サージプロテクター

サージプロテクタ（またはスパイクサプレッサ、サージサプレッサ、サージダイバータ、^[1] サージ保護デバイス（SPD）、過渡電圧サプレッサ （TVS） 、または過渡電圧サージサプレッサ（TVSS ））は、交流（AC）回路内の電気機器を、近くでの落雷などさまざまな原因で発生する、マイクロ秒単位で測定される非常に短い持続時間の電圧スパイクから保護することを目的とした機器または装置です。

サージ プロテクターは、過渡現象が発生したときに電流を接地に短絡したりスパイクを吸収したりすることで、電気機器に供給される電圧を一定のしきい値に制限し、接続されている機器の損傷を回避します。

このデバイスを特徴付ける主な仕様は、クランプ電圧、つまりデバイスが機能し始める過渡電圧、ジュール定格、サージごとに吸収できるエネルギー量の尺度、および応答時間です。

サージ保護装置（SPD）および過渡電圧サージサプレッサ（TVSS ）という用語は、雷によって引き起こされるものを含む電気サージやスパイクから保護する目的で、配電盤、プロセス制御システム、通信システム、およびその他の高負荷産業システムに通常設置される電気装置を表すために使用されます。これらの装置の縮小版が住宅のサービス入口の電気パネルに設置され、家庭内の機器を同様の危険から保護することもあります。^[2]

AC 回路では、電圧スパイクは一時的なイベントであり、通常は 1 ～ 30 マイクロ秒続き、1,000 ボルトを超えることもあります。電力線に落雷すると、数千ボルトのスパイクが発生する可能性があります。モーターの電源を切ると、1,000 ボルト以上のスパイクが発生する可能性があります。スパイクにより配線の絶縁が劣化し、電球、充電器、モデム、テレビ、その他の家電製品などの電子機器が破損する可能性があります。

電話回線やデータ回線に AC 主回線が誤って接続されたり、雷が落ちたりした場合、または電話回線やデータ回線がスパイクのある回線の近くを通過して電圧が誘導された場合にも、スパイクが発生することがあります。

中性線喪失や電力会社のその他のエラーなどの電力変圧器の故障によって発生する、数秒、数分、または数時間続く長期の過電圧サージは、過渡保護装置では保護されません。長期のサージは、建物全体またはエリア全体の保護装置を破壊する可能性があります。数十ミリ秒でも、保護装置が処理できる時間を超える場合があります。長期のサージは、ヒューズや過電圧リレーで処理できる場合とできない場合があります。

建物の配線は電気インピーダンスを追加し、電圧過渡現象がサービス入口（供給会社の配線が建物に入る地点）に到達したときに負荷に到達するサージ電流を制限します。配線距離が長く、サービス入口と負荷の間にインピーダンスが大きいほど、サージ電流は少なくなります。^[3]

カテゴリーAの負荷は、サービス入口から負荷までの配線の長さが60フィートを超える負荷です。カテゴリーAの負荷は、6kVおよび0.5kAのサージ電流。カテゴリーBの負荷は、サービス入口から負荷までの配線長が30〜60フィートです。カテゴリーBの負荷は、6kVおよび3 kA。カテゴリーCの負荷は、サービス入口から負荷までの距離が30フィート未満です。カテゴリーCの負荷は、20kVおよび10kA ^[4 ]

コイル状の延長コードを使用すると、配線の長さを60フィート以上に増やすことができ、サービス入口と負荷間のインピーダンスを高めることができます。^[5]

過渡サージプロテクターは、電流を遮断または短絡して安全なしきい値以下に電圧を下げることで、電気機器に供給される電圧を制限しようとします。遮断は、電流の急激な変化を抑制するインダクタを使用して行われます。短絡は、電圧の急激な変化を抑制するコンデンサ、またはスパークギャップ、放電管、ツェナー効果半導体、金属酸化物バリスタ（MOV）によって行われます。これらはすべて、特定の電圧しきい値に達すると電流を伝導し始めます。^[6]一部のサージプロテクターは複数の要素を使用します。

短絡法では、電線が一時的に短絡されるか (スパークギャップなど)、または目標電圧にクランプされ (MOV など)、大きな電流が流れます。短絡電流が電力線の抵抗を流れると、電圧スパイクが減少します。スパイクのエネルギーは電力線または地面、またはプロテクタ内で消散し、熱に変換されます。スパイクは数十マイクロ秒しか持続しないため、温度上昇は最小限です。ただし、スパイクが大きすぎたり長すぎたりすると、プロテクタが破壊され、電力線が損傷する可能性があります。

