高圧受電設備の単線結線図や機器仕様書を見ていると、VCBや高圧電動機の近くに「サージアブソーバ」や「SA」と記載されていることがあります。
しかし、避雷器（LA）と何が違うのか、なぜ真空遮断器（VCB）の近くに必要なのか、よく分からない方も多いのではないでしょうか。
さらにややこしいのが、メーカー資料によって「サージアブソーバ」が酸化亜鉛素子を使った機器を指す場合と、CRサプレッサを含む広い意味で使われる場合があることです。
本記事では、高圧回路で使用されるサージアブソーバの役割、VCBで開閉サージが発生する仕組み、酸化亜鉛形とCRサプレッサの違い、避雷器（LA）との関係、現場での注意点について、イラストを交えながら解説します。
この記事で分かること
- サージアブソーバが高圧回路で使われる理由
- VCBの電流裁断によって開閉サージが発生する仕組み
- 酸化亜鉛形サージアブソーバとCRサプレッサの違い
- サージアブソーバと避雷器（LA）の関係
- 保護が必要になりやすい負荷と選定の考え方
- 点検・耐電圧試験・残留電荷に関する注意点
サージアブソーバとは
サージアブソーバとは、開閉操作などによって高圧回路に発生する短時間の異常な過電圧を抑え、電動機や変圧器などの絶縁を保護する機器です。
高圧回路では、主に真空遮断器（VCB）や真空電磁接触器（VCS・VMC）の負荷側で使用されます。
ここでいうサージとは、回路の電圧が瞬間的に大きく変化する現象です。落雷で外部から侵入するものは雷サージ、遮断器や開閉器の操作によって回路内部で発生するものは開閉サージと呼ばれます。
サージアブソーバが主に対象とするのは、後者の開閉サージです。
ただし、「サージアブソーバ」という名称だけで内部構造を決めつけることはできません。
メーカーや製品によって、酸化亜鉛（ZnO）素子で電圧を制限するタイプや、コンデンサと抵抗を組み合わせたCRサプレッサなどがあります。
ようは、サージアブソーバは機器の目的を表す呼び名であり、実際にどの方式でサージを抑えるかは製品仕様を確認する必要があるということですね。
なぜVCBで開閉サージが発生するのか
真空遮断器（VCB）は、真空中でアークを素早く消滅させる、優れた遮断性能を持つ機器です。
短絡電流の遮断では大きな強みとなりますが、電動機や変圧器のような誘導性負荷に流れる小さな電流を遮断するときは、電流裁断によって急しゅんな過電圧が発生することがあります。
①VCBの接点が開く
VCBへ開路指令が出ると、真空バルブ内の固定接点と可動接点が離れます。
接点が離れた直後は、金属蒸気によるアークを通して電流が流れ続けます。
②真空中でアークが急速に拡散する
真空中ではアークが拡散しやすく、電流が小さくなるとアークを維持できなくなります。
交流電流は通常、電流が0Aとなる自然零点で遮断されます。しかしVCBでは、条件によって自然零点へ到達する少し前にアークが消えることがあります。
③電流裁断が発生する
自然零点の手前で電流が急に0Aとなる現象を、電流裁断と呼びます。
電動機や変圧器の巻線にはインダクタンスがあるため、流れている電流を急に変化させまいとする性質があります。
その電流経路をVCBが急に切ると、巻線に蓄えられていた電磁エネルギーの行き場がなくなります。
④浮遊静電容量へエネルギーが移る
負荷側の回路には、ケーブルや巻線などによる小さな静電容量が存在します。
インダクタンスに蓄えられていたエネルギーがこの静電容量を急速に充電することで、負荷端子の電圧が大きく上昇します。
損失などを無視した概念式では、裁断電流をIc、回路のインダクタンスをL、静電容量をCとすると、電圧上昇はおおよそ次の関係で大きくなります。
