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JP6222147B2 - Surge protection device - Google Patents
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JP6222147B2 - Surge protection device - Google Patents

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Description

本発明は、より高い運転電圧での動作を要求されるパワーエレクトロニクスなど、各種電気機器、電力機器に対するサージ耐圧確保において必要となるガスギャップ式のサージ保護デバイスに関する。   The present invention relates to a gas gap type surge protection device required for securing a surge withstand voltage for various electric equipment and power equipment such as power electronics required to operate at a higher operating voltage.

各種電気機器およびその上段系統に位置するパワーエレクトロニクスや電力機器など、電力の供給を必要とするほぼ全ての製品においては、電力系統から侵入する雷サージ耐圧やその機器自身が起こす遮断やスイッチングによって発生するサージへの耐圧が求められる。   In almost all products that require power supply, such as various electrical equipment and power electronics and power equipment located in the upper system, they are generated by lightning surge withstands entering from the power system and by interruption or switching caused by the equipment itself. To withstand surges.

近年、特にSiCの台頭やスマートグリット/スマートシティ化構想が進む直流送配電なども活発化してきており、これらを成立させるうえでSiC半導体デバイスなどの適用も検討が始まっている。   In recent years, especially the rise of SiC and direct current power transmission / distribution as the smart grit / smart city concept progresses, and the application of SiC semiconductor devices and the like has begun to be considered in order to establish these.

こうした半導体デバイスを適用する際に大きな課題となっているのは、信頼性の確保であり、不測の雷サージや各種機器から発せられたスイッチングサージが侵入および内部で発生しても、確実に動作できることが求められる。   One of the major challenges in applying these semiconductor devices is ensuring reliability, so that they can operate reliably even if unexpected lightning surges or switching surges from various devices occur and occur inside. We need to be able to do it.

従来では、外部から雷サージ等が発生してもトランスなどで回路前段が固められており、半導体デバイスまで侵入到達することはなかった。しかしながら、装置の高耐圧化が進むと半導体デバイス自身が直接系統につながることとなり、耐サージ性能の向上は必要不可欠となっている。   Conventionally, even if a lightning surge or the like occurs from the outside, the previous stage of the circuit is solidified by a transformer or the like, and the semiconductor device has not been penetrated and reached. However, when the breakdown voltage of the device is increased, the semiconductor device itself is directly connected to the system, and improvement of surge resistance is indispensable.

従来において、サージ防護デバイスとしては、大きく2種類あり、ギャップ式とギャップレス式に大別される。ギャップ式としてはガス入り放電管(GDT)がある。また、ギャップレス式としては、金属酸化物バリスタやアヴァランシェダイオード、サージ防護サイリスタを活用したものがある。   Conventionally, there are two types of surge protection devices, which are roughly classified into a gap type and a gapless type. As the gap type, there is a gas discharge tube (GDT). As the gapless type, there are those utilizing a metal oxide varistor, an avalanche diode, or a surge protection thyristor.

ギャップ式のサージ防護デバイスは、ギャップ間に一定の電圧以上のサージが入った場合に、ガスギャップ空間の放電によってサージを吸収するという基本原理からなっている。ギャップ式のサージ防護デバイスでは、放電電極間の静電容量が小さいので高周波回路に好適に活用できる点や素子自身が小さくても比較的大電流を流すことができる点などのメリットがある。その反面、ガスギャップ空間の放電現象を活用している特性上、サージが発生してもそれを処理するまでにある程度の時間を要してしまう点、厳密にいうと、その処理時間および処理するサージ電圧に関して、ばらつきが存在してしまう点が欠点として挙げられる。また、ギャップ式のサージ防護デバイスでは、サージを吸収してガスギャップ空間で放電が発生しても、サージ終了後も通常の印加電圧で続流が流れ放電が切れずに維持されてしまう点も欠点として挙げられる。例えば特許文献1では、鉄道用のギャップ式サージ防護デバイスを並列に複数接続し、主回路のサージ防護と続流カット用の機能を持たせた方式での対策が考えられている。   The gap type surge protection device is based on the basic principle that when a surge of a certain voltage or more enters between the gaps, the surge is absorbed by the discharge of the gas gap space. The gap-type surge protection device has advantages such as that the capacitance between the discharge electrodes is small, so that it can be suitably used for a high-frequency circuit, and that a relatively large current can flow even if the element itself is small. On the other hand, due to the characteristics of utilizing the discharge phenomenon in the gas gap space, even if a surge occurs, it takes some time to process it, strictly speaking, the processing time and processing The disadvantage is that there are variations in surge voltage. In addition, in the gap type surge protection device, even if the surge is absorbed and a discharge occurs in the gas gap space, the continuity flows at the normal applied voltage after the surge ends and the discharge is maintained without interruption. It is mentioned as a drawback. For example, in Patent Document 1, a countermeasure is considered in which a plurality of gap-type surge protection devices for railways are connected in parallel to have functions for main circuit surge protection and continuity cut.

特開2005−73316号公報JP 2005-73316 A

上記したように、ギャップ式のサージ防護デバイスでは、放電を活用しているうえでその特性上発生してしまうサージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきが生じる問題があった。なお、特許文献1に記載された発明では、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを抑制するに至っていない。   As described above, in the gap type surge protection device, there is a problem that processing delay after the occurrence of a surge that occurs due to its characteristics while utilizing discharge, and the processing time and processing voltage after the occurrence of the surge vary. was there. In addition, in the invention described in Patent Document 1, the processing delay after the occurrence of the surge and the variation in the processing time and the processing voltage after the occurrence of the surge have not been suppressed.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを抑制でき、さらには、サージ収束後の続流を速やかに遮断することができるサージ防護デバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to suppress a processing delay after the occurrence of a surge and a variation in processing time and a processing voltage after the occurrence of the surge. It is an object of the present invention to provide a surge protection device capable of quickly interrupting a follow-up flow after convergence.

本発明では、従来のギャップ式のサージ防護デバイスで問題となっていた、サージ処理時間遅れの抑制、およびサージ処理時間とサージ処理電圧のばらつきを抑制すべく、準安定励起分種を活用する。即ち本発明は、以下のように示される。   In the present invention, metastable excitation species are utilized in order to suppress the surge processing time delay and to suppress variations in the surge processing time and the surge processing voltage, which are problems in the conventional gap type surge protection device. That is, the present invention is shown as follows.