家庭用サージ プロテクターは、屋内で使用する電源タップに取り付けることも、屋外の電源パネルに設置することもできます。現代の住宅のコンセントは、ライン、ニュートラル、アースの 3 本の配線を使用します。多くのプロテクターは、3 本すべてをペア (ライン - ニュートラル、ライン - アース、ニュートラル - アース) で接続します。これは、雷などの状況では、ラインとニュートラルの両方に高電圧スパイクが発生し、アースにショートする必要があるためです。

さらに、一部の消費者向けプロテクターにはイーサネット、ケーブルテレビ、従来の電話サービス用のポートがあり、それらを差し込むとサージプロテクターが外部の電気的損傷から保護します。^[7]

TVSの特性上、バリスタやガス放電管などの他の一般的な過電圧保護部品よりも速く過電圧に反応する必要があります。このため、TVSデバイスまたはコンポーネントは、非常に高速で損傷を与えることが多い電圧スパイクからの保護に役立ちます。これらの高速過電圧スパイクはすべての配電ネットワークに存在し、雷やモーターのアーク放電などの内部または外部のイベントによって引き起こされる可能性があります。^[8]

過渡電圧抑制ダイオードの用途は、電子回路の伝送線またはデータ ラインの一方向または双方向の静電放電保護に使用されます。MOV ベースの TVS は、家庭用電子機器や配電システムを保護するために使用され、産業レベルの配電障害に対応してダウンタイムや機器の損傷を防止します。過渡過電圧のエネルギー レベルは、ジュールで測定されるエネルギーと同等にしたり、デバイスがさまざまな用途向けに定格されている場合は電流に関連付けたりできます。これらの過電圧バーストは、数マイクロ秒以下続く数千ボルトの振幅の電力障害を表示できる特殊な電子メーターで測定できます。

MOVが導電を始めるのに十分な過電圧にさらされると、MOVは過熱する可能性がありますが、MOVを完全に破壊したり、家のヒューズが切れるほどではありません。過電圧状態がMOVの著しい加熱を引き起こすほど長く続くと、デバイスに熱損傷が発生し、火災が発生する可能性があります。^{[9] [10]}

多くの電源タップには基本的なサージ保護機能が組み込まれており、通常はその旨が明確にラベル付けされています。

しかし、規制のない国では、「サージ」または「スパイク」プロテクターと表示された電源タップがありますが、コンデンサやRFI回路のみを備えているか、またはまったく備えておらず、真のスパイク保護またはスパイク保護を提供してい ません。

サージアレスタ、サージ保護デバイス(SPD)、または過渡電圧サージサプレッサ(TVSS) は、送電および配電システムの機器を保護するために使用されます。さまざまな絶縁材料のエネルギー基準は、インパルス比で比較できます。サージアレスタは、インパルス比が低い必要があります。そうすることで、サージアレスタに発生したサージが装置を通過せずに地面にバイパスされます。

機器ユニットを接続導体で発生する過渡現象から保護するために、導体が機器に入る直前にサージアレスタが接続されます。サージアレスタは接地にも接続されており、過電圧過渡現象が発生した場合にエネルギーを接地にルーティングすると同時に、通常の動作電圧で導体を接地から分離する機能を果たします。これは通常、異なる電圧で大幅に異なる抵抗値を持つ バリスタを使用して実現されます。

避雷器は、一般的に導体への直接的な落雷から保護するようには設計されておらず、導体の近くで発生する落雷によって生じる電気的過渡現象から保護するように設計されています^[要出典]。地面に落ちる落雷により地電流が発生し、埋設導体を通過して導体の端に向かって外側に伝播する過渡現象を誘発します。同様の誘導が、雷の閃光によって引き起こされる 大気EMPの通過エネルギーを受ける頭上および地上の導体でも発生します。

サージアレスタは、雷放電の急速な立ち上がり時間による誘導過渡現象のみを保護できますが、導体への直接の雷撃による帯電は保護できません。高電圧システムの故障スイッチングなど、雷誘導に似た過渡現象も安全に接地できますが、これらのデバイスでは継続的な過電流は保護されません。処理される過渡現象のエネルギーは雷放電のエネルギーより大幅に小さいですが、それでも機器の損傷を引き起こすのに十分な量であり、多くの場合保護が必要です。

非常に厚い絶縁体 (通常はコストがかかりすぎる) がない場合、最小距離 (約 50 フィート (15 メートル) 以上) を超えるほとんどの導体は、使用中に雷誘導過渡現象を経験することになります。過渡現象は通常、導体の両端の間のどこかで発生するため、ほとんどのアプリケーションでは、保護する各機器に導体が当たる直前にサージ アレスタを設置します。各導体は独自の過渡現象を誘発するため、保護する必要があり、各 SPD は保護対象コンポーネントから過渡現象を安全に逸らすためのアースへの経路を提供する必要があります。

