JP2011515818A - 高電圧碍子及び及びそれを用いた高電圧電力線 - Google Patents

Abstract

電力設備又は電力線を構成する高電圧導体を位置固定するため、高電圧碍子の絶縁コアをその一端で高電圧導体又はその連結手段に対し連結する一方、その絶縁コアの他端に設けた金属製の締結要素を使用し支持部例えばタワーにその碍子を固定する。雷に対する保護性能をその碍子に持たせるため、更に、その端部間に並ぶようｍ個の電極を絶縁コアに装着して多電極系を形成する。電極の配置は、隣り合う電極間、絶縁コアの一端付近にある電極と高電圧導体又はその連結手段との間、並びに絶縁コアの他端付近にある電極とタワーに固定された金属製締結要素との間で、放電が生じうるような配置とする。その碍子には、多電極系が原因で発生する碍子沿面距離の短縮分を補償する補償手段も設ける。この種の碍子を使用した電力線では避雷器が不要になる。

Description

本発明は、電力設備や高架電力線乃至送配電網で高電圧導体の位置固定に使用される高電圧碍子及びそれを利用した高電圧電力線（ＨＥＰＬ）に関する。

高電圧碍子としては、襞状のリブを備えた絶縁性のコア（通常は磁器製）を、その両端に設けた金属製のフランジを利用し、高電圧導体や支持構造物に固定する仕組みの支持碍子が知られている。非特許文献１を参照されたい。この従来型碍子には、雷過電圧が発生した瞬間にフランジ間空隙にてフラッシュオーバが発生する、という問題がある。固定先の高電圧導体に印加されている稼働周波数電圧の影響を受けるため、フラッシュオーバは稼働周波数の累積アークに転化し、それによってその碍子が損傷することがある。

こうした累積アークから上掲の碍子を保護するには、既知の通り、金属製のロッドで保護間隙を形成すればよい。即ち、非特許文献２記載の如く、碍子に対し電気的に並列な関係となるようロッド間にスパーク放電用の空隙を形成すればよい。碍子表面に沿ったリーク経路や気中を通るフラッシュオーバ経路の距離より短い間隙距離になるようその空隙を形成しておけば、過電圧が発生した瞬間に碍子沿面ではなくロッド間保護間隙内でフラッシュオーバが発生するので、稼働周波数の累積アークが発生するのも碍子表面沿いではなくロッド間となる。反面、こうした保護間隙付碍子では、保護間隙でフラッシュオーバが生じたときに接続先送配電網に回路短絡が生じるため、その碍子が配備されている高電圧設備を緊急にシャットダウンする必要がある。

２個の碍子からなる連碍子に関しても、各碍子に備わる金属製の接続端子上にロッドを設けてその碍子をアークの発生から保護する、という策が知られている。但し、上掲の碍子と違い、この連碍子では、金属製のリンク上にロッド状電極を固定することで、碍子間に３個のロッドをとびとびに配列する。特許文献１（Ｈ０１Ｔ ４／０２，１９８７年）等を参照されたい。その結果、１個ではなく２個のスパーク放電空隙が発生してその碍子のアーク沈静能がいくらか高まるため、この対アーク保護ロッド付連碍子では、一相地絡回路で一般的な数十Ａオーダの波尾電流を好適に沈静させることができる。しかし、雷過電圧で生じる二相又は三相地絡回路にて一般的な１００Ａ超の電流は沈静させえない。

技術面で本発明に最も近い従来形碍子としては、絶縁性を有する円筒状のコアに螺旋状の襞を複数個設けたものがある。そのコアの両端には金属製の電極が都合２個固定されており、当該コアの内部には案内電極が配されている。その案内電極は、コアの中途にありコア表面に向かって延びる金属突起を有しており、一種の中間電極として機能する。特許文献２（Ｈ０１Ｂ １７／１４，１９９８年）を参照されたい。この種の碍子では、雷過電圧が発生した瞬間に、一方の金属電極から中間電極を経て他方の金属電極に至る螺旋状の経路を辿り、そのコアの表面に沿って放電が進行する。フラッシュオーバ経路が長いと稼働周波数電圧による累積アークが発生しないので、この種の碍子であれば、その配備先電力設備をシャットダウン無しで稼働させ続けることができる。即ち、この種の碍子は、その本来機能に加え雷に対する保護機能も備えているので、一種の避雷器として使用することができる。

ただ、この従来型碍子が避雷器として常に役立つとはいえない。例えば、周囲の空気がひどく汚れている場合や、湿度が高い場合や、２００ｋＶ超といった甚だしい過電圧の場合には、長い螺旋経路を辿っての放電ではなく、襞間空隙の絶縁破壊を伴う最短軌跡での放電が発生する。即ち、避雷器としての機能が失われるため、この碍子でも従前の碍子と同じくフラッシュオーバが累積アークへと転化する。加えて、コアの中途にある金属突起の作用でリーク経路が短くなるので、この碍子に加えうる最高の電圧は低く、碍子としての実効性もさほど良好でない。

また、ＨＥＰＬとしては、高電圧碍子を介し支持タワーや支持ポールに導体を固定し、その碍子を避雷器で保護する仕組みのものが幾種類か知られている。特許文献３（Ｈ０２Ｈ ９／０６，２００５年，譲受人は本願出願人）等を参照されたい。例えば、各種インパルス避雷器を碍子に対し並列接続した構成のものである。これについては特許文献４（Ｈ０２Ｈ １／００，１９９４年），特許文献５（Ｈ０２Ｈ ９／０６，２００４年）等を参照されたい。

そうした従来型ＨＥＰＬのなかで本願記載の構成に最も近いのは、特許文献６（Ｈ０２Ｇ ７／００，１９９７年，譲受人は本願出願人）に記載のＨＥＰＬであろう。この従来型ＨＥＰＬは、支持体、金属製の固定具によってその支持体に固定された碍子、連結手段によって碍子に連結されており高電圧で稼働する少なくとも１個の導体、並びに雷過電圧からその碍子を保護する手段を備えており、その保護手段はインパルス避雷器として構成されている。

そのインパルス避雷器が適正に選定され適正に接続・連結されていれば、この従来型ＨＥＰＬでも、雷に対する高い保護性能を実現することができる。しかしながら、多数のインパルス避雷器を使用する必要があるのでこのＨＥＰＬは複雑な構成になり、同じ理由でその製造コストや組立コストも高くなる。

米国特許第４６６５４６０号明細書 露国特許第２１０７９６３号明細書 露国特許第２２４８０７９号明細書 米国特許第５２８３７０９号明細書 露国特許出願公開第２００２１２６８１０号明細書 露国特許第２０９６８８２号明細書 米国特許第４３０８５６６号明細書 露国特許第２１８３０３７号明細書 露国特許第２２９９５０８号明細書 露国特許第２３４６３６８号明細書

"High voltage techniques", Ed. D.V.Razevig, Moscow, "Energiya" Publishing House, 1976, p.78 "High voltage techniques", Ed. D.V.Razevig, Moscow, "Energiya" Publishing House, 1976, p.287 "Insulation of high-voltage installations", Kuchinsky, G.S., et al., Moscow, "Energoatomizdat" Publishing House, 1987, p.145

本発明の第１の目的は、ほどほどのコストで製造して稼働させることができ、碍子としても避雷器としても確実に機能する高性能な高電圧碍子を提供すること、ひいてはＨＥＰＬで使用される高電圧導体、変電所を初めとする電力設備で使用されるワイヤ乃至ケーブル等、電力線構成要素のうち高電圧下で稼働するものを好適に固定しうる碍子を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、技術的及び経済的に優れた性質を有するＨＥＰＬを提供すること、即ち稼働中に雷過電圧が加わったときでも確実に機能し、その構成が従来のＨＥＰＬに比べ簡素で低コストなＨＥＰＬを提供すること、ひいては送配電の信頼性を高めることにある。

上述した第１の目的を達成するため、本発明の第１実施形態に係り、電力設備又は電力線を構成する高電圧導体をそれ単体で又は共に連碍子を構成する他の高電圧碍子と協働して位置固定する高電圧碍子は、絶縁コアと、その絶縁コアの端部に固定具として備わる第１及び第２締結要素と、を備え、そのうち第１締結要素が、高電圧導体に対し、或いはその連碍子中でその前段にある高電圧碍子の第２締結要素に対し、直に又は連結手段を介して連結できるよう構成されており、またその第１締結要素とは逆側の端部にある第２締結要素が、高電圧導体用の支持部に対し、或いはその連碍子中でその次段にある高電圧碍子の第１締結要素に対し連結できるよう構成されている高電圧碍子であって、衝撃的な雷過電圧が加わったときに、第１締結要素とそれに隣接する１個又は複数個の電極との間、隣り合う電極の間、並びに第２締結要素とそれに隣接する１個又は複数個の電極との間でそれぞれ放電が生じるよう、絶縁コアに連結され且つその絶縁コアの端部間に配されたｍ個（但しｍ≧５）の電極からなる多電極系（ＭＥＳ）を、備えることを特徴とする。