本発明におけるサージ防護デバイスは、電圧源に接続されており、前記電圧源による電圧印加により、第1の容器内にて準安定励起種を生成する種生成部と、サージ保護対象物に接続されており、第2の容器内にてギャップを有する電極を配置し、前記電極間に印加されるサージにより前記第2の容器内にて放電を発生させるサージ放電部と、前記種生成部と前記サージ放電部との間に位置する前記第1の容器と前記第2の容器の外周面に形成され、前記準安定励起種を前記種生成部から前記サージ放電部に流入可能とする連通部と、を有することを特徴とする。 The surge protection device according to the present invention is connected to a voltage source, and is connected to a seed generation unit that generates metastable excited species in the first container by applying a voltage from the voltage source, and a surge protection target. by which, the electrode having a gap in the second vessel was placed a surge discharge unit for generating a discharge in said second vessel by surge applied between the electrodes, the said species generating unit A communication part formed on the outer peripheral surface of the first container and the second container located between the surge discharge part and allowing the metastable excited species to flow from the seed generation part into the surge discharge part; It is characterized by having.

このように本発明では、準安定励起種を生成し、準安定励起種をサージ放電部に流入できるようにした。したがってポテンシャルエネルギーを備えた準安定励起種がサージ放電部のガスギャップ空間に存在した状態となり、電極間にサージが印加された際に、速やかに所望電圧で放電させることが可能になる。これにより従来に比べて、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを効果的に抑制できる。   As described above, in the present invention, metastable excited species are generated so that the metastable excited species can flow into the surge discharge portion. Therefore, the metastable excited species having potential energy is present in the gas gap space of the surge discharge part, and when a surge is applied between the electrodes, it is possible to quickly discharge at a desired voltage. As a result, it is possible to effectively suppress the processing delay after the occurrence of the surge and the variation in the processing time and the processing voltage after the occurrence of the surge as compared with the conventional case.

本発明では、前記種生成部では、放電により前記準安定励起種を生成することが好ましい。これにより、安価に且つ安定して準安定励起種を生成することができる。   In the present invention, the seed generation unit preferably generates the metastable excited species by discharge. Thereby, the metastable excited species can be generated inexpensively and stably.

また本発明では、前記準安定励起種のポテンシャルエネルギーは、前記サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高く設定されていることが好ましい。これにより、適切に、サージ放電部で反応を起こすことが可能になる。   In the present invention, it is preferable that the potential energy of the metastable excited species is set higher than the ionization voltage of the gas species of the surge discharge portion. Thereby, it is possible to appropriately cause a reaction at the surge discharge part.

また本発明では、前記種生成部のガス圧は、前記サージ放電部のガス圧と同等以上に設定されていることが好ましい。これにより適切かつ簡単に、準安定励起種を種生成部からサージ放電部に流入させることができる。   Moreover, in this invention, it is preferable that the gas pressure of the said seed production | generation part is set to be equal to or more than the gas pressure of the surge discharge part. As a result, the metastable excited species can be appropriately and easily caused to flow from the seed generation unit to the surge discharge unit.

また本発明では、前記準安定励起種を前記種生成部から前記連通部を介して前記サージ放電部に流入させる流路を形成するためのブロアを備えることが好ましい。これにより適切かつ簡単に、準安定励起種を種生成部からサージ放電部に流入させることができる。   Moreover, in this invention, it is preferable to provide the blower for forming the flow path which flows in the said metastable excitation seed | species from the said seed production | generation part to the said surge discharge part via the said communication part. As a result, the metastable excited species can be appropriately and easily caused to flow from the seed generation unit to the surge discharge unit.

また本発明では、前記サージ放電部でのサージにより発生する放電電流をトリガとして、前記種生成部での放電を停止するように制御されていることが好ましい。これにより、種生成部による準安定励起種の生成およびサージ放電部への準安定励起種の供給を停止することができ、速やかに続流を遮断することができる。   Moreover, in this invention, it is preferable to control so that the discharge in the said seed production | generation part is stopped by using the discharge current which generate | occur | produces by the surge in the said surge discharge part as a trigger. Thereby, the production | generation of the metastable excited seed | species by a seed production | generation part and the supply of the metastable excitation seed | species to a surge discharge part can be stopped, and a follow-up can be interrupted | blocked rapidly.

本発明によれば、従来に比べて、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを効果的に抑制できる。また、サージ収束後の続流を速やかに遮断することができる。   According to the present invention, it is possible to effectively suppress the processing delay after the occurrence of the surge and the variation in the processing time and the processing voltage after the occurrence of the surge as compared with the conventional case. In addition, the continuation after the surge convergence can be quickly interrupted.

第1の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 1st Embodiment. 図1に示すサージ防護デバイスをA−A線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。It is the longitudinal cross-sectional schematic diagram which cut | disconnected the surge protection device shown in FIG. 1 along the AA line in the height direction, and was seen from the arrow direction. 図1に示すサージ防護デバイスをB−B線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。It is the longitudinal cross-sectional schematic diagram which cut | disconnected the surge protection device shown in FIG. 1 along the BB line in the height direction, and was seen from the arrow direction. 本実施の形態におけるサージ防護デバイスのブロック構成図である。It is a block block diagram of the surge protection device in this Embodiment. 第2の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 2nd Embodiment. 第3の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 3rd Embodiment. 第4の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 4th Embodiment. 第5の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 5th Embodiment. 第6の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 6th Embodiment. 第7の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 7th Embodiment. 第8の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 8th Embodiment. 第9の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 9th Embodiment. 第10の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 10th Embodiment. 第11の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 11th Embodiment. 第12の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 12th Embodiment. 第13の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 13th Embodiment. 第14の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the surge protection device in 14th Embodiment. 種生成部(第1の放電管)とサージ放電部(第2の放電管)でそれぞれ起こす反応を示したポテンシャル図である。FIG. 5 is a potential diagram illustrating reactions that occur in a seed generation unit (first discharge tube) and a surge discharge unit (second discharge tube), respectively.

ギャップ式のサージ防護デバイスは、信頼性の面で開放故障モードである点、および静電容量が小さいため高周波回路に好適に利用できる点など非常に有益である。また、サージ処理電圧の値についても可変することができれば、状況に応じたサージ電圧リミットを可変することが出来るようになり、通常のギャップ式で問題となる、サージをカットした後の放電維持による続流を防ぎ、運転状況に応じた運営が出来るようになると非常に有効である。したがって、ギャップ式での課題である、放電を活用しているうえでその特性上発生してしまうサージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを回避することができれば、そのメリットを十分に発揮することができる。これらを実現することは、今後伸長が期待され、必要性が高まる各種系統やパワーエレクトロニクスへのサージ保護機能としても好適であると考えられる。   The gap-type surge protection device is very advantageous in that it is in an open failure mode in terms of reliability and can be suitably used for a high-frequency circuit because of its small capacitance. In addition, if the value of the surge processing voltage can also be varied, the surge voltage limit can be varied according to the situation, which is a problem with the normal gap type, by maintaining the discharge after the surge is cut It is very effective when it is possible to prevent follow-up and manage according to driving conditions. Therefore, if it is possible to avoid the delay in processing after the occurrence of a surge and the variation in processing time and processing voltage after the occurrence of a surge, which is a problem in the gap type, which occurs due to the characteristics of utilizing the discharge. , Can fully demonstrate its merits. Realization of these is considered to be suitable as a surge protection function for various systems and power electronics, which are expected to grow in the future and are becoming increasingly necessary.

