JP2010205852A - 避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】発電所または変電所用として要求される機械強度を備え、短絡時に素子破片の飛散を防止し、その放圧方向を制限してアークガスを瞬時に外部へ放出することができる避雷器を提供すること。
【解決手段】酸化亜鉛素子１の周囲に複数本の絶縁支持体４を配置し、酸化亜鉛素子１と複数本の絶縁支持体４を絶縁外皮６で一体的に被覆する。絶縁外皮６の外周面に突設されたひだ間において、酸化亜鉛素子１の表面からの肉厚の薄い薄肉部７を設ける。また、薄肉部７は、絶縁支持体４間に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力系統に発生した異常電圧から電気機器を保護するために用いられる避雷器に関し、特に、酸化亜鉛素子を含む内部要素をポリマー等の絶縁材料で直接外皮をモールドするタイプのポリマー形避雷器に関するものである。

一般的に、発電所または変電所用のポリマー形避雷器の内部要素は、複数積層された酸化亜鉛素子と、この酸化亜鉛素子の両端に配置された端子電極と、これらの端子電極を連結する複数のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の絶縁支持物とを備えて構成される。ポリマー形避雷器はこれら内部要素の周囲をポリマー等の絶縁材料で直接モールドし、絶縁外皮としている。

このような避雷器では、例えばＩＥＣ規格（６００９９−４）の放圧試験において、酸化亜鉛素子の耐量を上回るエネルギー注入による酸化亜鉛素子の破壊後、短絡電流が避雷器へ通電した場合、避雷器内部に高温・高圧のアークガスが発生する。このアークガスにより避雷器の内圧が上昇した場合は、内部要素の爆発的飛散へ至るが、内圧が上昇する前に絶縁外皮が開口した場合は、アークガスを瞬時に外部へ放出することができる。

過大な雷サージによる避雷器短絡時に発生するアークガスを瞬時に外部へ放出するための従来技術として、特許文献１に記載された限流要素ユニットがある。特許文献１では（（同文献の図３、図５を参照）、限流要素ユニットを構成する円筒状絶縁外皮のひだ間の一部の外周面に、曲率半径の大きい円弧面または楕円面等の滑らかな曲面で構成された薄肉部を設けている。この薄肉部は、過大な雷サージを受けた場合、瞬時に開口し、アークガスを外部へ放出するための放圧部となる。また、薄肉部を隣接する電線支持碍子に対して異なる方向へ取り付けることで、放出したアークガスによる電線支持碍子の損傷を回避することができる。

また、特許文献２では、ＦＲＰ等の絶縁支持物にて内部要素を支持し機械強度を向上させた避雷器が開示されている。この避雷器では、絶縁材料を絶縁支持物と一体的にモールドして絶縁外皮とするため、絶縁外皮形状の自由度は小さく、特許文献１に記載されているような曲率半径の大きい円弧面または楕円面等の薄肉部を設けることは困難である。

特開平１０−１６２９２７号公報 特開２００３−９２２０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された限流要素ユニット（同文献の図１、図４参照）は、同文献の図７のように避雷器において荷重がかからない場所に適用されるため、端子電極と酸化亜鉛素子を接着してポリマー等の絶縁外皮で酸化亜鉛素子を支持するという機械強度の期待できない構造である。つまり、この限流要素ユニットは、電流階級の低い配電用の避雷器としての構造を有する。このため、例えば変電所などに適用する場合には、このような支持構造では要求される機械強度を満足できないという問題点があった。

また、特許文献１に記載された支持構造の場合（同文献の図１、図４を参照）、避雷器短絡時に酸化亜鉛素子が破壊されると、素子破片の飛散を防ぐための構造が付与されていないので、アークガス放出と同時に絶縁外皮の開口部から素子破片が飛散するという問題点があった。

また、特許文献２の図３（ｃ）の構造では、避雷器に短絡電流が通電しアークガスが発生すると、一部又は全ての絶縁支持物間の絶縁外皮が開口し放圧する。このとき、薄肉部などが設けられていないことから、放圧方向を制御することができないため、不特定方向へアークガスが放出される。そのため、放圧方向によっては放出されたアークガスにより隣接機器が損傷する可能性があるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電所または変電所用として要求される機械強度を備え、短絡時に素子破片の飛散を防止し、その放圧方向を制御してアークガスを瞬時に外部へ放出することができる避雷器を提供す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、本発明に係る避雷器は、積層された非直線抵抗素子と、この非直線抵抗素子の積層方向の両側に配置された一対の端子電極と、前記非直線抵抗素子の周囲に複数本配置され、それぞれ前記積層方向に延伸するとともに、前記一対の端子電極を連結する絶縁支持体と、前記非直線抵抗素子と前記複数本の絶縁支持体とを一体的に被覆するとともに、外周面に突設された複数のひだを有する絶縁外皮と、を備え、前記絶縁外皮の前記ひだ間に前記非直線抵抗素子の表面からの肉厚の薄い薄肉部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁外皮のひだ間の外周面に薄肉部を設けるようにしたので、避雷器短絡電流通電時に発生するアークガスによって薄肉部が開口し、放圧口を形成するため、この放圧口によりアークガスを瞬時に外部へ放出することができる。また、放圧口は薄肉部にて形成されるため、放圧方向を制限することができる。