両端に設置されない唯一の注目すべき例外は、高電圧配電システムです。一般的に、誘導電圧は電力線の発電端に損傷を与えるほどではありませんが、建物のサービス入口に設置することは、それほど堅牢ではない下流の製品を保護する鍵となります。

• 低圧サージアレスタ：低圧配電システム、電気機器の交換用保護装置、低圧配電変圧器の巻線に適用
• 配電アレスター：3kV、6kV、10kVのAC配電システムに適用し、配電用変圧器、ケーブル、発電所の機器を保護します。
• ステーションタイプの共通バルブアレスタ：3〜220kV変電所の設備と通信システムを保護するために使用されます
• 磁気ブローバルブステーションアレスター：35〜500kVの通信システム、変圧器、その他の機器を保護するために使用します。
• 磁気ブローバルブアレスターを使用した回転機械の保護：交流発電機とモーターの絶縁を保護するために使用されます
• ライン磁気ブローバルブアレスタ：330kV以上の通信システム回路機器の絶縁を保護するために使用
• DCまたは吹出弁型アレスター：DCシステムの電気機器の絶縁を保護するために使用します。
• 中性線保護アレスタ：モーターまたは変圧器の中性線保護に適用
• ファイバーチューブアレスター：発電所の電線や絶縁体の弱点保護に適用
• プラグイン信号アレスタ：通信およびコンピュータシステムを保護するためにツイストペア伝送ラインに使用されます。
• 高周波フィーダアレスタ：電子レンジ、移動基地局、衛星受信機等の保護に使用します。
• レセプタクル型サージアレスタ：端末電子機器の保護に使用
• 信号アレスター: モデム、DDN 回線、ファックス、電話、プロセス制御信号回路などに適用します。
• ネットワークアレスター: サーバー、ワークステーション、インターフェースなどに適用します。
• 同軸ケーブル避雷器：同軸ケーブルに使用され、無線送受信システムを保護する。

これらは、AC 主電源および一部のデータ通信保護アプリケーション用のサージ プロテクターを定義する、最も顕著な仕様の一部です。

通過電圧とも呼ばれるこの値は、サージプロテクタ内の保護部品が短絡またはクランプするスパイク電圧を指定します。^{[11] [12]}クランプ電圧が低いほど保護性能は高くなりますが、保護システム全体の寿命が短くなる場合があります。UL定格で定義されている保護の最低3レベルは、330 V、400 V、500 Vです。120 V ACデバイスの標準通過電圧は330ボルトです。^[13]

世界的な独立安全科学会社であるアンダーライターズ・ラボラトリーズ（UL）^[14]は、保護装置の安全な使用方法を定義しています。UL 1449は、2009年9月に第3版でNECを採用した管轄区域で準拠が義務付けられ、第2版に準拠した製品と比較して安全性が向上しました。6倍の電流（およびエネルギー）を使用して測定された制限電圧テストにより、電圧保護定格（VPR）が定義されます。特定の保護装置の場合、この電圧は、より少ない電流で通過電圧を測定した以前の版の抑制電圧定格（SVR）と比較して高くなる可能性があります。保護装置の非線形特性により、第2版と第3版のテストで定義された通過電圧は比較できません。^{[13] [15]}

第 3 版のテスト中に同じ通過電圧を得るために、プロテクターのサイズを大きくすることができます。したがって、第 3 版以降のプロテクターは、寿命が長くなり、優れた安全性が実現されます。

より高い通過電圧 (例: 400 V 対 330 V) を持つプロテクターは、接続されたデバイスに高い電圧を通します。接続されたデバイスの設計によって、この通過スパイクが損傷を引き起こすかどうかが決まります。モーターや機械装置は通常影響を受けません。充電器、LED または CFL 電球、コンピューター制御の電化製品などの一部の (特に古い) 電子部品は敏感で、損傷を受けて寿命が短くなる可能性があります。

ジュール定格の数値は、MOV ベースのサージ プロテクターが故障することなく、理論上 1 回のイベントで吸収できるエネルギーの量を定義します。より優れたプロテクターは、1,000 ジュールおよび 40,000 アンペアの定格を超えます。スパイクの実際の持続時間はわずか約 10 マイクロ秒^{[引用が必要]}であるため、実際に消費されるエネルギーは低くなります。それ以上になると、MOV が溶断するか、場合によってはショートして溶け、うまくいけばヒューズが飛んで回路から切断されます。

MOV (またはその他の短絡装置) は、電圧を制限するために供給ラインに抵抗を必要とします。大きくて抵抗の低い電力ラインには、より高いジュール定格の MOV が必要です。家の中では、抵抗が大きい細い配線が使われているので、より小さな MOV で十分です。

