JP2008306136A - タンク形避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁パイプ内の放熱特性を改善して、温度上昇が２倍近く大きくなった責務を処理できるタンク形避雷器を得ること。
【解決手段】タンク形避雷器は、母線側導体と電気的に接続され電圧非直線特性を有する非直線抵抗体２０と、この非直線抵抗体２０を収納する絶縁パイプ１５と、非直線抵抗体２０及び絶縁パイプ１５を収容するとともに内部に絶縁ガスが充填されたタンクとを備え、絶縁パイプ１５の上端近傍に絶縁ガスを流通させる第１の通気孔（通気孔２３ｃ）が形成され、絶縁パイプ１５の下端近傍に絶縁ガスを流通させる第２の通気孔（切り欠き溝１７ａ）が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タンク形避雷器に係り、特に酸化亜鉛素子のように非直線性に優れた抵抗体を積層して非直線抵抗体を構成するとともに、放熱性を向上させたタンク形避雷器に関するものである。

タンク形避雷器としては、タンク中に六弗化硫黄ガスなどの絶縁ガスを封入することで絶縁耐力を確保し、かつ酸化亜鉛素子（避雷素子）を抵抗体として用いた避雷器が主流となっている。その構造としては、例えば、酸化亜鉛素子が積層されて成る非直線抵抗体を、絶縁パイプ内に収納して押圧ばねで付勢し、これを絶縁ガスが封入されたタンクに収容するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−４３１０７号公報

近年、動作開始電圧を２００Ｖ／ｍｍから４００Ｖ／ｍｍまで高くさせた酸化亜鉛素子（避雷素子）が開発されたことにより、タンク形避雷器は大幅に小型化されてきている。しかしながら、大幅な小型化がされた反面、酸化亜鉛素子の動作開始電圧が高くなったことに起因して、責務処理時の温度上昇も２倍近く大きくなってきている。これにより、避雷器が過大な責務を受けた場合に、従来と同じ放熱特性の構造では、避雷素子が熱的ストレスに耐えられなくなる場合がある。そして、この熱的ストレスに耐えられないと、避雷素子の課電による発熱が放熱を上回るため、熱暴走状態を引き起こすことが課題とされていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、絶縁パイプ内の放熱特性を改善して、温度上昇が２倍近く大きくなった責務を処理できるタンク形避雷器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のタンク形避雷器は、母線側導体と電気的に接続され電圧非直線特性を有する非直線抵抗体と、非直線抵抗体を収納する絶縁パイプと、非直線抵抗体及び絶縁パイプを収容するとともに内部に絶縁ガスが充填されたタンクとを備え、絶縁パイプの上端近傍に絶縁ガスを流通させる第１の通気孔が形成され、絶縁パイプの下端近傍に絶縁ガスを流通させる第２の通気孔が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、非直線抵抗体を収納する絶縁パイプの上端近傍と下端近傍に通気孔が形成されているので、絶縁パイプ内の絶縁ガスとタンク内の絶縁ガスとが円滑に置換され、避雷素子の熱が効率よく放熱される。これにより、温度上昇が２倍近く大きくなった責務を処理できるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態１であるＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）用避雷器の縦断面図である。図２は絶縁パイプと避雷素子との間に隙間が形成されている様子を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図３は絶縁パイプの上部にて母線側導体と絶縁パイプとを連結する連結金具の詳細を示す上面図である。図４は絶縁パイプの下部にて絶縁パイプを支持する第２金属フランジの詳細を示す正面図である。図５は第２金属フランジの側面図である。

図１において、避雷器１０１は、概略円筒状の金属容器（タンク）１１を有している。金属容器１１は、一端を底板１２にて閉塞され、他端を絶縁スペーサ１３にて閉塞されて密閉された空間を形成している。金属容器１１内には、例えば六弗化硫黄ガスなどの絶縁ガスが充填されている。避雷器１０１は、所定の設置場所に絶縁スペーサ１３側を上にして設置される。絶縁スペーサ１３は、母線１４を金属容器１１から絶縁した状態で支持している。金属容器１１の内部には絶縁パイプ１５が軸線方向に沿って収容されている。

