过电压防护器、过电压防护方法

摘要

本发明的目的在于同时解决最大电压的降低、小型经济化等课题。在本发明中，在2个导体之间串联连接3个以上的放电部分。而且，将2个以上的箝位型的过电压防护部分与除了1个以上的所述放电部分之外的所述放电部分并联连接。其中，将与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压设定得低于从各箝位型的过电压防护部分的动作电压减去与该箝位型的过电压防护部分并联连接的其它放电部分的放电电压之后的电压。并且将与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压设定得高于与任何一个箝位型的过电压防护部分串联连接的各放电部分的动作电压。

权利要求

1.一种过电压防护器，具有放电部分和箝位型的过电压防护部分，其特征在于，包括：串联连接的3个以上的放电部分；以及

2个以上的箝位型的过电压防护部分，其与所述放电部分连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的所述放电部分，在与各个箝位型的过电压防护部分并联连接的所述放电部分中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分的放电部分，并且，存在与各个箝位型的过电压防护部分串联连接的放电部分，与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压低于从每个箝位型的过电压防护部分的动作电压减去与该箝位型的过电压防护部分并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分的放电电压之后的电压，并且高于与任何一个箝位型的过电压防护部分分别串联连接的放电部分的动作电压。

2.如权利要求1所述的过电压防护器，其特征在于，

所述放电部分具有放电管和箝位型的过电压防护元件。

3.如权利要求2所述的过电压防护器，其特征在于，所述放电部分包括：串联连接的3个以上的放电管；以及

2个以上的箝位型的过电压防护元件，其与所述放电管连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管，在与各个箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电管，并且，存在与各个箝位型的过电压防护元件串联连接的放电管，与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管整体的动作电压低于从每个箝位型的过电压防护元件的动作电压减去与该箝位型的过电压防护元件并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电电压之后的电压，并且高于与任何一个箝位型的过电压防护元件分别串联连接的放电管的动作电压。

4.一种过电压防护器，具有放电部分和箝位型的过电压防护部分，其特征在于，将n设为3以上的整数，将i设为1≤i＜n/2的整数，

所述过电压防护器包括：

串联连接的n个的放电部分E1，E2，...，En；

箝位型的过电压防护部分V1，一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间，另一个端子和放电部分En的未与放电部分En-i连接的端子导通；以及箝位型的过电压防护部分V2，一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间，另一个端子和放电部分E1的未与放电部分E2连接的端子导通，从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压低于从箝位型的过电压防护部分V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从箝位型的过电压防护部分V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压，并且高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。

5.如权利要求4所述的过电压防护器，其特征在于，

n＝3，i＝1。

6.如权利要求4所述的过电压防护器，其特征在于，

所述放电部分具有放电管和箝位型的过电压防护元件。

7.如权利要求6所述的过电压防护器，其特征在于，所述放电部分包括：串联连接的3个以上的放电管；以及

2个以上的箝位型的过电压防护元件，其与所述放电管连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管，在与各个箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电管，并且，存在与各个箝位型的过电压防护元件串联连接的放电管，与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管整体的动作电压低于从每个箝位型的过电压防护元件的动作电压减去与该箝位型的过电压防护元件并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电电压之后的电压，并且高于与任何一个箝位型的过电压防护元件分别串联连接的放电管的动作电压。

8.一种过电压防护器，具有放电部分和箝位型的过电压防护部分，其特征在于，将n设为3以上的整数，将i设为1≤i＜n/2的整数，

所述过电压防护器包括：

串联连接的n个的放电部分E1，E2，...，En；

箝位型的过电压防护部分V1，一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间，另一个端子设为与外部连接的端子；以及箝位型的过电压防护部分V2，一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间，另一个端子设为与外部连接的端子，从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压低于从箝位型的过电压防护部分V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从箝位型的过电压防护部分V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压，并且高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。

9.如权利要求8所述的过电压防护器，其特征在于，

n＝3，i＝1。

10.如权利要求8所述的过电压防护器，其特征在于，

所述放电部分具有放电管和箝位型的过电压防护元件。

11.如权利要求10所述的过电压防护器，其特征在于，所述放电部分包括：串联连接的3个以上的放电管；以及

2个以上的箝位型的过电压防护元件，其与所述放电管连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管，在与各个箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电管，并且，存在与各个箝位型的过电压防护元件串联连接的放电管，与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管整体的动作电压低于从每个箝位型的过电压防护元件的动作电压减去与该箝位型的过电压防护元件并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电电压之后的电压，并且高于与任何一个箝位型的过电压防护元件分别串联连接的放电管的动作电压。