また、本実施の形態によれば、酸化亜鉛素子の周囲に複数の絶縁支持体を配置しているので、発電所または変電所用として要求される機械強度に対応することができる。また、絶縁支持体を設けることで、素子破片の周囲への飛散を防止することができる。

図１は、実施の形態１に係る避雷器の構成を示す縦断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ矢視横断面図である。 図３は、図２のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。

以下に、本発明に係る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、本実施の形態に係る避雷器の構成を示す縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視横断面図、図３は、図２のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。図１〜図３に示すように、本避雷器は、主たる構成要素として、例えば複数積層された非直線抵抗素子としての酸化亜鉛素子１と、酸化亜鉛素子１の上端面に配置された押圧ばね２と、酸化亜鉛素子１および押圧ばね２からなる直列体の両端に配置された一対の端子電極３と、酸化亜鉛素子１の周囲に配置され酸化亜鉛素子１の積層方向に延伸して端子電極３を締結する棒状の複数の絶縁支持体４と、少なくとも直列体の外周を絶縁支持体４と一体的に覆う絶縁外皮６と、を備えている。

すなわち、本避雷器では、酸化亜鉛素子１、押圧ばね２、端子電極３、および絶縁支持体４を主たる内部要素とし、これらの内部要素を覆うように、ポリマー等の絶縁材料でモールドすることで、絶縁外皮６としている。また、内部要素を組み立てる際は、押圧ばね２を圧縮させた状態で、絶縁支持体４を端子電極３に例えばボルト５で締め付け固着する。

酸化亜鉛素子１は１または複数積層することができ、図示例のように複数積層された場合には酸化亜鉛素子ブロックを構成する。酸化亜鉛素子１の断面形状は例えば円形である。

絶縁外皮６には、その外周面に突設されたひだが形成されている。このひだは前記積層方向（または、避雷器軸方向。以下、軸方向という。）に沿って略等間隔で複数個形成されている。絶縁外皮６は、例えばシリコーンゴムを材料として形成される。

図２は、図１をＡ−Ａに沿って切断し、矢印方向に見た横断面図であり、ひだ間の断面図を表している。図２に示すように、酸化亜鉛素子１の周囲には、例えば６本の絶縁支持体４が周方向に沿って例えば等間隔で配置されている。絶縁支持体４の断面形状は、それぞれ例えば円形である。絶縁支持体４は、機械強度の他に、避雷器短絡時に酸化亜鉛素子１の破片等が飛散するのを防ぐ効果も併せ持つため、絶縁支持体４の間隔が大きくならないように配置することが好ましい。具体的には、例えば絶縁支持体４の本数を３本以上とし、または、絶縁支持体４間の角度を１２０°以下とすることが好ましい。なお、絶縁支持体４の断面形状および数量が異なる場合においても、本実施の形態を同様に適用することができる。

図２に示すように、絶縁外皮６の外周面には酸化亜鉛素子１からの肉厚が薄い薄肉部７が設けられている。この薄肉部７は、絶縁支持体４間に設けられている。この薄肉部７の肉厚、詳細には酸化亜鉛素子１の表面と薄肉部７における絶縁外皮６の外表面との間の最短距離は、３〜５ｍｍにすることが好ましい。肉厚が３ｍｍより薄い場合、長期使用による表面の減肉が懸念され、５ｍｍより厚い場合、避雷器短絡時に薄肉部７が開口へ至る前に内圧が上昇するため、避雷器が爆発的飛散するおそれがある。

また、図２では、薄肉部７を例えば２箇所に設けている。また、これらは例えば径方向に対向するように配置されている。なお、薄肉部７の設置個数および設置箇所はこれに限定されず、１または複数個の薄肉部７を絶縁支持体４間に設けることができる。ただし、後述するように、放圧方向を限定するため、薄肉部数は１〜２個であることが好ましい。

また、薄肉部７は絶縁支持体４の形状に沿うように形成され、絶縁支持体４と絶縁外皮６表面間の肉厚は３ｍｍ以上が望ましい。３ｍｍより肉薄の場合、上記同様、長期使用による表面の減肉が懸念される。

図３に示す例では、薄肉部７は軸方向にスリット状に設けられている。すなわち、薄肉部７はひだ間で軸方向に延伸して設けられており、このような複数個の薄肉部７が、ひだを介在させて、軸方向に直線的に延在している。なお、本実施の形態では、薄肉部７をすべてのひだ間に設ける構成としているが、一部に設ける構成も可能である。