絶縁パイプ１５は、例えばガラス繊維強化合成樹脂にて作製され、所定の内径と外径および長さを有する円筒状を成している。絶縁パイプ１５の絶縁スペーサ１３側に、第１金属フランジ（第１のフランジ部材）１６が固着されている。一方、絶縁パイプ１５の底板１２側に、第２金属フランジ（第２のフランジ部材）１７が固着されている。絶縁パイプ１５内には、短尺円柱状の避雷素子（酸化亜鉛素子）１９が複数積層されて非直線抵抗体２０を形成している。避雷素子１９は、酸化亜鉛粒子に添加物を加えて焼成したもので、印加される電圧が所定値を超えると急激にその抵抗値が減少する電圧非直線特性を有している。そして、系統電圧に対応して避雷素子１９の積層個数が決定される。

第１金属フランジ１６に、連結金具２３が、例えば貫通ボルト（図示しない）などの締着手段により固定されている。絶縁パイプ１５の周囲には、連結金具２３から延びる電界緩和用のシールド２５が、非直線抵抗体２０を上方から所定の長さだけ覆うように設けられている。連結金具２３は、母線側導体と非直線抵抗体２０との電気的接続をするとともに、および電界緩和用のシールド２５と非直線抵抗体２０との電気的接続をしている。第１金属フランジ１６と連結金具２３とは、絶縁パイプ１５の上端に設けられた上端端部部品を構成している。

第１金属フランジ１６の内側で、非直線抵抗体２０と連結金具２３との間に、導電性の押圧ばね２７が縮設されている。押圧ばね２７は、非直線抵抗体２０及び連結金具２３間を電気的に接続するとともに避雷素子１９を積層方向に押圧して各避雷素子１９を所定の圧力で接触させている。連結金具２３と母線１４との間に両者を電気的に接続する接続導体２９が設けられている。

絶縁パイプ１５は、底板１２上に第２金属フランジ１７により支持されている。第２金属フランジ１７には後述する切り欠き溝１７ａが形成されている。第２金属フランジ１７内には、非直線抵抗体２０を下端で支持する金属板３１と、金属板３１と底板１２との間に挟まれて両者間の電気的絶縁をする絶縁スペーサ３２とが収納されている。非直線抵抗体２０（避雷素子１９）は、金属板３１からリード線（図示しない）を介して金属容器１１の外部のアース電位に設置されている。

図２に示されるように、絶縁パイプ１５と避雷素子１９との間には、半径方向に所定の大きさの隙間が形成されている。この隙間は、絶縁パイプ１５の内で絶縁ガスの対流が発生したときに絶縁ガスの流路となる。

図３に示されるように、連結金具２３は、概略円板状のフランジ部２３ａと、このフランジ部２３ａの中央に立設する円柱状の連結部２３ｂと、この連結部２３ｂの同心円上に等間隔に形成された６個の通気孔２３ｃとから構成されている。通気孔２３ｃの大きさは、６個の通気孔２３ｃの開口面積（流路の流通断面積）の合計値が、絶縁パイプ１５の径方向断面積から避雷素子１９の径方向断面積を減算した面積よりも大きくなるように、つまり、絶縁パイプ１５内部で絶縁ガスの流路となる隙間の径方向断面積（絶縁ガスの流通方向に垂直な断面積（図２））よりも大きくなるように形成されている。この通気孔（第１の通気孔）２３ｃは、絶縁パイプ１５内の絶縁ガスを外部（金属容器１１内部）に流通させる。つまり、通気孔２３ｃは、絶縁パイプ１５の上端で絶縁パイプ１５内の絶縁ガスを上方に逃がす（対流させる）。

図４及び図５に詳細に示されるように、第２金属フランジ１７の底板１２と密着する下面には、放射状に広がる６本の切り欠き溝１７ａが形成されている。この切り欠き溝１７ａは、絶縁パイプ１５内を絶縁ガスが上方に移動するのにともない、周囲の絶縁ガスを絶縁パイプ１５内に吸い込む通気孔の役目をする。そして、切り欠き溝１７ａは、絶縁ガスの流通方向と垂直な断面が矩形となるように形成されており、６本の切り欠き溝１７ａの開口面積（流路の流通断面積）の合計値は、絶縁パイプ１５内部で絶縁ガスの流路となる隙間の径方向断面積（図２）よりも大きくなるようにされている。

避雷器１０１の動作を説明する。非直線抵抗体２０は、制限電圧といわれる一定の電圧を越えない電圧が印加されているときには絶縁材と同様の高抵抗であり、制限電圧を越えた電圧が印加されると低抵抗となって電流が流れる。これにより、避雷器１０１は、接続されている送電線の電圧を制限電圧に近い電圧に抑制する。