本実施の形態では、サージ処理時間遅れの抑制、およびサージ処理時間とサージ処理電圧のばらつきを抑制すべく、準安定励起分種を活用する。具体的には、この準安定励起種を事前に発生させておき、準安定励起種を、サージ発生時に放電を起こす空間内に流入させる点に特徴的部分がある。   In the present embodiment, metastable excitation species are used to suppress a delay in surge processing time and to suppress variations in surge processing time and surge processing voltage. Specifically, this metastable excited species is generated in advance, and the metastable excited species is caused to flow into a space where discharge occurs when a surge occurs.

図1は、第1の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図2は、図1に示すサージ防護デバイスをA−A線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。図3は、図1に示すサージ防護デバイスをB−B線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。なお、図1、及び後述する図5〜図17において、各放電管内部を透視して示した。   FIG. 1 is a schematic perspective view of a surge protection device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of the surge protection device shown in FIG. 1 cut along the line AA in the height direction and viewed from the direction of the arrow. FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the surge protection device shown in FIG. 1 cut along the line BB in the height direction and viewed from the arrow direction. In addition, in FIG. 1 and FIGS. 5-17 mentioned later, each discharge tube inside was shown through.

図1に示す本実施の形態のサージ防護デバイス10は、種生成部(第1の放電管)1とサージ放電部(第2の放電管)2とを有して構成される。例えば、種生成部1は、図1、図3に示すように、筒状容器3と、筒状容器3の両側の開放端に配置された平行平板型の電極5、6とを有して構成される。また図1に示すように、種生成部1は、例えば、直流電圧源7に接続されており、電極5、6間の放電空間に電圧印加することができる。本実施の形態では、種生成部1内で準安定励起種を生成する。   A surge protection device 10 according to the present embodiment shown in FIG. 1 includes a seed generation unit (first discharge tube) 1 and a surge discharge unit (second discharge tube) 2. For example, as shown in FIGS. 1 and 3, the seed generation unit 1 includes a cylindrical container 3 and parallel plate-type electrodes 5 and 6 disposed at open ends on both sides of the cylindrical container 3. Composed. As shown in FIG. 1, the seed generator 1 is connected to, for example, a DC voltage source 7 and can apply a voltage to the discharge space between the electrodes 5 and 6. In the present embodiment, metastable excited species are generated in the seed generator 1.

準安定励起種について詳しく説明する。準安定励起種は、例えば、準安定励起分子や原子として存在し(分子及び原子の両方であってもよいし一方であってもよい;以下準安定励起分子・原子と表現する)、準安定励起分子・原子は、分子および原子内部にポテンシャルエネルギーを保有した状態で従来の励起分子および原子よりも長い寿命を持って存在することが出来る分子・原子のことである。従来の励起分子・原子は、ポテンシャルエネルギーを持つと、その状態が不安定であるために元の基底準位に戻ろうとする性質を持ち、光などのエネルギーを放出して脱励起する。通常の励起分子はそれゆえ寿命としてはマイクロ秒あるいはそれ以下と非常に寿命が短い。   The metastable excited species will be described in detail. A metastable excited species exists, for example, as a metastable excited molecule or atom (may be both a molecule and an atom; hereinafter referred to as a metastable excited molecule / atom), and is metastable. Excited molecules / atoms are molecules / atoms that can exist with a longer lifetime than conventional excited molecules / atoms with potential energy held inside the molecules and atoms. When a conventional excited molecule / atom has potential energy, it has the property of returning to the original ground level because its state is unstable, and it emits energy such as light and is de-excited. Ordinary excited molecules therefore have a very short lifetime of microseconds or less.

これに対して準安定励起分子・原子は基底状態に戻る際の脱励起が禁制帯となっているために、脱励起が出来ない状態で他の分子や壁への衝突などの反応によってエネルギーを授受し脱励起するという特性を持っている。そのため、この準安定励起分子・原子の寿命は平均自由工程すなわち気圧によって変わるものであるが、条件によって数秒以上、極端な例では条件が良ければ10秒程度も残存することができる。準安定励起分子・原子は外部からエネルギーを与えることで形成することができ、所望ガスに対して放電プラズマを発生させたり、レーザーや電子ビームをガスに照射することなどで生成可能である。ただし本実施の形態では、図1に示すように、気体間に電圧を印加し、絶縁破壊を起こすことで得られる気体放電による生成が、最も簡便かつ安価で生成できると考えられ好適である。 On the other hand, metastable excited molecules and atoms have a forbidden band for deexcitation when returning to the ground state, so that energy cannot be obtained by reactions such as collisions with other molecules or walls without deexcitation. It has the characteristic of being exchanged and de-excited. Therefore, the life of this metastable excited molecules and atoms are those that vary the mean free That pressure, several seconds or more depending on the conditions, it can also remain about 10 4 seconds in good condition is an extreme example. Metastable excited molecules / atoms can be formed by applying energy from the outside, and can be generated by generating a discharge plasma for a desired gas or irradiating a gas with a laser or an electron beam. However, in this embodiment, as shown in FIG. 1, it is considered that the generation by gas discharge obtained by applying a voltage between gases and causing dielectric breakdown can be generated most simply and inexpensively.

準安定励起分子・原子は、ポテンシャルエネルギーが数〜十数eVのものが一般的であり、窒素、アルゴン、水素、酸素、ネオン、水銀など、汎用的な元素ガスにおいて放電を発生させるとその空間内に存在する。   Metastable excited molecules / atoms generally have a potential energy of several to several tens of eV. When a discharge is generated in a general element gas such as nitrogen, argon, hydrogen, oxygen, neon, mercury, etc., the space Exists within.

図1に示すように、サージ放電部2は、筒状容器4と、筒状容器4の両側の開放端に配置された平行平板型の電極(放電電極)8、9とを有して構成される。このサージ放電部2が、ガス入り放電管を構成している。サージ放電部2には、電極8、9によりギャップ(放電間隙;放電ギャップ)が構成され、侵入したサージ電圧により電極8、9間に放電が生じる。放電が生じると、電極間のインピーダンスが急激に低下し、ほぼ短絡状態になり、サージ電圧を非常に低く抑えることが可能になる。   As shown in FIG. 1, the surge discharger 2 includes a cylindrical container 4 and parallel plate type electrodes (discharge electrodes) 8 and 9 disposed at open ends on both sides of the cylindrical container 4. Is done. The surge discharge part 2 constitutes a gas-filled discharge tube. In the surge discharge portion 2, a gap (discharge gap; discharge gap) is formed by the electrodes 8 and 9, and discharge occurs between the electrodes 8 and 9 due to the surge voltage that has entered. When the discharge occurs, the impedance between the electrodes rapidly decreases and the circuit is almost short-circuited, and the surge voltage can be suppressed to a very low level.