12.一种过电压防护器，具有放电部分和变阻器，其特征在于，将n设为3以上的整数，将i设为1≤i＜n/2的整数，

所述过电压防护器包括：

串联连接的n个的放电部分E1，E2，...，En；

将一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间、另一个端子和放电部分En的未与放电部分En-i连接的端子导通的变阻器V1；以及将一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间、另一个端子和放电部分E1的未与放电部分E2连接的端子导通的变阻器V2，从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压低于从变阻器V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从变阻器V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压，并且高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。

13.如权利要求12所述的过电压防护器，其特征在于，

n＝3，i＝1。

14.如权利要求12所述的过电压防护器，其特征在于，

所述放电部分具有放电管和箝位型的过电压防护元件。

15.如权利要求14所述的过电压防护器，其特征在于，所述放电部分包括：串联连接的3个以上的放电管；以及

2个以上的箝位型的过电压防护元件，其与所述放电管连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管，在与各个箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电管，并且，存在与各个箝位型的过电压防护元件串联连接的放电管，与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管整体的动作电压低于从每个箝位型的过电压防护元件的动作电压减去与该箝位型的过电压防护元件并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电电压之后的电压，并且高于与任何一个箝位型的过电压防护元件分别串联连接的放电管的动作电压。

16.一种过电压防护器，具有放电部分和变阻器，其特征在于，将n设为3以上的整数，将i设为1≤i＜n/2的整数，

所述过电压防护器包括：

串联连接的n个的放电部分E1，E2，...，En；

将一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间、另一个端子设为与外部连接的端子的变阻器V1；以及将一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间、另一个端子设为与外部连接的端子的变阻器V2，从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压低于从变阻器V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从变阻器V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压，并且高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。

17.如权利要求16所述的过电压防护器，其特征在于，

n＝3，i＝1。

18.如权利要求16所述的过电压防护器，其特征在于，

所述放电部分具有放电管和箝位型的过电压防护元件。

19.如权利要求18所述的过电压防护器，其特征在于，所述放电部分包括：串联连接的3个以上的放电管；以及

2个以上的箝位型的过电压防护元件，其与所述放电管连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管，在与各个箝位型的过电压防护元件并联连接的所述放电管中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电管，并且，存在与各个箝位型的过电压防护元件串联连接的放电管，与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管整体的动作电压低于从每个箝位型的过电压防护元件的动作电压减去与该箝位型的过电压防护元件并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护元件并联连接的放电管的放电电压之后的电压，并且高于与任何一个箝位型的过电压防护元件分别串联连接的放电管的动作电压。

20.一种过电压防护方法，使用放电部分和箝位型的过电压防护部分，其特征在于，在2个导体之间串联连接3个以上的放电部分，

将2个以上的箝位型的过电压防护部分与所述放电部分连接，使得，存在与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的所述放电部分，在与各个箝位型的过电压防护部分并联连接的所述放电部分中，存在不是与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分的放电部分，并且，存在与各个箝位型的过电压防护部分串联连接的放电部分，并且，

将与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压设定得低于从每个箝位型的过电压防护部分的动作电压减去与该箝位型的过电压防护部分并联连接但不是与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分的放电电压之后的电压，并且将与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压设定得高于与任何一个箝位型的过电压防护部分分别串联连接的放电部分的动作电压。

21.一种过电压防护方法，具有放电部分和箝位型的过电压防护部分，其特征在于，n是3以上的整数，i是1≤i＜n/2的整数，

在2个导体之间串联连接n个放电部分E1，E2，...，En，将箝位型的过电压防护部分V1的一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间，将箝位型的过电压防护部分V1的另一个端子与放电部分En侧的外部端子导通，将箝位型的过电压防护部分V2的一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间，将箝位型的过电压防护部分V2的另一个端子与放电部分E1侧的外部端子导通，并且，将从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压设定得低于从箝位型的过电压防护部分V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从箝位型的过电压防护部分V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压，并且将从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压设定得高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。