以上のように本実施の形態の避雷器１０１においては、非直線抵抗体２０を収納する絶縁パイプ１５の上端に設けられた連結金具２３に通気孔２３ｃを設け、絶縁パイプ１５の下端を支持する第２金属フランジ１７に通気孔として動作する切り欠き溝１７ａを設けている。絶縁パイプ１５内を上方に移動する絶縁ガスを、絶縁パイプ１５の上端から上方へ効率良く逃がす（対流させる）ことができ、また、絶縁パイプ１５内を絶縁ガスが上方に移動するのにともない、周囲の絶縁ガスが切り欠き溝１７ａから絶縁パイプ１５内に吸い込まれ、絶縁パイプ１５内の絶縁ガスと金属容器１１内の絶縁ガスとが円滑に置換され、避雷素子１９の熱が効率よく放熱される。これにより、避雷素子１９自体の放熱が向上するので、過大責務による温度上昇に耐えることができる。

実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１の連結金具２３の通気孔２３ｃに替えて、同じ上端端部部品である第１金属フランジ１６に通気孔を形成するものである。図６はこの発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態２であるＧＩＳ用避雷器の縦断面図である。図７は絶縁パイプの上端において押圧ばねを収納する実施の形態２の第１金属フランジ１６の詳細を示す上面図である。図８は実施の形態２の第１金属フランジ１６の側面図である。図６から図８において、本実施の形態の第１金属フランジ（第１のフランジ部材）１６の連結金具２３と密着する上面には、放射状に広がる６本の切り欠き溝１６ａが形成されている。切り欠き溝１６ａは、絶縁パイプ１５内の絶縁ガスを絶縁パイプ１５の上端から上方へ逃がす（対流させる）通気孔の役目をする。そして、切り欠き溝１６ａは、絶縁ガスの流通方向と垂直な断面が矩形となるように形成されており、６本の切り欠き溝１６ａの開口面積（流路の流通断面積）の合計値は、絶縁パイプ１５内部で絶縁ガスの流路となる隙間の径方向断面積（図２）よりも大きくなるようにされている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

以上のように本実施の形態においては、第１金属フランジ１６の連結金具２３と密着する上面に、通気孔となる切り欠き溝１６ａが形成されているので、実施の形態１の避雷器と概略同様な効果を得ることができるとともに、通気孔を溝にて形成することができるので、作製が容易でコストダウンを図ることができる。

なお、本実施の形態の切り欠き溝１６ａは、第１金属フランジ１６の連結金具２３と密着する上面に形成されているが、連結金具２３の第１金属フランジ１６と密着する下面に形成されてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１の第２金属フランジ１７に形成された切り欠き溝１７ａに替えて、絶縁パイプ１５の下部に絶縁ガスを吸い込む通気孔を形成するものである。図９はこの発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態３であるＧＩＳ用避雷器の縦断面図である。図９において、本実施の形態の絶縁パイプ１５の下部側面には、複数の通気孔（第２の通気孔）１５ａが空けられている。複数の通気孔１５ａの開口穴面積の合計値は、絶縁パイプ１５内部で絶縁ガスの流路となる隙間の径方向断面積（図２）よりも大きくなるようにされている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

以上のように本実施の形態においては、絶縁パイプ１５の下部側面に通気孔１５ａが空けられているので、絶縁パイプ１５内を絶縁ガスが上方に移動するのにともない、周囲の絶縁ガスが通気孔１５ａから絶縁パイプ１５内に吸い込まれ、これにより、絶縁ガスが絶縁パイプ１５の上端から放出されやすくなる。すなわち、本実施の形態においても、実施の形態１と概略同等の放熱特性の向上を図ることができる。また、絶縁パイプ１５の側面に通気孔１５ａを形成するのは、第２金属フランジ１７に形成された切り欠き溝１７ａを形成するよりも少ない加工費で形成することができるので、コストダウンを図ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態は、実施の形態２の第２金属フランジ１７に形成された切り欠き溝１７ａに替えて、絶縁パイプ１５の下部に絶縁ガスを吸い込む通気孔を形成するものである。図１０はこの発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態４であるＧＩＳ用避雷器の縦断面図である。図１０において、本実施の形態の絶縁パイプ１５の下部側面には、複数の通気孔（第２の通気孔）１５ａが空けられている。複数の通気孔１５ａの開口穴面積の合計値は、絶縁パイプ１５内部で絶縁ガスの流路となる隙間の径方向断面積（図２）よりも大きくなるようにされている。その他の構成は実施の形態２と同様である。本実施の形態においても、実施の形態２と概略同等の放熱特性の向上を図ることができる他、絶縁パイプ１５の側面に通気孔１５ａを形成するので、さらにコストダウンを図ることができる。