本実施形態では、ＭＥＳ内で隣り合っている電極間にスパーク放電空隙が発生する。その空隙の間隙距離ｇ、即ち隣り合う電極間の距離は、その間隙に求められる絶縁破壊電圧の値に基づき選定する。具体的には、その碍子の電圧クラス、その碍子の想定用途、並びにその碍子で対処すべき過電圧の種類（誘導過電圧かそれとも直接落雷による過電圧か）を踏まえ、０．５〜２０ｍｍの範囲内で選定すればよい。本実施形態の現実的用途の多くでは、間隙距離ｇを数ｍｍ程度にすればよいであろう。

そのＭＥＳを構成する電極の総数ｍは様々な要因を考慮して決定する。考慮するのは、例えば、その碍子の電圧クラス、その碍子の想定用途、その碍子で対処すべき過電圧の種類、その過電圧に続く累積アークにおける電流の値域、並びにそのアークを沈静させるための条件である。当該条件については例えば特許文献９（Ｈ０２Ｈ ３／２２，２００７年）の記載を参照されたい。後述の通り、電極は少なくとも５個あれば足りるが、アークに流れる電流が大きいことを踏まえると、本実施形態の碍子における電極の総数は２００個以上とするのが望ましい。反面、本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には自明な通り、多数の電極を碍子に設けることでその碍子の沿面距離がかなり短くなり、その碍子を使用できる最高許容電圧の低下等、その絶縁特性に大きな低下が生じる可能性がある。

多数の電極でＭＥＳを構成することによるこうした不本意な結果を避けるため、本実施形態では、そのＭＥＳが原因で発生する碍子沿面距離の短縮分を補償する補償手段も設ける。この補償手段は、例えば、その隣接電極間リーク経路の長さが隣接電極間放電空隙の間隙距離に電極１個分の長さを加えた長さより大きくなるよう、少なくとも一部の電極間（ｋ対の隣り合う電極間；但し３≦ｋ≦ｍ−１）に、絶縁面に沿った隣接電極間リーク経路を発生させる構成にするのが望ましい。本発明の技術的範囲内で補償手段が採りうる形態は多様である。ｋ値の選定を含め、使用する補償手段の形態は、その補償手段が使用される高電圧碍子の種類及び具体的稼働条件に従い定めるべきである。

例えば、ＭＥＳを構成する電極を、それぞれ、絶縁コアへの装着に使用される幅狭な脚部と、その電極の隣にある電極の方を向く幅広な梁部と、を有するＴ字状の電極とすることができる。この場合、隣り合う電極間に生じる空隙、並びにそれらの電極の脚部間にある絶縁コア構成部分が上掲の補償手段として働く。

また、電極を本高電圧碍子に埋め込むこともできる。この場合、それらの電極を本高電圧碍子の表面から隔てる絶縁素材層、並びに本高電圧碍子の表面に達するよう隣り合う電極間に形成された切れ込み（例えばスリット又は円形孔）を設け、上掲の補償手段として働かせることができる。そうした構成では、個々の切れ込みを電極の埋込先部位に比べて深くすることで、或いは切れ込みのうち電極の埋込先部位より深い部分における対向面間隔を浅い部分における対向面間隔よりも大きくすること（即ち放射方向に沿って切れ込みの幅を変えること）で、絶縁面に沿った隣接電極間沿面距離を更に延ばすことができる。

更に、その又は個々の電極が絶縁面（例えば絶縁コアの表面）から空間的に隔てられるようその絶縁面上に１個又は複数個の絶縁素子を配すると、それらの絶縁素子が上掲の補償手段として働く。例えば、絶縁面から突出するようｍ個の絶縁素子を設け、個々の絶縁素子上に電極を１個ずつ担持させるようにするとよい。

また、１個又は複数個、より一般的にはｎ個（但しｎ≧１）の絶縁素子によって、絶縁コアの表面から突出する絶縁性の螺旋襞が１個又は複数個形成されるようにしてもよい。例えば、絶縁性を呈する１個又は複数個の襞上に幾つかの電極を配する一方、残っている別の絶縁素子上に、個々の絶縁素子が電極を１個ずつ担持するよう、幾つかの電極を配してもよい。この場合、絶縁素子の総数はｍ＋ｎ個となる。

絶縁性を呈する１個又は複数個の螺旋襞で１個又は複数個の電極を担持する構成を採る場合、例えば、単独で又は並走して形成されている螺旋襞のうち少なくとも１個の、少なくとも１個の端面（例えば前面）に、その電極を配するようにするとよい。その切れ込みは、例えば、隣り合う電極間に位置することとなるようその螺旋襞に形成するとよい。

そして、本実施形態は様々な種類の碍子に適用することができる。例えば、その絶縁コアの形状が、実質的に、円筒状、円錐台状又は平坦円盤状の碍子である。円盤状の絶縁コアを使用し本実施形態の碍子を実現する場合は、例えば、その絶縁コアの下面（底面）から突出するよう、絶縁性の襞を絶縁コアに少なくとも１個設けるとよい。

同じく第１の目的を達成するため、本発明の第２実施形態に係り、電力設備又は電力線を構成する高電圧導体をそれ単体で又は共に連碍子を構成する他の高電圧碍子と協働して位置固定する高電圧碍子は、絶縁コアと、その絶縁コアの端部に固定具として備わる第１及び第２締結要素と、を備え、そのうち第１締結要素が、高電圧導体に対し、或いはその連碍子中でその前段にある高電圧碍子の第２締結要素に対し、直に又は連結手段を介して連結できるよう構成されており、またその第１締結要素とは逆側の端部にある第２締結要素が、高電圧導体用の支持部に対し、或いはその連碍子中でその次段にある高電圧碍子の第１締結要素に対し連結できるよう構成されている高電圧碍子であって、隣り合う電極間に放電が生じる配列になるよう電極コアに連結されたｍ個（但しｍ≧５）の電極を有し、本高電圧碍子を取り巻く稼働周波数電界の等電位線のうち１本又は複数本に沿い、本高電圧碍子の沿面リーク経路に直交するよう形成されたＭＥＳと、空隙によって絶縁コアから空間的に隔てられており、それぞれその一端が、静電的に又は空隙を介し第１及び第２締結要素のうち対応するものと電気的に接続されており、それぞれその他端が、空隙を介しＭＥＳの端部のうち対応するものと電気的に接続されている第１及び第２リンク電極と、を備えることを特徴とする。

本実施形態では、過電圧が加わった瞬間に、ＭＥＳの第１リンク電極側端部（具体的にはその端に位置する１個の電極）が高電位となり、それと同時にそのＭＥＳの第２リンク電極側端部が低電位となる。

そのＭＥＳの位置は稼働周波数電界の方向に対し直交している。即ち、その碍子におけるリーク経路の方向に対し直交しているので、沿面距離の実質的な短縮は生じない。従って、本実施形態では、ＭＥＳを設けているにもかかわらず、沿面距離の短縮分を補償する手段を設ける必要がない。そのため、碍子としても避雷器としても確実に機能する碍子を低コストで提供することができる。

その絶縁コアとして円錐状のコアを使用する場合、ＭＥＳを設ける位置はその絶縁コアの底部平坦面上にするのが望ましい。円盤碍子（別称：キャップ付ピン碍子）を構成する円盤状の絶縁コアの下面に同心状の襞を設ける場合、その絶縁コアの縁に沿ってＭＥＳを配置することが可能であるほか、そのコア上にある任意の襞の頂部平坦面上にもＭＥＳを配置することができる。

また、そのＭＥＳを、互いに異なる等電位線上に位置する複数個の部分で構成するようにしてもよい。即ち、本高電圧碍子の沿面リーク経路に対し直交する方向に沿い、互いに異なる位置にある等電位線上に個々の部分を配するようにしてもよい。それらＭＥＳ構成部分の端部のうち、固定具たる第１又は第２締結要素に接続されていない端部には接続電極を設ける。ＭＥＳ構成部分同士はその接続電極を介し対向させる。対向している接続電極同士は静電的に又は空隙を介し相互接続させる。こうした構成は、円錐状の絶縁コアを有する碍子でも実現することができるが、円盤状の絶縁コアを有する円盤碍子の方が望ましい。即ち、円盤状の絶縁コアの下面に同心状の襞を設け、個々のＭＥＳ構成部分をその襞のうち対応するものの端面上に配列するのが望ましい。