電圧上昇の目安：ΔV ≒ Ic × √（L ÷ C）
つまり、裁断される電流やインダクタンスが大きく、負荷側の静電容量が小さいほど、過電圧が高くなりやすいと考えられます。
実際のサージ電圧は、ケーブル長、負荷特性、接点の再点弧、回路の減衰などにも左右されるため、この式だけで製品を選定することはできません。
⑤負荷機器の絶縁に過電圧が加わる
発生した開閉サージは、電動機や変圧器の巻線、ケーブル端末などへ加わります。
特に立ち上がりの速い電圧は、巻線の入口側へ電圧が偏って加わることがあり、ターン間絶縁や対地絶縁へ負担を与えます。
一度の開閉ですぐ故障するとは限りませんが、頻繁な開閉やインチング運転が行われる設備では、繰り返しストレスとして考える必要があります。
サージアブソーバの主な方式
高圧回路の開閉サージ対策では、主に酸化亜鉛形サージアブソーバとCRサプレッサが使用されます。
酸化亜鉛形サージアブソーバ
酸化亜鉛形サージアブソーバは、ZnO素子の非直線抵抗特性を利用した機器です。
通常の系統電圧では高い抵抗を示し、ほとんど電流を流しません。一方、一定以上の過電圧が加わると抵抗値が急激に下がり、サージ電流を接地側へ流します。
これにより、負荷機器へ加わる電圧の波高値を、製品の制限電圧以下に抑えます。
構造と基本原理は、酸化亜鉛形の避雷器とよく似ています。実際に明電舎の高圧サージアブソーバは、配電用酸化亜鉛形避雷器と機能的に同じで、VCB・VCSの開閉サージ対策用として説明されています。
ただし、適用する回路電圧、制限電圧、エネルギー耐量、屋内外の区分、取付方法などは製品ごとに異なります。
CRサプレッサ
CRサプレッサは、コンデンサ（C）と抵抗（R）を直列に接続した回路を、各相と接地間へ接続する方式です。
コンデンサは負荷側の静電容量を増やし、サージ電圧の立ち上がりを緩やかにします。抵抗は回路の高周波振動を減衰させ、蓄えられたエネルギーを熱として消費します。
東芝のVCB資料では、CRサプレッサはサージの波頭しゅん度を緩やかにし、サージインピーダンスを下げることで、電流裁断によるサージ倍率を抑えるものと説明されています。
特に回転機の保護で使われることがありますが、必要性はVCBの種類、電動機容量、開閉頻度、運転方法などによって変わります。
CRサプレッサにはコンデンサが含まれるため、停電後も残留電荷が存在する可能性があります。点検時は主回路を確実に接地して放電させ、製品の取扱説明書に従ってください。
避雷器（LA）・酸化亜鉛形SA・CRサプレッサの違い
サージアブソーバと避雷器（LA）は、まったく別の機器だと思われがちです。
しかし、酸化亜鉛形サージアブソーバと酸化亜鉛形避雷器は、どちらもZnO素子によって一定以上の電圧を制限するという点で、基本原理は同じです。
主な違いは、どのサージを主な対象として製品化されているか、設置場所、定格、制限電圧、エネルギー耐量などになります。
| 比較項目 | 避雷器（LA） | 酸化亜鉛形サージアブソーバ | CRサプレッサ |
|---|---|---|---|
| 主な目的 | 雷サージなどの異常電圧を制限 | VCB・VCSの開閉サージを制限 | 開閉サージの波頭と振動を抑制 |
| 主な構成 | 酸化亜鉛素子 | 酸化亜鉛素子 | コンデンサと抵抗の直列回路 |
| 動作 | 一定以上の電圧で通電し波高値を制限 | 一定以上の電圧で通電し波高値を制限 | 静電容量を増やして立ち上がりを緩和し抵抗で減衰 |
| 代表的な設置 | 高圧引込口、受電設備入口など | VCB・VCSの負荷側、保護対象回路 | VCB・VCSの負荷側、回転機回路など |
