JP2005019807A - 避雷器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外周部にスリット2、2aを設けたパイプ1の内部に素子3を積層し、積層した素子と上部の電極4との間に皿バネ6を介在させて、素子3を上下の電極4、5で挟み込み、上下の電極4、5に凸部を設け、パイプ1の上部と下部とに凹部を設け、これら凸部と凹部とを嵌合させることにより上下の電極4、5とパイプ1との固定を行う。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷サージ等による異常電圧から電気機器等を保護するための避雷器に係り、特に避雷器の特性要素を収納する構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
避雷器は、電気的性質の特性要素である酸化亜鉛を主成分とする素子、この素子の上下両端に配置される電極、およびこの電極間に組み込まれる素子を保持するためのFRP(ガラス繊維強化プラスティック)等に代表される保持部材により構成される素子ユニット部と、素子ユニット部内の空間の充填および外部絶縁を担うポリマー材料(一般にシリコーンゴム等が用いられ、表面漏れ距離を確保するために、ひだ付きの形状が採用される)とから構成される。
【0003】
前述のように素子ユニット部は、素子がFRP等の保持部材により保持されてユニット化される。このユニット化の方法としては、FRP製のパイプを使用する方法と、FRP製の棒、板材(平板、円弧版等)等の部材を使用する方法とが一般的である。
【0004】
FRP製のパイプを使用する方法を以下に説明する。図9に示すように、FRP製のパイプ1の内部に素子3を積層し、積層した素子3の上部に皿バネ6を介在させて、素子3の上下両端に一対の電極4、5を配置し、電極4、5とFRP製のパイプ1とをネジ、接着剤等により固定して素子を保持しユニット化を行う。
【0005】
また、FRP製の棒部材を使用する方法を以下に説明する。図10に示すように、積層した素子3の上部に皿バネ7を介在させて、素子3の上下両端に一対の電極4、5を配置し、素子3の周りにFRP製の棒部材15を複数本配置し、上下の電極4、5に設けた装着穴にFRP製の棒部材15を嵌合させて上下の電極4、5とFRP製の棒部材15とを一体化し、素子3を保持してユニット化を行う。
【0006】
なお、避雷器を電気機器側と接地側との間に取り付ける際に、避雷器の上下両端をボルトで締め付けるとねじれの方向に圧力がかかってしまう。また、素子の近くでアークが発生した際には、避雷器内部の圧力が上昇してしまう。これらの圧力により、避雷器にねじれが生じてしまうと電極と素子との密着性が低下し、導電性が低下する可能性がある。この問題を解決するために、FRP製の棒部材を引張りの圧力を加えた状態で取り付けて、FRP製の棒から電極間を圧縮させる力を作用させ、剛性が高く、圧力に対するねじれが小さい避雷器が開示されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−231509号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2002−260905号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、FRP製の棒部材を使用した場合には、アークの発生等により、避雷器内部の圧力が上昇しFRP製の棒部材が直接圧力を受けるとともに、部材と接着するシリコーンゴム等からなるポリマー材料の外被部分が膨張することによる圧力も受ける。FRP製の棒部材の長さが長くなると剛性が小さくなるので、発生するモーメントが大きくなる。この結果、部材の幅、厚さを増す、または前記のようにFRP製の棒を引張の圧力をかけた状態で取り付ける等の対策が必要となり、避雷器製造のコストが増大してしまう。
【0010】
また、FRP製のパイプを用いた避雷器は、FRP製の棒部材を用いた避雷器に比べて剛性が大きいので、FRP製の棒部材を用いた避雷器に比べて避雷器にねじれが生じてしまう等の問題が起こる可能性は低い。しかし、FRP製のパイプと電極とを固定する際はネジを用いるのが一般的であり(FRP製のパイプと電極との双方にネジ加工を施し、ねじ込み、接着により固定する。または、電極に雌ネジを設け、その雌ネジと対応するFRP製のパイプの側面に雄ネジ貫通用の孔を設けネジ止めする等。)、このネジを用いた構造は組立作業の自動化が困難であり、量産に適していない。この結果、組立費用が増大し避雷器製造のコストが増大してしまうという問題がある。
【0011】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、前記課題を解決した避雷器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するための請求項1記載の避雷器は、パイプ部材の内部に非直線性の特性要素(例えば、酸化亜鉛を主成分とする素子など)を積層し、その要素を上下から電極で挟み込み、上下の電極とパイプ部材とを固定してなる避雷器において、前記パイプ部材にスリットを設けたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項2に記載の避雷器は、前記請求項1において、前記スリットは、パイプ部材の上端と下端とから設け、上端から設けたスリットと下端から設けたスリットのと間にパイプ形状部を残すことを特徴とする。
【0014】
また、請求項3に記載の避雷器は、前記請求項2において、前記パイプ部材の上端から設けたスリットと下端から設けたスリットとの間に中間のスリットを設けて、前記上端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間、および前記下端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間にパイプ形状部を残すことを特徴とする。
【0015】