そして、第２の目的を達成するため、本発明に係るＨＥＰＬは、支持部と、それ単体で又は連碍子の構成要素として使用される碍子と、少なくとも１個の高電圧導体と、を備え、それ単体で使用される碍子、或いは連碍子を構成する碍子のうち初段の碍子が、その碍子に高電圧導体を直に又は連結手段を介し連結するための固定具となる締結要素を備え、それ単体で使用される碍子、或いは連碍子を構成する碍子のうちいずれかの支持部のそばにある碍子が、対応する支持部にその碍子を固定するための固定具となる締結要素を備えるＨＥＰＬであって、その碍子のうち少なくとも１個が本発明に係る高電圧碍子、例えば上掲のいずれかの実施形態に係る高電圧碍子であることを特徴とする。このＨＥＰＬでは、少なくとも１個の碍子（好ましくはＨＥＰＬ内支持部１個当たり少なくとも１個の碍子）が、本来の絶縁機能だけでなく雷に対する保護機能も担うので、それとは別に避雷器を設ける必要がない。従って、雷過電圧が加わっているときの機能的信頼性を高めると同時にＨＥＰＬの構成を簡略化する、という前掲の目的を達成することができる。

螺旋襞及びＴ字状金属平板電極複数個を有する碍子の一例を示す縦断面図である。 図１に示した碍子の断面図である。 螺旋襞及びそれに埋め込まれた短尺金属円筒状電極複数個を有する碍子の一例を示す縦断面図である。 図３に示した碍子の断面図である。 図３及び図４に示した碍子における螺旋襞の一例構成を示す部分拡大断面図である。 図３及び図４に示した碍子における螺旋襞の別例構成を示す部分拡大断面図である。 絶縁コア及びその表面に配列された絶縁素子複数個を有する長幹碍子を示す前面図である。 図７に示した碍子の電極配置線沿い部分拡大断面図である。 円盤状絶縁コア及びその下面上に位置する螺旋襞を有する円盤碍子を示す前面図である（一部断面）。 図９に示した碍子の底面図である。 図９及び図１０に示した碍子の部分拡大破断底面図である。 その碍子のうち図１１に示したのと同じ部分の前部断面図である。 絶縁コア及びその下縁沿いに配された中間電極群を有する円錐碍子を示す前面図である（明瞭化のため一部を透明化して図示）。 図１３に示した碍子の底面図である。 本発明に係る碍子を部品として使用したＨＥＰＬ用連碍子を示す斜視図である（明瞭化のため一部を透明化して図示）。 円盤状の絶縁コア及びその下面に同心形成された襞を有する円盤碍子を示す前面図である（一部は断面）。 図１６に示した碍子の底面図である。 本発明の一実施形態に係るＨＥＰＬの要部概略図である。 本発明の他の実施形態に係るＨＥＰＬの要部概略図である。

以下、別紙図面を参照して説明を行う。

図１及び図２に、本発明の第１実施形態に係る碍子の第１構成例１００を示す。これは、磁器等の硬質誘電体で形成された円筒状の単体型支持碍子であり、円筒状の絶縁コア２に絶縁性の螺旋襞３を設けた構成を有している。その用途は、図１８に示したタイプのＨＥＰＬ等、高電圧が加わる導体１の位置を固定することであり、そのための固定具としては金属製の第１締結要素（図示せず）及び第２締結要素１５が使用されている。高電圧導体１はその第１締結要素によって本碍子１００の上部に連結されており、本碍子１００の下部は第２締結要素１５によって導電性の接地側支持部１６（図１８参照）に連結されている。

また、本碍子１００はｍ個の中間電極５からなるＭＥＳを備えている。この電極５の個数ｍには下限値があり、その値はＬＦＡＬ−１０向けに導き出されている原理に従い定めることができる。ＬＦＡＬ−１０、即ち１０ｋＶ定格のループ型ロングフラッシュオーバ避雷器は特許文献９（Ｈ０２Ｈ ３／２２，２００７年）に記載のＭＥＳを備える避雷器であり、高電圧電力線にて広く利用されている。その稼働実験で確認されている通り、ＬＦＡＬ−１０を用い雷に対する保護を図る場合、波尾電流の初回零交差時点でアークが沈静されるようＭＥＳ電極個数を１５個以上にする必要がある。その想定用途が３ｋＶ以上の電圧向けの電力線であることを踏まえると、本碍子１００におけるＭＥＳ電極総数ｍは５個以上にする必要があろう。

本碍子１００の場合、それらの電極５は螺旋襞３の外周面（頂面）に固定されており、隣り合う電極５間にはスパーク放電空隙が形成されている。前述の通り、その空隙の間隙距離ｇは０．５〜２０ｍｍの範囲内で任意に定めることができ、その好適値は数ｍｍ程度である。本碍子１００に雷過電圧が加わることで１００ｋＶオーダ以上の強いインパルス放電電圧が発生した場合に、雷インパルスが通過した放電チャネルを（稼働周波数の波尾電流が実質的に生じないよう）直ちに消滅させたいのであれば、電極５の所要個数ｍは１００個以上となる。スパーク放電空隙は、更に、電極５のうち端に位置しているもの（初段及び終段電極）と、第１及び第２締結要素のうち対応するものとの間にも形成されている。それらの空隙の間隙距離も上掲の距離ｇ以上となるよう定めるのが望ましい。

従って、高い雷過電圧が高電圧導体１に加わると、その導体１又はその連結手段（図示せず）に連結されている第１締結要素（図示せず）と、電極５のうちその導体１の近くにある初段電極と、の間の空隙が絶縁破壊する。次いで、隣り合う電極５間のスパーク放電空隙が連鎖的に絶縁破壊するカスケード放電を経て放電チャネル６が成長する。そのチャネル６は、最終的に、接地側支持部１６に連結されている第２締結要素１５に到達する。即ち、第１締結要素・初段電極５間区間、短い複数個の電極５間区間、並びに終段電極５・第２締結要素１５間区間を含むチャネル６が形成されるため、第１締結要素で連結されている導体１と、第２締結要素１５で連結されている支持部１６との間が、そのチャネル６によって接続されるに至る。

このとき、電極５のうち負に帯電しているものの表面付近では、５０〜１００Ｖ程度の陰極電圧降下が発生する。電極が２個（陰極１個と陽極１個）しかない従来型の放電システムならば、合計放電電圧がｋＶオーダに上るため、こうした陰極電圧降下は目立たない。しかし、本碍子１００では電極５を極めて多数使用している。その電圧クラスが１０ｋＶなら、稼働周波数の波尾電流を発生させずに放電を終息させるのに、およそ１００個の電極５が必要となろう。そのため、本碍子１００では陰極電圧降下の影響が現れやすい。即ち、電極５間の短い空隙で生じた陰極電圧降下が、放電チャネル６における総電圧降下の大部分を占めるため、電極５間の放電で解放されるエネルギが、そのチャネル６から解放されるエネルギの大部分を占めることとなる。その結果、電極５の温度が上昇してチャネル６の温度が低下する。そのチャネル６は、雷過電圧の影響で電極５に流れる雷電流が零値に達した後、素早く冷えてその抵抗値が増していく。この時点では、稼働周波数電圧がまだ本碍子１００に印加されているが、チャネル６の総抵抗値が高くなっているため、放電は持続しないで終息に向かう。従って、本碍子１００を用いたＨＥＰＬは緊急シャットダウン無しで稼働させ続けることができる。即ち、本碍子１００は効果的な避雷器機能を有する高電圧碍子であるので、従来のＨＥＰＬと異なり、雷に対する保護に特化した避雷器を接続する必要もない。

また、碍子本来の機能は絶縁機能であるので、表面結露や汚濁が生じている状態で稼働周波数電圧を連続印加したときでも、その絶縁が確実に保たれることが求められる。この点に関し、露国のＥＩＲ（Electrical Installations Regulations）では実効沿面距離比ｌ_ｓｐを定めている。これは、その碍子又は連碍子で絶縁を確実に保てると保証できる実効的な沿面距離を、連続的な許容上限電圧降下Ｕ_ｐｅｒｍで除した値である。例えば、６〜７５０ｋＶクラスのＨＥＰＬで使用される支持連碍子や、金属製の支持部上で使用されるピン碍子に関しては、ＥＩＲは、その実効沿面距離比ｌ_ｓｐとして１．４〜４．２ｃｍ／ｋＶの範囲内の値を規定している。どういった値にすべきかは、電力線種別、電圧クラス並びに汚濁の度合いによって左右される（非特許文献３参照）。従って、本碍子１００の場合、高電圧導体１と、接地側支持部１６に接続されている接地側の第２締結要素１５と、の間に発生する沿面リーク経路の全長（総沿面距離）Ｌ_Σを、次の式
Ｌ_Σ＝Ｕ_ｐｅｒｍ×ｌ_ｓｐ （１）
で与えられる値以上にしなければならない。

