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サージは公称値の110%を超える非常に高速かつ短時間の高電圧変動と定義され、落雷、ラインやコンデンサの切り替え、重負荷の切断によって発生することがほとんどです。また、過渡電圧とも呼ばれ、図 14 に示すように、これらのランダムで高エネルギーの電気障害は、わずか 1～10 マイクロ秒の間に発生します。このため、サージは、うねりや一時的な過電圧のような長時間の事象と混同しないようにする必要があります。
サージ保護器が家庭内の電子機器を保護する方法については、ESFI（Electrical Safety Foundation International）のビデオをご覧ください。
サージは電子部品を破壊し、データ処理エラー、データ損失、機器損傷、電磁波干渉などを引き起こす可能性があります。電力会社を非難する前に、電力サージの最大80%は電気メーターの顧客側で発生することを知っておく必要があります。エレベーター、エアコン、冷蔵庫、ポンプ、コンプレッサー、モーターなど、施設内の高出力電気機器がオン/オフを切り替えたり、あるいは周期的に動作させると、内部でサージが発生することがあります。
現代の電子機器はデジタル信号に依存するマイクロプロセッサーで構成されているため、電源ラインや信号ラインのわずかな歪みでも、敏感な信号の流れを乱す可能性があります。電子部品は小型化・高性能化するにつれて、電子部品の感度も高まっています。実際、ほとんどの電子機器では、1つのチップに数千個のトランジスタを搭載したマイクロチップにより、高い回路密度が実現されています。 このため、サージ対策はマイクロプロセッサーの信頼性・稼働率を高めるための標準技術となっています。
内蔵型サージ保護は、配電盤や分電盤に最も効果的な設置方法であり、外付けのアプリケーションと比較して多くの重要な利点があります。以下がその例です:
1. 性能を向上-配電機器にサージ保護器を組み込むことで、設置導線の長さが不要になり、レットスルー値が大幅に低下し性能が大幅に向上します。
2. 設置が容易-サージ保護器は工場で取り付けられ、テストされるため時間と費用を節約でき、エンジニアと顧客の両方にとって将来の苦情や問題が少なくなります。
3. 壁面スペースを削減──サージ保護器を内蔵することで、外部に取り付けられた保護器に必要な壁スペースを 2 ~ 3 フィート削減できます。
4. 保証クレームの窓口一本化──万が一、問題が発生した場合、異なるメーカー間でトラブルになる可能性を排除することができます。
5. 設置費用を削減──サージ保護器を設置するための業者費用が不要になります。
イートンは、既存のFD型フレームブレーカのスロットに後付けできる一体型サージ保護器を提供します。RSPFは、FDフレームブレーカに適合する商用サージ業界で唯一の後付け一体型サージユニットです。
サージ保護器（またはサプレッサ）は、公称値の110％を超える短時間の高電圧であるサージに対する防御線を提供するものです。 サージは、公称値の110％を超える短期的な高電圧のことで、落雷や電力会社の開閉器と関連付けられることが多いですが、実際にはサージの80％は施設内で発生します。これらは、建物内の様々な機器によって生じる電気的な開閉やその他の妨害によって発生します。 発生源にかかわらず、サージによる電圧の上昇は、コンピュータ、ネットワーク、プロセス制御機器などの電気システムの部品に損傷を与える可能性があります。
すぐに壊れることはなくても、時間の経過とともに負担が大きくなり、高価な部品の早期故障を引き起こす可能性があります。サージ保護は、停電時に機器の動作を維持するものではありませんが、有害なサージは停電よりも頻繁に発生することに注意してください。適切に設計されたバックアップ電源システムは、常にUPSと連動してサージ保護を適用するカスケードアプローチ（すなわち2層構造）を組み込む必要があります。 最初のサージユニット（上流側のSPD）がサージエネルギーの大部分を軽減し、2番目のユニット（UPS）が残りのサージエネルギーを控えめに低減します。
UPSはサージに対してセカンドレベルの保護を提供するものであり、決して主要なサージ保護器と考えるべきではありません。また、入力電圧を継続的に調整し、内部バッテリーを提供することで、電源が遮断された場合でも接続された機器が動作を継続できるようにします。 電力が供給されない場合でも電子機器が機能し続けるためには、UPSが必要であり、多くの場合、バックアップ発電機も必要です。
ULリスティング