22.一种过电压防护方法，具有放电部分和变阻器，其特征在于，n是3以上的整数，i是1≤i＜n/2的整数，

在2个导体之间串联连接n个放电部分E1，E2，...，En，将变阻器V1的一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间，将变阻器V1的另一个端子与放电部分En侧的外部端子导通，将变阻器V2的一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间，将变阻器V2的另一个端子与放电部分E1侧的外部端子导通，并且，将从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压设定得低于从变阻器V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从变阻器V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压，并且将从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压设定得高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。

说明书

技术领域

本发明涉及用于从雷(电涌)或高电压线产生的过电压或过电流中保护设备类的过电压防护器、过电压防护方法。

背景技术

关于雷的性质或过电压防护方法，已在木岛均著，‘接地と雷防護’，初版，コロナ社刊，社团法人电子信息通信学会编，平成14年4月5日，pp.1-54(非专利文献1)中进行了介绍。以下，简单地说明在理解本发明上所需的背景技术。图1表示由雷产生的电压或电流的变化的情况S(t)。在雷直接击中的情况下，一般流过峰值为数十kA的电流。此外，在感应雷的情况下，产生峰值为数kV的电压。因此，纵轴表示电压或电流。此外，在过电压防护器的试验中，通常施加峰值6kV、波尾长度50μ秒、波头长度1.2μ秒的电压，并对电压的变化进行观测。
过电压防护元件大体分为箝位型和开关型。箝位型的代表的过电压防护元件是变阻器和二极管。这些元件的特征在于存在表示即使电流增加，电压也几乎不变化的特性的区域。图2A表示使用变阻器的过电压防护的构成。即使在端子902和端子903之间施加过电压，也由于变阻器901而在端子904和端子905之间不施加过电压。图2B表示使用二极管的过电压防护的结构。图2B的结构中并联地具有2个二极管，这是由于即使在对端子942施加了正的过电压的情况下，或施加了负的过电压的情况下，也防止在端子944和端子945之间施加过电压。图2C表示使用箝位型的过电压防护元件的情况下的室内侧端子间的理想的电压变化的情况。在理想的箝位型的过电压防护元件的情况下，即使室外侧的电压超过动作电压C，如波形908这样，室内侧的电压也大致一定为动作电压C。而且，室外侧的端子间的电压低于电压C时，室内侧的端子间的电压也降低。图2D表示使用箝位型的过电压防护元件的情况下的箝位型的过电压防护元件中流过的电流的变化。在过电压防护元件中，消耗瞬时功率(电压×电流)，并发生与在时域中将瞬时功率积分后的功率(电压×电流×时间)相当的热。在箝位型的过电压防护元件的情况下，在由于动作电压比较高而流过非常大的电流时，对寿命带来很大的影响。
开关型的代表的过电压防护元件有放电管。放电管是电极间由气体(包含真空)、液体、固体或它们的混合体绝缘，通过放电现象来防护过电压的元件。代表的放电管是充气放电管、空气放电管。放电管的特征在于放电开始时电压非常低。图3A表示使用充气放电管的过电压防护的构成，图3B表示使用空气放电管的过电压防护的构成。此外，图3C中表示使用放电管的情况下的室内侧端子间的理想的电压的变化的情况。在放电管的情况下，在从室外侧过电压超过动作电压B时，过电压防护元件间的电压通过放电等而急剧下降。在放电等开始之后，放电管端子间的电压下降到放电电压A为止。波形918表示该情况。而且，在室外侧的端子间电压低于放电电压A时，室内侧的端子间电压也与放电电压A相同。但是，例如在100V的商用电源的情况下，放电电压A低于100V时，即使在由雷等引起的过电压消失后，放电也由于从商用电源供给的电流而继续。因此，为了使整体的放电电压为100V以上，而施加将其它放电管串联连接等工作。这样，将阻止一度由雷产生并由商用电源继续的放电的情况称作遮断续流。图3D表示使用了放电管的情况下的放电管中流过的电流的变化。放电管的情况下，在电压高时放电管中不流过电流。而且，在流过电流时电压降低。从而，瞬时功率(电压×电流)和功率(瞬时功率的时间积分)都比较小。从而，在放电管的情况下，即使流过非常大的电流也对寿命没有很大的影响。