図1に示すように、サージ放電部2を構成する電極8、9には外部端子として回路接続端子11、11が接続されており、回路接続端子11を介してサージ防護対象物(図4に符号20として図示した)がサージ放電部2と接続された状態とされる。   As shown in FIG. 1, circuit connection terminals 11 and 11 are connected as external terminals to the electrodes 8 and 9 constituting the surge discharge part 2, and surge protection objects (see FIG. 4) are connected via the circuit connection terminals 11. (Shown as reference numeral 20) is connected to the surge discharger 2.

図1〜図3に示すように、種生成部1とサージ放電部2との間には連通部12が設けられている。連通部12は、種生成部1及びサージ放電部2を構成する筒状容器3、4の外周面に貫通形状で形成された接続孔であることが簡単な形状で形成でき、且つ種生成部1とサージ放電部2とを互いに確実に連通させることができる。図2、図3に示すように、種生成部1とサージ放電部2には、連通部12以外の部分に互いに接する当接領域14が存在し、当接領域14を介して種生成部1とサージ放電部2とが既存の方法を用いて接合されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, a communication unit 12 is provided between the seed generation unit 1 and the surge discharge unit 2. The communication part 12 can be formed in a simple shape to be a connection hole formed in the outer peripheral surface of the cylindrical containers 3 and 4 constituting the seed generation part 1 and the surge discharge part 2, and the seed generation part 1 and the surge discharge part 2 can be reliably communicated with each other. As shown in FIGS. 2 and 3, the seed generation unit 1 and the surge discharge unit 2 have a contact area 14 that is in contact with a portion other than the communication section 12, and the seed generation section 1 is interposed via the contact area 14. And the surge discharger 2 are joined using an existing method.

図1に示すように、種生成部1とサージ放電部2との間に連通部12を設けたことで、連通部12を介して種生成部1からサージ放電部2に準安定励起分子・原子を流入させることが可能になる。   As shown in FIG. 1, by providing the communication part 12 between the seed generation part 1 and the surge discharge part 2, the metastable excited molecule / molecules are transferred from the seed generation part 1 to the surge discharge part 2 via the communication part 12. Atoms can be introduced.

ところで、ギャップ式のサージ防護デバイスにおいて、サージ発生後の処理遅れ(放電の遅れ)の原因としては、統計遅れと形成遅れの2種類に大別することができる。気体放電の発生時のメカニズムは端的に言うと、ガスギャップ空間内に電圧を印加するとその電圧で加速された電子がガス分子と衝突しこの衝突が繰り返され電子雪崩が起こり、その電子数が一定以上に達すると絶縁破壊に至り放電するというものである。   By the way, in the gap type surge protection device, the cause of processing delay (discharge delay) after the occurrence of a surge can be broadly classified into two types: statistical delay and formation delay. In short, the mechanism at the time of the occurrence of gas discharge is that when a voltage is applied in the gas gap space, electrons accelerated by the voltage collide with gas molecules, this collision is repeated and an electron avalanche occurs, and the number of electrons is constant. When the above is reached, dielectric breakdown occurs and discharge occurs.

統計遅れは、その電子衝突・電子雪崩を起こす前提条件として、初期電子の存在が必要である点に依るものである。この初期電子は、気体中に宇宙線などで偶然存在する偶存電子が活用されると絶縁破壊に至るため、これを安定的に供給できれば、放電に必要な種が豊富に存在することとなり、統計遅れを抑制することができる。準安定励起分子・原子は、電極や壁面にぶつかると、電子放出させるエネルギーを備えているため(放電の持続性は準安定励起分子・原子による電極からの2次電子放出も寄与している)、初期電子供給として、準安定励起分子・原子をガスギャップ空間に供給することで、初期電子供給において十分な状態を確保することが出来る。   The statistical delay is due to the fact that the presence of initial electrons is necessary as a precondition for causing electron collision and avalanche. This initial electron will cause dielectric breakdown when the accidental electron that happens to exist in the gas such as cosmic rays is utilized, so if it can be supplied stably, there will be abundant species necessary for discharge, Statistical delay can be suppressed. Because metastable excited molecules / atoms have energy to emit electrons when they collide with electrodes or walls (secondary discharge from the electrode by metastable excited molecules / atoms also contributes to the sustainability of discharge) By supplying metastable excited molecules / atoms to the gas gap space as the initial electron supply, a sufficient state can be secured in the initial electron supply.

形成遅れは、電子衝突を繰り返して最終的に火花放電に達するまでの時間であり、この部分は電子が衝突する対象として準安定励起分子・原子が存在することによる累積電離効果、およびこれらの準安定励起分子・原子によるペニング電離によって電子を供給することによって、形成遅れ制御を行うことが出来る。   The formation delay is the time from repeated electron collisions until it finally reaches a spark discharge, and this part is the cumulative ionization effect due to the presence of metastable excited molecules / atoms as the target of electron collision, and their quasi- Formation delay can be controlled by supplying electrons by Penning ionization with stable excited molecules and atoms.

つまりこれらの制御によってサージが印加された際のガスギャップ空間での放電処理時間とばらつきを抑制することができる。これらの一連のプロセスに関するポテンシャルエネルギーを用いた概念図を図18に示した。   That is, discharge control time and variations in the gas gap space when a surge is applied by these controls can be suppressed. FIG. 18 shows a conceptual diagram using the potential energy for these series of processes.

図18の左側の図は、種生成部1で起こる反応のポテンシャル図である。図18に示すように、種生成部1では、以下の式(1)の反応が起こっている。   The diagram on the left side of FIG. 18 is a potential diagram of a reaction that occurs in the seed generation unit 1. As shown in FIG. 18, the reaction of the following formula (1) occurs in the seed generation unit 1.

A(X)+e→A(M)+e (1)
ここで、A(M)は、準安定励起分子・原子を示し、A(X)はA分子または原子の基底状態(ポテンシャルエネルギーゼロ)を示す。
A (X) + e → A * (M) + e (1)
Here, A * (M) represents a metastable excited molecule / atom, and A (X) represents the ground state (zero potential energy) of the A molecule or atom.

また図18の右側の図は、サージ放電部2で起こる反応のポテンシャル図である。図18に示すように、サージ放電部2では、以下の式(2)の反応が起こっている。   Further, the diagram on the right side of FIG. 18 is a potential diagram of a reaction that occurs in the surge discharge part 2. As shown in FIG. 18, in the surge discharge part 2, the reaction of the following formula | equation (2) has occurred.

