モリブデン避雷器 - システム設備を雷の被害から守ります

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雷被害は、夏季に太平洋側で冬季は日本海側で、四季を通じて発生し、その発生件数や被害も年々増加しています。情報通信機器などのネットワークシステムを、雷被害から守る避雷器は多種ありますが、直撃雷による誘導サージや多重雷に通常対応していません。

このモリブデン避雷器は、避雷器の３要素である「サージ電流耐量が大きく、静電容量が小さく、応答速度がきわめて速い」のすべてを兼ね備えているため、直撃雷による誘導サージより機器を保護し、雷によるサージ処理後は元の正常状態に自復する機能を持つため、多重雷に対しても有効です。

世界初のモリブデン素子を採用し、無続流・極微小静電容量、
超高速の弁作用・応答時間により、お客様の各種システム設備を雷被害から守ります。

電極素材のモリブデンは、融点が高く容易に溶融しにくく、常温では耐酸性に優れた材質です。酸化絶縁被膜を形成させマイクロ単位で電極ペレットを接近させた構造で、電子機器のラインと接地間にＳＰＤ（Surge Protection Device）として設置します。

一般のガス封入によるギャップ式と違い、電極のギャップ間には特性を持った高絶縁体があり、極微量の電流から放電をはじめ（Junction Leader）、いつ大きな雷サージが来ても速やかに通過できるように、常時準備をしている状態にあります。また、酸化皮膜は破壊／再生の自動修復を行い、弁作用のようにエネルギーを一瞬に放出させ再び遮断する、放射性物質を使わない画期的な構造の避雷器です。

（１）弁作用とは
弁作用（Valve Action）とは、商用電圧によって加電されている回路において、雷電圧が印加した際に雷電流に便乗して流れようとする商用電流（続流）をストップさせ、雷電流のみ大地へ逃がす作用のことです。

（２）従来型避雷器の弁作用
一種の抵抗体（非直線抵抗）Ｒからなり、雷電流ｉが流れると制限電圧 iR＝e の電圧が商用電圧に逆らう形に作用します。これが従来型避雷器の弁作用で酸化亜鉛式はこの応用です。

（３）モリブデン避雷器の弁作用
一方モリブデン避雷器の方は、モリブデンという金属（0.048Ωmm2/m ※ちなみに銅は0.039Ωmm2/m）で、常時はモリブデン表面の酸化モリブデンMoO3による絶縁体でありますが、放電開始電圧以上の雷電流通過時にはMoO3の絶縁が壊れて、高速（0.04μs）で雷エネルギーを大地へ逃がします。

以上の様に制限電圧による弁作用ではなく、絶縁体→良導体→絶縁体と云う過程による弁作用となっています。

サージ吸収器の放電中、サージ電圧が制限されて両端子間に残留する電圧であって、インパルス電流の波高値および波形によって定まります。従来の抵抗式（酸化亜鉛バリスタなど）は、インパルス電流による制限電圧を設けないと続流を遮断することができない特性を持っています。

モリブデン避雷器はインパルス電流を投入した時、内部抵抗は 0.2Ω になりエネルギーを瞬時に放出し、再び無限大となる特性のため、続流は関係なく制限電圧を設ける必要がないことになります。

サージ耐量とは、サージ吸収器が実質上障害を起すことなく、所定の回数だけ流し得る所定波形のサージ電流波高値の最大限度のことです。雷の直撃雷と誘電雷とでは、そのエネルギーの大きさは想像できない程の開きがあります。電力業界では、10kA以上のエネルギーについては直撃雷という位置付けで対応しています。しかし、モリブデン避雷器はあくまでも誘電雷を対象に次の算式を基に論理値で20kAとしています。

モリブデン避雷器の論理値

モリブデン避雷器の場合、弁作用によりエネルギーを一気に放出する構造でどのようなサージ電圧であっても抵抗値は金属そのものの内部抵抗値（約0.2Ω）で放出することになります。

モリブデン避雷器の原理

モリブデンサージ吸収素子（MoLA）の応答速度は極めて速く、実際上 nsec（ナノ秒）オーダーあるいは、その以下の応答速度を持つものと考えられています。しかしながら、現在この領域の測定は非常に困難です。