一般来说，作为箝位型的过电压防护元件的变阻器或二极管是半导体。从而，到箝位型的过电压防护元件的动作为止的时间TC为0.01μ秒左右，非常短。另一方面，放电管由于使用放电现象，所以到动作为止的时间TB为1μ秒，比较长。
提出了组合具有这样的特性的过电压防护元件，将到动作为止的时间缩短，并且降低室内侧的端子间的电压的各种方法。图4A是将放电管911和变阻器901并联连接，并且在放电管911和变阻器901之间插入线圈961的结构例子。在图4A的结构例子中，图4B表示在室外侧的端子间962-963之间施加了电压S(t)的情况下的放电管911的端子间的电压的变化的情况，图4C表示放电管911和变阻器901中流过的电流之和。变阻器901比放电管911到动作为止的时间短。从而，在室外侧施加电压S(t)时，首先在变阻器901中流过电流。由于此时的电流变化而在线圈961的两端产生电压。而且，放电管911的两端电压比动作电压B高，放电管911动作。通过这样进行动作，在理想情况下能够在与直到变阻器动作为止的时间相同的短时间内使放电管动作，并使室内侧的端子964-965之间的电压降低到放电管的放电电压A。此外，由于放电管911中流过大量电流，所以没有变阻器的寿命问题。但是，线圈961一般需要10μH左右的线圈。此外，在通常时，由于线圈中流过商用电流，因此需要用电流容量大的线来制作线圈。从而，线圈961变为大型，在小型化、低价格化方面存在大的问题。另外，在通信系统的过电压防护装置的情况下，可以使用电阻来代替线圈。但是，在通常时，由于电阻中始终流过信号电流或供电电流，所以存在压降等问题。进而，由于插入各导体的电阻的差，存在2个导体间的平衡度恶化的问题。
图5A表示放电管911和变阻器901串联连接的情况下的结构例子。此外，在图5A的结构例子中，图5B表示在室外侧的端子972-973间施加了电压S(t)的情况下的室内侧的端子974-975间的电压的变化的情况，图5C表示放电管911和变阻器901中流过的电流的情况。由于在放电管911动作之前，变阻器901中不流过电流，所以变阻器901两端的电压仍然为0。换言之，室外侧的端子972-973间的电压S(t)被施加到放电管911的两端。从而，在该结构的情况下，在成为放电管911的动作电压B时动作。此外，在放电后，由于变阻器901中流过电流，所以放电管911的放电电压A和变阻器901的动作电压C之和被施加到室内侧的端子974-975间。在这样的结构例子中，动作时间与放电管相同，此外，在电压高的状态下，由于所有的电流通过变阻器901，所以在变阻器的寿命等方面存在问题。此外，由于可以将动作后的电压调整为C+A，所以如果C+A高于商用电源，则遮断续流比较容易。
图6A是将2个相同的放电管并联排列的结构例子，图6B是将2个相同的放电管串联排列的结构例子。一般来说，放电管的极性对称性差。换言之，在将哪个端子设为正时动作电压不同。将在放电管911i的导体916侧施加正的电压的情况下的动作电压设为Bi1，将在导体916侧施加负的电压的情况下的动作电压设为Bi2。如图6A所示，将放电管9111和9112并联排列，并对导体916施加了正的电压的情况下，动作电压成为B11和B21的低者。此外，在对导体916施加了负的电压的情况下，动作电压成为B12和B22的低者。在仅使用放电管9111的过电压防护装置的情况下，在导体916上施加正的电压的情况下的动作电压为B11，在导体916上施加负的电压的情况下的动作电压为B12。例如，在B11＜B21＜B22＜B12的情况下，图6A的动作电压为B11和B22，与仅放电管9111的动作电压B11和B12相比，对称性提高。如图6B这样，即使在将放电管9113和9114串联排列的情况下，如果动作电压低者动作，则几乎所有的电压施加到另一个放电管，所以另一个放电管也动作。换言之，即使在串联连接的情况下，也能够提高对称性。通过动作电压的组合，即使并联或串联排列多个放电管，也存在对称性不提高的情况。但是，对称性不会恶化，而是相同或提高。另外，即使这样仅组合放电管，也不能进行如变阻器这样的高速的动作，因此动作比较慢。
图7是利用变阻器和三极放电管的通信用的过电压防护器的例子。在该过电压防护器中，由响应时间快、动作电压低的变阻器吸收电涌的急剧的上升部分。而且，通过电阻931、932引起的压降使三极放电管动作，吸收雷的大部分能量。这是提高图4A的结构的对称性的例子。为用于电力系统，必需使电阻931、932成为线圈，在小型化或经济化的方面存在问题。
非专利文献1：木岛均著，‘接地と雷防護’，初版，コロナ社刊，社团法人电子信息通信学会编，平成14年4月5日，pp.1-54

