な目的
避雷器は、直接または近隣の落雷から電気インフラストラクチャを保護するために特別に設計された保護デバイスです。その主な使命は、落雷によって引き起こされる大規模な電気サージを傍受し、この巨大な電流を安全に接地させるための低抵抗経路を提供し、構造物、送電線、および接続された機器への壊滅的な損傷を防ぐことです。.
避雷器は通常、サービスエントランス、屋上、架空送電線沿い、および直接落雷の危険性が最も高い変電所に設置されます。これらのデバイスは、非常に高い放電電流（多くの場合、10,000アンペア（10 kA）を超える）を、落雷イベントに特徴的な非常に急峻な波面で処理するように設計されています。.
動作原理
避雷器は、電圧依存のインピーダンス特性に基づいて動作します。通常の動作条件下では、避雷器は高いインピーダンスを維持し、回路動作に影響を与えません。落雷によって誘導された電圧サージが避雷器の閾値電圧を超えると、デバイスは急速に低インピーダンス状態に移行し、接地への優先的な導電経路を作成します。.
この放電プロセスにより、落雷電流が敏感な機器から遠ざけられ、電圧が安全なレベルに制限されます。サージが通過すると、避雷器は自動的に高インピーダンス状態に戻り、中断することなく通常のシステム動作を復元します。最新の避雷器は、優れた非線形電圧-電流特性と自己復元機能を提供する金属酸化物バリスタ（MOV）技術、主に酸化亜鉛（ZnO）を利用しています。.
サージアブソーバとは？
定義と主な目的
サージアブソーバは、サージ保護デバイス（SPD）または過渡電圧サージ抑制器（TVSS）とも呼ばれ、内部システム障害によって引き起こされる過渡的な過電圧から電気および電子機器を保護するように設計されています。これらの障害には、スイッチング操作、コンデンサバンクの切り替え、モーターの起動、負荷変動、および間接的な落雷誘導サージが含まれます。.
直接的な高エネルギーの落雷を処理する避雷器とは異なり、サージアブソーバは、電気配電システム内で発生する、より小さく、より頻繁な電圧スパイクに対処します。これらは、電気パネル内、分岐回路、および動作過渡現象からの保護を必要とする重要な負荷の近くなど、敏感な機器の近くに設置されます。.
動作原理
サージアブソーバは、電気システムの電圧を継続的に監視することによって機能します。通常の状態では、デバイスは高いインピーダンス状態を維持し、回路動作への影響は最小限に抑えられます。スイッチングイベントまたは誘導サージのいずれかから過渡的な過電圧が検出されると、サージアブソーバはインピーダンスを急速に低下させ、電圧を安全なレベルにクランプし、過剰な電流を接地に流します。.
クランプ電圧（電圧保護レベルまたはUpとも呼ばれます）は、サージイベント中に保護された機器の端子に現れる最大電圧を決定する重要な仕様です。高品質のサージアブソーバは、高速応答時間（通常はナノ秒からマイクロ秒）と正確な電圧制限を提供し、敏感な電子部品を損傷や劣化から保護します。.
