JP2008218712A - 避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】 避雷器の非線形抵抗素子に発生する熱を効率的に放熱し、素子破壊を防止する。
【解決手段】 酸化亜鉛を主成分とする円柱状の非線形抵抗素子を、金属カラー（円柱状の金属）を介して複数枚積層し、その上下端部に主電極を配置した非線形抵抗積層体を内部要素とする避雷器において、金属カラーをある程度の厚み（円柱の高さ）を持たせ、非線形抵抗積層体の全般に均等に分散配置する。また金属カラー内部に低融点合金を封入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗素子を内部要素とした避雷器に関する。

送電線や送変電機器などから構成される電力系統に落雷などが発生した場合には系統に異常電圧が発生し、電力機器・設備を破壊する恐れがある。このような異常電圧から電力機器・設備を保護するために避雷器が用いられる。避雷器は通常の運用電圧下においては絶縁性能を示し、異常電圧（サージなどの高電圧）が発生した際には低抵抗特性を示す非線形抵抗体を用いる酸化亜鉛形避雷器が主流となっており、電力系統と対地電位との間に挿入される。異常電圧発生の際は酸化亜鉛形避雷器を通じて放電電流が対地に流れ異常電圧を制限し、通常電圧に復帰すると放電が停止し、避雷器は元の絶縁状態に戻る。

現在、避雷器の内部要素は図７に示すごとく、酸化亜鉛を主成分とする円柱状の非線形抵抗素子１を複数枚積層し、その上下端部に主電極２を配置した非線形抵抗積層体３にて構成されている。積層される非線形抵抗素子１間には通電と酸化亜鉛素子の放熱を兼ねた金属カラー（円柱状の金属）４を挿入している。一般に金属カラー４は非線形抵抗積層体３に均等に配置されているが、主電極２については絶縁板５の固定のため、金属カラー４より大きくするのが一般的である。酸化亜鉛素子の放熱を考慮した構成としては、金属カラーを円板状として、酸化亜鉛素子直径より金属カラー直径を大きくし、放熱効果を持たせた構成が特許文献１で提案されている。あるいは、金属カラーの代わりに間隙を持った電極で素子間を結合し、通気により放熱させる構成が特許文献２で提案されている。

また、酸化亜鉛形避雷器は非線形抵抗積層体３を容器６内に収納して構成される。容器６としては磁器製の管状容器を用いた碍子形避雷器が一般的であるが、用途によっては良好な電気絶縁性を有する六弗化硫黄（ＳＦ６）ガスを封入した金属タンク内に収納するタンク形避雷器（或いはＧＩＳ形避雷器）、ポリマー樹脂容器内に収納するポリマー形避雷器に大別される。
特開平８−２７９４０２号公報 特開平８−３１６００７号公報

長期に渡り酸化亜鉛形避雷器の品質を保持していくには避雷器動作時（通電時）に非線形抵抗素子１内部での発熱による素子の劣化を最小限に抑える必要がある。前述の通り、一般に非線形抵抗積層体内の金属カラーは上下端部が大きくなっている分、酸化亜鉛素子は積層体中央部に偏って配置されており、金属カラーも中央部に配置したものは高さ（厚み）が小さくなっており、これが熱の放散の妨げとなっている。特許文献１による方法は、素子直径より大きい平板状の金属を素子の間に挿入し、放熱効果を持たせているが、厚みの無い平板であるため、金属の熱容量が小さく、素子の中心軸よりの熱を吸収、放熱するには不十分である。また、金属板が素子外周より大きくはみ出しており、不平等電界を生じて絶縁性能の低下を招く可能性がある。特許文献２の方法は、素子間に空隙を設ける方法であるが、放熱効果は周囲の気体の熱伝導率に左右される。本発明は金属カラー４の配置・構成を改善し、非線形抵抗素子１から発生する熱の放熱性を高めることを目的とする。

酸化亜鉛を主成分とする円柱状の非線形抵抗素子を、金属カラー（円柱状の金属）を介して複数枚積層し、その上下端部に主電極を配置した非線形抵抗積層体を内部要素とする避雷器において、金属カラーをある程度の厚み（円柱の高さ）を持たせ、非線形抵抗積層体の全般に均等に分散配置したことを特徴とする。

本発明によれば、分散配置した金属カラーにより、非線形抵抗素子に発生した熱を効率よく吸収し、放熱できるため、非線形抵抗素子の信頼性を高めた避雷器を提供できる。

以下本発明に係る酸化亜鉛形避雷器の実施例について、図面を参照して説明する。

非線形抵抗素子１を非線形抵抗積層体３の中央部分に集中して配置していた従前の構成（図７）に対し、図１は非線形抵抗素子１と厚さを増加した金属カラー４を非線形抵抗積層体３全般に均等に分散配置した実施例を示している。
非線形抵抗素子１に接している金属カラー４の表面積が増加することによって、避雷器動作時に非線形抵抗素子１から発生する熱を効率よく金属カラーに吸収し、放熱することができる