(M)+B(X)→BorB (2)
ここで、B(X)はB分子または原子の基底状態(ポテンシャルエネルギーゼロ)を示す。Bはペニング電離を起こしB分子または原子が電離した状態を示す。BはB分子または原子の準安定励起状態を示す。
A * (M) + B (X) → B * orB + (2)
Here, B (X) represents the ground state (potential energy zero) of the B molecule or atom. B + indicates a state in which Penning ionization occurs and B molecules or atoms are ionized. B * represents a metastable excited state of the B molecule or atom.

はさらに以下に示す式(3)の累積電離反応を起こす。
+e→B+e (3)
B * further causes a cumulative ionization reaction of the following formula (3).
B * + e → B + + e (3)

B(X)→Bの反応は、励起電圧になる。また累積電離効果は、一度B(X)がBに励起した状態から更に電子衝突およびAが衝突することでB→Bになる反応を示している。図18の右図には、2通りのパターンが示されている。 The reaction of B (X) → B * becomes an excitation voltage. The cumulative ionization effects indicate once B (X) is B * → B + by further collisions electron collisions and A * from the state excited to B * reaction. In the right diagram of FIG. 18, two patterns are shown.

以下の表1に準安定励起分子・原子を保有するガス種とそのポテンシャルエネルギーを示す。さらに組み合わせとしてペニング電離を起こすうえで好適なガスギャップ空間のガス種を示す。   Table 1 below shows the gas species possessing metastable excited molecules and atoms and their potential energies. Further, gas species in a gas gap space suitable for causing Penning ionization as a combination are shown.

Figure 0006222147
Figure 0006222147

表1に示すように、種生成部にて準安定励起分子・原子を生成するのに活用するガス種として、窒素(N)、水素(H)、酸素(O2)、及びヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などの希ガスを用いることができる。本実施の形態では、これらガスの少なくとも1種を活用し、同ガス雰囲気で気体放電を常時もしくは断続的に発生させて準安定励起分子・原子を生成している。 As shown in Table 1, nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2), and helium (He) are used as gas species to be used for generating metastable excited molecules / atoms in the seed generator. ), Argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe), or other rare gas can be used. In the present embodiment, metastable excited molecules / atoms are generated by utilizing at least one of these gases and generating a gas discharge constantly or intermittently in the same gas atmosphere.

ペニング電離については、効果をより高めるうえで必要に応じて選定すべきガス種としての組み合わせであり、必須ではない。準安定励起分子・原子の寿命を考慮すると、種生成部ではその生成量と寿命の組み合わせで考慮すべきであるものの、少なくともサージ放電部(ガスギャップ空間)の雰囲気ガス圧は生成されて到達するまでの状態を考慮すると大気圧以下であることが望ましいが、必須条件ではない。   Penning ionization is a combination of gas species that should be selected as necessary to further enhance the effect, and is not essential. Considering the lifetime of metastable excited molecules / atoms, the seed generator should consider the combination of the generation amount and lifetime, but at least the atmospheric gas pressure in the surge discharge part (gas gap space) is generated and reaches. In consideration of the above conditions, it is desirable that the pressure is not more than atmospheric pressure, but it is not an essential condition.

ペニング電離を起こすうえで大事なのは、準安定励起分子・原子の持つポテンシャルエネルギーが、サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高いことである。ただし、ポテンシャルエネルギーの授受を考えるに際し、図18において、受け取る側Bと与える側Aのエネルギー差は出来るだけ小さい方が、授受が容易であると考えられている。その理由としては、エネルギー保存の法則から、余剰エネルギーが発生した際には、その余剰エネルギーを何らかの形で消費しなければ、化学反応が起こらないため、余った分が大きいと、分子の運動エネルギー等のエネルギー転換が必要となり、その部分が成立しにくいためである。よって、準安定励起分子・原子の持つポテンシャルエネルギーが、サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高いことが要件ではあるが、高ければいいというわけでもなく、A>Bの要件を満たしつつできる限り両者が等しい方が反応は起こりやすくなる。 What is important in causing Penning ionization is that the potential energy of metastable excited molecules and atoms is higher than the ionization voltage of the gas species in the surge discharge section. However, when considering transmission / reception of potential energy, in FIG. 18, it is considered that transmission / reception is easier when the energy difference between the receiving side B and the giving side A is as small as possible. The reason for this is that, from the law of conservation of energy, when surplus energy is generated, a chemical reaction will not occur unless the surplus energy is consumed in some form. This is because such an energy change is necessary and that part is difficult to be established. Therefore, it is a requirement that the potential energy of metastable excited molecules / atoms is higher than the ionization voltage of the gas species in the surge discharge part, but it is not necessarily high, and the requirement of A * > B + is satisfied. However, the reaction is more likely to occur when the two are equal as much as possible.

また表1に示す「累積電離寄与」については、例えば、種生成部のガス種がNの場合、Nの準安定励起分子の持つポテンシャルエネルギーはいずれも電離電圧には達しないので、一度エネルギーを授受したうえで段階的に電離に至る「累積電離」しか起きないことを意味する。 Regarding the “cumulative ionization contribution” shown in Table 1, for example, when the gas species of the seed generation part is N 2 , the potential energy of the metastable excited molecule of N 2 does not reach the ionization voltage. It means that only “cumulative ionization” occurs in which ionization is performed in stages after receiving and receiving energy.

本実施の形態では、このように、準安定励起種を生成して、準安定励起種を、ガスギャップ空間を構成するサージ放電部へ流入させて、初期電子供給において十分な状態を確保している。これにより、ガスギャップ空間の電極間にサージが印加されたときに、準安定励起種の存在による累積電離効果やペニング電離によりガスギャップ空間で従来よりも素早く且つ安定的に放電を起こすことができ、ガスギャップ間の放電処理時間とばらつきを抑制することができる。   In this embodiment, in this way, a metastable excited species is generated, and the metastable excited species is caused to flow into the surge discharge part that constitutes the gas gap space, thereby ensuring a sufficient state in the initial electron supply. Yes. As a result, when a surge is applied between the electrodes in the gas gap space, it is possible to cause a faster and more stable discharge in the gas gap space due to the cumulative ionization effect and penning ionization due to the presence of metastable excited species. In addition, it is possible to suppress the discharge processing time and variation between the gas gaps.

さらに詳細に言及すると、準安定励起分子・原子の種類とこれらの寿命に寄与する気圧条件、さらにはガスギャップ空間内のガスの種類によって、サージを抑制するうえでの処理時間のばらつきのみならず、サージ処理電圧も制御することができる。   In more detail, depending on the type of metastable excited molecules and atoms, the atmospheric conditions that contribute to their lifetime, and the type of gas in the gas gap space, not only the variation in processing time for suppressing surges, but also The surge processing voltage can also be controlled.