MOV がショートするたびに、その内部構造が変化し、しきい値電圧がわずかに低下します。スパイクが多数発生すると、しきい値電圧はライン電圧 (120 vac または 240 vac) に近づくまで低下することがあります。この時点で、MOV は部分的に導通して発熱し、最終的には故障します。場合によっては、劇的なメルトダウンや火災が発生することもあります。最新のサージ プロテクタのほとんどには、深刻な結果を防ぐために回路ブレーカーと温度ヒューズが付いています。また、多くのサージ プロテクタには、MOV がまだ機能しているかどうかを示す LED ライトが付いています。

ジュール定格は、MOV ベースのサージ プロテクターを比較するためによく引用されます。平均的なサージ (スパイク) は、ナノ秒からマイクロ秒の短い期間で、実験的にモデル化されたサージ エネルギーは 100 ジュール未満です。^[16]適切に設計されたサージ プロテクターは、電力を供給するラインの抵抗、雷やその他の非常にエネルギーの高いスパイクの可能性を考慮し、それに応じて MOV を指定します。小さなバッテリー チャージャーには 1 ワットの MOV しか含まれていないかもしれませんが、サージ ストリップには 20 ワットの MOV が 1 つ、または並列に複数含まれています。住宅用プロテクターには、大きなブロック型 MOV が含まれます。

一部のメーカーは、複数の MOV を並列に接続してジュール定格の高いサージ プロテクターを設計することが一般的ですが、これにより定格が誤解を招く可能性があります。個々の MOV は、同じ電圧曲線にさらされた場合の電圧しきい値と非線形応答がわずかに異なるため、特定の MOV が他の MOV よりも敏感である可能性があります。これにより、グループ内の 1 つの MOV の伝導率が高くなり (電流ホギングと呼ばれる現象)、そのコンポーネントが過剰に使用され、最終的には早期に故障する可能性があります。ただし、グループ内の他の MOV は、MOV に鋭いしきい値がないため、電圧が上昇し続けると伝導し始めるため、多少は役立ちます。270 ボルトでショートし始めますが、450 ボルト以上になるまで完全にショートすることはありません。 2 番目の MOV は 290 ボルトで開始し、もう 1 つは 320 ボルトで開始して、それらすべてが電圧をクランプするのに役立ちます。また、最大電流では、電流の共有を改善する直列バラスト効果がありますが、実際のジュール定格を個々の MOV の合計として示すことは、全体のクランプ能力を正確に反映しません。最初の MOV はより多くの負荷を負い、より早く故障する可能性があります。

あるMOVメーカーは、デバイスに収まる場合は、より少数でより大きなMOV（例えば、直径60mm対40mm）を使用することを推奨しています。さらに、複数のより小さなMOVをマッチングさせて定格を下げることが推奨されています。場合によっては、1つの60mm MOVと同等にするには、4つの40mm MOVが必要になることもあります。^[17]

さらに問題となるのは、切断の安全機能として、並列接続された MOV のグループに単一のインライン ヒューズを直列に配置すると、動作中の残りのすべての MOV が開いて切断されてしまうことです。

システム全体の有効なサージエネルギー吸収能力はMOVのマッチングに依存するため、通常は20％以上のディレーティングが必要です。この制限は、メーカーの仕様に従って慎重にマッチングされたMOVのセットを使用することで管理できます。 ^{[18] [17]}

IEEEおよびANSI の想定に基づく業界のテスト基準によれば、建物内の電力線サージは最大 6,000 ボルト、3,000 アンペアになり、落雷を除く外部ソースからのサージを含めて最大 90 ジュールのエネルギーを放出する可能性があります。

ANSI/IEEE C62.41 および UL 1449 (第 3 版) に基づく、雷に関する一般的な想定は、建物内の雷による最小電力線サージは通常 10,000 アンペアまたは 10 キロアンペア (kA) であるということです。これは、電力線に 20 kA が落ち、与えられた電流が電力線上で両方向に均等に流れ、結果として 10 kA が建物または家屋に流れ込むことを前提としています。これらの想定は、最低基準をテストするための平均近似に基づいています。10 kA は通常、落雷に対する最低限の保護には十分ですが、落雷によって電力線に最大 200 kA が流れ、各方向に 100 kA が流れる可能性があります。

雷やその他の高エネルギーの過渡電圧サージは、電力会社が柱に取り付けるサプレッサー、または所有者が用意する全館サージ プロテクターで抑制できます。全館サージ プロテクターは、単純な単一コンセント サージ プロテクターよりも高価で、多くの場合、入力電力供給に専門家による取り付けが必要ですが、電力線のスパイクが家屋に入るのを防ぎます。電話線などの他の経路を介した直接の落雷による被害は、別途制御する必要があります。