購入するサージ防護器（SPD）は、UL認定品であることが必要です。ULのラベルは、UL の厳しい安全要求事項をクリアしているだけでなく、UL の認定を受けた会社が製造したものであることを保証するものです。ULのリスティング・ラベルにより、請負業者や電気技術者は、米国電気工事規定（NEC）から外れたり、配電盤や分電盤のリスティングに影響を与えることを心配せずにサージ保護器を設置することができます。
タイプ1 vs タイプ2
サージ防護器は、タイプ1またはタイプ2に分類されます。基本的な違いは、タイプ 1 はロードセンターの主装置の前に設置され、タイプ 2 は主装置の後に配備されることです。タイプ 1 の SPD は、ユーティリティサービス変圧器の二次側と電源受電部一次側過電流遮断器の間の任意の場所に常時接続されています。また、タイプ 1 規格の SPD は、専用のヒューズやブレーカーを必要とせず、電源受電部の負荷側または低電圧電気設備のどこでも設置することが可能です。
逆に、タイプ 2 のサージ保護器は、電源受電部の一次過電流遮断器の負荷側に常時接続されています。タイプ 2のSPD は、専用のヒューズまたはブレーカーを使用する必要がある場合とない場合があります。
タイプ1のサージ保護器は、タイプ2のアプリケーションでも使用できるように独自の定格が設定されており、電源受電部に設置する場合、最高の定格を提供することができる点は重要です。
MCOV
MOV には最大連続動作電圧（MCOV）があり、「閾値電圧」とも呼ばれ、これは MOV の抵抗が低下し始める電圧です。MCOV はシステム電圧よりわずかに高くなるように設定されているため、MCOVはシステム電圧よりわずかに高くなるように設定されるため、電流をアースに逃がさなくても機器は正常に作動します。 サージ条件下では、MOV の抵抗は急速に低下し、最も抵抗の少ない経路になります。MOV の電圧が MCOV に達すると、伝導が開始されます。電圧が上昇すると、MOV の抵抗は劇的に減少し、最終的にはゼロに近づきます。適切に設計された過渡現象抑制デバイスは、自らを通して過渡電流を放流し、敏感な負荷から離れ、MOV の特性と同一の MCOV によって L-N と L-G MOV の間で均等に分割されます。(例：各モード100kA=各相200kA) 印加電圧が正常に戻ると、MOV抵抗は上昇し、回路は元の状態に戻ります。
短絡電流定格
短絡電流定格(SCCR)は、機器が安全に耐えられる定格電圧における最大の対称故障電流(200kA)です。すべての電気系統には、使用可能な短絡電流があります。これは、短絡状態において、設置された時点でシステムが供給できる電流量です。以下の種類の装置の一般的な利用可能短絡電流は以下の通りです。
ピークサージ電流 ー kA定格
ピークサージ電流は、機器が不可逆的な損傷を受けずに吸収できる最大電流のことです。kA定格は、サージ保護器の寿命に関係する値です。サージ保護器のkA定格を上げても、サージ装置の保護性能が大幅に向上するわけではありません。このことは、タイヤの溝に例えることができます。タイヤは使用するにつれて、寿命が尽きるまで溝が磨り減っていきます。より高いレベルのサージに耐えるサージ保護器は、より大きなkA定格に対応したものにする必要があります。kA定格は、SPD内のMOVの数によって決定されます。サージ保護器のMOVの数を増やすと、接地への電位パスの数が増えます。
今日の製造現場では、地絡が生産設備やプロセス機器に大きな影響を与えるため、多くの企業で高抵抗接地（HRG）システムが導入されています。 高抵抗接地システムは、変圧器の二次側と大地アースの間に接続し、故障電流を効果的に10A以下に抑えることで、地絡状態でもシステムが正常に動作し続けることを可能にします。
今日の電気システムでは、多くの異なる接地システムと様々な電圧があるため、どのSPDの電圧構成を指定すればよいのか混乱することがあります。以下は、SPDを指定する際に従うべきいくつかのガイドラインです：
規格 (現在の改定日) |
規格の目的/コメント |
| UL1449 (1987) - 過渡電圧サージ抑制装置(TVSS) | 1. 安全性試験（認められた部品を安全な方法で組み立てたもの）。 2. 定格電圧です（IEEE C62.41 C1試験波による耐電圧）。その他のIEEE推奨波形（C3、B3 Ringwaveなど）はULでは試験していません。 |
UL1449（1996年第2版） |
1. 追加の安全性試験です。 製品の安全性を向上させるために他の規格の試験を使用します。 2. サージ試験。第1版より低い電流で貫通電圧試験を実施します。10kA（IEEE Cat.C3）を初めて使用しますが、製品が安全に故障するかどうかを確認するための場合のみ使用します。 |