サージ処理電圧の制御について説明する。ギャップ式のサージ防護デバイスシでは、ガスギャップ空間の放電を活用してサージを防護するものである。よって、印加されるサージに対して、毎回同じ電圧を閾値とし、それ以上の電圧が加わった場合に着実に放電すれば、安定してサージを防護できることになる。   Control of the surge processing voltage will be described. The gap-type surge protection device protects surges by utilizing the discharge in the gas gap space. Therefore, the surge can be stably protected if the same voltage is used as a threshold value for the applied surge each time, and if a voltage higher than that is applied, the battery discharges steadily.

既に述べたように、放電開始は、空間に存在する偶存電子つまり初期電子が最初の種となり、電界によって加速された電子が内部のガス分子とぶつかることで電子増倍を重ね、電子雪崩と呼ばれる現象を発生して、一定量に電子が増倍したらそのガスギャップ空間の絶縁が破れて、電流が流れるメカニズムになっている。   As already mentioned, the start of discharge is due to the electron avalanche, which is caused by an electron avalanche caused by the collision of electrons accelerated by an electric field with the initial species, which are the initial electrons in the space, that is, the initial electrons. When a phenomenon called this occurs and the number of electrons multiplied by a certain amount, the insulation of the gas gap space is broken and the current flows.

よって、放電開始電圧は、印加される電圧と電子が当たる相手であるガス分子の種類、およびそのガス分子の数すなわち気圧、および電子が加速し増倍するのに必要なギャップ長がパラメータになっている。すなわちこれらパラメータより、ガス毎に横軸が気圧×ギャップ長で縦軸が放電開始電圧でプロットしたのがパッシェンの法則である。   Therefore, the discharge start voltage is a parameter of the type of gas molecule to which the applied voltage and the electron hit, the number of gas molecules, that is, the atmospheric pressure, and the gap length required for the electron to accelerate and multiply. ing. That is, from these parameters, Paschen's law is plotted for each gas in which the horizontal axis is the atmospheric pressure × gap length and the vertical axis is the discharge start voltage.

この放電開始電圧は、通常非常にばらつく。このようなばらつきは、初期電子の供給があるかないかで大きく変わる。すなわち最初に種となる初期電子がリッチに存在すると、安定して常に同じ電圧で放電することが可能になり、放電開始電圧は安定する。一方、初期電子がプアだとなかなか放電に至らず、少ない種から放電を無理やり起こさなければならないため、放電開始電圧は非常に大きくなってしまう。   This discharge start voltage usually varies greatly. Such variation greatly varies depending on whether or not the initial electrons are supplied. That is, when the initial electrons that are seeds first are present in a rich manner, it is possible to stably discharge at the same voltage, and the discharge start voltage is stabilized. On the other hand, if the initial electrons are poor, discharge does not easily occur, and discharge must be forced from a small number of seeds, so that the discharge start voltage becomes very large.

したがって本実施の形態のように、初期電子を常にリッチな状態にしておくことで、想定される最低電圧で確実に放電を起こすことが可能になり、すなわちサージ処理電圧のばらつきを抑制でき、常に安定的に一定電圧以上のサージが入ったら即放電を起こすことが可能になる。   Therefore, as in the present embodiment, by always keeping the initial electrons in a rich state, it is possible to surely cause discharge at the assumed minimum voltage, that is, variation in surge processing voltage can be suppressed, and always It becomes possible to cause an immediate discharge when a surge of a certain voltage or more is stably applied.

また本実施の形態では、種生成部1で生成された準安定励起種をサージ放電部2へ簡単且つ安定的に流入できるように制御されていることが好ましい。例えば、種生成部1のガス圧を、サージ放電部2のガス圧と同等以上に設定する。これにより、図1に示すように、種生成部1から連通部12を介してサージ放電部2へ向けての流路R1、R2を形成でき、準安定励起種をスムーズに種生成部1からサージ放電部2に流入させることができる。   Moreover, in this Embodiment, it is preferable to control so that the metastable excitation seed | species produced | generated by the seed production | generation part 1 can flow into the surge discharge part 2 easily and stably. For example, the gas pressure of the seed generator 1 is set to be equal to or higher than the gas pressure of the surge discharger 2. Thereby, as shown in FIG. 1, the flow paths R1 and R2 from the seed generation unit 1 to the surge discharge unit 2 can be formed via the communication unit 12, and the metastable excited species can be smoothly transferred from the seed generation unit 1. It can flow into the surge discharger 2.

あるいは、ブロアを外部接続して、準安定励起種を種生成部1からサージ放電部2に流入させることもできる。図4に示すように、ブロア15を種生成部1に外部接続する。ブロア15は、種生成部1の平行平板型の電極5、6の両側、あるいは片側に配置される。例えば、図5に示すように、種生成部1の両側に配置される電極5、6はメッシュ状とされ、あるいは図6に示すように、電極5、6に貫通孔5a、6aが形成されている。そして図5、図6には図示しないブロアにより、電極5、6の外側から種生成部1の内部及びサージ放電部2に至る流路R3、R4を形成することができる。なお図5、図6において図1と同じ符号は図1と同じ部分を示している。   Alternatively, a metastable excited species can be allowed to flow from the seed generator 1 into the surge discharger 2 by connecting a blower externally. As shown in FIG. 4, the blower 15 is externally connected to the seed generation unit 1. The blower 15 is disposed on both sides or one side of the parallel plate electrodes 5 and 6 of the seed generation unit 1. For example, as shown in FIG. 5, the electrodes 5 and 6 disposed on both sides of the seed generation unit 1 are mesh-shaped, or through holes 5 a and 6 a are formed in the electrodes 5 and 6 as shown in FIG. 6. ing. 5 and 6, flow paths R3 and R4 extending from the outside of the electrodes 5 and 6 to the inside of the seed generator 1 and the surge discharger 2 can be formed by a blower (not shown). 5 and 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts as those in FIG.

また、本実施の形態では、ガスギャップ空間すなわちサージ放電部2にサージが印加され、そのサージによりガスギャップ空間で放電が発生したら、サージ放電部2に流れる放電電流(サージ電流)をトリガとして、種生成部1での放電を停止するように制御することができる。図4に示すように、種生成部1及びサージ放電部2に接続される制御部16が設けられている。制御部16では、サージ放電部2に流れるサージ電流を監視しており、所定値のサージ電流を観測したら、種生成部1での準安定励起種の生成をストップさせるための停止信号を種生成部1へ送る。これによって準安定励起分子・原子の生成・供給、およびこれらによる累積電離およびペニング電離、およびγmすなわち準安定励起分子・原子による2次電子放出がストップするため、サージが収束した後の通常の印加電圧で、世代機構と呼ばれる放電維持条件が損なわれ、その結果、続流が流れる現象をカットすることができる。   Further, in the present embodiment, when a surge is applied to the gas gap space, that is, the surge discharge portion 2, and discharge occurs in the gas gap space due to the surge, a discharge current (surge current) flowing through the surge discharge portion 2 is used as a trigger. It can be controlled to stop the discharge in the seed generator 1. As shown in FIG. 4, the control part 16 connected to the seed production | generation part 1 and the surge discharge part 2 is provided. The control unit 16 monitors the surge current flowing through the surge discharge unit 2, and when a predetermined value of surge current is observed, generates a stop signal for stopping the generation of the metastable excited species in the seed generation unit 1. Send to part 1. As a result, generation and supply of metastable excited molecules and atoms, and cumulative and penning ionization due to them, and secondary electron emission by γm, that is, metastable excited molecules and atoms, stop, so normal application after the surge has converged. With the voltage, the discharge maintenance condition called the generation mechanism is impaired, and as a result, the phenomenon in which the follower flows can be cut.