次に、本実施の形態の動作について説明する。避雷器に、短絡電流が流れると、避雷器内部に高温高圧のアークガスが発生する。このとき、アークガスによって一部の薄肉部７が開口すると、これが起点となり薄肉部７が裂けるように軸方向に開口するため、瞬時にアークガスを放出するのに十分な開口面積を持つ放圧口へと進展する。そしてアークガスは、この放圧口を経て外部へ放出される。

以上のような避雷器について放圧試験を実施した。放圧試験はＩＥＣ６００９９−４に従い、短時間過電圧により酸化亜鉛素子１を破壊した後、短絡電流６３ｋＡを０．２Ｓ通電した。結果は、絶縁外皮６に設けたスリット状の薄肉部７が軸方向に裂け、放圧口を形成し、アークガスを放出することができたため、酸化亜鉛素子１等の内部要素の爆発的飛散は見られなかった。

次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態によれば、絶縁外皮６のひだ間の外周面に薄肉部７を設けるようにしたので、避雷器短絡電流通電時に発生するアークガスによって薄肉部７が開口し、放圧口を形成するため、この放圧口によってアークガスを瞬時に外部へ放出することができる。

また、酸化亜鉛素子１の周囲に複数の絶縁支持体４を配置しているので、発電所または変電所用として要求される機械強度に対応することができる。また、絶縁支持体４を設けることで、素子破片の周囲への飛散を防止することができる。

また、放圧口は薄肉部７にて形成されるため、放圧方向を制御することができる。

本実施の形態においては、薄肉部７は周方向における絶縁支持体４間に設けられている。一方、特許文献１では、薄肉部は大きな円弧面または楕円面等により形成して塵埃が付着しにくいようにしているが、このような薄肉部を絶縁支持体４とともに構成することは困難である。本実施の形態では、薄肉部７を絶縁支持体４間に設け、絶縁支持体４を跨らないようにすることで、薄肉部７の形成を可能としている。

また、本実施の形態によれば、薄肉部７を軸方向にスリット状に複数個設けるようにしたので、避雷器短絡電流通電時に発生するアークガスによっていずれか一つの薄肉部７が開口すると、これが起点となり薄肉部７が裂けるように軸方向に開口するため、瞬時にアークガスを放出するのに十分な開口面積を持つ放圧口が形成される。そのため、５０ｋＡ〜６３ｋＡの短絡電流が通電した場合にも、避雷器内部に発生したアークガスを瞬時にかつ確実に放出することができる。

ところで、特許文献１に記載の構造（同文献の図１、図４を参照）では、薄肉部が軸方向の一部にしか設けられていないため、放圧時において絶縁外皮に形成される開口の面積が小さい。そのため、ＩＥＣ規格の放圧試験で規定されている５０〜６３ｋＡクラスの短絡電流が通電した場合、避雷器内部に発生した全てのアークガスを瞬時に放出することができない可能性があった。本実施の形態では、薄肉部７を軸方向にスリット状に複数個、特にすべてのひだ間に設けることで、上記のように５０ｋＡ〜６３ｋＡの短絡電流が通電した場合にも、確実に放圧することができる。

また、本実施の形態によれば、薄肉部７を絶縁外皮６の周方向に例えば１〜２箇所設置し、設置数を少数とすることで、放圧方向を限定することができる。

また、放出したアークガスによる隣接機器（図示せず）の損傷を防ぐため、薄肉部７を、隣接機器とは異なる方向へ向くように設置することが好ましい。設置する際は、薄肉部７を絶縁外皮６の外周面に設けているため、設置する方向を誤ることは無い。隣接機器としては、支持碍子、気中断路器などである。

また、薄肉部７と異なる方向を作業エリアとした場合、作業・点検中に避雷器が短絡しても、アークガスによる保守員への影響を回避することができる。

以上のように、本発明は、発電所または変電所用の避雷器として有用である。

１ 酸化亜鉛素子
２ 押圧ばね
３ 端子電極
４ 絶縁支持体
５ ボルト
６ 絶縁外皮
７ 薄肉部

Claims (5)

1. 積層された非直線抵抗素子と、
   この非直線抵抗素子の積層方向の両側に配置された一対の端子電極と、
   前記非直線抵抗素子の周囲に複数本配置され、それぞれ前記積層方向に延伸するとともに、前記一対の端子電極を連結する絶縁支持体と、
   前記非直線抵抗素子と前記複数本の絶縁支持体とを一体的に被覆するとともに、外周面に突設された複数のひだを有する絶縁外皮と、
   を備え、
   前記絶縁外皮の前記ひだ間に前記非直線抵抗素子の表面からの肉厚の薄い薄肉部が設けられていることを特徴とする避雷器。
2. 前記薄肉部は、前記絶縁外皮の周方向における前記絶縁支持体間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
3. 前記薄肉部は、前記積層方向に沿ってスリット状に複数個設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の避雷器。
4. 前記薄肉部は、前記周方向に１または２個設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の避雷器。
5. 前記薄肉部を隣接機器とは異なる方向に向けて設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の避雷器。

Images