JP2002043019A

JP2002043019A - 二重対向型火花放電ギャツプ

Info

Publication number: JP2002043019A
Application number: JP2000264659A
Authority: JP
Inventors: Giichiro Kato; 儀一郎加藤; Kazuo Inoue; 一男井上
Original assignee: CHUO BOURAI KK
Current assignee: CHUO BOURAI KK
Priority date: 2000-07-30
Filing date: 2000-07-30
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】火花放電ギャップの続流を防止して火花電極自
身が損傷することや、電極間絶縁抵抗が劣化することを
未然に防ぐことが目的である。【解決手段】一対の立体電極（例えば四角柱電極等）を
対向してなる火花放電ギャップの間に、更に一対の対向
電極を僅か突き出して、各々を直接または間接的に一体
とせる二重対向型火花放電ギャップで、外側の対向面が
内側の対向面の電離作用の及ぶ範囲にあることを主な要
素とした二重対向型火花放電ギャップでは、放電は主と
して内部電極の中心部分で開始するが、中心部分からの
爆発力と電離作用により、アークは間隙が広く対向面積
が大きい外側電極面に拡がり、更に強い放電電流を誘発
するが、その空間では火花は冷却作用を受け電離（熱電
離）が妨げられ消弧し易くなる。交流電源回路の場合、
そこに続流が発生しても、電極面の電位降下が大きくイ
オンの拡散も多いため、再点弧が妨げられ略半サイクル
の間で消える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】火花放電ギャップを避雷器と
して使用する場合、多少の動作遅れはあるが、放電々流
が増加しても電極間の電圧が低く、火花電極間の電力損
失が少ないので、過大なサージ電流が流れた場合でも
（例えば８／２０μｓの標準インパルスで１００ＫＡ）
十分に耐えられるという長所がある。反面、続流（サー
ジが通過した後、電源電圧で電流が流れる現象）が継続
して電極が焼損するという欠点もあった。

【０００２】

【従来技術】従来の火花放電ギャップは、図１ａのよう
に一対の金属製四角柱１０．１０ａを、間隙ｍで対向し
ている。このような電極間に雷サージが印加された場合
の電極相互間の電界は、電気力線（Ｅ）で示すと図１ｂ
に示すごとく四辺と四隅及びその付近に集中するから、
放電は対向電極の中心ではなく、電極の縁の部分で始ま
り、電極の間隙（ｍ）内の対向面へと広がる傾向にあ
る。そのため火花は狭い電極間に閉じ込められるので、
火花には伸長と拡散と冷却の作用が十分働かないため、
高温で電極材が熔融し、そのとき発生する蒸気は狭い電
極間隙内部に充満し、電極間電位が著しく低下するた
め、稀には電源回路からの続流が継続して電極を大破に
至らしめることもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】強大な雷サージが侵入
しても、火花は対向面の中心から外側に押し出されて、
火花放電ギャップに続流が生じることがなく、電極間が
溶着せず、安全かつ安価な火花放電ギャツプ（例えば黄
銅電極）が使用でき、しかも電極が続流で損傷せず、放
電の際に生じる電極材の蒸気や粒子による電極間の絶縁
抵抗の低下を防ぎ、常に放電開始電圧が安定した長寿命
の火花放電ギャップの構造に関する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、（１）．一対の立
体電極（例えば四角柱電極等）を対向してなる火花放電
ギャップの間に、更に一対の対向電極を僅か突き出し
て、各々を直接または間接的手段で電気的に一体とせる
二重対向型火花放電ギャップで、外側の対向面が内側の
対向面の電離作用の及ぶ範囲にあることを主な要素とし
た二重対向型火花放電ギャップ。（２）．更に上記（１）の火花放電ギャップにおいて、
外側の電極材料よりも、内側の電極材料が熔融点の高い
材料からなる二重対向型火花放電ギャップ。（３）．上記の火花放電ギャップにおいて、内側の電極
と外側の電極が微細な間隙で電気的に一体化されている
ことを特長とせる二重対向型火花放電ギャップ。（４）．また、上記（２）、（３）の火花放電ギャップ
において、内側がカーボン電極で、外側が黄銅電極から
なる二重対向型火花放電ギャップ等を提案するものであ
る。