避雷器とサージアブソーバの主な違い
包括的な比較
どちらのデバイスも過電圧から保護しますが、その設計、用途、および保護機能は大きく異なります。
| 側面 | 避雷器 | サージアブソーバ |
|---|---|---|
| 主な目的 | 直接落雷および関連する高エネルギーサージからの保護 | スイッチング過渡現象および動作過電圧からの保護 |
| 保護範囲 | 外部電気インフラストラクチャ、サービスエントランス、架空線 | 内部機器、分岐回路、敏感な電子機器 |
| エネルギー耐量 | 非常に高い（最大100+ kAの電流を処理） | 中程度から低い（通常、タイプに応じて5〜40 kA） |
| 電圧範囲 | 高電圧システム（3 kV〜1000 kV）。低電圧（0.28〜0.5 kV） | 主に低電圧（≤1.2 kV、通常220〜380V） |
| 設置場所 | サービスエントランス、変電所、送電鉄塔、屋上 | 配電盤、分岐回路、保護された機器の近く |
| 応答時間 | 高速（マイクロ秒） | 非常に高速（ナノ秒からマイクロ秒） |
| 電流波形 | 10/350 μs（雷インパルス） | 8/20 μs（スイッチングサージ） |
| 規格 | IEEE C62.11、IEC 60099-4 | IEC 61643-11、UL 1449、IEEE C62.62 |
| 物理的サイズ | 外部絶縁要件のため、より大きい | コンパクト、パネル取り付けに適しています |
| アプリケーションコンテキスト | 落雷に対する最初の防御線 | 2次/3次保護層 |
機能的な区別
避雷器 は、直接落雷からの大規模で瞬間的なエネルギー放電を処理するために特化しています。それらは、非常に急峻な立ち上がり時間（マイクロ秒）でピーク電流に耐え、10メガジュールを超える可能性のあるエネルギーを安全に放散する必要があります。その構造は、高い放電容量と堅牢な外部絶縁を優先します。.
サージアレスター は、通常のシステム動作中に発生する、より小さく、より頻繁な過渡的な過電圧の抑制に焦点を当てています。それらは、反復的なサージ曝露によって引き起こされる劣化から、敏感な電子回路、計測機器、および制御システムを保護するために、微調整された電圧クランプを提供します。.
避雷器の種類
1. ロッドギャップ避雷器
所定のギャップ距離を持つロッド電極を備えた最も単純な設計。電圧が破壊閾値を超えると、ギャップ全体にアークが形成され、サージ電流を接地に伝導します。これらの避雷器は、後続電流を効果的に遮断できないため、用途が限られており、主に低電圧システムで使用されます。.
2. ホーンギャップ避雷器
ロッドギャップ設計の改良版で、エアギャップで隔てられた2つのホーン型の電極を備えています。落雷が発生すると、アークは最も狭い点で形成され、電磁力と熱対流により上昇します。ギャップ距離が大きくなるほど、アークを自然に消弧するのに役立ちます。ホーンギャップ避雷器は、中電圧アプリケーション（通常は最大33 kV）に適しています。.
3. マルチギャップ（排出型）避雷器
この設計には、ファイバーチューブまたはチャンバーを備えた複数の直列ギャップが組み込まれています。動作中、アークはガス圧を生成し、アークを消弧し、後続電流を遮断するのに役立ちます。マルチギャップ避雷器は、単純なギャップタイプよりも優れた保護を提供しますが、最新の設計に大きく取って代わられています。.
4. バルブ型避雷器
スパークギャップと直列に非線形抵抗（通常は炭化ケイ素）を組み込んだ大幅な進歩。非線形抵抗は、サージ状態では低い抵抗を提供し、通常動作時には高い抵抗を提供し、後続電流を効果的に制限します。バルブ型避雷器は、優れた保護特性を提供し、中電圧および高電圧アプリケーションで広く使用されていました。.
5. 金属酸化物（MOV）避雷器
今日最も高度で広く使用されている技術である金属酸化物避雷器は、直列ギャップなしで酸化亜鉛（ZnO）バリスタ要素を利用しています。酸化亜鉛の高度に非線形の電圧-電流特性は、以下を提供します。
- 優れたサージ吸収能力
- 後続電流の問題なし
- 優れた電圧制限性能
- 劣化を最小限に抑えた長寿命
- コンパクト設計
- サージイベント後の自己復元
MOV避雷器は、低電圧（1 kV未満）から超高電圧（800 kVを超える）までのすべての電圧レベルで利用可能であり、最新の電気システムの業界標準となっています。.
