JP2012248749A

JP2012248749A - 避雷支持碍子

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Publication number: JP2012248749A
Application number: JP2011120671A
Authority: JP
Inventors: Manabu Mizutani; 学水谷; Takahito Fukano; 孝人深野; Hideyasu Ando; 秀泰安藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: JP5787621B2

Abstract

【課題】非直線抵抗性や放圧性に優れた避雷支持碍子を提供することである。
【解決手段】実施形態の避雷支持碍子１０は、両端が開口された円筒状の絶縁容器２０と、絶縁容器２０内に配置され、１ｍＡの電流が流れたときに両端間に発生するバリスタ電圧Ｖ_１ｍＡが５００Ｖ／ｍｍ以上となる非直線抵抗体２１を複数積層した積層体２２と、絶縁容器２０内に、かつ所定の間隙をあけて積層体２２を包囲するように配置された円筒状の絶縁部材２３とを備える。また、避雷支持碍子１０は、積層体２２の一方の端面に積層して設けられ、絶縁容器２０の一方の開口を封止する第１の電極２４と、積層体２２の他方の端面に積層して設けられた第２の電極２９と、絶縁容器２０内の圧力が所定圧力以上になった際に放圧可能に、絶縁容器２０の他方の開口を封止する封止蓋３１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、避雷機能を備えた避雷支持碍子に関する。

一般に、電力系統においては、正常な電圧に重畳される過電圧を除去して電力系統や電気機器を保護するために、避雷器などの過電圧保護装置が用いられている。

図６は、従来の避雷器と主回路との接続部を示す断面図である。図６に示すように、密閉容器２００内の主導電部を構成する主回路導体２０１が備えられている。この主回路導体２０１から分岐した分岐導体２０２は、密閉容器２００に配設された絶縁スペーサ２０３を貫通し、密閉容器２００に隣接する避雷器容器２０５内に備えられた避雷器２１０に接続されている。

避雷器２１０は、複数の非直線抵抗体２１１を積層した積層体を備えている。分岐導体２０２は、積層された非直線抵抗体２１１と電気的に接続されている。

実開平３−１６０７号公報

上記したように、従来、避雷器を主回路導体２０１に接続するには分岐導体２０２が必要であり、避雷器容器２１２の容積分だけ装置が大型化する。

この大型化を防止するために、分岐導体２０２を排除して、複数の非直線抵抗体２１１を積層した積層体を備える支持碍子を、主回路導体２０１と密閉容器２００との間に設けることが考えられる。

しかしながら、従来の非直線抵抗体は、１ｍＡの電流が流れたとき、非直線抵抗体の積層体の両端間に発生するバリスタ電圧Ｖ_１ｍＡが低いため、電力系統の大容量化および高電圧化に対応するためには、非直線抵抗体の積層枚数を増加させなければならなかった。支持碍子を主回路導体２０１と密閉容器２００との間に設ける場合、この間隙寸法により、積層体の積層厚さは制限され、十分に電力系統の大容量化および高電圧化に対応することは困難であった。一方、主回路導体２０１と密閉容器２００との間を広くすることも考えられるが、装置が大型化する。

また、従来の避雷支持碍子の場合、非直線抵抗体２１１の積層体の周囲を絶縁樹脂などでモールドしており、過責務のサージにより非直線抵抗体が破壊した際、非直線抵抗体とともに絶縁樹脂が爆発飛散することがあった。

本発明が解決しようとする課題は、非直線抵抗性や放圧性に優れた避雷支持碍子を提供することである。

実施形態の避雷支持碍子は、両端が開口された円筒状の絶縁容器と、前記絶縁容器内に配置され、１ｍＡの電流が流れたときに両端間に発生するバリスタ電圧Ｖ_１ｍＡが５００Ｖ／ｍｍ以上となる非直線抵抗体を複数積層した積層体と、前記絶縁容器内に、かつ所定の間隙をあけて前記積層体を包囲するように配置された円筒状の絶縁部材とを備える。さらに、避雷支持碍子は、前記積層体の一方の端面に積層して設けられ、前記絶縁容器の一方の開口を封止する第１の電極と、前記積層体の他方の端面に積層して設けられた第２の電極と、前記絶縁容器内の圧力が所定圧力以上になった際に放圧可能に、前記絶縁容器の他方の開口を封止する封止蓋とを備える。