図２は金属カラー４を非線形抵抗積層体３の中央部に偏らせて配置した実施例を示している。

非線形抵抗積層体３の温度上昇はその中央部が顕著に高いため、放熱材としての金属カラー４を中央部に配置することにより、避雷器動作時に非線形抵抗素子１から発生する熱を効率よく吸収・放熱することができる。

図３は実施例１または実施例２の金属カラー４内部に低融点合金７を適用した実施例を示している。

低融点合金７は、例えばビスマス・鉛・錫・カドミウムから組成される合金である。これを単一金属である金属カラー４の内部に封入し、非線形抵抗素子１から発生する熱を融解熱として吸収させることにより、非線形抵抗素子１における温度上昇を抑制することができる。

実施例３に記載の低融点合金７の組成として、ビスマス（４０％〜５０％）・鉛（２０％〜３０％）、錫（１０％〜１５％）、カドミウム（１０％〜１５％）とする。

作用・効果については実施例３に同じ。この組成は低融点合金として知られており、融点は70度C程度である。非線形抵抗素子１から発生する熱を融解熱として吸収させることにより、非線形抵抗素子１における温度上昇を抑制することができる。

図４に示すように、金属カラー４内部に空隙８を設け、外周を構成する金属の一部に外部と空隙をつなぐ貫通孔９を設ける。このことにより、非線形抵抗素子１の発熱を金属カラーが吸収し、低融点金属が融解した場合に、体積膨張があっても外部とつながる空隙があるため、金属カラーが爆発することを防止できる。貫通孔は、融解した金属が流れ出さないために、金属カラーの極力上部にある方が望ましい。また、非線形抵抗積層体３の外周を覆っている絶縁体にも、前記貫通孔が位置する部分に孔等設けておくことが望ましい。

図５は、実施例１〜実施例５に記載の特徴を有する非線形抵抗積層体３を内部要素とし、これを六弗化硫黄（ＳＦ６）ガス等を封入した金属タンク内に収納したタンク形避雷器（ＧＩＳ形避雷器）、図６はポリマー樹脂容器内に収納したポリマー形避雷器を示している。

金属カラー４の放熱面積の増加、発熱吸収部分への集中配置、低融点合金による熱の吸収作用を特徴とした非線形抵抗積層体３をタンク形（ＧＩＳ形）避雷器、ポリマー形避雷器に適用することにより、いずれの場合も非線形抵抗素子１から発生する熱を効果的に放熱することができる。

本発明の第１の実施形態を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図 本発明の第３および第４の実施形態を示す図 本発明の第５の実施形態を示す図 本発明を適用したタンク形避雷器を示す図 本発明を適用したポリマー形避雷器を示す図 従来の形態を示す図

符号の説明

１… 非線形抵抗素子
２… 主電極
３… 非線形抵抗積層体
４… 金属カラー
５… 絶縁板
６… 容器
７… 低融点合金
８… 空隙
９… 貫通孔

Claims (7)

1. 酸化亜鉛を主成分とする円柱状の非線形抵抗素子を、金属カラー（円柱状の金属）を介して複数枚積層し、その上下端部に主電極を配置した非線形抵抗積層体を内部要素とする碍子形避雷器において、金属カラーを非線形抵抗積層体の全般に均等に分散配置したことを特徴とする碍子形避雷器。
2. 酸化亜鉛を主成分とする円柱状の非線形抵抗素子を、金属カラーを介して複数枚積層し、その上下端部に主電極を配置した非線形抵抗積層体を内部要素とする碍子形避雷器において、金属カラーを非線形抵抗積層体の中央部分に偏らせて配置したことを特徴とする碍子形避雷器。
3. 金属カラーとして、単一金属内部にビスマス・鉛・錫・カドミウムからなる低融点合金を封入したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の碍子形避雷器。
4. 請求項３に記載の低融点合金の組成として、ビスマス４０％〜５５％、鉛２０％〜３０％、錫１０％〜１５％、カドミウム１０％〜１５％としたことを特徴とする請求項３に記載の碍子形避雷器。
5. 金属カラー内部に空隙を設け、金属カラー外周部分の金属に貫通孔を設けて前期空隙と連通させたことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の碍子形避雷器
6. 請求項１から請求項５に記した非線形抵抗積層体を内部要素として適用したことを特徴とするタンク形避雷器。
7. 請求項１から請求項５に記した非線形抵抗積層体を内部要素として適用したことを特徴とするポリマー形避雷器。

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