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避雷器(ひらいき、英:lightning arrester)とは、発電、変電、送電、配電系統の電力機器や電力の供給を受ける需要家の需要機器、有線通信回線、空中線系統、通信機器などを、雷などにより生じる過渡的な異常高電圧から保護する、いわゆるサージ防護機器のひとつである。

◆ 概要

屋外に設置される送配電線(電力線)や電話線、空中線などは雷の影響を受けやすい。

架設線(架空線)への落雷(直撃雷)はもとより、直撃雷よりもはるかに多く発生する避雷針を含む周辺への落雷や、雷雲内や雷雲間で生じる稲妻(雲間放電)などによっても、架設線などに過渡的な異常高電圧が発生し、大電流が流れて回路を損傷するため、この対策は重要である。なお過渡的な異常高電圧は「大波電圧」の意味で「サージ電圧」、その結果流れる大電流のことを「サージ電流」といい、まとめて「サージ」という。雷によるものは「雷サージ」という。また、避雷針を含む周辺への落雷や雲間放電などによって架設線などに生じる雷サージを「誘導雷サージ」という。直撃雷によるものは「直撃雷サージ」という。

なお、過渡的な異常高電圧として「ノイズ」があるが、これは回路を損傷させるほどのものではないが、回路の正常な動作を妨げる恐れのある程度のものを示し、サージとは区別されている。

重要な回路部分にサージ電圧がかからなければ、サージ電流は流れず、重要な回路部分が損傷することはない。そこで回路中に意図的に絶縁の弱い部分を作り、ここをサージ電圧によって破壊、サージ電流をバイパスさせることにより、サージ電圧を抑制、重要な回路部分を保護する手段をとる。しかし、ただ破壊するだけでは破壊した部分を修復するまで機器が使用できないなどの問題が生じるので、サージ終息後、直ちに元の絶縁を回復する機能を持たせたものが避雷器である。雷によるサージを処理することが多いことから、避雷器の名があるが、実際のサージは雷によるものだけではなく、避雷器は他の原因によるものも処理する必要がある。このことから2003年より、その正式名称は日本工業規格(JIS)により、サージ防護デバイス(SPD:Surge Protective Device)に統一された。他にも「アレスタ」、「サージアブソーバ」などの呼称がある。なお「サージアブソーバ」は抵抗器とコンデンサを組み合わせ、コンデンサによりサージを吸収、抵抗器により熱に変換して減衰させるようにしたものを示すことがある。

避雷器の歴史は古く、例えば送配電用としては、1900年代初頭に酸化アルミニウム避雷器が実用化されており、1930年代には炭化ケイ素(SiC)を用いた弁抵抗避雷器が登場、1980年代からより特性の優れた酸化亜鉛(ZnO)避雷器に代ってきている[外部リンク] 「ZnO素子の動作電圧向上による避雷器の小型化」(東芝)。

日本では、高圧送配電系統については以前より避雷器の設置が義務付けられており、電気規格調査会 JEC 203、JEC 217 さらに JIS C4608 などの統一規格があったが、これ以外の低圧回路などに用いる避雷器については特に規定はなく、メーカーの自主規格に依っていた。

しかし2003年以降、国際電気標準会議(IEC)のものに従い、低圧電源用避雷器などについても、統一規格が設けられるようになった。

◆ サージ防護素子と避雷器

避雷器とは一般に、サージ防護素子を他の部品と組み合わせ、回路に使用できるようにしたものをいう。

現在、大別して4種類程度ある。

・ ガス入り放電管(GDT=Gas Discharge Tube)

:最も古典的なサージ防護素子である。避雷管などとも呼ばれる。放電による電圧制限特性を利用したものである。古くは一対の放電電極を空気もしくは真空雰囲気中に配したものであったが、今日では特殊な用途のものを除き、ネオン、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中に配したものが一般的となっている。侵入したサージ電圧により放電電極間に放電が生じると、電極間のインピーダンスが急激に低下、ほぼ短絡状態となり、サージ電圧を非常に低く抑制することができる。右の写真のような2極のものの他に3極のものなどもある。

:なお、サージ防護素子がサージの処理を開始する電圧を動作開始電圧といい、サージ防護素子の動作によって抑制された電圧のことを制限電圧という。

:GDTを電力系統などにそのまま用いると、サージ侵入が終息しても、電源からの供給電圧により放電が継続し、放電電極間に電源からの大きな電流が流れ続ける問題がある。これを続流(follow current)という。また放電を利用するものであるため、サージの処理開始までにはある程度の時間を要する。これを応答遅れという。急峻な立ち上がりを持つサージ処理などで、応答遅れが問題となる場合には、別途、リアクトルなどを必要とする。しかしながら、放電電極間の静電容量が小さく、動作開始電圧(試験規定は複数ある。例えば直流電圧を放電電極間に印加し、放電を開始する電圧、あるいは規定の立ち上がり(dV/dt)を持つ衝撃的な電圧(インパルス電圧)を放電電極間に印加し、放電を開始する電圧。)よりも十分に低い制限電圧が得られること、小型でも大きなサージ電流を処理することができることから、高周波回路などに好んで用いられる。今日のGDTは、雰囲気や放電電極間隙などを調整して制限電圧をある程度高くし、続流遮断能力を高める工夫がなされている。また、応答遅れについても小さくする工夫がなされている。なお、特性改善の目的から、過去、放射性物質を雰囲気や放電電極に用いたものもあったが、今日では見られなくなっている。

・金属酸化物バリスタ(MOV=Metal Oxide Varister)

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