このリーク経路は、高電圧導体１又はその連結手段１７に連結されている第１締結要素から電極５のうち導体１に最も近い初段電極に至る沿面リーク経路（長さ＝ｌ_{ｌｅａｋ１}）、ｍ個の電極５間に生じる沿面リーク経路（合計の長さ＝（ｍ−１）×ｌ_{ｌｅａｋ０}）、並びにｍ番目に位置する終段電極５から接地側の第２締結要素１５に至る沿面リーク経路（長さ＝ｌ_{ｌｅａｋｍ}）から構成されている。従って、総沿面距離Ｌ_Σはそれらのリーク経路の長さの和であるので、ｌ_{ｌｅａｋ１}＝ｌ_{ｌｅａｋ０}＝ｌ_{ｌｅａｋｍ}ならば式（１）を
（ｍ＋１）ｌ_{ｌｅａｋ０}＝Ｕ_ｐｅｒｍ×ｌ_ｓｐ （２）
と書き換えることができる。この式（２）を変形して得られる次の式
ｌ_{ｌｅａｋ０}＝Ｕ_ｐｅｒｍ×ｌ_ｓｐ／（ｍ＋１） （３）
に、前述の如く波尾電流を終息させうるよう設定した電極総数ｍを代入することで、隣接する中間電極５間の沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}についてその許容下限値を求めることができる。式（３）から読み取れるように、その値は、電力線における許容上限電圧降下Ｕ_ｐｅｒｍ、実効沿面距離比ｌ_ｓｐ、並びに電極５の個数ｍで決まっている。

従来型碍子であれば、絶縁性螺旋襞３の頂部平坦面に沿ったリーク経路は、高電圧導体１から第２締結要素１５に至る最短のリーク経路とはならない。絶縁コア２の円筒面に沿った螺旋状リーク経路の方が短いからである。しかし、碍子１００の襞３の頂面上にＭＥＳの電極５を配するとその面に沿った螺旋状リーク経路が短くなるため、電極５の個数ｍが十分に多いと、上掲の経路ではなくこちらの経路の方が、導体１から第２締結要素１５に至る最短のリーク経路になってしまう。式（３）から読み取れるように、この経路では許容上限電圧降下Ｕ_ｐｅｒｍが小さくなるためその碍子の絶縁性が相応に低下する。こうした不本意な結末を避けるため、本碍子１００では、図２の如く、電極５のうち襞３から張り出す部分をＴ字状にして幅広な梁部８を持たせる一方、個々の電極５に備わる幅狭な脚部４でその電極５を襞３に固定するようにしている。こうすると、電極５の脚部４によって襞３が複数部分に分断される。それらの部分は、電極５間の空隙と共に、ＭＥＳを設けたことに伴う碍子沿面リーク経路短縮分を補償する補償手段として働く。また、襞３の縁に沿った絶縁部分の全長は電極５の存在によって短縮されるが、脚部４が幅狭であるのでその短縮分は小さい。

ＭＥＳを構成する電極５がこうした形状であるので、図２に示すように、隣り合う電極５間の沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}がスパーク放電空隙距離ｇよりも大きくなる。従って、本碍子１００でも、螺旋襞３に沿った経路ではなく絶縁コア２の円筒面に沿った螺旋状の経路の方が、高電圧導体１から第２締結要素１５に至る最短のリーク経路となる。言い換えれば、本碍子１００では、その絶縁性を全面的に保ちつつ、新たに避雷器としての特性が実現されている。また、本碍子１００に求められる絶縁性の水準がさほど高くない場合、全ての隣接電極対で上掲の（即ちやや複雑な形状の）電極５を使用する必要はなく、そのうち一部（ｋ対）の電極５だけで使用すれば足りる。ｋの値は、絶縁コア２の円筒面における沿面距離と襞３の頂面における沿面距離との関係に基づき決めればよい。その最適値は３≦ｋ≦ｍ−１の範囲内にある値である。残りの電極５の形状は、より簡略で製造が容易な形状、例えば平板、バー乃至円筒とすればよい。

そして、電極５間の空隙に塵埃がたまりにくいため、本碍子１００はかなり汚れた雰囲気中でも使用することができる。

図３及び図４に、本発明の第１実施形態に係る碍子の第２構成例１００を示す。本碍子１００も円筒状であり、その固定具として２個の締結要素が使用されている（図３には第２締結要素１５のみを図示）。本碍子１００も、その螺旋襞３上に複数個の電極５を配してＭＥＳを形成する構成を採っているが、前掲の第１構成例と違い、それらの電極５が略円筒状の短尺金属部品で形成されていて、本碍子１００の外部ではなく内部、具体的には襞３の内部に埋め込まれている。更に、その襞３には複数個の切れ込み７が形成されている。この例における切れ込み７は、その幅がａ、深さがｂのスロットである。深さｂは電極５の埋込先部位よりも深い。幅ａは電極５間に形成される短いスパーク放電空隙の間隙距離ｇ（好ましくは数ｍｍ）以上であり、電極５はその空隙によって相互に分離されている。

拡大図たる図５に明示されているように、本碍子１００では、隣り合う電極５間の沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}を増大させる補償手段が、螺旋襞３を形成している絶縁素材層、即ち電極５を螺旋襞３の表面から隔てている層と、切れ込み７との協働によって形成されている。こうした構成であればより容易に製造することができる。更に、放射方向に延びる深さｂの切れ込み７のうち本碍子１００の軸に近い部分の深さｃを変化させるだけで、或いは電極５を襞３の表面から隔てる絶縁素材層の厚みを変化させるだけで、必要に応じ距離ｌ_{ｌｅａｋ０}を変化させることができる。加えて、図５から読み取れるように、切れ込み７の幅を間隙距離ｇより大きくすることでも距離ｌ_{ｌｅａｋ０}を大きくすることができる。

図６に、切れ込み７の形状を工夫することで沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}を大きくした変形例を拡大して示す。この例では、切れ込み７のうち電極５より深いところにある部分を相応の形状例えば円筒状にすることで、その電極５より深い部分における切れ込み７の対向面間隔を、螺旋襞３の表面付近における切れ込み７の幅ｇより大きくしている。明らかな通り、この形状では沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}が大きくなるので、電極５の使用に起因した碍子沿面距離短縮分を補償する補償手段の効果が高まる。

また、本碍子１００に課される具体的な条件や、本碍子１００に纏わる他のパラメタ間の関係、例えば絶縁コア２の直径や螺旋襞３の全長を踏まえ、上掲の特別な（即ち製造がやや難しい）形状にし又はその深さｂを大きくする切れ込み７を、一部の切れ込み７だけに留めるようにしてもよい。

図７及び図８に、本発明の第１実施形態に係る碍子の第３構成例１０１を示す。本碍子１０１は長幹状であり、長幹状の第２締結要素１５で接地側支持部１６に固定されている。その絶縁コア２は釣り鐘状の面を有しており、その面上には螺旋沿いにｍ個の絶縁素子９が並んでいる。この絶縁素子９は電極５間のリーク経路を延ばす補償手段として機能している。電極５はその絶縁素子９内に固定されており、またその素子９から突出している。絶縁素子９の形状は例えば平板状、バー状又は円筒状、素材は例えばシリコンラバーであり、接着等でコア２に固定されている。

また、この例では、円筒状になるよう電極５が細長いワイヤで形成されており、電極５間が１〜数ｍｍ程度の距離ｇを有する短いスパーク放電空隙で隔てられている。補償手段が絶縁素子９によって形成されているので、隣り合う電極５間の沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}は、図８に示す如く、隣り合う絶縁素子９のそれぞれに沿ったリーク経路の長さと、絶縁コア２のうちそれら隣り合う電極５で挟まれている面に沿ったリーク経路の長さとの和、即ち２ｃ＋ａとなる。こうした構成では、沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}が、間隙距離ｇに比べても、個々の電極５の長さに比べてもかなり長くなる。稼働周波数電圧が加わる空隙の絶縁破壊強度は、汚れ又は濡れている絶縁面に沿った放電電圧に比べかなり高いので、こうして絶縁素子９上に電極５を実装し、電極５が並ぶ線に沿った総沿面距離の短縮分を補償させることが有益である。即ち、本碍子１０１では、その絶縁性を全く低下させずに、避雷器としての特性を向上させている。しかも、本碍子１０１には、標準的な量産型磁器製長幹碍子を利用し製造できる、という大きな現実的意義がある。