本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子の断面を模式的に示した図である。本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子の各非直線抵抗体をロッドとナットで締結して固定したときの積層体の断面を示す図である。本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子の各非直線抵抗体を接着層によって固定したときの積層体の断面を示す図である。本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子の各非直線抵抗体を絶縁テープで巻回して固定したときの積層体の斜視図である。本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子の再利用の際の組み立て状態を示した分解断面を模式的に示した図である。従来の避雷器と主回路との接続部を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子１０の断面を模式的に示した図である。図１では、密閉容器１００内に主導電部である主回路導体１０１を備える装置に、避雷支持碍子１０を備えた状態の図を示している。

図１に示すように、避雷支持碍子１０は、両端が開口２５、２６された円筒状の絶縁容器２０を備えている。絶縁容器２０の外周には、密閉容器１００の一部に形成された開口の周囲に形成された固定用フランジ１０２に、絶縁容器２０を、例えばボルト締結などによって固定するための固定用フランジ２７が形成されている。なお、絶縁容器２０は、例えば、エポキシ樹脂などの材料で構成されている。

固定用フランジ２７には、密閉容器１００の内部に、ＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスを充填するための連通孔２７ａが形成されている。この連通孔２７ａの外部側には、連通孔２７ａが大気に開放されるのを遮断するための止め弁２８が設けられている。この止め弁２８は、密閉容器１００の内部に絶縁ガスを充填する際には開かれ、それ以外のときには閉じられている。すなわち、密閉容器１００は、内部に絶縁ガスが充填された状態で密閉されている。

絶縁容器２０内の中央には、複数の非直線抵抗体２１を絶縁容器２０の軸方向に積層して構成された積層体２２が配置されている。非直線抵抗体２１としては、１ｍＡの電流が流れたときに両端間に発生するバリスタ電圧Ｖ_１ｍＡが５００Ｖ／ｍｍ以上のものが使用される。

非直線抵抗体２１は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分としてビスマス（Ｂｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、ランタン系希土類元素（Ｒ）（ランタノイド）を含んだ混合物の焼結体で構成される。また、焼結体を構成するための混合物は、ビスマスをＢｉ_２Ｏ_３に換算して０．３〜１．５ｍｏｌ％、コバルトをＣｏ_２Ｏ_３に換算して０．３〜２ｍｏｌ％、マンガンをＭｎＯに換算して０．４〜３ｍｏｌ％、アンチモンをＳｂ_２Ｏ_３に換算して０．５〜４ｍｏｌ％、ニッケルをＮｉＯに換算して０．５〜４ｍｏｌ％、ランタン系希土類元素（Ｒ）（ランタノイド）をＲ_２Ｏ_３に換算して０．０５〜１ｍｏｌ％含む。非直線抵抗体２１を上記した組成の混合物の焼結体で構成することで、バリスタ電圧Ｖ_１ｍＡを５００Ｖ／ｍｍ以上とすることができる。

絶縁容器２０内に、かつ所定の間隙をあけて積層体２２を包囲するように設けられた円筒状の絶縁部材２３が設けられている。この絶縁部材２３は、例えば、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などで形成される絶縁シートを巻回して円筒状に構成したものである。この絶縁部材２３は、絶縁容器２０の内壁面とも所定の間隙をあけて配置されることが好ましい。すなわち、絶縁容器２０、絶縁部材２３および積層体２２は、外側から、絶縁容器２０、絶縁部材２３、積層体２２の順に所定の間隙をあけて、同心円状に配置されることが好ましい。