【０００５】

【作用】図２ａのように、一対の対向電極の火花放電
ギャップの間に間隙ｍを保持して、更に一対の対向電極
を僅か突き出した二段対向面付き黄銅四角柱電極の場合
（２０．２０ａ）に、雷電圧が印加された場合の電界を
電気力線（Ｅ）で表せば図２ｂのごとくなり、電極内部
は略均等電界となるため、放電は内側電極の中心で始ま
る。従って放電は内部電極や外部電極の突角部分では発
生しないので、従来のように突角部分が破壊されること
がない。

【０００６】本発明の電極の場合、放電は内側電極面の
略中心で開始される、中心部分の放電は外側電極に対し
爆発的に発散する放電エネルギーと電離作用の影響をあ
たえるから、外側電極間（Ｍ）に更に強い電流を誘発
し、そのため外側電極面で冷却作用を受け、電離（熱電
離）が妨げられ消弧しやすくなる。

【０００７】その他続流の要因となるものに、電極材か
ら放出する蒸気（電極材の微粒子や炭素粉）があるが、
このような蒸気も中心部分からの爆発で外部の空間へ容
易に放出される。上記したごとく、より大きい電極間隙
（Ｍ）の外側電極面で伸長と冷却の作用を受け、蒸気も
容易に放出され続流が発生しても半サイクルの間で消え
る。従って電極面の消耗も少なく、火花ギャップの放電
開始電圧は初期の値を長く維持することが可能である。

【０００８】図３ａのように、一対の貫通穴付き四角柱
火花電極（３０．３０ａ）の中心には、一対の丸棒電極
（３０．３０′ａ）が間隙ｍで突き合わされ、四角
柱電極を外側電極、丸棒電極を内側電極とした二重対向
型火花放電ギャップが形成される。しかし、各々の内側
電極と外側電極は、各々の貫通穴（３１３１ａ）の中
では微細な間隙（ｍ′）（ｍ′ａ）を保持できるごと
く、各々の貫通穴の中で（３４）（３４ａ）の箇所を接
着剤により絶縁固定する。このように間接的手段で各々
の外部電極と内部電極は電気的に一体化された場合、図
３ａ、図３ｂ中に示されているごとく、電極間隙は３つ
に分断される。火花は細かく区切られることによって、
再点弧し難くなり続流は遮断される。即ち続流が発生し
ても電流を電極面部分（陽極点と陰極点）に集中させる
ことにより、電極面での電位降下が大きくなり、イオン
の拡散が多くなる。イオンの拡散が多くなれば電流が反
転する際、各々の電極面に陰極点（陽極点であったとこ
ろに）が出来るのが妨げられ、これらが再点弧を妨げ続
流が遮断される。火花を細かく区切るほど陽極点と陰極
点の数がふえ、続流は遮断しやすくなる。

【０００９】立体電極とは、ここでは黄銅四角柱電極で
例示しているが、その他の多面体、角柱、角錐、円柱、
円錐なども含まれている。また外部電極と内部電極は異
なる形状の組み合わせでもよい。材質は、黄銅、銅タン
グステン焼結合金、モリブデン、ステンレス、ニッケ
ル、銅、または炭素、導電性セラミックなどが使用でき
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の二重対向型火花
放電ギャップで構成された避雷器の一実施例であり、二
段対向面付き黄銅四角柱電極２０、２０ａには、外側対
向面２１、２１ａと内側対向面２２、２２ａが設けられ
ており、金属管２３、２３ａ内に挿入され、金属管２
３、２３ａの外側からの押しネジ２４、２４ａによって
圧接する。

【００１１】金属管２３、２３ａにはリード線用の螺子
杆２５、２５ａが設けてある。また、金属管２３、２３
ａは中央部に凹部２７を有する磁器製の取付台２６に取
付け用ネジ２８、２８ａにより取付けられ固定されて構
成されている。また二段対向面付き黄銅四角柱電極２
０、２０ａは反対側の電極面と所定間隙ｍを保持して、
押しネジ２４、２４ａで前記金属管２３、２３ａに圧接
されている。