反面、絶縁コア２の表面に多数の絶縁素子９を固定する必要があるため、本高電圧碍子１０１の製造工程はやや込み入ったものとなりうる。これを避けるには、素子９を複数個結合させた構成を有する１個又は複数個の長尺絶縁素子を形成し、コア２の表面から突出するようその又はそれらの長尺絶縁素子を設ければよい。例えば、その又はそれらの長尺絶縁素子を螺旋状にし、絶縁性螺旋襞を１本又はｎ本形成するようにすればよい。

図９〜図１２に、本発明の第１実施形態に係る碍子の第４構成例１０２を示す。これは、円盤状の懸垂碍子を変形したものであり、懸垂連碍子を構成する個別の碍子としても使用することができる。本碍子１０２は円盤状であり、円盤状の絶縁コア２の底面（下面）に絶縁性の螺旋襞を２本形成した構成を有している。それらの螺旋襞のうち１本（１０）は専ら絶縁用であり、ＭＥＳ使用時に最短沿面距離を実現するのに使用されている。他の１本（３）の躯体には複数個の電極５が埋め込まれており、また電極５間を分ける切れ込み７が形成されている。切れ込み７は、図５及び６に示した形状でもよいが、この例では図１０及び図１２に示す如く円形孔となっている。本碍子１０２では、避雷器としての性能を高めるため、こうして気体入りの放電室が電極５間に形成されている。

本碍子１０２では、図示しない電線、それとの連結手段又は（同じ連碍子でその前段に位置している）別の碍子の第２締結要素１２（例えばピン）に、第１締結要素たるキャップが接触しているので、インパルス状の過電圧が発生すると、そのキャップ１１から絶縁コア２の上面に沿ってＭＥＳの初段電極５へと図９の如く放電が進行する。次いで、図１０に示す如く、電極５間の空隙が連鎖的に絶縁破壊してピン１２までその放電が進行する。放電が進行する方向は図９及び図１０中に矢印で示した通りである。こうしてスパーク放電のチャネルが形成されると、そのスパーク放電チャネルは超音速で拡幅する。電極５間に形成されている放電室の容積はかなり小さいので、それに伴いその内部で高い圧力が発生する。その圧力を受け、電極５間に形成されているスパーク放電チャネルはまずコア２の外面方向に押され、次いでコア２周囲の空気中に押し出されていく。こうした押圧力が作用するので、図１〜図８に示した諸構成に比べ、アーク沈静能が有意に高くなる。反面、気体入りの放電室になる切れ込み７は汚れやすい。そのため、図９及び図１０に示す如く切れ込み７が設けられている碍子１０２は、外気の汚れが少ない場所で使用するのが望ましい。

これら、第１実施形態に係る碍子の絶縁機能及び避雷器機能は比較試験で確認済である。供試品となったのは二種類の直流３ｋＶクラス碍子である。一方の碍子は（１）螺旋襞を有する磁器製の懸垂碍子、具体的にはチェコ共和国所在の企業Ｅｌｅｋｔｒｏｐｏｒｃｅｌｅａｎ Ｌｏｕｎｙ ａ．ｓ．によって製造されたＬ３０３６−１２（商品名）である。他方の碍子は（２）そのＬ３０３６−１２に本発明の第１実施形態を適用した碍子、即ちその襞沿いに絶縁素子９を複数個配すると共にＭＥＳを形成した碍子である。絶縁素子９やＭＥＳを構成する電極５は図８に示す構成とした。より具体的には、２ｍｍ径のステンレス鋼線を１０ｍｍ長に切断したものを電極５、１０ｍｍ幅・８ｍｍ高のシリコンラバー製バーを７ｍｍ長に切断したものを絶縁素子９とし、前者を後者に刺して使用した。絶縁素子９の上部は半球状とした。絶縁素子９は特殊なシリコーン（登録商標）系接着剤で螺旋襞の端面に接着した。

両碍子の主要パラメタを表１に示す。

螺旋襞の端面長が約２５００ｍｍ、電極総数ｍが２４０、電極間間隙距離ｇが０．５ｍｍであるため、総空隙長Ｇ＝（ｍ＋１）×ｇは（２４０＋１）×０．５＝１２０ｍｍとなる。前掲のＥＩＲで規定されている実効沿面距離比ｌ_ｓｐの値が外気の汚れ具合に応じ１．４〜４．２ｃｍ／ｋＶの範囲内で定まることと、供試品の直流電圧クラスＵが３ｋＶであることを踏まえ計算すると、それらの碍子の総沿面距離Ｌ_ｌｅａｋ＝Ｕ・√３・ｌ_ｓｐは３・√３・（１．４÷４．２）＝７．３÷２２ｃｍとなる。

この計算から判る通り、ＭＥＳを導入しただけの碍子ではその総沿面距離Ｌ_ｌｅａｋが不許水準まで短くなる可能性がある。これに対し、第１実施形態碍子では、ＭＥＳ導入に伴う沿面距離短縮分を補償する手段として絶縁素子９を導入したため、隣接電極間沿面距離ｌ_{ｌｅａｋ０}が２ｃ＋ａに拡がっている。供試品ではａ＝ｃ＝２．５ｍｍであるのでこの距離ｌ_{ｌｅａｋ０}は７．５ｍｍに等しく、螺旋襞を辿る経路沿いに配置された電極間の総沿面距離Ｌ_ｌｅａｋ＝（ｍ＋１）×ｌ_{ｌｅａｋ０}は従って（２４０＋１）×７．５＝１８０７．５ｍｍ≒１８１ｃｍに等しい。即ち、第１実施形態碍子では、その汚れ具合によらずほぼ全ての領域でＬ_Σ＞Ｌ_ｌｅａｋが成り立っている。

また、表１には、両碍子に稼働周波数電圧や雷インパルスを印加する試験の主な結果も示してある。まず、稼働周波数電圧のみを印加した場合の放電特性は、どちらの碍子も概ね同じ特性であった。これは、稼働周波数電圧に対する碍子の絶縁性が電極の配設で損なわれないことを意味している。

次に、オシログラフを用い計測したところによれば、衝撃的な雷インパルスを受けたときに、従来型碍子では電圧がほぼ０値まで低下している。これは、最短経路を辿り気中を過ぎるフラッシュオーバが発生したため、言い換えればその抵抗値が極めて小さな放電チャネルが形成されたためである。従って、この従来型碍子が電力線に実装されている場合、雷インパルスを受けてフラッシュオーバが発生したときに、そのフラッシュオーバに係る放電チャネルに大きな波尾電流が流れることとなる。即ち、電力線の回路短絡が生じるため、接続先の送配電網を緊急シャットダウンすることが必要になる。

対するに、第１実施形態碍子では、複数個の電極を巡る螺旋状の経路を辿りフラッシュオーバが進行するため、電圧値が０値まで低下することはない。寧ろ、その直流電圧クラス（稼働周波数電圧）＝３ｋＶよりも高い４ｋＶ程の電圧が実質的に残留する。これは、その碍子が避雷器として好適に機能し雷過電圧が碍子で遮断されるため、大きな波尾電流が生じえないこと、ひいては送配電網をシャットダウンする必要がないことを意味している。

以上、本発明の第１実施形態に係る碍子及びＨＥＰＬの基本構成や動作原理を明示すべく幾つかの構成例及び変形例について説明を行った。いわゆる当業者には自明な通り、それらの構成例乃至変形例に施せる改変は数多くある。

例えば、中間電極の形状を、図１及び図２に示したＴ字状ではなく、より製造が容易なＬ字状にしてもよい。沿面距離を増やすべく電極側面を絶縁層で被覆してもよい。図９及び図１０に示した構成では、絶縁螺旋襞３及び１０のうち襞３のみにＭＥＳを実装したが、その双方にＭＥＳを実装することもできる。そうした場合、衝撃的な雷過電圧が加わったときに、双方のＭＥＳが機能して波尾電流がＭＥＳ間分流されることから、波尾電流をより容易に沈静させることができる。更に、図１〜図６及び図１８に示した碍子をそれ単体で使用するのではなく、複数個の碍子からなる連碍子の構成要素として使用することもできる。そして、本発明に係る碍子やそれを構成要素とする連碍子は、ＨＥＰＬに限らず様々な高電圧設備で利用することができる。導体の固定に限らずブスバーの固定等にも使用することができる。