发明内容

以往，为了降低施加了过电压的情况下的最大电压，提出箝位型的过电压防护元件和放电管的各种组合。但是，没有将降低最大电压、小型经济化、不流过对箝位型的过电压防护元件的过电流、确保对称性、能够遮断续流的全部课题解决的结构。
将n设为3以上的整数，将i设为1≤i＜n/2的整数。在2个导体之间串联连接n个的放电部分(E1，E2，...，En)。将箝位型的过电压防护部分V1的一个端子连接在放电部分Ei和Ei+1之间，将箝位型的过电压防护部分V1的另一个端子与放电部分En侧的外部端子导通。将箝位型的过电压防护部分V2的一个端子连接在放电部分En-i和En-i+1之间，将箝位型的过电压防护部分V2的另一个端子与放电部分E1侧的外部端子导通。这里，将从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压设定得低于从箝位型的过电压防护部分V1的动作电压减去与从放电部分En-i+1到En整体的放电电压之后的电压，以及从箝位型的过电压防护部分V2的动作电压减去与从放电部分E1到Ei整体的放电电压之后的电压。此外，将从放电部分Ei+1到En-i整体的动作电压设定得高于从放电部分E1到Ei整体的动作电压以及从放电部分En-i+1到En整体的动作电压。
在放电部分E1侧的外部端子施加了正的过电压S(t)的情况下，在放电部分E1和Ei之间以及放电部分En-i+1和En之间施加了被施加的过电压的几乎所有电压。从而，放电部分E1～Ei或En-i+1～En的动作电压低者立即开始放电。由于这样高速进行动作，所以不对室内侧的装置施加过大的电压。接着，放电部分E1～Ei和En-i+1～En的另一个也开始放电。在该状态下，在箝位型的过电压防护部分V1和V2中流过过大的电流。但是，然后，放电部分Ei+1～En-i开始放电。通过该放电，过大的电流的几乎所有都流过放电部分E1～En，因此可以避免箝位型的过电压防护部分V1和V2中流过过大的电流。此外，在本方法的情况下，由于未使用线圈或电阻，因此小型化、经济化容易。进而，最初动作的放电部分为E1～Ei或En-i+1～En的动作电压低者，因此在对称性的方面也容易实现提高。此外，由于串联排列放电部分，所以也容易遮断续流。
这样，根据本发明的结构，能够同时解决降低最大电压、小型经济化、不流过对箝位型的过电压防护元件的过电流、确保对称性、能够遮断续流等课题。

附图说明

图1是表示由雷产生的电压或电流的变化的情况的图。
图2A是表示使用变阻器的过电压防护的结构的图，图2B是表示使用二极管的过电压防护的结构的图，图2C是表示使用箝位型的过电压防护元件的情况下的理想的电压变化的情况的图，图2D是表示使用箝位型的过电压防护元件的情况下的箝位型的过电压防护元件中流过的电流的变化的图。
图3A是表示使用充气放电管的过电压防护的结构的图，图3B是表示使用空气放电管的过电压防护的结构的图，图3C是表示使用放电管的情况下的理想的电压变化的情况的图，图3D是表示使用放电管的情况下的放电管中流过的电流的变化的图。
图4A是将放电管和变阻器并联连接，在放电管和变阻器之间插入线圈的结构例的图，图4B是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的室内侧的端子间电压变化的情况的图，图4C是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的放电管和变阻器中流过的电流之和的图，
图5A是表示放电管911和变阻器901串联连接的情况下的结构例子的图。图5B是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的室内侧的端子间的电压的变化的情况的图。图5C表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的放电管和变阻器中流过的电流的情况的图。
图6A是表示将2个相同的放电管并联排列的结构例子的图，图6B是表示将2个相同的放电管串联排列的结构例子的图。
图7是表示利用变阻器和三极放电管的过电压防护器的例子的图。
图8是表示实施例1的过电压防护方法的结构的图。
图9是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的最初的各部分的电压的情况的图。
图10是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的1个放电管动作时的各部分的电压的情况的图。
图11是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的第2个放电管动作时的各部分的电压的情况的图。
图12是表示在室外侧的端子间施加了电压S(t)的情况下的全部放电管动作时的各部分的电压的情况的图。
图13A是表示实施例1的过电压防护方法中的电压的变化的图，图13B是表示实施例1的过电压防护方法中的导体间流过的电流的变化的图。
图14是表示通过在1个放电管中具有4个电极从而设置了3个放电部分的变形例的图。
图15是表示串联连接了n个放电部分的变形例的图。
图16A是表示代替变阻器而将二极管的正向特性用于电压限制的情况下的结构例的图，图16B是表示代替变阻器而将二极管的逆向特性用于电压限制的情况下的结构例的图。
图17是表示将5个放电部分串联连接并使用4个变阻器的变形例的图。
图18是表示将图8所示的结构作为一个放电部分的情况下的变形例的图。
图19是表示过电压防护器的结构例的图。
图20是表示过电压防护器的结构的变形例的图。
图21是表示外部端子为2个的过电压防护器的结构例的图。