【００１２】上記した電極構造では、およその放電開始
電圧は電極間隙ｍで決まり、一定の電極間隙は隙間ゲー
ジを挟むことで簡単に調整できる。

【００１３】

【発明の効果】本発明の二重対向型火花放電ギャップ
は、一対の立体電極（例えば四角柱電極等）を対向して
なる火花放電ギャップの間に、更に一対の対向電極を僅
か突き出して、各々を直接または間接的手段で電気的に
一体とせる二重対向型火花放電ギャップで、外側の対向
面が内側の対向面の電離作用の及ぶ範囲にあることを主
な要素とした二重対向型火花放電ギャップであるため、
雷電圧が印加された場合、対向電極間の電界は略均等な
電界となるから、放電は各々の電極中心面で開始され
る。

【００１４】内部電極の中心部から、離隔距離が広く対
向面積の大きい外部電極へ更に強い放電電流が誘発され
るが、内部電極が局部的に損傷するようなことはない。
放電は主として内部電極の中心部分で開始するが、中心
部放電の爆発力と電離作用により、アークは間隙が広く
対向面積の大きい外側電極面に拡がる。そこではは冷却
作用を受け易いため消弧される。交流電源回路では続流
が発生しても、放電（アーク）の電極面部分（陰極点、
陽極点）には電流が集中し電位降下も大きくなるので、
電流が反転する際イオンの拡散が多くなり、新しい陰極
点（それまで陽極点であったところに）が出来ることが
妨げられ、これが再点弧を妨げ従って続流を遮断する。

【００１５】その他続流の要因となるものに、電極材か
ら放出する蒸気（電極材の微粒子や炭素粉）があるが、
放電エネルギーによる爆発作用が中心部分から外方向に
働くことを妨げない電極構造のため、このような蒸気は
外部の空間へ有効に放出される。かように電極間隙が広
く対向面積の大きい外部電極では、アークに対して効果
的な伸長と冷却作用が働くため続流の発生を未然に防止
出来る。たとえ続流が発生しても交流電源の場合は、上
記した理由で略半サイクルの間で消弧される。

【００１６】従って、黄銅や炭素など安価な電極材料を
使用しても、電極の損傷が少ないので、常に安定した放
電開始電圧を維持することができ、続流の心配もないか
ら長寿命で信頼性の高く、しかも経済的な火花放電ギャ
ップを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】従来の火花放電ギャップ（斜視図）

【図１ｂ】同上火花放電ギャップの電気力線で示した電
界分布図（側面図）

【図２ａ】本発明の二重対向型（直接一体）火花放電ギ
ャップ（斜視図）

【図２ｂ】同上（電気力線で示した電界分布追加）
（側面図）

【図３ａ】本発明の二重対向型（間接一体）火花放電ギ
ャップ（斜視図）

【図３ｂ】同上（電気力線で示した電界分布追加）
（側断面図）

【図４】本発明の火花放電ギャップで構成した避雷器
の一実施例（斜視図）

【符号の説明】

ｍ．ｍ′．ｍ′ａ空気間隙Ｍ同上Ｅ．電気力線１０．１０ａ従来の四角柱電極２０．２０ａ二段対向面付四角柱電極２１．２１ａ同上電極の外側対向面２２．２２ａ同上電極の内側対向面３０．３０ａ貫通穴付き四角柱電極３２．３２ａ同上電極対向面（外側対
向面）３０′．３０′ａ貫通穴３１．３１ａ丸棒電極３３．３３ａ同上電極対向面（内側対
向面）３４．３４ａ接着箇所（絶縁物）２３．２３ａ金属ケース２４．２４ａ押ネジ２５．２５ａリード線用螺子杆２６．取付台（磁器製）２７．凹部２８．２８ａ取付用ビス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の立体電極（例えば四角柱電極等）を
対向してなる火花放電ギャップの間に、更に一対の対向
電極を僅か突き出して、各々を直接または間接的手段で
電気的に一体とせる二重対向型火花放電ギャップで、外
側の対向面が内側の対向面の電離作用の及ぶ範囲にある
ことを主な要素とした二重対向型火花放電ギャップ。
【請求項２】上記請求項１記載の火花放電ギャップにお
いて、外側の電極材料よりも、内側の電極材料が熔融点
の高い材料からなる二重対向型火花放電ギャップ。
【請求項３】上記請求項２記載の火花放電ギャップにお
いて、内側の電極と外側の電極が微細な間隙で電気的に
一体化されていることを特長とせる二重対向型火花放電
ギャップ。
【請求項４】上記請求項２、３の火花放電ギャップにお
いて、内側がカーボン電極で、外側が黄銅電極からなる
二重対向型火花放電ギャップ。