図１３及び図１４に、本発明の第２実施形態に係る碍子の第１構成例１５０を示す。これは、テーパ付の絶縁コア２１及びそれに付随する固定具で構成されている。その固定具のうち第１締結要素として使用されているのは金属製のロッド１２であり、第２締結要素として使用されているのはキャップ１１である。空気力学的特性がよい形状であるため汚濁の進行が遅いので、本碍子１５０は、外気がひどく汚れている環境でも使用することができる。また、その絶縁コア２１の下縁には、中間電極２２が距離ｇの間隙２６を隔てて複数個配されており、それらの電極２２によってＭＥＳ２５が形成されている。碍子下縁は大部分そのＭＥＳ２５によって占められているが、残りの小部分には中間電極２２が設けられていないため、ＭＥＳ２５の端部間には距離Ｇの間隙２９が生じている。図１４では、それらの端部が本碍子１５０の中央を通る縦線の左右に描かれている。そのうち左側の端部は下側の第１リンク電極２４、右側の端部は上側の第２リンク電極２３とそれぞれ対向している。第１リンク電極２４とそれに対向する端部（初段の中間電極２２）との間には距離Ｓ_２のスパーク放電空隙２８、第２リンク電極２３とそれに対向する端部（終段の中間電極２２）との間には距離Ｓ_１のスパーク放電空隙２７がそれぞれ形成されている。第１リンク電極２４は本碍子１５０のロッド１２、第２リンク電極２３は同じくキャップ１１に、それぞれ電気的に接続されている。

図１５に、この碍子１５０で構成された連碍子３００の一部分を示す。図示した部分は２個の碍子１５０から構成されており、１個目の碍子１５０（下側）に備わる第１締結要素（この例ではキャップ１１）と、２個目の碍子１５０（上側）に備わる第２締結要素（この例ではロッド１２）とが連結されている。上側にある碍子１５０のキャップ１１は図１９に示すＨＥＰＬの支持部１６に、下側にある碍子１５０のロッド１２はＨＥＰＬの高電圧導体１に連結されている。より多数の碍子１５０で連碍子３００を構成する場合は、上側にある碍子１５０のキャップ１１がより上側の碍子のロッドに連結されることも、また下側にある碍子１５０のロッド１２がより下側の碍子のキャップに連結されることもある。なお、明瞭化のため、この図では碍子本体を透明にしてある。

この構成では、碍子１５０に過電圧が加わると、図１３中の空隙２７及び２８が絶縁破壊してＭＥＳ２５に過電圧が加わるため、中間電極２２間のスパーク放電空隙２６が連鎖的に絶縁破壊していく。最終的には、複数個の小区間からなる放電チャネルを介しその碍子１５０のキャップ１１・ロッド１２間が電気的に接続される。この放電機構は、過電圧による電流が０値に減少するとすぐに、その放電を終息させる機構として働き出す。特記すべきことに、ＭＥＳ２５が碍子１５０の下縁に位置しているため、ＭＥＳ２５を設けたことによる絶縁性の低下が実質的に発生しない。即ち、ＭＥＳ２５の位置がその碍子１５０を取り巻く電界の等電位同心線の上であり、その線が最短リーク経路と直交しているため、碍子１５０の上面及び下面に沿ってキャップ１１からロッド１２に至るリーク経路の沿面距離が電極２２の幅分しか短くならない。例えばＰＳＫ−７０（製品名）にその幅が５ｍｍの電極２２を設けた場合、碍子表面に沿ったリーク経路長が３１０ｍｍから５／３１０＝１．６％縮まるだけである。このことは、電極２２同士が導電性の塵埃で接続される高汚濁且つ高湿な環境でも成り立つ。リンク電極２３及び２４は碍子１５０の上面及び下面のうち対応する面から数ｃｍ離れた位置にあるので、それらの影響で碍子１５０のリーク経路が短くなることはない。従って、碍子１５０の端から端に至る放電の経路は、図１３〜図１５に矢印で示した経路となる。即ち、本連碍子３００の使用中に衝撃的な過電圧が加わると、まずＨＥＰＬの高電圧導体１に連結されている初段の碍子１５０（この例では下側にある方）でスパーク放電空隙の絶縁破壊が起きる。その過電圧が次段の碍子１５０に加わると、その碍子１５０のスパーク放電空隙でも絶縁破壊が起きる。３個以上の碍子で構成されている連碍子では、同様の絶縁破壊プロセスがそれらの碍子で順繰りに起こっていく。

前述の通り、ＭＥＳ２５を構成する中間電極２２の総数ｍは５以上とされる。より具体的には、中間電極２２の個数ｍや、中間電極２２間にあるスパーク放電空隙２６の間隙距離ｇ、ＭＥＳ２５の端部間にある間隙２９の距離Ｇ、並びにリンク電極２３，２４とそれと対向する端部上の電極２２との間にある間隙２７，２８の距離Ｓ_１，Ｓ_２（符号同順）は、衝撃的な過電圧が加わりその碍子１５０でフラッシュオーバが進行するとき、間隙２９での放電無しで、前述した流れに従い進行するよう選定される。従って、間隙２９の放電電圧をスパーク放電空隙ｍ個分の放電電圧より高くすること、即ち間隙２９の距離Ｇをｍ個あるスパーク放電空隙（距離ｇ）の合計間隙距離に比べ実質的に大きくすること（Ｇ＞ｍ×ｇにすること）が求められよう。間隙２７，２８の距離Ｓ_１，Ｓ_２（符号同順）は実験的に決めればよい。

例えば、絶縁コア直径Ｄ＝３３０ｍｍのＰＳＫ−７０シリーズ碍子に本実施形態を適用し、その碍子に最高電圧３００ｋＶ、インパルス幅１．２／５０μｓの雷インパルスを印加した場合、各種パラメタをＧ＝９０ｍｍ、Ｓ_１＝Ｓ_２＝２０ｍｍ、ｇ＝０．５ｍｍ、ｍ＝１４０とすれば所要の保護機能を実現できることが、実験により判明している。

図１６及び図１７に、本発明の第２実施形態に係る碍子の第２構成例２００を示す。本碍子２００は広範に利用されている円盤碍子をベースにしたものであり、円盤状の絶縁コア２１の下面（底面）上に絶縁性の襞１０を３個同心に形成した構成を有している。図１３及び図１４に示した構成と同様、本碍子２００でも複数個の中間電極によってＭＥＳ２５が形成されているが、そのＭＥＳ２５は３個の部分２５−１〜２５−３に分割されており、それぞれ３個ある襞１０のうち対応するものの端面（下面）上に配置されている。ＭＥＳ２５の分割数は想定している碍子使用条件、例えば想定している過電圧値及びそれに適する中間電極総数に依存するので、ＭＥＳ２５を分割せず例えば最外周に位置する襞１０をその形成先とすることや、ＭＥＳ２５を二分割し襞１０のうち任意の２個をその形成先とすることもあり得る。ともあれ、本碍子２００でも、ＭＥＳ２５を構成する中間電極２２全てが、本碍子２００を取り巻く交流電界の等電位線上、即ち本碍子２００の表面に沿ったリーク経路に対し直交する線上に並んでいる。また、本碍子２００では、そのキャップ１１に連結されている第２リンク電極（上側のリンク電極）２３と、ＭＥＳ２５の構成部分のうち最外周の襞１０上に実装されている第１部分２５−１の左端とが対向している（この説明でいう左右は図１７に向かっての左右である；以下同様）。その部分２５−１の右端はいずれの締結要素にも直結されておらず、そこには接続電極３０が固定されている。ＭＥＳ２５の構成部分のうち中間の襞１０上に配置されている第２部分２５−２の右端、即ち第１部分２５−１の右端と対向する端部にも接続電極３１が固定されており、それら接続電極３０・３１間には距離Ｓ_ｐの第１スパーク放電空隙３２が形成されている。更に、第２部分２５−２の左端にも接続電極３３が固定されている。

同様に、ＭＥＳ２５の構成部分のうち最内周の襞１０上に配置されている第３部分２５−３の左端、即ち第２部分２５−２の左端と対向する端部にも接続電極３４が固定されており、接続電極３３・３４間には距離Ｓ_ｐの第２スパーク放電空隙３５が形成されている。更に、第３部分２５−３の右端には第１リンク電極２４が接続されており、その電極２４と本碍子２００のロッド１２との間にも距離Ｓ_ｐの第３スパーク放電空隙３６が形成されている。

従って、本碍子２００では、衝撃的な過電圧が加わると、上側のリンク電極２３と、ＭＥＳ２５の第１部分（最外周部分）２５−１の左端電極２２と、の間にある間隙２７がまず絶縁破壊する。次いで、その部分２５−１に属する中間電極２２間の放電空隙が連鎖的に絶縁破壊していく。それらの放電空隙が全て絶縁破壊した後は、第１部分２５−１側の接続電極３０と第２部分２５−２側の接続電極３１との間にある間隙３２が絶縁破壊する。その後は、ＭＥＳ２５の第２部分２５−２内にある全放電空隙、第２部分２５−２側の接続電極３３と第３部分２５−３側の接続電極３４との間にあるスパーク放電空隙３５、第３部分２５−３内にある全放電空隙、そして第１リンク電極２４とロッド１２との間にあるスパーク放電空隙３６、という順で絶縁破壊が進む。即ち、フラッシュオーバが図１６及び図１７に示した経路に沿い進行する。複数個の小区間に分かれた放電チャネルを介しキャップ１１・ロッド１２間が電気的に接続される仕組みであるので、この放電機構では、前述の通り、過電圧による電流が０値に減少した後に放電が速やかに終息することとなる。