なお、絶縁部材２３は、後述する第１の電極２４と第２の電極２９との間に挟持され、移動が制限される。

絶縁部材２３は、非直線抵抗体２１が破壊されたときに、非直線抵抗体２１の破片などが飛散して、絶縁容器２０の内壁面が損傷したり、内壁面に炭化物などが付着するのを防止する。また、絶縁部材２３が損傷などを受けた場合には、新品の絶縁部材２３と容易に交換可能である。

絶縁容器２０の一方の開口２５は、第１の電極２４によって封止されている。例えば、第１の電極２４の開口２５側の端面に、図１に示すように、絶縁容器２０の外径に対応する凹溝を形成し、この凹溝に絶縁容器２０を嵌合する構成とすることができる。また、第１の電極２４は、積層体２２の一方の端面に一部が積層するように構成され、積層体２２と電気的に接続されている。絶縁容器２０と第１の電極２４とは、例えば、エポキシ樹脂などによって気密に接着される。

第１の電極２４の開口２５側とは異なる側には、主回路導体１０１と電気的な接続をするための接触端子２４ａが形成されている。例えば、図１に示すように、接触端子２４ａは、主回路導体１０１に形成された接触端子１０１ａと嵌合することで電気的に接続される。

積層体２２の他方の端面には、第２の電極２９が積層され、電気的に接続されている。また、第２の電極２９は、外部に延設され、接地されている。第２の電極２９は、絶縁容器２０の他方の開口２６と絶縁容器２０の内部との間を封止するものではなく、第２の電極２９を備えた場合においても、絶縁容器２０の他方の開口２６と絶縁容器２０の内部とは連通した状態となっている。

第２の電極２９は、後述する封止蓋３１を固定する際、中央が開口された円盤上の絶縁部材３０を介して、積層体２２側に押し付けられ、積層体２２の他方の端面に積層した状態に固定される。

なお、第１の電極２４および第２の電極２９は、アルミニウムなどの導電性材料で構成されている。

絶縁容器２０の他方の開口２６は、封止蓋３１によって封止されている。この封止蓋３１は、絶縁容器２０内の圧力が所定圧力（例えば、１．８ＭＰａ程度）以上になった際に放圧可能に構成されている。具体的には、封止蓋３１は、中央に開口３３を有する円盤状のフランジ部材３２と、このフランジ部材３２の開口３３を封止するように設けられた封止部材３４とを備えている。

封止部材３４は、例えば、厚さが０．１ｍｍ程度のアルミニウムなどからなる薄板で構成される。例えば、封止部材３４の中央を、図１に示すように、外側に向かって凸となる球面部で構成してもよい。この場合、封止部材３４は、その球面部が開口３３内に位置するように配置される。封止部材３４の周縁部は、平板で構成されている。そして、封止部材３４は、その周縁部がフランジ部材３２と絶縁部材３０との間に挟持されることで、固定される。

フランジ部材３２は、絶縁部材３０を介して固定用フランジ２７に、例えばボルト締結によって固定されてもよい。また、フランジ部材３２は、絶縁部材３０、固定用フランジ２７を介して密閉容器１００の固定用フランジ１０２、例えばボルト締結によって固定されてもよい。

絶縁容器２０内の圧力が所定圧力以上になると、封止部材３４の周縁部を、フランジ部材３２と絶縁部材３０との間に挟持できなくなり、封止部材３４が開口３３を介して外部に押し出されるように構成されている。

なお、封止部材３４が、直接外部に露出するのを防止するために、例えば、図１に示すように、フランジ部材３２の開口３３を外部から覆うように、アルミニウムなどからなる薄板で構成されるカバー３５を設けてもよい。このカバー３５は、封止部材３４を外部へ放出する際、容易に外れ、放出の妨げとならないように、接着剤などによってフランジ部材３２に簡易に固定されている。

次に、積層された非直線抵抗体２１の固定方法について説明する。

積層された非直線抵抗体２１の固定方法として、例えば、次に示す（１）〜（３）の方法が挙げられる。

（１）締結による固定
図２は、本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子１０の各非直線抵抗体２１をロッドとナットで締結して固定したときの積層体２２の断面を示す図である。

