避雷器の解説：原理、構成部品および応用

避雷器：原理と応用

避雷器は、建物や電気設備を落雷から保護する重要な装置です。迅速に落雷の電流を導き分散させることで、設備や人員を守ります。以下ではその動作原理について詳しく説明します。

1. 避雷器の基本構造

避雷器は通常、ガス放電管と金属酸化物バリスタ（MOV）という2つの主要な部品で構成されています。

• ガス放電管：これは避雷器の核心的な部品であり、特定のガスで満たされた管内に2つの電極が収められています。落雷による高電圧が発生すると、ガス放電管はイオン化し、低抵抗の経路を作り出し、安全に落雷の電流を接地へと導きます。

• 金属酸化物バリスタ（MOV）：補助的な部品として機能し、追加の過電圧保護を提供します。通常条件下では高い抵抗値を示しますが、ガス放電管が作動すると、MOVは素早く反応して残余電流を制限し、一時的な過電圧を抑制します。

2. 避雷器の動作原理

避雷器の動作は、平衡状態と破壊状態の2つの段階に分けられます。

• 平衡状態：
  通常の動作条件下では、落雷がない場合、ガス放電管とMOVは非常に高い抵抗値を示し、実質的に非導電性となります。避雷器は回路に影響を与えません。

• 破壊状態：
  建物や設備に落雷が発生すると、高電圧の急激な上昇が生じます。ガス放電管の破壊閾値を超えると、急速にイオン化し、低インピーダンスの経路が形成されます。その後、落雷の電流は安全に管を通じて接地へと導かれ、設備や人員を保護します。

同時に、MOVも重要な役割を果たします。過電圧に対して素早く低抵抗状態に移行し、さらに急激な電流の流れを制限し、保護対象の設備に過度のストレスがかからないようにします。

3. 避雷器の応用

避雷器は、住宅、商業施設、工業プラント、電力ネットワークなど、様々な構造物や電気システムで広く使用されています。主な機能は落雷による損傷から保護し、火災、爆発、設備の故障を防ぐことです。

避雷器は、用途と定格電圧に基づいて低電圧型、中電圧型、高電圧型に分類され、システムの要件に応じて適切に選択できます。

4. 保守と検査

信頼性の高い性能を確保するためには、避雷器の定期的な保守と点検が必要です。

• 保守：定期的な目視検査を行い、物理的な損傷、腐食、汚染がないか確認します。損傷したユニットはすぐに交換する必要があります。周囲は清潔に保ち、動作を妨げる障害物がないようにします。

• 検査：避雷器の状態は絶縁抵抗を測定することで評価できます。正常条件下では、抵抗値は非常に高く（ほぼ無限大）、著しく低い抵抗値は潜在的な故障を示しており、交換が必要となります。

また、専門の監視システムを使用して避雷器の状態を継続的に追跡することで、問題の早期発見と適切な対処が可能になります。

まとめ

避雷器は、建物や電気設備を落雷から保護するための重要な装置です。ガス放電管と金属酸化物バリスタを組み合わせることで、効果的に落雷の電流を導き分散させます。その動作は、通常条件下では平衡状態となり、急激な電圧上昇時には低インピーダンスの経路が形成され、安全に電流を接地へと導きます。さまざまな設置で広く使用されている避雷器は、定期的な保守と検査により、継続的な信頼性と保護を確保します。