サージアブソーバの種類サージ防護デバイス)
IEC 61643-11および関連規格によると、サージアブソーバは、その保護レベルと一般的な設置場所に基づいて分類されます。
タイプ1（クラスI）SPD
特徴
- 10/350 μsのインパルス波形で試験済み
- 最高のエネルギー吸収能力
- 直撃雷電流に対応するように設計
- 標準的なインパルス電流 (Iimp): 25 kA ～ 100 kA
- 最大放電電流: 50 kA ～ 100 kA
アプリケーション
- サービスエントランスの主配電盤
- 外部雷保護システム (LPS) を備えた建物
- 雷リスクの高い地域の施設
- 一次保護層 (LPZ 0 から LPZ 1 への移行)
タイプ2（クラスII）SPD
特徴
- 8/20 μsのインパルス波形で試験済み
- 中程度のエネルギー吸収
- 間接雷および開閉サージから保護
- 標準的な公称放電電流 (In): 5 kA ～ 40 kA
- 最も一般的に展開されるSPDタイプ
アプリケーション
- サブ配電盤
- 産業用制御盤
- 商業用電気設備
- 二次保護層 (LPZ 1 から LPZ 2 への移行)
タイプ3（クラスIII）SPD
特徴
- 複合波 (1.2/50 μs 電圧、8/20 μs 電流) で試験済み
- 最小のエネルギー容量
- 敏感な機器の微調整保護
- 標準的な放電電流: 1.5 kA ～ 10 kA
- 非常に低い電圧保護レベル
アプリケーション
- 敏感な機器の近くのソケットアウトレット
- 最終分岐回路
- IT機器、計測機器、制御システム
- 三次保護層 (LPZ 2 から LPZ 3 への移行)
協調SPD保護
最新の保護戦略では、複数の保護ゾーン（雷保護ゾーン – LPZ）にわたるカスケードまたは協調SPD設置を実装します。サービスエントランスのタイプ1 SPDは高エネルギーサージを処理し、配電盤のタイプ2 SPDは中間保護を提供し、エンドユースロケーションのタイプ3 SPDは重要な機器に最終的な微調整保護を提供します。.
技術仕様の比較
| パラメータ | 避雷器 | サージアレスタ (SPD) |
|---|---|---|
| 定格電圧 | 3 kV ～ 1000 kV (HV); 0.28-0.5 kV (LV) | ≤1.2 kV; 通常 230-690V AC |
| 最大連続動作電圧（MCOV） | システム依存、通常 0.8-0.84 pu | 1.05-1.15 × 公称電圧 |
| 放電電流容量 | 10 kA ～ 100+ kA (10/350 μs) | タイプ1: 25-100 kA; タイプ2: 5-40 kA; タイプ3: 1.5-10 kA (8/20 μs) |
| 電圧保護レベル（Up） | 機器のBILと連携 | ≤2.5 × システム電圧 |
| 応答時間 | <100 ナノ秒 (MOV タイプ) | <25 ナノ秒 (タイプ3); <100 ナノ秒 (タイプ1/2) |
| エネルギー吸収 | 非常に高い (>10 MJ) | タイプ1: 高い (250-500 kJ); タイプ2: 中程度 (50-150 kJ); タイプ3: 低い |
| フォロー電流遮断 | 自己消火性 (MOV タイプ) | 自己消火性 |
| 動作温度範囲 | -40°C ～ +60°C | -40°C ～ +85°C |
| 耐用年数 | 20-30年 | 10-25 年 (サージ暴露に依存) |
| 主要コンポーネント | ZnO バリスタ、セラミックハウジング | MOV、GDT (ガス放電管)、TVS ダイオード、フィルタ |
アプリケーションと設置場所
避雷器アプリケーション
送電・配電：
- 架空送電線 (すべての電圧レベル)
- 変電所 (HV、MV、LV)
- 配電用変圧器
- パッドマウント変圧器
- ポールマウントライザーポール
産業施設：
- 雷が発生しやすい地域の製造工場
- 化学および石油化学施設
- 鉱業
- 水処理施設
- 重工業団地
インフラストラクチャ:
- 電気通信タワー
- 鉄道電化システム