測定に際しては、リード線などのインダクタンスの影響を受けnsecオーダーの応答速度は事実上評価できません。実際の使用においては、様々なケースに収納されたり電極、リード線も取り付けられているので様子が大きく異なります。

MoLAはこれらの測定上の制約もあり応答速度を4ns以下としています。

仕様書の表現に際しましては、左の 写真１ と 写真２ にて実力値としています。

当社では、通過サージは屋内で最高20nsと考えていますので、余裕をみて10nsあれば超高速応答と言えます。

【写真説明】
・写真１ はラインに投入するサージ波形です。
・写真２ はそのラインにMoLAを挿入した場合の波形です。
・4.4kVで投入したサージ電圧は、ピーク値2.7kVのところで放電しています。その時間軸の位置が１マス0.02μsの1/5のところにありますので、0.02μs/5にて0.004μs、すなわち4nsとして使用しているのがわかります。

（１）極微小静電容量の必要性
静電容量は、電極板の面積と電極間の距離およびその電極間の誘電体によって決まります。静電容量を大きくするためには、当然電極の面積を広くすることになります。酸化亜鉛素子においては、サージ電流耐量を多くするために面積を広くすれば良いことになりますが、通信機の場合、信号形態がパルス信号のため静電容量が増えると影響が大きくなり、使用できません。

参考値：酸化亜鉛方式避雷器の場合、20kAタイプにて約2400μF
・ギャップ方式の場合、10kAタイプにて約3pF
・モリブデン方式の場合、20kAタイプにて約0.4pF、40kAタイプにて約4pF

一般的には、サージ電流耐量を大きくすると、静電容量が多くなるのに対して、モリブデン式は逆に小さく増えない構造になっています。

（２）なぜモリブデン方式は極微小静電容量なのか
構造は、極めて簡単で円柱を積み重ねているだけです。つまり、接合部分は酸化皮膜が線接触していて面接触ではないため極めて少なく、動作電圧が高ければモリブデンのペレットが増える（積み重ねを増す）ことになり、さらに静電容量はコンデンサーの直列接続の計算と同じで、小さくなります。通信回路は、通常10pFまであれば対応できますが、条件が大サージ電流耐量で、超高速応答速度、超高周波となると静電容量は少ないことが有効となります。

モリブデン（Mo 原子番号42）は銀白色の非常に硬い金属で鋼鉄に加えて特殊鋼を作るのに使用されます。花崗岩の周辺部のタングステン鉱物や、スズ石とともに産出され、産出国は主にアメリカ、コロラド州、カナダ、ブリチッシュコロンビア州で、希少金属の一つとも言われています。
モリブデンの融点は2620度で、過電流（温度600度以上）になると灰になるほど極めて弱い、もろい金属です。
モリブデンは電気抵抗率が低く、銅に匹敵する性質を有しているため、非常に電気を通しやすい金属です。
モリブデンの表面に酸化モリブデン（MoO3）の皮膜を作ると、避雷器に必要な弁作用が生まれます。すなわち、誘導雷のような高い電位の電気は通しますが、通常の信号や商用電源は絶縁する性質ということです。
この弁作用（Valve.Action）は雷サージのみ大地へ逃して、発電所から送られる商用電圧あるいは、送信機で発生する電波信号などの電流は、少しも逃さないという弁の働きをします。この弁作用が働かない時の現象を続流（Dynamic Current）が流れるといい、弁作用が働いた時の現象を無続流といいます。

世界初モリブデン素子を採用
超低抵抗（約ゼロΩ）
超高速応答時間４ナノ秒（4×10-9Sec）
ジャンクションリーダー（酸化モリブデンの表面は高絶縁体で、この間は極微量の放電電流が流れていること）の働きによって、いつ誘導雷がきても速やかに通過できるよう常時準備しています。この応答速度が4ナノセカンド（10億分の4秒）と従来型の20倍となっています。
無続流
動作時電圧変動に影響を受けやすい精密機器の保護に最適です。
極微小静電容量約1.0pF以下で通信用にも最適
放電電流耐量　10kA～20kA以上と強力
電源用は温度ヒューズ内蔵（ヒューズ切断時警報ランプ消灯）
超高速弁作用

