JP2002280144A

JP2002280144A - 二重対向型火花放電ギャップ

Info

Publication number: JP2002280144A
Application number: JP2001375699A
Authority: JP
Inventors: Giichiro Kato; 加藤儀一郎; Kazuo Inoue; 井上一男
Original assignee: CHUO BOURAI KK
Current assignee: CHUO BOURAI KK
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】放電時に発生する電極材の蒸気や微粒子によ
る電極間の絶縁低下を防ぎ、常に放電開始電圧が安定し
た耐用期間の長い火花放電ギャップを得ること。【解決手段】対向している片側の電極面２０は平面、
他方の電極面２０ａは、中心部が高く周辺が低い二段構
造を備えた短ギャップと長ギャップの複合型で、短ギャ
ップが放電したときの電離作用の及ぶ範囲内に長ギャッ
プがあるようにし、磁器製の取付台２６に固定したこ
と。また、短ギャップを形成するための中心電極は直接
的に主電極から削り出すか、外側の電極材料に比較して
耐熱性の高いか又は放電電圧の安定した材料を使用して
外側電極に結合されることにある。特に短ギャップは高
耐熱・高絶縁性の薄板（例えば雲母板等）３２を挟持
し、対向電極相方を圧接して一組の対向電極が密着さ
れ、更に外側の火花ギャップの各々の対向面にカット状
の角部が複数個付加されていることにある。

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、放電電流
が増加しても電極間の電圧が低く、火花電極間の電力損
失が極めて少ないので、過大なサージ電流が流れた場合
でも十分に耐えられるという長所がある。

【０００２】

【従来の技術】従来の火花放電ギャップは、図１ａよう
に一対の金属製四角柱電極１０，１０ａを対向してい
る。

【０００３】このような電極間Ｇ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（実線）で示
すと図１ｂに示すように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
部分で始まり対向面（電極間隙Ｇの）へと広がる傾向に
ある。

【０００４】上記の場合は、電極面自体がもつ“火花の
伸長”及び“イオンの拡散と冷却”の初期効果を発揮す
ることができない。

【０００５】そのため火花は消弧されず、高温で発生す
る金属蒸気が電極の間隙Ｇに充満し、電源回路からの続
流が発生する場合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】強大な雷サージが侵入
した場合、火花は対向面の付近から外側に押し出されて
消弧し、電源からの続流を発生させることがなく、例え
ば黄銅電極等、加工性はよいが熔融点の低い火花放電ギ
ャップを使用した場合でも、放電時に発生する電極材の
蒸気と微粒子による電極間の絶縁低下を防ぎ、常に放電
電圧が安定した長寿命の火花放電ギャップを得ることに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は、次のと
おりである。

【０００８】対向している片側の電極面は平面、他方の
電極面は中心部が高く周辺が低い二段構造を備えた、短
ギャップと長ギャップの複合型で、短ギャップが放電し
たときの電離作用の及ぶ範囲内に長ギャップがあるよう
にし、磁器製の取付台に固定したこと。

【０００９】また、短ギャップを形成するための中心電
極は直接的に主電極から削り出すか、外側の電極材料に
比較して、耐熱性が高いか又は放電電圧の安定した材料
を使用して外側電極に結合されることにある。

【００１０】特に、短ギャップは高耐熱・高絶縁性の薄
板（例えば雲母板等）を挟持し、対向電極の相方を圧接
して一組の対向電極が密着され、更に外側の火花ギャッ
プの各々の対向面にカット状の角部が複数個付加されて
いることにある。

【００１１】

【作用】本発明は図２ａのように、片側電極２０の電極
面２１は四角形平面であり、他方の電極２０ａは、四角
形平面２１ａから丸型の平面２２ａが僅かに突き出した
二段構造の平面で、短ギャップを所定の放電開始電圧を
得るために必要な間隔ｍで対向させた場合、長ギャップ
の間隙が、短ギャップの電離作用を受けられる範囲の間
隙Ｍとする。また、対向する二つの電極間に雷電圧が印
加された場合の電界を、電気力線Ｅ（実線）で表せば図
２ｂのように中心付近に電荷が集中する。

【００１２】即ち、電極内部は略均等電界となるため、
放電は短ギャップの中心または外周付近で始まる。また
図３ａも図２ａと同じく、火花ギャップは長ギャップと
短ギャップとの二段構造の平面から形成されているが、
短ギャップの間隙には、短ギャップ対向面の外周と同じ
か、僅かに突出した雲母板３２によって密閉されるよう
圧接して結合されている。

【００１３】電気力線Ｅ（実線）の分布状態は図３ｂに
示すように、雲母板３２の外周に集中する。この方法で
は、放電電圧を引下げることができ、長ギャップの間隙
Ｍも長めに設定できるので、火花の伸張に効果がある。
そのためギャップの突角部分は破壊されることがない。

【００１４】本発明の電極（図３又は図４）の場合、短
ギャップ面またはその周辺での放電は長ギャップに対し
て、爆発的な放電エネルギーと電離作用の影響をあたえ
るから、長ギャップに更に強い電流を誘発するが、火花
は長ギャップ面で引き伸ばされ冷却作用を受けるから、
電離（熱電離）が妨げられ消弧しやすくなる。

【００１５】そのほか続流の要因となるものに、放電時
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。

【００１６】上記したように、放電による火花は大きい
電極間隙Ｍをもつ長ギャップの電極面で、伸長と冷却の
作用を受けて消弧される。同様に電極材から放出する蒸
気も中心部からの爆発力で電極の外側に排出される。

【００１７】万一続流が発生した場合でも、金属電極な
ら、半サイクルで極性が反転する際に２００〜３００Ｖ
の再点弧電圧を必要とするので、１００〜２００Ｖ／Ａ
Ｃ電源では、その電圧に至らないため半サイクルの間に
消弧できる。