サージプロテクターは瞬時に作動するわけではなく、数ナノ秒程度のわずかな遅延があります。応答時間が長く、システムのインピーダンスによっては、接続された機器がサージの一部にさらされる可能性があります。ただし、サージは通常はるかに遅く、ピーク電圧に達するまでに数マイクロ秒かかります。ナノ秒の応答時間を持つサージプロテクターは、スパイクの最も有害な部分を抑制するのに十分な速さで作動します。^[19]

したがって、標準テストでの応答時間は、MOV デバイスを比較する場合、サージ プロテクターの能力を測る有効な指標ではありません。すべての MOV の応答時間はナノ秒単位で測定されますが、サージ プロテクターの設計と調整に通常使用されるテスト波形はすべて、マイクロ秒単位で測定されるサージのモデル化された波形に基づいています。その結果、MOV ベースのプロテクターは、優れた応答時間仕様を簡単に実現できます。

応答が遅い技術（特にGDT）は、急激なスパイクに対する保護が難しい場合があります。そのため、応答が遅いがそれ以外は有用な技術を組み込んだ優れた設計では、通常、より高速に動作するコンポーネントと組み合わせて、より包括的な保護を提供します。^[20]

よく挙げられる標準には次のようなものがあります。

• IEC 61643-11 低電圧サージ保護装置 – パート 11: 低電圧電力システムに接続されたサージ保護装置 – 要件および試験方法 (IEC 61643-1 に代わる)
• IEC 61643-21 低電圧サージ保護装置 – パート 21: 通信および信号ネットワークに接続されたサージ保護装置 – 性能要件および試験方法
• IEC 61643-22 低電圧サージ保護装置 – パート 22: 通信および信号ネットワークに接続されたサージ保護装置 – 選択および適用の原則
• EN 61643-11、61643-21、および 61643-22
• Telcordia Technologies技術リファレンス TR-NWT-001011
• ANSI / IEEE C62.xx
• アンダーライターズ・ラボラトリーズ（UL）1449
• AS/NZS 1768

各規格では、異なるプロテクターの特性、テスト ベクトル、または運用目的が定義されています。

SPD用のUL規格1449の第3版は、以前の版を大幅に書き直したもので、初めてANSI規格としても承認されました。^{[21] [22] 2015年のその後の改訂では、} USB充電ポートと関連バッテリー用の低電圧回路が追加されました。 ^{[23] [24]}

EN 62305 および ANSI/IEEE C62.xx は、プロテクターがどのようなスパイクを迂回させると予想されるかを定義します。EN 61643-11 および 61643-21 は、製品の性能と安全性の両方の要件を指定します。対照的に、IEC は標準を策定するだけで、特定の製品がそれらの標準を満たしていることを認定することはありません。IEC 標準は、製品の安全性コンプライアンスをテストおよび認定するために、国際協定の CB スキームのメンバーによって使用されます。

これらの規格はいずれも、特定の用途で保護装置が適切な保護を提供することを保証するものではありません。各規格は、特定の現実世界の状況に存在する条件と相関する場合も相関しない場合もある標準化されたテストに基づいて、保護装置が実行すべきこと、または達成できる可能性があるものを定義します。特に雷の危険性が高い状況では、十分な保護を提供するには、専門的なエンジニアリング分析が必要になる場合があります。

また、以下の規格は、スタンドアロンのサージ プロテクターの規格ではなく、電気および電子機器全体のサージ耐性をテストするためのものです。そのため、サージ プロテクション回路の設計とテストで頻繁に使用されます。

• IEC 61000-4-2静電放電耐性試験
• IEC 61000-4-4電気的高速過渡現象/バースト耐性試験
• IEC 61000-4-5サージ耐性試験

高電圧サージを低減または制限するために使用されるシステム^{[25] [26]}には、次のタイプの電子部品の1つ以上を含めることができます。各方法には長所と短所があるため、一部のサージ抑制システムでは複数の技術が使用されています。^{[20] [27] [28]リストされている最初の6つの方法は、}並列（またはシャント）トポロジで接続された保護部品を介して、保護対象の負荷から不要なサージエネルギーを迂回させることによって主に機能します。最後の2つの方法も、保護対象の負荷への電源供給に直列に接続された保護部品を使用して不要なエネルギーをブロックし、さらに以前のシステムと同様に不要なエネルギーをシャントする場合があります。

金属酸化物バリスタ（MOV）は、定格電圧を超える電圧がかかったときに大電流を流すことができるバルク半導体材料（通常は焼結された粒状酸化亜鉛）で構成されています。 ^{[13] [29]} MOVは通常、サージ電流を保護対象負荷以外の場所に迂回させることで、電圧を通常の回路電圧の約3〜4倍に制限します。MOVは、マッチングされたセットであれば、電流容量と寿命を延ばすために並列に接続することができます。^[a]