また、請求項4に記載の避雷器は、前記請求項1〜3いずれかにおいて、前記上下の電極に凸部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凸部と凹部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする。
【0016】
また、請求項5に記載の避雷器は、前記請求項1〜3いずれかにおいて、前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凸部を設け、これらの凹部と凸部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする。
【0017】
また、請求項6に記載の避雷器は、前記請求項1〜3いずれかにおいて、前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凹部とリング状部材とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする。
【0018】
請求項1の避雷器は、スリットを設けたことで圧力を逃がすことができ、パイプ部材の端部の加工、端部を広げること等が容易となり、またスリットから容易にポリマー材料を注入できる。また、パイプ部材により素子部がユニット化されており、棒部材を用いたユニット化に比べて組立が容易である。
【0019】
請求項2の避雷器は、上端から設けたスリットと下端から設けたスリットの間にパイプ形状部を残しているので下記の作用効果がある。
【0020】
通常の棒部材を使用した場合は両端固定となり、例えば長さLの棒部材で、Wの等分布荷重を受けた場合のモーメントMは
【0021】
【数1】
【0022】
変位Dは
【0023】
【数2】
【0024】
により表される(Eは部材材料のヤング率、Iは部材の断面2次モーメントである)。本発明ではパイプ形状部を残すことで、同じ長さの棒部材と比べて、パイプ部材の評価長さが1/2となり、前記数式1からモーメントの値は1/4に、前記数式2から変位の値は1/16に低減できる。また、曲げモーメントに対し、部材には、曲がり側には圧縮力が、その反対側には引張力が発生する。引張力側は部材が破壊するまで荷重に耐えるが、圧縮側は圧縮力が大きくなるに伴い座屈を生じ、荷重を分担できなくなるため、結果として殆どの曲げ荷重を引張力側で担うことになってしまう。座屈の発生は固定条件が同じであれば部材の長さの2乗に反比例するため、本発明のパイプ部材は棒部材と比べて、評価長さが1/2であるので、棒部材の4倍の荷重まで座屈しない。すなわち圧縮加重を分担することができ、結果として同じ長さの棒部材と比べて曲げモーメントに対する剛性は大きい。
【0025】
請求項3の避雷器は、中間のスリットを一または複数設けることで、パイプ形状部を2箇所以上残すことができる。これにより、評価長さを小さくすることができ、パイプ部材の長さが長くスリットの面積が大きいことによる剛性の低下を緩和することができる。
【0026】
請求項4、5、6の避雷器は、電極とパイプ部材とを嵌合により固定できるので、組立に際してネジを用いる必要が無い。結果として組立が容易で、組立作業の自動化を実現しやすい。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0028】
図1は本発明の実施の形態に用いる素子ユニット部の断面図である。本発明では、パイプ1(例えば、FRP製のパイプ)を用いて素子ユニット部のユニット化を行う。図1に示すように、上下部に複数のスリット2、2aを設けたパイプ1の内部に素子3を積層し、積層した素子3と上部の電極4との間に皿バネ6を介在させて、素子3を上下の電極4、5で挟み込む。図1ではスリット2、2aはそれぞれ4個設けた場合を示す。上下の電極4、5とパイプ1との固定は、図2に示すように、上下の電極4、5の外周に凸部8を設け、パイプ1の上部と下部とに凹部9を設け、これら凸部8と凹部9とを嵌合させることにより行う。また、上下の電極4、5に凹部を設け、パイプ1の上部と下部とに凸部を設けて、これらを嵌合させてもよい。また、図3に示すように、上下の電極4、5とパイプ1の上部と下部とに凹部10、9を設けて、これらの凹部10、9とリング部材11とを嵌合させることもできる。これらの嵌合部に対応するパイプ1の外周部に脱落防止リング12を取り付けることで、嵌合部の脱落を防ぐことができる。なお、前記パイプ1の素材はFRPに限定されず、前記の機能を有するものであればよい。また、凸部と凹部の形状は、円形状、多角形状など、嵌合を行うことができればよい。なお、曲げ強度仕様、放圧の仕様が厳しい場合はコストアップとなるがネジによる固定も適用できる。
【0029】
スリット2、2aは図4に示すように、パイプ1の上端と下端とから中心方向に向けて設け、パイプ1の中心部はパイプ形状部13を残すようにする。図4では、スリット2、2aの数は上部に4つ、下部に4つ、合計8つ設けられているが、これに限定されるものではない。また、図4では、パイプ形状部13は、スリット2、2aを設けたパイプ部分よりも半径が大きくなっているが、これに限定されず、スリット2、2aを設けたパイプ部分と同じ半径でもよい。また図4では、スリット2、2aの先端は半円弧形状になっているがこれに限定されるものではなく、矩形形状、三角形状などでもよい。
【0030】
前記のようにスリット2、2aを設けることで、パイプ1の上下両端を容易に広げることができ、前記のように電極4、5とパイプ1とを嵌合により固定しやすくなる。嵌合による組立は、ネジによる組立に比べて作業が容易であり、作業の自動化を実現しやすい。また、素子ユニット部内の空間を充填するためのポリマー材料(シリコーンゴム等)をスリット2、2aから容易に注入することができる。また、スリット2、2aはガス放出部としての機能も果たし、異常電圧の印加等によりパイプ1内の圧力が増大した場合には圧力を逃がすことができ、避雷器の破損を防止することができる。
【0031】