【特性比較表】

名称	用途	構造	特徴	その他
１．モリブデン素子（ロングサイズ）	激雷地区電源用	セラミックケースマイクロ単位の酸化皮膜を絶縁体にした電界電子放出機構	無続流高速度応答（約 4ns）自復作用	動作電圧は高いがジャンクションリーダー放電あり
２．モリブデン素子（パイプ型）	一般地区電源用	マイクロ単位の酸化皮膜を絶縁体にした電界電子放出機構	無続流高速度応答（約 4ns）自復作用	動作電圧は高いがジャンクションリーダー放電あり
３．ガスチューブアレスター（GTA）	通信主配線盤など	セラミックケースガス入りギャップ式	ガス封入により放電を早めている高速度応答	続流対策要するガス抜けによる応答速度劣化あり
４．サージアブソーバ	通信主配線盤	ガラス管に内蔵、マイクロギャップによる電界電子放出機構	高速度応答	続流対策要する
５．酸化亜鉛バリスタ	電源、信号線など	樹脂モールド品抵抗体	サージ耐量大きい無続流動作電圧高低多種あり	応答速度遅い漏れ電流による熱発生あり
６．シリコンサージアブソーバー	通信回線（ライン間）	樹脂モールド品半導体	高速度応答（約 0.001ns）動作電圧が低く多種あり	サージ耐量小さいが動作電圧（ブレークダウン電圧）が安定している

ジャンクションリーダー放電とは規定の動作電圧より、低い時点において絶縁体接触部で微少の電流を流すコロナ放電のことで、実雷のサージ電流を超高速で通過させる要因となっています。
モリブデン避雷器は対接地間にモリブデン素子を採用し、線間は信号により各々の素子と組合わせて構成しています。

超高速応答モリブデン避雷器　　サージ耐量20kA
VMEシリーズ　パネル直取付型

VME-2P	2線式交流電源用（激雷地区向け）LED表示灯付	\150,000
VME-3P	3線式交流電源用（激雷地区向け）LED表示灯付	\180,000
VME-202Z	2線式交流電源用（激雷地区向け）通報接点付	\170,000
VME-203Z	3線式交流電源用（激雷地区向け）通報接点付	\200,000

超高速応答モリブデン避雷器　　サージ耐量6,000A
VMEシリーズ　プラグイン22Wタイプ

VME-24K	計装アナログ信号用 4～20mAなど	\63,000
VME-2D	2線式データー通信用 RS232C､RS422､RS485など	\73,000
VME-4D	4線式データー通信用 RS232C､RS422､RS485など	\85,000
VME-4C	4線式ロードセル用	\85,000
VME-212	DC12V 2線式伝送信号用	\73,000
VME-224	DC24V 2線式伝送信号用	\73,000
VME-248	DC48V 2線式伝送信号用	\73,000
VME-312	DC12V 3線式伝送信号用抵抗体（RTD）など	\78,000
VME-324	DC24V 3線式伝送信号用	\78,000
VME-348	DC48V 3線式伝送信号用	\78,000
VME-412	DC12V 4線式伝送信号用抵抗体（RTD）など	\85,000
VME-424	DC24V 4線式伝送信号用	\85,000
VME-448	DC48V 4線式伝送信号用	\85,000
VME-512	DC12V 5点（4線+COM）データー通信回線用（BCDコードなど）	\88,000
VME-524	DC24V 5点（4線+COM）データー通信回線用（BCDコードなど）	\88,000
VME-548	DC48V 5点（4線+COM）データー通信回線用（水位警報装置など）	\88,000
VME-TL	公衆回線用（モデム､電話､ファックスなど）	\73,000
VME-24D	DC24V 直流電源用（LED表示付き）	\72,000
VME-48D	DC48V 直流電源用（LED表示付き）	\72,000

超高速応答モリブデン避雷器　　サージ耐量4,000A
VMEシリーズ　同軸ケーブル用

VME-AT-BJ	BNC型コネクター用（50Ωジャック･ジャック）	\85,000
VME-AT-BC	BNC型コネクター用（75Ωジャック･ジャック）	\85,000
VME-AT-NJ	N型コネクター用（50Ωジャック･ジャック）	\82,000
VME-AT-NP	N型コネクター用（50Ωジャック･プラグク）	\82,000