避雷器(SPD)って何?

避雷器(SPD)とは

SPDとは「Surge Protective Device」の略で、「過電圧から精密機器などを防護する機器」です。
避雷器、アレスタ(Lighting Arrester)とも言います。
弊社の製品では漢字でイメージし易い「避雷器」という言葉を使っておりますが、設計図などでは「SPD」「LA」と略されます。
主に、雷サージ吸収素子として酸化亜鉛素子(ZnO)という部品が使われており、他にもモリブデン素子、シリコン素子、ガスチューブ素子などがあり、これらを組み合わせて「避雷器」となります。
形、用途、接続方法など違いはありますが、電線の過電圧を抑制することで機器を防護することを目的とする機器です。

避雷器の役割

一般家庭には馴染みがありませんが、主に工場や公共施設(水道局)などで設置されており、センサーなどの精密機器が雷の影響で誤作動したり破損したりすることを防ぎます。
誤作動や破損したりすると精密機器だけではなく、センサーで管理されていた現場にもトラブルが起こり、二次被害に合う可能性もあります。
避雷器は本来雷サージによるダメージを受けるはずであった機器の身代わりになって、雷の被害から電源や精密機器などを護ることで、現場の環境を維持させることを目的とした製品なのです。

避雷器の種類・選定

種類は大きく分けて電源用信号用があり、素子スペックの電圧(動作電圧)を変えることで定格電圧12V用や100V用といった機器に合わせて避雷器が作られています。
しかし、定格電圧が一緒ならどんな避雷器でも使用できるかと言えば、そうではありません。
電源用 AC100V電源を例に挙げてみましょう。
酸化亜鉛素子
AC100Vだからといって100Vの素子を使用すればいいということではありません。
実効値は100Vですが最大値は「実効値×√2」の約141Vですので、それ以上の電圧で動作する素子を使います。
ヒューズ
安全のため、電源用にはヒューズが付いています。
酸化亜鉛素子は劣化すると動作電圧値が下がりますので、故障すると短絡(地絡)となり、大電流が流れる可能性があり大変危険です。
定格電圧と雷サージ電圧の図
図の斜線部は避雷器が雷サージをアースに逃がした部分となります。 信号用 信号にはアナログ(4-20mA)信号デジタル(パルス)信号があります。 選定方法 定格電圧より大き過ぎても、小さ過ぎても避雷器の効果を発揮しません。
定格電圧よりも大きい場合
雷サージが来ても動作せず、スルーしてしまう可能性があります。
定格電圧よりも小さい場合
本来必要な電圧を抑制し、正常な信号を受信できない可能性があります。

避雷器の働き-酸化亜鉛素子の特性-

では、どのように過電圧を抑制しているのでしょうか?
それぞれの素子には特性がありますが、酸化亜鉛素子を例に挙げていきます。 酸化亜鉛素子の特性としまして、0Vから一定の電圧までは半導体(0Aに近い)、一定の電圧を超えると導体となって一気に電流をアースに流します。
「0Vから一定の電圧までは半導体」というのがポイントで、この特性のおかげで通常時はアースに流れるのをブロックし、雷サージ侵入時はアースに流すという弁作用のような働きをしています。