具体实施方式

以下说明本发明。另外，对于具有相同功能的结构部分赋予相同号码并省略说明。
[实施例1]
图8表示本发明的实施例1的过电压防护方法的构成。在该过电压防护方法中，使用3个放电部分101、102、103以及2个变阻器104、105。如图8所示，3个放电部分101、102、103被串联连接在2个导体115和116之间。变阻器104与除了放电部分101之外的2个放电部分102、103并联连接。此外，变阻器105与除了放电部分103之外的2个放电部分101、102并联连接。这里，放电部分102的动作电压被设定得低于从变阻器104的动作电压减去放电部分103的放电电压后的电压，以及从变阻器105的动作电压减去放电部分101的放电电压后的电压，并且高于放电部分101的动作电压以及放电部分103的动作电压。另外，变阻器104、105不必由1个变阻器构成，也可以将几个变阻器串联或并联连接而用作变阻器104、105。
图9～12表示在室外侧的端子111-112之间施加了过电压S(t)的情况下的动作的情况。即使在室外侧的端子111-112间施加过电压S(t)，最初也是放电部分101、102、103均不放电的状态。此时，变阻器104、105中不流过电流。从而，变阻器104、105两端不产生电位差。从而，对各放电部分分别施加S(t)的电压。图9表示该情况。在没有变阻器104、105的情况下(单纯串联连接放电部分的结构的情况)，对各放电部分施加约S(t)/3的电压。换言之，变阻器104和105进行将施加于各放电部分的电压提高的工作，能够使动作高速化。
由于放电部分102的动作电压被设定得高于放电部分101的动作电压以及放电部分103的动作电压，所以放电部分101或放电部分103首先放电。例如，假设放电部分103放电。此时，放电部分103的放电电压为A3。此外，由于变阻器105中流过电流，所以产生变阻器105的动作电压C5。从而，室内侧的端子113-114间的电压成为C5+A3。此外，由于变阻器104中不流过电流，所以变阻器104的端子间不产生电位差。从而，各部分的电位差如图10所示。
由于放电部分101的动作电压低于变阻器105的动作电压，所以放电部分101放电。放电部分101放电时，变阻器104中流过电流，产生动作电压C4。此时，室内侧的端子113-114间的电压成为C4+A1和C5+A3的低者的电压。在设计上，只要设计为C4+A1＝C5+A3即可。此时的各部分的电位差如图11所示。对放电部分102施加的电压是从变阻器104的动作电压C4减去放电部分103的放电电压A3后的电压C4-A3，或从变阻器105的动作电压C5减去放电部分101的放电电压A1后的电压C5-A1。
由于放电部分102的动作电压低于从变阻器104的动作电压C4减去放电部分103的放电电压A3后的电压C4-A3，或从变阻器105的动作电压C5减去放电部分101的放电电压A1后的电压C5-A1，所以放电部分102也放电。图12表示该状态的各部分的电位差。由于为这样的状态，所以可以使过大的电流的几乎全部流过放电部分。此外，只要将整体的放电电压A1+A2+A3设定得高于商用电源(例如100V)，则也可以遮断续流。进而，由于该结构中未使用线圈或电阻，所以可以小型经济化，也不产生2个导体间的平衡度的问题等。
实际上，由于在非常短期间中进行图9～图12的动作，所以室内侧端子113-114间的电压如图13A这样变化。图13A中的B表示仅将放电部分101、102、103串联连接的情况(没有变阻器104以及105的情况)的动作电压。如前所述，通过变阻器104和105，可以将动作电压降低至B’(放电部分101单体或放电部分103单体的动作电压)，所以可以使动作高速化，并且可以降低最大电压。此外，图13B表示导体115和116之间流过的电流的情况。在该结构的情况下，由于几乎所有的电流可以在降低电压的状态下流过放电部分101、102、103，因此也没有变阻器寿命的问题。