| 注意点 | 接地線の施工、劣化、適用定格 | 製品の制限電圧と負荷絶縁の協調 | 残留電荷、耐電圧試験時の切離し |
この表は代表的な使われ方を整理したものです。
「SAだからLAとは別物」「サージアブソーバだから必ずCR」という判断はできません。銘板、結線図、カタログを確認して、内部がZnO方式なのかCR方式なのかを見分けることが重要です。
どの負荷でサージ保護が必要になるのか
VCBを使うすべての回路に、同じサージアブソーバが必要になるわけではありません。
必要性は、VCBのサージ特性と負荷側機器の絶縁性能を組み合わせて判断します。
高圧電動機・発電機
回転機は巻線を持つ誘導性負荷であり、開閉サージの立ち上がりによってターン間絶縁へ負担がかかります。
一般形VCBで電動機を開閉する場合、CRサプレッサの適用を指定するメーカーがあります。
特に、短時間に起動と停止を繰り返すインチング運転や、高頻度開閉を行う設備では注意が必要です。
乾式変圧器・特殊な絶縁仕様の変圧器
変圧器も誘導性負荷ですが、すべて同じ条件ではありません。
油入変圧器、モールド変圧器、乾式変圧器では、雷インパルス耐電圧や巻線構造が異なります。標準的な絶縁性能を持つ変圧器では保護不要とされる組み合わせでも、絶縁性能の低い乾式変圧器などでは避雷器の適用が指定されることがあります。
励磁突入電流を途中で遮断する可能性がある回路
変圧器を投入した直後には、大きな励磁突入電流が流れる場合があります。
この電流を途中で遮断すると、通常の無負荷電流遮断とは異なるサージ条件になる可能性があります。保護継電器の誤動作や操作条件も含め、メーカー資料で確認が必要です。
低サージVCBを使用する回路
近年のVCBには、電流裁断値を抑える電極材料などを使用した低サージ仕様があります。
低サージVCBを使用することで、外付けのサージ保護機器を省略できる組み合わせもあります。
ただし、低サージVCBなら、どのような負荷でも外付け保護が不要になるわけではありません。小容量電動機のインチングなど、低サージ形でもCRサプレッサを指定する条件があります。
例えば東芝のVHB形VCBカタログには、一般形と低サージ形、回転機、変圧器、進相コンデンサを組み合わせた適用基準が示されています。
これはあくまで当該メーカー・シリーズの適用例です。他社VCBや既設設備へ、そのまま横展開しないようにしてください。
サージアブソーバの設置位置
サージアブソーバは、一般にVCBやVCSの負荷側へ、主回路と接地間に並列接続します。
VCBが電流を裁断したとき、負荷側へ残ったエネルギーによって過電圧が発生するため、その負荷側でサージを抑える必要があるからです。
CRサプレッサでは、各相へ1台ずつ接続する方式と、三相分を一つの箱へ収めた方式があります。酸化亜鉛形でも、相ごとの素子を接地へ接続します。
設置時は、次の点を確認します。
- 電源側・負荷側のどちらへ接続する指定か
- 三相分の結線方法と接地端子
- 接地線の太さ、長さ、引き回し
- 保護対象機器までの配線距離
- 屋内用・屋外用、周囲温度、湿度、標高
- 耐電圧試験や絶縁抵抗測定時の切離し方法
接地線が長く、曲がりが多いと、高周波サージ電流による電圧降下が増える可能性があります。具体的な施工方法は、製品の図面と取扱説明書に従います。
また、VCB本体へサージアブソーバを内蔵した製品や、サージフリー形・低サージ形として設計された製品もあります。既設VCBを更新するときは、外付け機器を含めた回路全体で互換性を確認することが重要です。
選定するときの確認項目
回路電圧と系統条件