| UL1449（2007年第2版） | 1. 厳格な新しい安全要件です。新たな試験でTVSSユニットに長時間の交流過電圧を与え、安全な故障モードを保証します。 2. ULラベルの短絡電流定格の表記を変更します。 3. 新規試験（10、100）。 |
| UL1449（2009年第3版） | 1. TVSS は今後 SPD（サージ保護器）と呼ぶことにします。 2. UL1449は、ANSI/UL1449になりました。 3. サージアレスタ、TVSS、サージストリップ、コンポーネントSPD、4種類のSPDを追加しました。 |
UL1283 (1996) - 電磁波干渉フィルター |
UL1283は安全規格であり、MIL-STD-220A挿入損失やCat.B3リングウェーブレットスルー電圧試験などの性能試験は含まれていません。 |
| UL497、497A、497B | 通信／データ回線に使用される一次電話回線プロテクタ、絶縁信号ループ、サージ保護に関する安全規格です。データ／通信回線に対する性能試験は実施されていません。 |
| IEEE C62.41.1 (2002) | 低電圧交流電源回路のサージ環境に関するIEEEガイドです。低電圧（二乗平均電圧(Rms) 1000V以下）のAC電源回路におけるサージ電圧、サージ電流、一時的過電圧（TOV）環境について説明したガイドです。 |
| IEEE C62.41.2 (2002) | 低電圧 AC 電源回路におけるサージの特性評価に関する IEEE 推薦の指針です。この文書は SPD の試験波を定義しています。 |
| IEEE C62.45 (2002) | 低電圧機器のサージ試験に関するガイドです（ANSI）。この文書ではSPD の試験方法を説明しています。 |
| IEEEエメラルドブック | 電子負荷の操作に関する参考マニュアルです（接地、電源要件などを含む）。 |
| NEMAT LS-1 | 物理的な要件および動作パラメータを含むサージ保護器の仕様に関するNEMA技術委員会ガイドです。 |
| NECT | 米国電気工事規定第245条、第680条、第800条です。 |
| NFPAT 780 | 施設の電源受電部におけるサージ保護器の使用に関する避雷針の推奨事項です。 |
TVSSデバイスは、1相単位で測定される最大「サージ電流」によって分類されます。相あたりのサージ電流（kA/相で表示）は、故障せずに（デバイスの各相を通じて）シャントできる最大サージ電流量で、IEEE標準の8×20マイクロ秒の試験波形に基づいています。
各相の定格は、ある相の導体に接続されたサージ電流の総容量です。例えば、ワイ結線の場合、サージ電流はどちらの並列経路にも流れるので、L-NモードとL-Gモードは加算されます。デバイスが1つのモード（例：L-G）しか持たない場合、L-Nモードには保護がないため、「各相」定格は「各モード」定格と同じになります。
注：N-Gモードは、相ごとのサージ電流の計算に含まれません。
サージ保護器（SPD）と過渡電圧サージサプレッサ（TVSS）は同じデバイスで、どちらも過渡電圧の大きさを低減させるものです。唯一の違いは、ULが TVSS という用語を使用している一方で、NEMA、IEC、IEEE は SPD と表記している点です。
ただし、SPDはサージアレスタとは異なり、主に送電線沿いや施設の電源受電部の上流で使用されるものです。
サージ保護器は、サージアレスタと比較して以下のようなメリットがあります：
どのサージ保護器を採用しても、設置条件と点検が最も重要な要素です。しかし、貫通電圧とサージ電流耐量を考慮することも重要です。
貫通電圧とは、サージ保護器で低減されずに負荷まで到達してしまう電圧のことです。これは、サージを低減する能力を示す性能測定値です。IEEE C62.41では、電源受電部および分岐位置の試験波形を定義しています。サージ製造業者は、主要波形下の貫通電圧を試験できます。 記載されている貫通電圧の定格はデバイス/モジュールのみのものであり、取り付けリードの長さは含まれていませんので、ユニットを取り付ける電気技術者に依ります。
一方、サージ電流の容量は、各々の使用用途や必要な耐量の大きさに依存します。考慮すべき点は、施設の地理的位置、過渡現象に対する感受性、接続された機器がシステムにとってどれほど重要であるか等です。
設置リード（配線）の長さは、サージサプレッサの性能を低下させます。経験上、設置リードの長さ1インチにつき15Vから25Vの貫通電圧が加わると考えてください。サージは高周波で発生するため、バスバーからサプレッサ素子までのリード線の長さは、サージ経路にインピーダンスを発生させます。
システムの実際の貫通電圧はバスバーで測定され、デバイスの定格と設置のクオリティという2つの要因に基づいています。