また、図5に記載の変形例について説明する。図5に示すように、スリット2、2aの面積を大きくし、電極との固定に係る上下両端の面積を大きくしてパイプ1を構成する。スリット2、2aの面積を大きくすることで、パイプ1内の圧力が増大した場合にも容易に圧力を逃がすことができる。また、上下両端の面積を大きくして電極との固定をより強固に行うことで、スリット2、2aの面積増大に伴うパイプ1の強度の低下を補うことができる。
【0032】
また、図6に記載の変形例について説明する。パイプ1の長さが長い場合には、パイプ1にかかる曲げモーメントの大きさは増大し、前記のようにしてスリット2、2aを設けるとパイプ1の剛性は低下し、避雷器に圧力がかかった場合にねじれが発生する等の問題が生じる。そこで図6に示すように、スリット2と2aとの間に中間のスリット2bを設けることによりパイプ形状部13を2箇所以上残すことができ、パイプ1の剛性の低下を緩和することができる。なお、中間のスリット2bの数を増やすとパイプ形状部13の数も増加し、さらにパイプ1の剛性の低下を緩和することができる。
【0033】
また、図7に記載の変形例について説明する。図7に示すように、パイプ1の上端から設けたスリット2と下端から設けたスリット2aとは、長さ方向に対して同じ直線状に位置してなくとも、得られる効果は前記のものと同じである。
【0034】
また、図8に本発明の避雷器の構造例を示す。図8に示すように、外周部にスリット2、2aを設けたパイプ1の内部に素子3を積層し、積層した素子3と上部の電極4との間に皿バネ6を介在させて、素子3を上下の電極4、5で挟み込み、上下の電極4、5に凸部を設け、パイプの上部と下部とに凹部を設け、これら凸部と凹部とを嵌合させる。また、ポリマー外被14は、表面漏れ距離を確保するためにひだ付きの形状にすることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下の効果を奏する。
【0036】
避雷器の組立の自動化が実現でき、避雷器の製造コストを低減できる。
【0037】
スリットから圧力を逃がすことができ、避雷器の破損を防止できる。
【0038】
パイプ形状部を残すことで、避雷器の剛性の低下を緩和できる。
【0039】
パイプ部材を用いることで、棒部材と比べて避雷器の直径を小さくでき、小型軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の素子ユニット部の断面図
【図2】電極とパイプとの嵌合固定を示す要部拡大図。
【図3】電極とパイプとの嵌合固定を示す要部拡大図。
【図4】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図5】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図6】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図7】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図8】本発明の避雷器の断面図。
【図9】FRP製のパイプを用いた避雷器の従来例。
【図10】FRP製の棒を用いた避雷器の従来例。
【符号の説明】
1…パイプ
2、2a、2b…スリット
3…素子
4…上部電極
5…下部電極
6…皿バネ
8…電極の凸部
9…パイプの凹部
10…電極の凹部
11…リング部材
12…脱落防止リング
13…パイプ形状部
14…ポリマー外被
15…棒部材
Claims (6)
- パイプ部材の内部に非直線性の特性要素を積層し、その要素を上下から電極で挟み込み、上下の電極とパイプ部材とを固定してなる避雷器において、
前記パイプ部材にスリットを設けたことを特徴とする避雷器。 - 前記スリットは、パイプ部材の上端と下端とから設け、上端から設けたスリットと下端から設けたスリットとの間にパイプ形状部を残すことを特徴とする請求項1に記載の避雷器。
- 前記パイプ部材の上端から設けたスリットと下端から設けたスリットとの間に中間のスリットを設けて、前記上端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間、および前記下端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間にパイプ形状部を残すことを特徴とする請求項2に記載の避雷器。
- 前記上下の電極に凸部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凸部と凹部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の避雷器。
- 前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凸部を設け、これらの凹部と凸部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の避雷器。
- 前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凹部とリング状部材とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の避雷器。
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Cited By (2)
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US8446703B2 (en) | 2005-05-25 | 2013-05-21 | Tridelta Uberspannungsableiter Gmbh | Surge arrester with a cage design |
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2003
- 2003-06-27 JP JP2003184531A patent/JP4438330B2/ja not_active Expired - Fee Related
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