MOV の寿命には限りがあり、大きな過渡現象を数回、または小さな過渡現象を何度も受けると劣化します。^{[30] [31]} MOV が作動するたびに、そのしきい値電圧はわずかに低下します。スパイクが多数発生すると、しきい値電圧は保護電圧 (主電源またはデータ) に近づくまで低下することがあります。この時点で、MOV はますます頻繁に導通し、熱くなり、最終的に故障します。データ回路では、データ チャネルがショートして機能しなくなります。電源回路では、何らかのヒューズで保護しないと、劇的なメルトダウンや火災が発生する場合があります。^[32]

最新のサージストリップとハウスプロテクターには、重大な結果を防ぐために回路ブレーカーと温度ヒューズが付いています。MOV が熱くなりすぎると、温度ヒューズが切断します。MOV のみが切断され、回路の残りの部分は動作しますが、サージ保護は機能しません。多くの場合、MOV がまだ動作しているかどうかを示す LED ライトが付いています。古いサージストリップには温度ヒューズがなく、10 アンペアまたは 15 アンペアの回路ブレーカーに依存していましたが、通常は MOV が煙を出し、燃え、飛び出し、溶け、永久にショートした後にのみ切れました。

MOVの故障は火災の危険を伴うため、全米防火協会（NFPA）^[33]は1986年にUL1449規格^[34]を制定し、その後1998年、2009年、2015年に改訂版を発行した。NFPAの最大の関心事は火災からの保護である。^{[13] [35]}

したがって、長期使用を目的としたすべてのMOVベースのプロテクターには、保護コンポーネントが故障したことを示すインジケーターが装備されている必要があり、この表示は定期的にチェックして、保護がまだ機能していることを確認する必要があります。^[36]

MOV は価格性能比が優れているため、低コストの基本的な AC 電源プロテクタで最も一般的なプロテクタ コンポーネントです。

過渡電圧抑制ダイオード( TVS ダイオード) は、電圧スパイクを制限できるアバランシェ ダイオードの一種です。これらのコンポーネントは、保護コンポーネントの中で最も高速な制限動作 (理論上はピコ秒単位) を提供しますが、エネルギー吸収能力は比較的低いです。電圧は通常の動作電圧の 2 倍未満にクランプできます。電流インパルスがデバイスの定格内に収まる場合、平均寿命は非常に長くなります。^{[説明が必要]}コンポーネントの定格を超えると、ダイオードが永久的な短絡として故障する可能性があります。保護は維持されますが、低電力信号ラインの場合は通常の回路動作が終了します。

電流容量が比較的限られているため、TVS ダイオードは、電流スパイクの小さい回路に限定されることがよくあります。TVS ダイオードは、定格内で使用した場合、このタイプのコンポーネントは劣化しないため、スパイクが 1 年に 1 回よりかなり頻繁に発生する場合にも使用されます。ユニークなタイプの TVS ダイオード (商品名 Transzorb またはTransil ) には、バイポーラ動作用の 逆ペア直列アバランシェ ダイオードが含まれています。

TVSダイオードは、データ通信などの高速かつ低電力の回路でよく使用されます。これらのデバイスは、通信回路で要求される低容量を提供するために、別のダイオードと直列に接続することができます^[37]。

Trisilは、サイリスタサージ保護デバイス (TSPD)の一種で、過電圧状態から保護するためにクローバー回路で使用される特殊なソリッドステート電子デバイスです。SIDACtorは、同様の保護目的で使用される別のサイリスタタイプのデバイス です。

これらのサイリスタ ファミリ デバイスは、スパーク ギャップやGDTによく似た特性を持つと考えられますが、はるかに高速に動作できます。これらは TVS ダイオードに関連していますが、イオン化および伝導スパーク ギャップに類似した低いクランプ電圧に「ブレークオーバー」できます。トリガー後、低いクランプ電圧によって、デバイス内の熱放散を制限しながら、大きな電流サージが可能になります。

ガス放電管（GDT）は、2つの電極の間に閉じ込められた特殊なガス混合物を含む密閉されたガラスで囲まれたデバイスであり、高電圧スパイクによってイオン化されて電流を伝導します。 ^[38] GDTは、他のコンポーネントよりも物理的なサイズに対して多くの電流を伝導できます。MOVと同様に、GDTには寿命があり、いくつかの非常に大きな過渡現象または多数の小さな過渡現象を処理できます。典型的な故障モードは、トリガー電圧が高くなりすぎてデバイスが無効になったときに発生しますが、雷サージによってデッドショートが発生することもあります。

GDT がトリガーされるまでに比較的長い時間 ( 60 ns ～ 70 ns の落雷よりも長い) がかかるため、GDT が大きな電流を流す前に、より高い電圧スパイクが短時間通過します。GDT が 100 ns の持続時間で 500 V 以上のパルスを通過させることは珍しくありません。