このように、絶縁襞複数個を同心配置しその上に中間電極２２を配した構成では、電極２２の個数を最大限に増やし、過電圧による放電チャネルをより効果的に沈静させることができる。更に、ＭＥＳ２５を構成している全ての中間電極２２が、本碍子２００を取り巻く稼働周波数電界の等電位線上、即ち本碍子２００の最短リーク経路に直交する線上に並んでいるため、ＭＥＳ２５を導入したことに伴う碍子沿面距離の短縮分が、電極２２の幅にＭＥＳ構成部分の個数（上の例では３）を乗じた距離に留まる。

同様に、ＭＥＳ２５を構成する部分が例えば２５−１及び２５−２の２個しかない構成では、そのＭＥＳ２５の一端を第２リンク電極２３、他端を第１リンク電極２４にそれぞれ対向させればよいので、接続電極のうち２個（３３及び３４）を省略することができる。同心状に形成されている絶縁性の襞１０のうち１個（例えば最外周のもの）だけにＭＥＳ２５の電極が配されている構成では、接続電極を設ける必要がない。碍子沿面距離の短縮分は、前者の構成では中間電極幅の２倍となり、後者の構成では中間電極幅に等しくなる。

これら、本発明の第２実施形態に係る碍子の絶縁機能及び避雷器機能についても、比較試験によって確認済である。供試品となった碍子は二種類であり、いずれもその交流電圧クラスが１０ｋＶのものである。一方の碍子はガラス製の懸垂碍子ＰＳＫ−７０であり、滑らかなテーパの付いた絶縁コアを有している。他方の碍子はそのＰＳＫ−７０に本発明の第２実施形態を適用した碍子、即ちその絶縁コアの下縁に複数個の中間電極２２を図１３〜図１５の如き要領で配した碍子である。電極２２としてはＭ２．５のナットを使用し、特殊なエポキシ系接着剤でそれを絶縁コアの表面に接着した。隣り合うナットの側平面間の距離、即ち隣接電極間空隙２６の間隙距離ｇは０．５ｍｍとし、ＭＥＳ端部間の距離、即ち間隙２９の距離Ｇは９０ｍｍとし、そして間隙２７，２８の距離Ｓ_１，Ｓ_２はいずれも２０ｍｍとした。

表２にその他の基本的碍子パラメタを示す。

両碍子を対象に行った試験は、稼働周波数電圧や雷インパルスをそれらに印加する試験である。表２にはその試験の主な結果も示してある。

まず、稼働周波数電圧のみを印加した場合の放電特性は、どちらの碍子も概ね同じ特性であった。これは、稼働周波数電圧に対する碍子の絶縁性が、電極の配設によっては損なわれないことを意味している。

また、第２実施形態碍子のインパルス放電電圧は、従来型碍子のインパルス放電電圧＝９０ｋＶより低い７０ｋＶとなっている。これは、第２実施形態碍子におけるフラッシュオーバが、従来型碍子と違いコア表面ではなくＭＥＳに沿って進行するためである。従って、第２実施形態碍子を従来型碍子に並列接続し避雷器として使用することが可能である。

次に、衝撃的な雷インパルスを受けたとき、従来型碍子では、オシログラフを用い計測したところ電圧がほぼ０値まで低下していた。これは、最短経路を辿り気中を過ぎるフラッシュオーバが発生したため、言い換えればその抵抗値が極めて小さな放電チャネルが形成されたためである。従って、この従来型碍子が電力線に実装されている場合、雷インパルスを受けてフラッシュオーバが発生すると、そのフラッシュオーバに係る放電チャネルに大きな波尾電流が流れることとなる。即ち、電力線の回路短絡が生じるため、接続先の送配電網を緊急シャットダウンすることが必要になる。

対するに、第２実施形態碍子では、複数個の電極が並ぶＭＥＳを辿りフラッシュオーバが進行するため電圧値が０値まで低下することはなく、６ｋＶほどの電圧が実質的に残留する。従って、１０ｋＶ定格のＨＥＰＬで使用する場合、この懸垂碍子を２個用いて連碍子を構成すればよい。ＰＳＫ−７０をベースとした第２実施形態碍子を２個用いた場合、残留電圧の合計値が６ｋＶ＋６ｋＶ＝１２ｋＶとなり、そのＨＥＰＬの最高相電圧Ｕ_ｐｌ＝Ｕ_ｎｏｍ×１．２／１．７３＝１０×１．２／１．７３＝７ｋＶをかなり上回るからである。このことは、その碍子が避雷器として好適に機能し雷過電圧が碍子で遮断されるため、大きな波尾電流が生じえないこと、ひいては送配電網をシャットダウンする必要がないことを意味している。

以上、本発明の第２実施形態に係る碍子の基本構成や動作原理を明示すべく幾つかの構成例及び変形例について説明を行った。いわゆる当業者には自明な通り、それらの構成例乃至変形例に施しうる改変は多数ある。例えば、リンク電極からのアークのずれを抑えるためリンク電極を絶縁層で被覆してもよい。図１３及び図１４に示した構成にて、同心状に形成されている複数個の円に沿いＭＥＳを形成するようにしてもよい。中間電極総数を増やせるので波尾電流沈静効果を強めることができる。但し碍子のコストは若干増加する。そして、等電位線に対する中間電極の位置ずれが多少あってもかまわない。これを認めれば、第２実施形態に係る碍子の製造がより容易になる。

図１８に、図１及び図２に示した碍子１００を備える１０ｋＶ定格ＨＥＰＬの一例１１０を示す。まず、１０ｋＶ定格ＨＥＰＬでは、過電圧が原因でシャットダウンを余儀なくされることが多い。露国では、ＨＥＰＬでそうしたシャットダウンが生じないようにするためＬＦＡＬ−１０型避雷器が使用されている。ＬＦＡＬ−１０を使用する場合、相毎に支持ポールを設け、その支持ポール上にＬＦＡＬ−１０を連結するのが普通である。例えば、順に相Ａ、Ｂ及びＣに対応する第１、第２及び第３の支持ポール上に避雷器を実装する。図１８に示すＨＥＰＬ１１０でも、本発明に係る碍子、例えば図１〜図６に示した螺旋襞付碍子１００又は図７及び図８に示した長幹碍子１０１が、互いに別の相に係る支持ポールに１ポール当たり１碍子の要領で連結されている。残りの碍子１８は従来型碍子でかまわない。また、どの相に係る碍子も、図９〜図１２に示した円盤碍子１０２からなる連碍子に置き換えることもできる。

図１９に、本発明に係る碍子を備える３５ｋＶ定格ＨＥＰＬの一部分を示す。このＨＥＰＬは、互いに別の相に係る３本の高電圧供給用導体１を円盤碍子からなる連碍子３００に連結し、その連碍子３００を自ＨＥＰＬ内の支持部１６（図示したのはその一部分）に固定した構成を有している。更に、図中で上部に配置されている相の導体１は、本発明に係る碍子で形成された連碍子３００（図１３〜図１５参照）によって位置固定されている。従来の３５ｋＶ定格ＨＥＰＬでは避雷針アセンブリが雷に対する保護に使用されていたが、ここでは本発明に係る碍子で形成された連碍子３００を上部の導体１向けに設けてあるので、そうした避雷針アセンブリは不要である。これは、落雷を受けると本発明の連碍子３００がフラッシュオーバし、多数の中間電極で構成されているＭＥＳに沿い雷による電流が流れるためである。即ち、フラッシュオーバが稼働周波数波尾電流のアークに転化することがないので、ＨＥＰＬをシャットダウン無しで稼働させ続けることができる。注記すべきことに、諸相の導体１のうち上部に配置されている相の導体１は、下部に配置されている相の導体１を守る避雷針として機能している。即ち、下部に配置されている相の導体１に直接落雷することを、上部に配置されている相の導体１が防いでいる。

また、その比抵抗が高い土壌を有する地域を通るＨＥＰＬでは、避雷針を使用しても役に立たない場合がある。例えば、避雷索や接地側支持部１６に落雷したときに、支持部１６を含む電気回路の抵抗値が高いため、支持部１６から導体１に向かう逆方向のフラッシュオーバが発生する場合である。こうした場合でも、本発明に係る碍子で形成された連碍子を三相全てで使用すれば、そのＨＥＰＬを雷過電圧から確実に保護することができる。