図7は、第4の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図7において図1と同じ符号は図1と同じ部分を示している。図7では、種生成部1を構成する一方の電極を針状電極21としている。他方の電極は図1と同様に平行平板型の電極6である。   FIG. 7 is a schematic perspective view of the surge protection device according to the fourth embodiment. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts as those in FIG. In FIG. 7, one electrode constituting the seed generation unit 1 is a needle electrode 21. The other electrode is a parallel plate type electrode 6 as in FIG.

図8は、第5の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図8において図1、図7と同じ符号は図1、図7と同じ部分を示している。図8では、種生成部1を構成する両方の電極を針状電極21、22としている。図7、図8では、針状電極のように先端の尖った電極を用いることで、電界を局部的に集中させ、その尖った先端周辺でコロナ放電Cという形態の安定した放電を形成することが可能である。よって針先端を例えばサージ放電部2との間の連通部12の直近に配置することで、準安定励起種(放電生成物)を安定的にサージ放電部2に供給しやすいという効果がある。   FIG. 8 is a schematic perspective view of a surge protection device according to the fifth embodiment. 8, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 7 indicate the same parts as those in FIGS. In FIG. 8, both electrodes constituting the seed generation unit 1 are needle electrodes 21 and 22. 7 and 8, by using a pointed electrode like a needle electrode, the electric field is concentrated locally, and a stable discharge in the form of corona discharge C is formed around the pointed tip. Is possible. Therefore, by arranging the tip of the needle in the immediate vicinity of the communication part 12 between the surge discharge part 2, for example, there is an effect that it is easy to stably supply the metastable excited species (discharge product) to the surge discharge part 2.

図9は、第6の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図9において図1と同じ符号は図1と同じ部分を示している。図9では、種生成部1の平行平板型の電極5、6の内面(対向面)5b、6b側に有底凹部24が形成されている。なお図9では、電極5の内面5bの形状は見えていないが、電極6の内面6bと同様に有底凹部が形成されていることが好適である。   FIG. 9 is a schematic perspective view of the surge protection device according to the sixth embodiment. 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts as those in FIG. In FIG. 9, a bottomed recess 24 is formed on the inner surfaces (opposing surfaces) 5 b and 6 b of the parallel plate electrodes 5 and 6 of the seed generation unit 1. In FIG. 9, the shape of the inner surface 5 b of the electrode 5 is not visible, but it is preferable that a bottomed recess is formed in the same manner as the inner surface 6 b of the electrode 6.

有底凹部24を設けたことの効果について、一般的に知られているパッシェン曲線に基づいて説明する。パッシェン曲線は横軸をギャップ長×気圧とし縦軸を火花電圧としたグラフ上において、ガスの種類に応じた曲線が描かれている。ここで、パッシェンミニマムというのは、各種ガスにおける放電開始電圧の極小値を指している。この放電開始電圧の極小値が得られる横軸のギャップ長×気圧をさらに小さくすると、火花電圧は急激に立ち上がることがわかっている。図9に示すように電極の内面に有底凹部24を設けることで、部分的にギャップ長が長くなる。このように上記した火花電圧が急激に立ち上がる領域をうまく使うために、有底凹部24を設けて、部分的にギャップ長を長くすることで、その部分では火花電圧の値が下がり、選択的に長い部分で放電Dが発生するようになる。したがって、有底凹部24の箇所で安定的に放電を形成することが可能になる。   The effect of providing the bottomed recess 24 will be described based on a generally known Paschen curve. The Paschen curve is a curve corresponding to the type of gas on a graph in which the horizontal axis represents gap length × atmospheric pressure and the vertical axis represents spark voltage. Here, the Paschen minimum refers to the minimum value of the discharge start voltage in various gases. It has been found that the spark voltage rises rapidly when the gap length × atmospheric pressure on the horizontal axis at which the minimum value of the discharge start voltage is obtained is further reduced. As shown in FIG. 9, providing the bottomed recess 24 on the inner surface of the electrode partially increases the gap length. Thus, in order to use the above-mentioned region where the spark voltage rises rapidly, the bottomed recess 24 is provided and the gap length is partially increased. The discharge D is generated in the long part. Therefore, it is possible to stably form a discharge at the bottomed recess 24.

図10は、第7の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図11は、第8の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図12は、第9の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図13は、第10の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。   FIG. 10 is a schematic perspective view of the surge protection device according to the seventh embodiment. FIG. 11 is a schematic perspective view of the surge protection device according to the eighth embodiment. FIG. 12 is a schematic perspective view of a surge protection device according to the ninth embodiment. FIG. 13 is a schematic perspective view of a surge protection device according to the tenth embodiment.

図10に示すサージ防護デバイスは、図1に示す直流電圧源7を交流電圧源30に置き換えたものであり、図11に示すサージ防護デバイスは、図7に示す直流電圧源7を交流電圧源30に置き換えたものであり、図12に示すサージ防護デバイスは、図8に示す直流電圧源7を交流電圧源30に置き換えたものであり、図13に示すサージ防護デバイスは、図9に示す直流電圧源7を交流電圧源30に置き換えたものである。なお図10〜図13において、図1、図7〜図9と同じ符号は、図1、図7〜図9と同じ部分を示している。   10 is obtained by replacing the DC voltage source 7 shown in FIG. 1 with an AC voltage source 30, and the surge protection device shown in FIG. 11 is different from the DC voltage source 7 shown in FIG. 12, the surge protection device shown in FIG. 12 is obtained by replacing the DC voltage source 7 shown in FIG. 8 with an AC voltage source 30, and the surge protection device shown in FIG. 13 is shown in FIG. The DC voltage source 7 is replaced with an AC voltage source 30. 10 to 13, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 7 to 9 denote the same parts as those in FIGS. 1 and 7 to 9.

図14は、第11の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図15は、第12の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図16は、第13の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図17は、第14の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。   FIG. 14 is a schematic perspective view of the surge protection device according to the eleventh embodiment. FIG. 15 is a schematic perspective view of a surge protection device according to the twelfth embodiment. FIG. 16 is a schematic perspective view of the surge protection device according to the thirteenth embodiment. FIG. 17 is a schematic perspective view of a surge protection device according to the fourteenth embodiment.