場合によっては、GDTが作動する前に発生する高速通過電圧によって保護対象の負荷が損傷するのを防ぐために、追加の保護部品が必要になることがあります。ガス管のトリガー電圧は通常400～600ボルトで、UL規格497に記載されているものは通常、5,000～10,000アンペア（8x20μs）の高いサージ電流定格を備えています。^[39]

GDT は、トリガーされると有効な短絡回路を作成するため、電気エネルギー (スパイク、信号、または電力) が存在すると、GDT は短絡します。トリガーされると、すべての電流が十分に減少してガス放電が消滅するまで、GDT は導通を続けます (フォローオン電流と呼ばれます)。他のシャント プロテクター デバイスとは異なり、GDT は一度トリガーされると、最初にガスをイオン化した高電圧よりも低い電圧で導通を続けます。この動作は負性抵抗と呼ばれます。

DC（および一部のAC）アプリケーションでは、スパイクが消失した後にGDTが破壊されるのを防ぐために、後続電流を抑制するための追加の補助回路が必要になる場合があります。一部のGDTは、過熱時に意図的に接地端子に短絡するように設計されており、外部ヒューズまたは回路ブレーカーをトリガーします。^[40]

多くの GDT は光に敏感で、光にさらされるとトリガー電圧が低下します。したがって、GDT は光にさらされないように保護するか、光に反応しない不透明なバージョンを使用する必要があります。

CPクレア社が以前製造していたCG2 SNシリーズのサージアレスタは非放射性であると宣伝されているが、同シリーズのデータ​​シートにはCG/CG2シリーズ（75～470V）の一部の製品は本質的に放射性であると記載されている。^[41]

GDT は静電容量が非常に低いため、通信機器などで使用される高周波ラインでよく使用されます。GDT は電流処理能力が高いため、電力ラインの保護にも使用できますが、後続電流の問題を制御する必要があります。

MOV に似た「過電圧クランプ」バルク半導体ですが、クランプ性能は MOV ほどではありません。ただし、通常は MOV よりも寿命が長くなります。主に、オルタネータの励磁フィールドなどの高エネルギー DC 回路で使用されます。適切なサイズであれば、継続的に電力を消散させることができ、サージ イベント中もクランプ特性を維持します。

スパークギャップは、 19世紀に開発され、電話回線に今も使われている最も古い電気保護技術の1つです。炭素棒電極は、第2の電極から特定の距離で絶縁体で保持されます。ギャップの寸法によって、2つの部分間で火花が飛び、地面にショートする電圧が決まります。北米での電話用途の一般的な間隔は、0.076 mm (0.003インチ) です。^[42]カーボンブロックサプレッサーはガスアレスター (GDT) に似ていますが、2つの電極が空気にさらされているため、その動作は周囲の雰囲気、特に湿度が高いことに影響を受けます。作動するとオープンスパークが発生するため、これらのデバイスは爆発性雰囲気が発生する可能性のある場所には絶対に設置しないでください。

インダクタ、ラインリアクタ、チョーク、コンデンサは故障電流を制限するために使用され、過電圧イベントを軽減または防止することができます。^[43]故障電流を制限するアプリケーションでは、インダクタはより一般的には電気ラインリアクタまたはチョークとして知られています。ラインリアクタは過電圧トリップを防ぎ、ソリッドステートデバイスの信頼性と寿命を向上させ、不要なトリップを減らすことができます。^{[44] [45] [46]}

金属製のマーシャリングキャビネットパネルを使用すると、サージ保護デバイス（SPD）の障害をデジタルデバイスや電気コントローラから離れた場所でも封じ込めることができます。二次システムへの直撃雷や雷サージは、SPDの壊滅的な障害を引き起こす可能性があります。SPDの壊滅的な障害により、金属片の火の玉や導電性の炭素すすの雲が放出される可能性があります。マーシャリングパネルは、そのような危険がリモートのメイン制御パネルに取り付けられたデジタルデバイスや制御デバイスに到達するのを防ぎます。^{[47] [48] [49]}マーシャリングキャビネットパネルは、デジタルシステムパネル（火災警報、セキュリティアクセス制御、コンピューターのクリーン電源など）に使用されます。保護すべき配線とケーブルには、電源装置と、地下、頭上、または歩道、橋などの他の手段によって建物の外に延びる配線（信号回路、起動装置回路、シールドなど）の両方が含まれます。さらに、屋根裏、駐車場の屋上、駐車灯などの高い場所にあるデバイスの配線も保護対象に含める必要があります。^{[50] [51]配線は、マーシャリングキャビネット内のSPDを通過した後、導管を通って、デジタルシステムパネル（火災警報、セキュリティアクセス制御、コンピュータのクリーンパワー、}プログラマブルロジックコントローラ（PLC）など） への入出力接続を含む、他の遠隔の隣接するキャビネットに通過することができます。