- 空港設備
- 太陽光および風力発電所集電システム
サージアレスタ（SPD）の適用
商業ビル：
- オフィスビル
- ショッピングセンター
- ホテルおよびホスピタリティ
- ヘルスケア施設
- 教育機関
産業制御システム：
- プログラマブルロジックコントローラ（PLC）
- 分散制御システム（DCS）
- 可変周波数駆動装置（VFD）
- モーター・コントロール・センター
- SCADAシステム
ITおよび電気通信：
- データセンター
- サーバールーム
- ネットワーク機器
- 通信システム
- ビルディング・オートメーション・システム
再生可能エネルギー：
- 太陽光発電（PV）システム
- 風力タービンシステム
- エネルギー貯蔵システム
- マイクログリッド
基準と遵守
国際基準
IEC規格:
- IEC 61643-11：低電圧SPDの要件と試験方法（サージアレスタの主要規格）
- IEC 60099-4：ACシステム用ギャップなし金属酸化物サージアレスタ（避雷器）
- IEC 62305：雷保護（総合的な保護システム設計）
IEEE 規格:
- IEEE C62.11：AC電力回路用金属酸化物サージアレスタ（避雷器）
- IEEE C62.41：サージ環境特性評価
- IEEE C62.62：SPDの試験仕様
- IEEE C62.72：SPDの適用ガイド
地域標準:
- UL 1449 （第4版）：SPDに関する米国規格
- EN 61643-11：IEC規格の欧州採用
- CSA C22.2 No. 269：カナダのSPD規格
コンプライアンスに関する考慮事項
避雷器またはサージアレスタを指定する際は、以下への準拠を確認してください。
- 電圧レベル要件 システムに適した
- 放電電流容量 予想されるサージ環境に適合
- 電圧保護レベル 機器の絶縁耐力と互換性がある
- 温度定格 設置環境に適した
- 認証マーク 認定試験所（UL、CE、TÜV、CB）から
- 設置基準 NEC第285条（米国）または地域の電気工事規定に準拠
よくある質問（FAQ）
1. サージアレスタは避雷器の代わりになりますか？
いいえ、避雷器は直撃雷保護の目的で雷保護デバイスの代わりにはなりません。避雷器は比較的小さなサージに対してある程度の保護を提供できますが、サージ保護デバイスには、直撃雷を安全に処理するために必要な高い放電電流容量（10/350μs波形）がありません。包括的な保護には、連携されたシステムにおける両方のデバイスが必要です。一次保護のためのサービスエントランスにおける避雷器と、二次保護のための配電およびエンドユースの場所におけるサージ保護デバイスです。.
2. どのタイプのSPD（Type 1、2、または3）が必要かをどのように判断しますか？
SPDの選択は、雷保護ゾーン（LPZ）の概念によって異なります。
- タイプ1 SPD：外部雷保護システムを備えた建物、または雷リスクの高い地域では、LPZ 0-1境界（サービスエントランス）に設置
- タイプ2 SPD：一般的な建物保護のために、LPZ 1-2境界（配電盤、サブボード）に設置
- タイプ3 SPD：追加の保護が必要な場合は、LPZ 2-3境界（敏感な機器の近く）に設置
ほとんどの施設では、少なくともType 2 SPDが必要です。LPSがある場合、またはリスクの高い地域にいる場合は、Type 1を追加します。重要な電子機器にはType 3を含めます。.
3. MOVとGDTのサージ保護技術の違いは何ですか？
金属酸化物バリスタ（MOV）：
- 酸化亜鉛を使用した電圧依存抵抗器
- 優れたエネルギー吸収
- 低クランプ電圧
- 繰り返しのサージで徐々に劣化
- 高エネルギーサージ抑制に最適
ガス放電管（GDT）：
- 電極を備えたガス封入セラミックチューブ
- 非常に高いサージ電流容量
- より高いクランプ電圧
- より遅い応答時間
- 電気通信および信号線に最適
最新のSPDは、高電流容量のためのGDTと、高速応答と電圧クランプのためのMOVの両方の技術を組み合わせることがよくあります。.
