サージ電流

サージ電流（サージでんりゅう、surge current）とは、電気回路などに瞬間的に定常状態を超えて発生する「大波電流」のことである。

概要

そもそもサージ電流は、サージ電圧の発生に伴って生じる自然現象である。特に落雷により発生するものは桁違いに大きく、しばしば電気機器などの被害が顕著となることから、一般的に雷サージ電流＝サージ電流とされる向きもあるが、通常の電気回路などにおいても、スイッチの開閉などにより電流の大きさや方向を急激に変化させることにより発生する。また、磁界を急激に変化させる、充電したコンデンサを短絡（急放電）させることなどによっても生じる。

問題となるのは、電気機器などの回路を破壊するレベルの高電圧とこれに伴う大電流である。電気機器などの回路を破壊するほどではないが、その動作に不具合を生じるレベルのものは「ノイズ」として区別されている。従って、どの程度までのものを「ノイズ」とし、どの程度以上のものを「サージ」とするかについては、電気機器などによってそれぞれ異なったものとなっている。

特に容量性負荷、モーター、温度依存性の負荷などの回路の接続または遮断時に流れる電流は、小さな負荷のものであっても、場合によっては数ミリ秒の間に100Aを超えるほどのものにもなることがあり、その変化は衝撃的なパルスとも似ている。このため「インパルス電流」（impulse current）とも呼ばれる。電気機器や半導体などは、これにより破壊される危険性があるため、それに備えた防護対策が講じられる。なお、雷によるものでは、数マイクロ秒の間に100kAを超えるものになることもある。

サージ電流の発生

サージ電圧Esは定常電流ｉ を妨げる方向に発生する。

$Es=-L{di \over dt}$

すなわち、短時間に大きな電流変化があるほど、また回路のインダクタンスLが大きいほど、サージ電圧は大きくなる。この電圧と回路のインピーダンスの関係により、サージ電流が生じる。

同様に磁束Φ_B の変化によっても発生する。すなわち、

$Es=-{{d\Phi _{B}} \over dt}$

代表的な落雷では、短時間に大きな減衰振動電流が生じ、短時間に大きく変動する電磁界を形成するため、回路に雷電流が直接侵入しなくても、その短時間の大きな磁束変化により、近傍の回路には大きなサージ電圧が誘導され、大きなサージ電流が生じる。これが典型的な「誘導雷サージ」である。回路に直接、雷電流が侵入すると「直撃雷サージ」となる。

また雷の場合、大地と雷雲は一種のコンデンサであり、電荷が蓄積される。ここに架空線などがあると、架空線と大地もこれに接続されたコンデンサとなっているため、雷雲同士の放電などにより電荷量が変化すると、これに応じた電流が架空線などに生じ、誘導雷サージとなる。

サージ電流対策

基本となるのは、電流や磁界を急変させて、サージ電圧を発生させないこと、回路のインダクタンスを抑え、サージ電圧を抑制すること、発生するサージ電圧を速やかに抑制し、他に波及させないこと、また、回路のサージ電圧耐力（インパルスや静電気耐力）を上げ、影響を受けにくくすることであり、設計の段階からよく考慮する必要がある。雷によるもの以外については、突入電流対策と同じ手法がとられることが多い。

参考文献

• 「基礎電磁気学」　山口昌一郎 著　電気学会

関連項目

• 雷サージ
• サージ電圧
• 突入電流