上述の実施の形態１〜４の選択は、タンク形避雷器の輸送管理基準の一項目である衝撃加重により行われる。この衝撃加重に関しては、納入先の仕様などにより、例えば水平方向に３Ｇ、垂直方向に５Ｇの衝撃加重に耐えることが要求されることがある。絶縁パイプ１５に通気孔１５ａを形成すると、部品加工費は低減できるが衝撃加重に対しては弱くなる。従って、絶縁パイプ１５に通気孔１５ａを形成するか、第２金属フランジ１７のように絶縁パイプ１５の下端に配設される部材に通気孔を形成するかは、絶縁パイプ１５の強度がどれくらい要求されるかにより適宜選択される。

以上のように、本発明にかかるタンク形避雷器は、電力系統に設置されて、急峻かつ高電圧の雷サージや開閉サージが系統に発生又は侵入したときに、系統に設けられている電気機器が絶縁損傷を起こさないように過電圧を制限するために設けられるタンク形避雷器に有用であり、特に酸化亜鉛素子のように非直線性に優れた抵抗体を積層して非直線抵抗体を構成するタンク形避雷器に最適なものである。

この発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態１の縦断面図である。 絶縁パイプと避雷素子との間の隙間の様子を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 連結金具の詳細を示す上面図である。 第２金属フランジの詳細を示す正面図である。 図４の第２金属フランジの側面図である。 この発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態２の縦断面図である。 実施の形態２の第１金属フランジの詳細を示す上面図である。 実施の形態２の第１金属フランジの側面図である。 この発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態３の縦断面図である。 この発明にかかるタンク形避雷器の実施の形態４の縦断面図である。

符号の説明

１１ 金属容器（タンク）
１２ 底板
１３ 絶縁スペーサ
１４ 母線
１５ 絶縁パイプ
１５ａ 通気孔（第２の通気孔）
１６ 第１金属フランジ（第１のフランジ部材／上端端部部品）
１６ａ 切り欠き溝（第１の通気孔）
１７ 第２金属フランジ（第２のフランジ部材）
１７ａ 切り欠き溝（第２の通気孔）
１９ 避雷素子（酸化亜鉛素子）
２０ 非直線抵抗体
２３ 連結金具（上端端部部品）
２３ａ フランジ部
２３ｂ 連結部
２３ｃ 通気孔（第１の通気孔）
２５ 電界緩和用シールド
２７ 押圧ばね
２９ 接続導体
３１ 金属板
３２ 絶縁スペーサ

Claims (8)

1. 母線側導体と電気的に接続され電圧非直線特性を有する非直線抵抗体と、
   前記非直線抵抗体を収納する絶縁パイプと、
   前記非直線抵抗体及び前記絶縁パイプを収容するとともに内部に絶縁ガスが充填されたタンクとを備え、
   前記絶縁パイプの上端近傍に前記絶縁ガスを流通させる第１の通気孔が形成され、
   前記絶縁パイプの下端近傍に前記絶縁ガスを流通させる第２の通気孔が形成されている ことを特徴とするタンク形避雷器。
2. 前記第１の通気孔は、前記絶縁パイプの上端に設けられた上端端部部品に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタンク形避雷器。
3. 前記上端端部部品は、前記絶縁パイプの上端を覆うとともに前記非直線抵抗体及び母線側導体間を電気的に接続する連結金具である
   ことを特徴とする請求項２に記載のタンク形避雷器。
4. 前記上端端部部品は、前記絶縁パイプの上端に設けられた第１のフランジ部材である
   ことを特徴とする請求項２に記載のタンク形避雷器。
5. 前記非直線抵抗体は、積層された複数の避雷素子で成り、
   前記第１のフランジ部材は、内部に、前記非直線抵抗体及び母線側導体間を電気的に接続するとともに前記避雷素子を積層方向に付勢する押圧ばねを収納している
   ことを特徴とする請求項４に記載のタンク形避雷器。
6. 前記第２の通気孔は、前記絶縁パイプの下端に設けられた第２のフランジ部材に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のタンク形避雷器。
7. 前記非直線抵抗体は、短い円柱状の酸化亜鉛の避雷素子が複数個積層されて成る
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタンク形避雷器。
8. 前記通気孔が他部材と密着する面に彫り込まれた溝により形成されている
   ことを特徴とする請求項１及び３から７のいずれか１項に記載のタンク形避雷器。

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