另外，本实施例的过电压防护器在过电压S(t)为高于C4+A1以及C5+A3的电压的情况下如上述这样动作。但是，在不施加这样的电压的情况下，例如，存在S(t)的最大值高于B3但低于C5+A3的情况。在该情况下，动作直到图10所示的状态为止，或者到图11所示的状态为止，但也有不动作到图12所示的状态为止的可能性。如果不转移到图12所示的状态，则变阻器中继续流过电流。但是，这是过电压S(t)比较低的情况下的现象，因此也不会产生变阻器的寿命的问题。
即使在相对于室外侧的端子112，在端子111上施加了负的过电压S(t)的情况下，放电部分101或放电部分103的动作电压低者也动作。如果设计使放电部分101的动作电压或放电部分103的动作电压相同，则如图6B中说明的，能够提高对称性。此外，如果将放电部分101的动作电压和放电部分103的动作电压的其中一个设计的小，则能够选择最初使其放电的放电部分。但是，在选择了最初使其放电的放电部分的情况下，如果不使对于该放电部分本身的雷电涌的正极性以及负极性的对称性提高，则不能期待过电压防护器的对称性的提高。需要多少程度的对称性根据用途而不同，所以考虑使用的元件的特性和用途来设计即可。
总结本发明如下。在本发明中，在2个导体之间串联连接3个以上的放电部分。而且，将2个以上的箝位型的过电压防护部分与除了1个以上的所述放电部分之外的所述放电部分并联连接。这里，将与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压设定得低于从各箝位型的过电压防护部分的动作电压减去与该箝位型的过电压防护部分并联连接的其它的放电部分的放电电压后的电压。此外，将与全部箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分整体的动作电压设定得高于与任何一个箝位型的过电压防护部分串联连接的各放电部分的动作电压。以下示出按照该想法的变形例。
[变形例1]
图14表示通过在一个放电管106中具有4个电极1061～1064从而设置了3个放电部分的例子。在本变形例中，电极1061和1062相当于放电部分101，电极1062和1063相当于放电部分102，电极1063和1064相当于放电部分103。本变形例的动作与实施例1相同。
[变形例2]
图15表示串联连接n个放电部分的例子。这里，将n设为3以上的整数，将i设为1≤i＜n/2的整数。在2个导体115和116之间串联连接n个的放电部分1211，1212，...，121n。将变阻器104的一个端子连接在放电部分121i和121i+1之间，将变阻器104的另一个端子与放电部分121n侧的导体116导通。此外，将变阻器105的一个端子连接在放电部分121n-i和121n-i+1之间，将变阻器105的另一个端子与放电部分1211侧的导体115导通。进而，将从放电部分121i+1到121n-i整体的动作电压Bi+1-n-i设定得低于从变阻器104的动作电压C1减去与从放电部分121n-i+1到121n整体的放电电压An-i+1-n之后的电压，以及从变阻器105的动作电压C2减去与从放电部分1211到121i整体的放电电压A1-i之后的电压。此外，将从放电部分121i+1到121n-i整体的动作电压Bi+1-n-i设定得高于从放电部分1211到121i整体的动作电压B1-i以及从放电部分121n-i+1到121n整体的动作电压Bn-i+1-n。另外，变阻器104、105不必由一个变阻器构成，也可以将几个变阻器串联或并联连接而用作变阻器104、105。
在本变形例中，放电部分1211～121i相当于放电部分101，放电部分121i+1～121n-i相当于放电部分102，放电部分121n-i+1～121n相当于放电部分103。本变形例的动作也与实施例1相同。
另外，本实施例中，不是将单独的放电部分串联连接而是通过在1个放电管内具有n+1个电极从而构成n个放电部分也可以。
[变形例3]
图16A和图16B表示使用二极管来代替变阻器的情况的结构例子。由于二极管具有极性，因此将2个二极管作为1组使用。图16A是将二极管的正向特性用于电压限制的情况下的结构例。图16B是将二极管的逆向特性用于电压限制的情况下的结构例。二极管也与变阻器同样是箝位型的过电压防护元件。从而，本变形例的动作也与实施例1相同。另外，图16A以及图16B中，将2个二极管作为1组使用，但也可以使用2个二极管为一体的片。此外，也可以将几个二极管并联或串联使用。