RF 信号伝送パスで使用されるこの技術は、調整された 1/4 波長短絡スタブを特徴としており、これにより周波数の帯域幅を通過できますが、特に DC に近い他の信号には短絡が発生します。通過帯域は、狭帯域 (約 ±5% ～ ±10% の帯域幅) または広帯域 (±25% ～ ±50% を超える帯域幅) にすることができます。1/4 波長同軸サージ アレスタには同軸端子があり、一般的な同軸ケーブル コネクタ (特にNまたは7-16タイプ) と互換性があります。これらは、 400 MHzを超える RF 信号に対して最も堅牢な保護を提供します。これらの周波数では、ユニバーサル/ブロードバンド同軸サージ アレスタで一般的に使用されるガス放電セルよりもはるかに優れた性能を発揮します。1/4 波長アレスタは、2.4 GHz または5 GHzのWi-Fiなどの通信アプリケーションには便利ですが、TV/ CATV周波数にはあまり役立ちません。 1/4 波長アレスタは低周波の回線を短絡させるため、同軸ダウンリンクを介して LNBに DC 電力を送信するシステムとは互換性がありません。

これらのデバイスの定格はジュールではありません。これは、上記のサプレッサーとは動作が異なり、繰り返しサージが発生すると本質的に摩耗する材料に依存していないためです。SM サプレッサーは、保護対象デバイスへの電力供給における過渡電圧サージを制御するために主に使用されます。これらは本質的に、50 Hz または 60 Hz のライン電圧を負荷に通し、高周波を遮断して迂回させるように接続された強力なローパス フィルターです。このタイプのサプレッサーは、他の設計ではアース線にシャントするのに対し、インダクタ、コンデンサ、抵抗器のバンクを使用して電圧サージと中性線への突入電流を抑制する点で他のサプレッサーと異なります。^{[52]サージは迂回されるのではなく、実際に抑制されます。インダクタはエネルギーを遅くします。回路パスと直列のインダクタは電流スパイクを遅くするため、ピーク サージ エネルギーは}時間領域で分散され、コンデンサ バンクから無害に吸収されてゆっくりと放出されます。^[53]

実験結果によると、ほとんどのサージエネルギーは 100 ジュール未満で発生するため、SM 設計パラメータを超える可能性は低いです。 SM サプレッサは、吸収エネルギーがコンポーネントの誘電体の設計制限を超えても火災の危険はありません。これは、サージエネルギーも落雷時にアースへのアークオーバーによって制限されるためで、残留サージは理論上の最大値 (IEEE/ANSI C62.41 で規定された 8 × 20 マイクロ秒の波形のモデル化形状で 3000 A で 6000 V など) を超えないことが多いためです。 SM は電流上昇と電圧上昇の両方で機能するため、最悪のサージ環境でも安全に動作できます。

SM 抑制は、保護の理念を電源入力に当てていますが、SM デバイスの入力とデータ ライン(アンテナ、電話またはLAN接続、または複数のそのようなデバイスがカスケード接続されてプライマリ デバイスにリンクされている) との間に発生するサージに対する保護は提供していません。これは、サージ エネルギーを接地線に迂回させないためです。データ伝送では、基準点として使用するために接地線がクリーンである必要があります。この設計理念では、そのようなイベントは電源の前に SM デバイスによって既に保護されています。NIST は、「それら [サージ] を接地導体のドレインに送り込むと、約 200 メートル離れた他の導体に 1 マイクロ秒以内に再出現するだけです」と報告しています。^[54]そのため、データ伝送ラインの保護は、サージが接地線に迂回される場合にのみ必要です。

SM デバイスは、他のサージ抑制技術を使用するデバイスよりも大きくて重い傾向があります。SM フィルターの初期コストは高く、通常は130ドル以上ですが、適切に使用すれば長い耐用年数が期待できます。SM デバイスは電源供給と直列に設置されるため、電源供給を切断して再接続する必要があるため 、現場での設置コストが高くなる可能性があります。

• 避雷器
• 避雷針

ウィキメディア・コモンズには、サージプロテクタに関連するメディアがあります。

• 低電圧交流電源回路のサージ保護：8部構成のアンソロジー。米国商務省の機関である国立標準技術研究所（NIST）が主催する、1963年から2003年にかけて発行された論文と記事の包括的な編集物。
• NEMAサージ保護協会
• サージプロテクターに関する重要なポイント。サージプロテクター技術
• AllAboutCircuits の TVS 入門
• 誘導負荷アーク抑制
• 他の過渡電圧技術との比較