4. 避雷器およびSPDは、どのくらいの頻度で試験または交換する必要がありますか？
避雷器：
- 目視検査：年1回
- 電気的試験（絶縁抵抗、商用周波数電圧）：1〜3年ごと
- 交換：20〜30年ごと、または重大な落雷イベント後
- 搭載されている場合は、状態インジケーターを監視する
SPD（サージアレスタ）：
- 目視検査：6〜12か月ごと
- ステータスインジケーターの確認（存在する場合）：毎月
- 電気的試験：メーカーの推奨に従って
- 交換：重大なサージイベント後、またはインジケーターが故障を示した場合
- 標準的な耐用年数：サージ暴露に応じて10〜25年
デバイスの状態を追跡するために、すべてのメンテナンス活動とサージイベントカウンター（利用可能な場合）を文書化します。.
5. 避雷器またはSPDが故障した場合、どうなりますか？
故障モードは設計によって異なります。
安全な故障（推奨）：
- 内蔵の熱遮断器が作動する
- デバイスが開回路になる
- 視覚的/電気的インジケーターが故障を示す
- システムは動作を継続しますが、サージ保護なし
壊滅的な故障：
- 短絡状態が発生する可能性がある
- 上流の過電流保護（ヒューズ/ブレーカー）がデバイスを隔離する必要がある
- 熱保護が不十分な場合、火災の危険性がある
VIOX Electricのような評判の良いメーカーの高品質デバイスは、熱遮断器、圧力逃がし弁、故障インジケーターなど、複数のフェイルセーフメカニズムを組み込んで、安全な故障モードを保証します。.
6. 施設に地中電力供給がある場合、雷保護は必要ですか？
はい、地中供給でも雷保護は依然として重要です。地中ケーブルは電力線への直接雷撃のリスクを排除しますが、雷は次の方法で施設に影響を与える可能性があります。
- 建物構造自体への雷撃
- 土壌を伝播する近くの落雷からの誘導サージ
- 通信線、水道管、またはその他の導体を介して侵入するサージ
- 電力網の運用からのスイッチングトランジェント
最小限の保護としてType 2 SPDを設置します。建物に外部雷保護システムがある場合、または高リスク地域にある場合は、Type 1 SPDを検討してください。.
結論：包括的なサージ保護に対するVIOX Electricのコミットメント
サージアレスタと避雷器の違いを理解することは、効果的な電気保護システムを設計するための基本です。避雷器は、サービスエントランスでの直接雷撃および高エネルギーサージに対する最初の防御線として機能しますが、サージアレスタは、施設全体の配電ネットワーク全体で、動作トランジェントおよび誘導過電圧に対する重要な二次保護を提供します。.
包括的なサージ保護戦略には、IEC 61643-11、IEEE C62.11、および該当する地域規格に従って適切に指定された、両方の技術の連携した展開が必要です。選択では、電圧レベル、放電電流容量、電圧保護レベル、および特定のアプリケーション要件を考慮する必要があります。.
VIOXエレクトリック は、厳格な国際規格を満たすように設計された高品質の避雷器およびサージ保護デバイスの製造を専門としています。当社の製品ポートフォリオには以下が含まれます。
- すべての電圧クラスの金属酸化物避雷器
- Type 1、Type 2、およびType 3サージ保護デバイス
- 産業、商業、および再生可能エネルギーアプリケーション向けの連携されたサージ保護ソリューション
- 特殊な保護要件に対応するカスタム設計
当社の技術チームは、施設の特定のリスクプロファイルと運用要件に合わせて調整された最適な多層防御戦略の設計を支援する専門家によるコンサルテーションを提供します。電気システムの保護を妥協しないでください。信頼性の高い認定されたサージ保護ソリューションについては、VIOX Electricと提携してください。.
VIOX Electricへのお問い合わせ 今日 詳細な保護システム評価については、にお問い合わせください。当社の高度なアレスタ技術が、雷撃およびサージイベントから重要なインフラストラクチャをどのように保護できるかをご覧ください。.
