アレスタ
アレスタは電力系統や電子機器に侵入する雷サージや開閉サージなどの過電圧を、接地へ高速に逃がして機器の絶縁破壊を防ぐ保護素子である。低圧分野ではSPD（Surge Protective Device）と呼ばれ、金属酸化物バリスタ（MOV）やガス放電管（GDT）、火花ギャップなどの非直線素子を用いる。高圧系統では無ギャップ形金属酸化物避雷器が主流で、通常電圧では微小漏れ電流に留まり、しきい値を超えるサージ時に急峻な電流を導通しクランプ電圧に抑え込む機能を持つ。
原理と構造
MOVは酸化亜鉛を主成分とするセラミックで、電圧―電流特性が強い非直線性を示す。常態では高抵抗であり、過電圧で指数関数的に抵抗が低下して大電流をバイパスする。応答時間はナノ秒オーダで、残留電圧（Up）が機器絶縁と協調するよう設計する。高圧用避雷器は複数のバリスタ素子を直列積層し、シリコーンゴム等の外被で封止する。低圧用アレスタでは、熱暴走を防ぐためのサーマルディスコネクタや過電流保護のヒューズ／MCBを内蔵または外付けする。
種類（用途別・回路別）
- 低圧配電盤用：サービス入口のType 1、分電盤のType 2、機器直前のType 3。波形は10/350 μs（直撃雷相当）や8/20 μs（誘導雷・開閉サージ）で定格化される。
- 信号・通信線用：GDTとシリーズ抵抗や低容量素子を組み合わせ、高周波特性と放電耐量の両立を図る。
- 高圧系統用：無ギャップ形金属酸化物避雷器。外被は磁器またはポリマーで、汚損や沿面放電に強い。
定格パラメータと選定指針
重要指標は、連続使用電圧Uc（またはMCOV）、残留電圧Up、公称放電電流In（8/20 μs）、最大放電電流Imax、直撃雷用の雷電流Iimp（10/350 μs）、一時過電圧（TOV）耐量、短絡耐量、エネルギー耐量（J）である。系統電圧変動や中性点接地方式を踏まえUcを決め、保護対象のインパルス耐電圧以下となるようUpを選ぶ。サービス入口ではType 1で大電流耐量を優先し、下流のType 2/3では低Upで精密機器を保護する。高周波信号線は寄生容量が小さい素子構成を選ぶ。
設置・配線の要点
- 接続は最短・直線経路を徹底し、ループ面積を最小化する。配線長のインダクタンスで残留電圧が加算されるため、接地母線へ極力短く落とす。
- 等電位化：主接地端子（MET）に放流路を集約し、アレスタ、遮断器、機器筐体の接地を共通基準化する。
- 分割配置：サービス入口（Type 1）—分電盤（Type 2）—機器直前（Type 3）の階層配置で保護協調を取る。
故障モードと保護協調
過大サージや長時間TOVでMOVは発熱し劣化する。サーマルディスコネクタは素子温度上昇を検知して回路から切り離し、発煙・発火リスクを低減する。前段に適切なヒューズまたはMCBを組み合わせ、短絡時の遮断を保証する。多段構成ではインピーダンスや配線長でエネルギー分担が変わるため、カスケード間のUp比やインパルス波形に基づき整合を取る。
適用分野の例
- 産業プラント：インバータ、サーボ、DCS/PLCの入出力を保護し、停止損失を回避する。
- 再生可能エネルギー：PVストリング、パワコン直流側・交流側、風力のナセル内制御系。
- 情報通信：基地局、監視カメラ、計装ネットワークの雷害対策。
- 交通・電鉄：信号・踏切制御、電力変電設備の絶縁協調。
規格・試験の概要
低圧SPDは一般にIEC 61643系規格で性能評価され、8/20 μsによるIn/Imax、10/350 μsによるIimp、残留電圧Up、TOV耐量、動作表示の有無などが確認される。高圧避雷器は金属酸化物素子の直流特性、インパルス通流、規定の汚損・湿潤環境下での沿面性能が検証対象となる。いずれも経年劣化や繰返しサージで特性が変化するため、点検時に表示窓や遠隔接点で状態監視を行う。
実装設計の実務ポイント
- 想定サージ環境：落雷密度、配線長、屋外引込の有無から必要耐量を見積もる。
- クランプ電圧余裕：機器のインパルス耐電圧に対し、配線追加電圧を含めたUpが十分低いことを確認する。
- 保守性：交換容易なプラグインモジュール、遠隔アラーム接点の有無を評価する。
li>系統条件：TT/IT/TNなど接地方式と変圧器結線でUcとTOV条件が変わる。
アレスタと他保護機器の役割分担
アレスタは過電圧を抑制する素子であり、過電流を遮断する遮断器やヒューズとは役割が異なる。絶縁協調の観点では、機器の耐衝撃電圧、クリアランス／沿面距離、絶縁材料の選定と併せ、サージの侵入経路（電力線・接地・信号線）ごとに適切なデバイスを配置することで、系統全体の信頼性を高めることができる。
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