【００１８】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。

【００１９】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
み合せでもよい。

【００２０】材質は、黄銅、銅タングステン燒結合金、
モリブデン、ステンレス、ニッケル、銅、マグネシュー
ムまたは炭素、導電性セラミックなどが使用できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図４ａ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実施の形態を示
し、平面を対向面とする電極２０と、中心部が円形であ
り、周辺よりもわずかに高い、二段構造の平面を対向面
とする黄銅電極２０ａ（即ち、長ギャップ面は２１，２
１ａであり、短ギャップ面は２１，２２ａである）は、
金属管２３，２３ａ内に挿入され、金属管２３，２３ａ
の外側からの押しねじ２４，２４ａによって圧接され
る。

【００２２】金属管２３，２３ａにリード線取付用の螺
子杆２５，２５ａが設けてある。また、金属管２３，２
３ａは中央部に凹部２７を有する磁器製の取付台２６に
取付け用ねじ２８，２８ａにより取付けられ固定されて
構成されている。

【００２３】図４ｂは、本発明の二重対向型火花放電ギ
ャップに関する他の例であり、四角柱黄銅電極３０に対
向している二段構造の四角柱電極３０ａは、黄銅電極の
中心に貫通孔３３を穿ち、その中に銅タングステン燒結
合金の丸棒電極３１が適当な長さ電極面から突出して挿
入されており、押ねじ３４によって固定されている。３
２は前記丸棒電極３１の先端に接着した雲母板で、雲母
板３２の外周は電極３１の外周とほぼ合致するか、やや
大きい形状である。雲母板３２の厚みと、はみだし分の
寸法については、火花放電開始電圧を考慮して決定す
る。４０はギザギザ面荒い粗面ダイヤモンドカット状の
格子溝のように角部を有する形状であり、外側電極面で
の放電分布を均一に保つための手段である。

【００２４】中央に凹部３６を有する磁器製取付台３５
に前記１組の対向電極をボルト３７，３７ａ、ナット３
８，３８ａで固定するが、前記対向電極の長ギャップの
間隔は、短ギャップが放電したときの電離作用の及ぶ範
囲の距離Ｍを保持して、相方の電極を圧接して一体とな
し、取付台へ堅固に締付ける。さらにナット３９，３９
ａでリード線を取付けるものとする。

【００２５】

【発明の効果】本発明の二重対向型火花放電ギャップ
は、外側の対向面が内側の対向面の電離作用の及ぶ範囲
にあることが特長である。

【００２６】従って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、放電は短ギャップ
の中心付近で開始される。

【００２７】短ギャップの中心付近から、離隔距離が広
く対向面積の大きい長ギャップへ更に強い放電電流が誘
発され、放電による火花は大きい電極間隙Ｍをもつ外側
電極面で、伸長と冷却の作用を受けて消弧される。ま
た、電極材から放出する蒸気も中心部からの爆発力で電
極の外側に排出される。

【００２８】従って万一続流が発生した場合でも、電極
面の電位降下が大きいことに加えて、更に金属電極な
ら、半サイクルで極性が反転する際に２００〜３００Ｖ
の再点弧電圧を必要とするので、１００〜２００Ｖ／Ａ
Ｃ電源では、その電圧に至らないため半サイクルの間で
容易に消弧できる。

【００２９】従って黄銅など熔融点は低いが加工性のよ
い電極材料を主として使用した場合でも、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が高く、
しかも経済的な火花放電ギャップを容易に得ることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ａは従来の火花放電ギャップ（斜視図）。
図１ｂは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２】図２ａは本発明の二重対向型火花放電ギャップ
その一（斜視図）。図２ｂは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３】図３ａは本発明の二重対向型火花放電ギャップ
その二（斜視図）。図３ｂは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４】図４ａは本発明の火花放電ギャップで構成した
避雷器の一実施態様を示す図（斜視図）。図４ｂは同上
の避雷器における異なる実施態様を示す図（斜視図）。

【符号の説明】

Ｇギャップｍ短ギャップＭ長ギャップＥ電気力線１０，１０ａ，２０，３０対向面が平面の四角柱電
極２０ａ，３０ａ対向面が二段構造の四角
柱電極２１，２１ａ長ギャップ面２２ａ短ギャップ面２３，２３ａ金属ケース２４，２４ａ，３４押ねじ２５，２５ａリード線用螺子杆２６通常の取付台（磁器製）２７，３６凹部２８，２８ａ取付用ねじ３０ａ中心孔を有する黄銅四角
柱電極３１銅タングステン焼結合金
の棒電極３２雲母板３３貫通孔３５変形取付台（磁器製）３７，３７ａ取付用ねじ（長尺）３８，３８ａ，３９，３９ａナット４０カット状の突角部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向している片側の電極面は平面であ
り、他方の電極面は、中心部が高く周辺が低い二段構造
の平面である火花放電ギャップであって、外側の火花放
電ギャップが、内側の火花放電ギャップの電離作用の及
ぶ範囲にある二重対向型火花放電ギャップ。
【請求項２】主電極材料に比較して、中心に突出した
電極に耐熱性が高いか又は放電電圧の安定した材料を結
合した請求項１記載の二重対向型火花放電ギャップ。
【請求項３】二段構造の火花ギャップの中心部短ギャ
ップにその対向面と同一形状か、外周を僅かに突出した
高耐熱・高絶縁性の薄板を挟持し、前記一組の対向電極
を互いに圧接して密着した請求項１又は２記載の二重対
向型火花放電ギャップ。
【請求項４】外側の火花ギャップの各々の対向面にカ
ット状の角部を複数個付加した請求項１又は２又は３記
載の二重対向型火花放電ギャップ。