上述のものを含め、本発明の諸実施形態及びその構成例は、別紙特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲に属するものである。

Claims (21)

1. 電力設備又は電力線を構成する高電圧導体をそれ単体で又は共に連碍子を構成する他の高電圧碍子と協働して位置固定する高電圧碍子であって、絶縁コアと、その絶縁コアの端部に固定具として備わる第１及び第２締結要素と、を備え、そのうち第１締結要素が、上記高電圧導体に対し、或いはその連碍子中でその前段にある高電圧碍子の第２締結要素に対し、直に又は連結手段を介して連結できるよう構成されており、またその第１締結要素とは逆側の端部にある第２締結要素が、上記高電圧導体用の支持部に対し、或いはその連碍子中でその次段にある高電圧碍子の第１締結要素に対し連結できるよう構成されている高電圧碍子において、
   衝撃的な雷過電圧が加わったときに、上記第１締結要素とそれに隣接する１個又は複数個の電極との間、隣り合う電極の間、並びに上記第２締結要素とそれに隣接する１個又は複数個の電極との間でそれぞれ放電が生じるよう、上記絶縁コアに連結され且つその絶縁コアの端部間に配されたｍ個（但しｍ≧５）の電極からなる多電極系即ちＭＥＳと、
   上記ＭＥＳが原因で発生する碍子沿面距離の短縮分を補償する補償手段と、
   を備えることを特徴とする高電圧碍子。
2. 請求項１記載の高電圧碍子であって、上記補償手段が、その隣接電極間リーク経路の長さが隣接電極間放電空隙の間隙距離に上記電極１個分の長さを加えた長さより大きくなるよう、上記電極のうちｋ対（但し３≦ｋ≦ｍ−１）の隣り合う電極間に、絶縁面に沿った隣接電極間リーク経路を発生させることを特徴とする高電圧碍子。
3. 請求項２記載の高電圧碍子であって、上記電極が、それぞれ、上記絶縁コアへの装着に使用される幅狭な脚部と、その電極の隣にある電極の方を向く幅広な梁部と、を有するＴ字状の電極であり、隣り合う電極間に生じる空隙、並びにそれらの電極の脚部間にある絶縁コア構成部分が、上記補償手段として働くことを特徴とする高電圧碍子。
4. 請求項２記載の高電圧碍子であって、上記電極が本高電圧碍子に埋め込まれており、それらの電極を本高電圧碍子の表面から隔てる絶縁素材層、並びに本高電圧碍子の表面に達するよう隣り合う電極間に形成された切れ込みが、上記補償手段として働くことを特徴とする高電圧碍子。
5. 請求項４記載の高電圧碍子であって、上記切れ込みがスリット又は円形孔であることを特徴とする高電圧碍子。
6. 請求項４記載の高電圧碍子であって、上記切れ込みが、それぞれ、上記電極の埋込先部位に比べて深いことを特徴とする高電圧碍子。
7. 請求項６記載の高電圧碍子であって、上記切れ込みのうち、上記電極の埋込先部位より深い部分における対向面間隔が、浅い部分における対向面間隔よりも大きいことを特徴とする高電圧碍子。
8. 請求項２記載の高電圧碍子であって、上記電極が上記絶縁面から空間的に隔てられるよう当該絶縁面上に配された１個又は複数個の絶縁素子を備え、その絶縁素子が上記補償手段として働くことを特徴とする高電圧碍子。
9. 請求項８記載の高電圧碍子であって、上記絶縁素子のうちｍ個が、上記電極を１個ずつ担持する絶縁素子であることを特徴とする高電圧碍子。
10. 請求項８記載の高電圧碍子であって、上記絶縁素子のうちｎ個（但しｎ≧１）が、上記絶縁コアの表面から突出して絶縁性の螺旋襞を形成する絶縁素子であることを特徴とする高電圧碍子。
11. 請求項１０記載の高電圧碍子であって、上記絶縁素子がｍ＋ｎ個あり、そのうちｎ個が、上記絶縁コアの表面から突出して絶縁性の螺旋襞を形成する絶縁素子であり、残りのｍ個が、上記電極を１個ずつ担持する絶縁素子であることを特徴とする高電圧碍子。
12. 請求項１１記載の高電圧碍子であって、上記螺旋襞のうち少なくとも１個の端面に上記電極があることを特徴とする高電圧碍子。
13. 請求項１２記載の高電圧碍子であって、隣り合う電極間に位置することとなるよう上記螺旋襞に形成された切れ込みを有することを特徴とする高電圧碍子。
14. 請求項１乃至１３のうちいずれか一項記載の高電圧碍子であって、上記絶縁コアが、実質的に、円筒状、円錐台状又は円盤状であることを特徴とする高電圧碍子。
15. 請求項１０記載の高電圧碍子であって、上記絶縁コアが実質的に平坦な円盤であり、上記第１締結要素が本高電圧碍子のキャップ、上記第２締結要素がピンとしてそれぞれ形成されており、上記螺旋襞のうち少なくとも１個が当該円盤の下面から突出することを特徴とする高電圧碍子。
16. 電力設備又は電力線を構成する高電圧導体をそれ単体で又は共に連碍子を構成する他の高電圧碍子と協働して位置固定する高電圧碍子であって、絶縁コアと、その絶縁コアの端部に固定具として備わる第１及び第２締結要素と、を備え、そのうち第１締結要素が、上記高電圧導体に対し、或いは連碍子中でその前段にある高電圧碍子の第２締結要素に対し、直に又は連結手段を介して連結できるよう構成されており、またその第１締結要素とは逆側の端部にある第２締結要素が、上記高電圧導体用の支持部に対し、或いはその連碍子中でその次段にある高電圧碍子の第１締結要素に対し連結できるよう構成されている高電圧碍子において、
    隣り合う電極間に放電が生じる配列になるよう上記電極コアに連結されたｍ個（但しｍ≧５）の電極を有し、本高電圧碍子を取り巻く稼働周波数電界の等電位線のうち１本又は複数本に沿い、本高電圧碍子の沿面リーク経路に直交するよう形成された多電極系即ちＭＥＳと、
    空隙によって上記絶縁コアから空間的に隔てられており、それぞれその一端が、静電的に又は空隙を介し上記第１及び第２締結要素のうち対応するものと電気的に接続されており、それぞれその他端が、空隙を介し上記ＭＥＳの端部のうち対応するものと電気的に接続されている第１及び第２リンク電極と、
    を備えることを特徴とする高電圧碍子。
17. 請求項１６記載の高電圧碍子であって、上記絶縁コアが円錐状であり、上記ＭＥＳがその絶縁コアの上面又は下面上にあることを特徴とする高電圧碍子。
18. 請求項１６記載の高電圧碍子であって、円盤碍子として形成された高電圧碍子において、上記絶縁コアが、その下面上に同心状の襞がある円盤状の絶縁コアであり、上記ＭＥＳが、その襞のうち１個の端面上にあることを特徴とする高電圧碍子。
19. 請求項１６記載の高電圧碍子であって、上記ＭＥＳが、本高電圧碍子の沿面リーク経路に対し直交する方向に沿い互いに異なる位置にある等電位線上に配された複数個の部分を有し、それらＭＥＳ構成部分の端部のうち固定具たる第１又は第２締結要素に接続されていない端部に接続電極が配されており、ＭＥＳ構成部分同士がその接続電極を介し対向しており、対向している接続電極同士が静電的に又は空隙を介し相互接続されることを特徴とする高電圧碍子。
20. 請求項１９記載の高電圧碍子であって、円盤碍子として形成された高電圧碍子において、上記絶縁コアが、その下面上に同心状の襞がある円盤状の絶縁コアであり、個々のＭＥＳ構成部分がその襞のうち対応するものの端面上に配列されたことを特徴とする高電圧碍子。
21. 支持部と、それ単体で又は連碍子の構成要素として使用される碍子と、少なくとも１個の高電圧導体と、を備える高電圧電力線であって、それ単体で使用される碍子、或いは連碍子を構成する碍子のうち初段の碍子が、その碍子に高電圧導体を直に又は連結手段を介し連結するための固定具となる締結要素を備え、それ単体で使用される碍子、或いは連碍子を構成する碍子のうちいずれかの支持部のそばにある碍子が、対応する支持部にその碍子を固定するための固定具となる締結要素を備える高電圧電力線において、上記碍子のうち少なくとも１個が請求項１乃至２０のうちいずれか一項記載の高電圧碍子であることを特徴とする高電圧電力線。

Images