6.6kV回路であっても、単純に「7.2kV用」と書かれた製品を選べば終わりではありません。
最高使用電圧、系統の接地方式、一線地絡時の健全相電圧、定格周波数などを確認します。
制限電圧と負荷の絶縁性能
酸化亜鉛形では、サージ電流が流れたときに端子間へ残る制限電圧が重要です。
制限電圧が保護対象機器の耐電圧より十分低くなるよう、絶縁協調を確認します。
VCBの種類と裁断特性
一般形か低サージ形か、真空バルブの裁断電流はどの程度か、対象負荷に対してメーカーがどの保護方式を指定しているかを確認します。
負荷の種類と開閉条件
電動機、変圧器、リアクトル、進相コンデンサでは、回路の特性が異なります。
負荷容量だけでなく、投入・遮断する電流、インチングの有無、一日の開閉回数、ケーブル長も確認します。
既設設備との組み合わせ
VCBだけを別メーカーや新しい型式へ更新すると、開閉サージ特性が変わる可能性があります。
サージアブソーバの要否を、単線結線図に記号があるかどうかだけで判断してはいけません。VCB、負荷機器、ケーブル、サージ保護機器の組み合わせを、メーカーへ確認するのが確実です。
現場での注意点
停電後も残留電荷へ注意する
CRサプレッサにはコンデンサが使われています。
主回路を停電させても、内部に電荷が残っている可能性があるため、検電と接地を行い、メーカーが指定する放電手順と待ち時間を守ります。
耐電圧試験では接続したままにしない場合がある
サージ保護機器は、一定以上の電圧を抑えるための機器です。
そのため、耐電圧試験の高い試験電圧を接続したまま加えると、サージアブソーバが動作したり、コンデンサへ過大な電圧が加わったりする可能性があります。
東芝のCRサプレッサ資料では、キュービクルや遮断器の耐電圧試験時に高圧側接続を外すよう注意されています。
切離しが必要な試験と接地方法は製品によって異なるため、現物の取扱説明書を必ず確認してください。
外観と接地接続を確認する
停電点検では、碍管やモールド部のひび、汚損、変色、膨らみ、油漏れ、端子の緩み、接地線の外れや腐食などを確認します。
絶縁抵抗の判定値や測定電圧は、製品ごとの取扱説明書に従います。例えば明電舎のZL-AB形では、碍管表面を清掃したうえで1000Vメガーによる測定方法が示されていますが、この値を他製品へそのまま適用することはできません。
不明な機器を勝手に取り外さない
古い盤では、更新履歴が図面へ反映されておらず、サージアブソーバの用途が分かりにくい場合があります。
「LAがあるから不要」「低サージVCBへ更新したから不要」と自己判断で取り外すと、負荷機器の絶縁保護が失われる可能性があります。
既設機器の型式、結線、VCBと負荷の仕様、過去の更新履歴を確認してから判断してください。
サージアブソーバを一言でいうと
サージアブソーバとは、VCBやVCSが電流を急に遮断したときに発生する開閉サージを、酸化亜鉛素子やCR回路によって抑え、電動機や変圧器の絶縁を保護する機器です。
まとめ
- サージアブソーバは、VCB・VCSの開閉で発生する過電圧から負荷機器を保護する。
- VCBが自然零点より前に電流を切る電流裁断によって、負荷側のインダクタンスに蓄えられたエネルギーが過電圧へ変化する。
- 酸化亜鉛形はサージ電圧の波高値を制限し、CRサプレッサはサージの立ち上がりと振動を抑える。
- 酸化亜鉛形サージアブソーバと避雷器（LA）は基本原理が近く、名称だけで構造を判断できない。
- 保護の要否は、VCBの種類、負荷の絶縁性能、容量、開閉条件、ケーブル長などを含めてメーカー資料で確認する。
- 点検時は残留電荷を放電し、耐電圧試験や絶縁抵抗測定では製品ごとの切離し条件を確認する。