図14に示すサージ防護デバイスは、図1に示す直流電圧源7をパルス電圧源31に置き換えたものであり、図15に示すサージ防護デバイスは、図7に示す直流電圧源7をパルス電圧源31に置き換えたものであり、図16に示すサージ防護デバイスは、図8に示す直流電圧源7をパルス電圧源31に置き換えたものであり、図17に示すサージ防護デバイスは、図9に示す直流電圧源7をパルス電圧源31に置き換えたものである。なお図14〜図17において、図1、図7〜図9と同じ符号は、図1、図7〜図9と同じ部分を示している。   The surge protection device shown in FIG. 14 is obtained by replacing the DC voltage source 7 shown in FIG. 1 with a pulse voltage source 31, and the surge protection device shown in FIG. 15 is a DC voltage source 7 shown in FIG. 16, the surge protection device shown in FIG. 16 is obtained by replacing the DC voltage source 7 shown in FIG. 8 with the pulse voltage source 31, and the surge protection device shown in FIG. 17 is shown in FIG. The DC voltage source 7 is replaced with a pulse voltage source 31. 14 to 17, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 7 to 9 indicate the same parts as those in FIGS. 1 and 7 to 9.

図10〜図13のように交流電圧源30を用いた構成においても、図14〜図17のようにパルス電圧源31を用いた構成においても、図1、図7〜図9と同様に準安定励起種をサージ放電部へ供給してサージ防護を図る基本性能は変わらない。   Similar to FIGS. 1 and 7 to 9, the configuration using the AC voltage source 30 as shown in FIGS. 10 to 13 and the configuration using the pulse voltage source 31 as shown in FIGS. The basic performance of supplying stable excitation species to the surge discharger to provide surge protection remains the same.

ただし、準安定励起種の安定的な供給には、図1、図7〜図9に示す直流電圧源7を用いた構成、あるいは、図10〜図13に示す交流電圧源30を用いた構成が好ましい。   However, for stable supply of the metastable excited species, a configuration using the DC voltage source 7 shown in FIGS. 1 and 7 to 9, or a configuration using the AC voltage source 30 shown in FIGS. 10 to 13. Is preferred.

また、図14〜図17に示すように、パルス電圧源31を用いた構成では、パルスは一度できた準安定励起分子を再度電子衝突によって壊す可能性を除去することや、性能を校正する(投入エネルギーに対して流入量をキャリブレーションする)際には有効と考えられる。   Further, as shown in FIGS. 14 to 17, in the configuration using the pulse voltage source 31, the pulse eliminates the possibility that the metastable excited molecules once formed are broken again by electron collision, and the performance is calibrated ( This is considered effective when the inflow is calibrated against the input energy.

ノイズ外乱への対応や省消費電力の兼ね合いで必要な電圧形態を必要に応じて活用するのが好ましいと考えられる。   It is considered preferable to utilize the necessary voltage form as needed in consideration of noise disturbance and power saving.

本発明におけるサージ防護デバイスは、各種電気電子機器およびその上段系統に位置するパワーエレクトロニクスや電力機器など、電力の供給を必要とするほぼ全ての製品において適用できる。これにより各種製品において、電力系統から侵入する雷サージ耐圧やその機器自身が起こす遮断やスイッチングによって発生するサージへの耐圧を安定して向上させることができる。   The surge protection device according to the present invention can be applied to almost all products that require power supply, such as various electric and electronic devices and power electronics and power devices located in the upper system. Thereby, in various products, it is possible to stably improve the lightning surge withstand voltage entering from the power system and the withstand voltage to the surge generated by the interruption or switching caused by the device itself.

1 種生成部(第1の放電管)
2 サージ放電部(第2の放電管)
3、4 筒状容器
5、6、8、9 電極
10 サージ防護デバイス
11 回路接続端子
12 連通部
15 ブロア
16 制御部
21、22 針状電極
24 有底凹部
30 交流電圧源
31 パルス電圧源
Type 1 generator (first discharge tube)
2 Surge discharger (second discharge tube)
3, 4 Tubular container 5, 6, 8, 9 Electrode 10 Surge protection device 11 Circuit connection terminal 12 Communication part 15 Blower 16 Control part 21, 22 Needle-like electrode 24 Bottomed recess 30 AC voltage source 31 Pulse voltage source

Claims (6)

電圧源に接続されており、前記電圧源による電圧印加により、第1の容器内にて準安定励起種を生成する種生成部と、
サージ保護対象物に接続されており、第2の容器内にてギャップを有する電極を配置し、前記電極間に印加されるサージにより前記第2の容器内にて放電を発生させるサージ放電部と、
前記種生成部と前記サージ放電部との間に位置する前記第1の容器と前記第2の容器の外周面に形成され、前記準安定励起種を前記種生成部から前記サージ放電部に流入可能とする連通部と、
を有することを特徴とするサージ防護デバイス。
A seed generator that is connected to a voltage source and generates a metastable excited species in the first container by applying a voltage from the voltage source ;
A surge discharger connected to a surge protection object , having an electrode having a gap in the second container, and generating a discharge in the second container by a surge applied between the electrodes ; ,
Formed on the outer peripheral surfaces of the first container and the second container located between the seed generation part and the surge discharge part, and flows the metastable excited species from the seed generation part into the surge discharge part. A communication section to enable,
A surge protection device characterized by comprising:
前記種生成部では、放電により前記準安定励起種を生成することを特徴とする請求項1に記載のサージ防護デバイス。   The surge protection device according to claim 1, wherein the seed generation unit generates the metastable excited species by discharge. 前記準安定励起種のポテンシャルエネルギーは、前記サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高く設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のサージ防護デバイス。   The surge protection device according to claim 1 or 2, wherein the potential energy of the metastable excited species is set higher than the ionization voltage of the gas species of the surge discharge part. 前記種生成部のガス圧は、前記サージ放電部のガス圧と同等以上に設定されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のサージ防護デバイス。   The surge protection device according to any one of claims 1 to 3, wherein a gas pressure of the seed generation unit is set to be equal to or higher than a gas pressure of the surge discharge unit. 前記準安定励起種を前記種生成部から前記連通部を介して前記サージ放電部に流入させる流路を形成するためのブロアを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のサージ防護デバイス。   The blower for forming the flow path which makes the said metastable excitation seed | species flow into the said surge discharge part via the said communication part from the said seed production | generation part is provided. Surge protection device. 前記サージ放電部でのサージにより発生する放電電流をトリガとして、前記種生成部での放電を停止するように制御されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のサージ防護デバイス。   The surge protection according to any one of claims 1 to 5, wherein control is performed so as to stop discharge in the seed generation unit with a discharge current generated by a surge in the surge discharge unit as a trigger. device.
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