[变形例4]
图17表示将5个放电部分串联连接并使用了4个变阻器的变形例。在该结构中，放电部分141～145被串联连接。变阻器156的端子与放电部分141和142之间，以及导体116连接。变阻器157的端子与放电部分142和143之间，以及导体116连接。变阻器158的端子与放电部分143和144之间，以及导体115连接。变阻器159的端子与放电部分144和145之间，以及导体115连接。这里，将放电部分n(n＝141～145)的动作电压设为Bn，将放电电压设为An，将变阻器m(m＝156～159)的动作电压设为Cm。放电部分143的动作电压B143被设定为满足以下的条件。
B143＜C156-A142-A144-A145
B143＜C157-A144-A145
B143＜C158-A141-A142
B143＜C159-A141-A142-A144
B143＞B141
B143＞B142
B143＞B144
B143＞B145
换言之，该条件为‘将与所有的变阻器并联连接的放电部分的动作电压设定得低于从各变阻器的动作电压减去与该变阻器并联连接的其它放电部分的放电电压之后的电压。并且将与所有的变阻器并联连接的放电部分的动作电压设定得高于与任何一个变阻器串联连接的备放电部分的动作电压’。
通过这样设定，与实施例1同样，可以将过电压集中于未放电的放电部分，同时依次使其放电。从而，能够可靠地在短时间内使所有的放电部分放电。
另外，在提高过电压防护器整体的对称性上，设定为B141＝B145、B142＝B144、C156＝C159、C157＝C158即可。进而，为了可靠地从接近导体一侧的放电部分开始动作，设定为B141＜B144、B145＜B142即可。这里，可靠地从接近导体一侧的放电部分开始动作是指首先使放电部分141和放电部分145放电，然后使放电部分142和放电部分144放电，最后使放电部分143放电。
[变形例5]
图18表示将实施例1(图8)的过电压防护器作为1个放电部分的情况下的变形例。放电部分161i(i＝1～3)是与图8的过电压防护器相同的结构，由放电部分101i、102i、103i、变阻器104i、105i构成。这样，1个放电部分不必是1个放电管，也可以是放电管和箝位型的过电压防护元件的组合。在图18的情况下，与所有的箝位型的过电压防护部分并联连接的放电部分是放电部分1612。在该结构中，为了得到本发明的效果，如此前所说明的，满足以下的2个条件即可。第1个是放电部分1612动作电压低于从变阻器174的动作电压减去放电部分1613的放电电压之后的电压以及从变阻器175的动作电压减去放电部分1611的放电电压之后的电压。第2个是放电部分1612的动作电压高于放电部分1611的动作电压以及放电部分1613的动作电压。如果满足了该2个条件，则成为与使用图9～12的说明相同的动作，得到本发明的效果。这里，放电部分161i的动作电压是放电部分101i的动作电压和放电部分103i的动作电压的低者。放电部分161i的放电电压是放电部分101i的放电电压、放电部分102i的放电电压、放电部分103i的放电电压之和。
[实施例2]
在本实施例中，表示实现实施例1所示的过电压防护方法的过电压防护器的结构。图19表示过电压防护器200的结构。过电压防护器200具有4个外部端子201、202、203、204。而且，外部端子201和202与室外侧的导体连接，外部端子203和204与室内侧(要保护的设备侧)连接。
[变形例1]
图20表示过电压防护器的变形例。在本变形例中，过电压防护器210具有外部端子211、212、213、214。而且，外部端子211和214连接到一个导体115，外部端子212和213连接到另一个导体116。
[变形例2]
图21表示过电压防护器的其它变形例。在本变形例中，变阻器104的一个端子与放电部分103在过电压防护器220的内部导通。此外，变阻器105的一个端子也与放电部分101在过电压防护器220的内部导通。从而，过电压防护器220具有2个外部端子221和222。外部端子221与一个导体连接，外部端子222与另一个导体连接。