図２に示すように、積層体２２の両端に、中央が開口した積層体２２の外径よりも大きな外径を有する円盤状の絶縁部材１２０が配置されている。絶縁部材１２０の中央の開口は、積層体２２に第１の電極２４および第２の電極２９を直接接触させるためのものである。

絶縁部材１２０の外周端部の周方向には、均等に複数の貫通口１２１が形成さている。積層体２２の両端に絶縁部材１２０を配置した際、それぞれの貫通口１２１どうしが対向するように配置される。対向するそれぞれの貫通口１２１を貫通して絶縁ロッド１２２が設けられている。絶縁ロッド１２２は、円柱形状の棒状の部材であり、その両端部には、雄ネジが螺刻されている。そして、絶縁ロッド１２２の両端をナット１２３で締結することで、積層された非直線抵抗体２１が固定されている。

ここで、絶縁ロッドは、例えば、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などから形成される。

（２）接着による固定
図３は、本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子１０の各非直線抵抗体２１を接着層１３０によって固定したときの積層体２２の断面を示す図である。

図３に示すように、非直線抵抗体２１間には導電性の接着部材からなる接着層１３０が形成され、これによって積層された非直線抵抗体２１が固定されている。接着層１３０は、導電性を有する材料である、例えば半田などで構成される。

（３）巻回による固定
図４は、本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子１０の各非直線抵抗体２１を絶縁テープ１４０で巻回して固定したときの積層体２２の斜視図である。

図４に示すように、積層方向に各非直線抵抗体２１を押し付けるように絶縁テープ１４０を巻回し、これによって積層された非直線抵抗体２１が固定されている。絶縁テープ１４０は、例えば、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などから形成される。

上記した固定方法により、積層された非直線抵抗体２１、すなわち積層体２２を固定することができる。なお、積層体２２の固定方法は、これらの固定方法に限られるものでななく、各非直線抵抗体２１間の電気的接続を維持した状態で、安定して固定できる方法であればよい。

次に、避雷支持碍子１０の動作について説明する。

主回路導体１０１に過電圧がかかると、主回路導体１０１、第１の電極２４、積層体２２、第２の電極２９という電路が形成され、主回路導体１０１を過電圧から保護することができる。しかしながら、過電圧が大きくなり過責務により積層体２２を構成する非直線抵抗体２１が破壊されると、絶縁容器２０内の圧力が増加するとともに、非直線抵抗体２１の破片が飛散する。

この際、絶縁部材２３によって、飛散した非直線抵抗体２１の破片が絶縁容器２０の内壁面に衝突することが防止される。また、絶縁部材２３によって、絶縁容器２０の内壁面に炭化物などが付着することが防止される。さらに、絶縁容器２０内の圧力が所定圧力以上になると、封止部材３４の周縁部を、フランジ部材３２と絶縁部材３０との間に挟持できなくなり、封止部材３４は、開口３３を介して外部に押し出される。これによって、絶縁容器２０の内部が大気開放され、放圧される。

このように、絶縁容器２０の内部の圧力を放圧することができ、さらに絶縁部材２３によって絶縁容器２０の損傷を防止することができる。これによって、絶縁容器２０自体は、損傷を受けていないため、そのまま再利用することができる。

次に、避雷支持碍子１０の再利用方法について説明する。

図５は、本発明に係る実施の形態の避雷支持碍子１０の再利用の際の組み立て状態を示した分解断面を模式的に示した図である。

まず、封止蓋３１および絶縁部材３０を取り外すことで、第２の電極２９、積層体２２、絶縁部材２３を取り出すことができる。この際、絶縁容器２０と第１の電極２４とは気密に接着され、固定用フランジ１０２と固定用フランジ２７との間も気密に接しているため、密閉容器１００に充填された、例えば絶縁ガスなどが外部に放出されることはない。

破損した積層体２２および絶縁部材２３を取り出した後、図５に示すように、新品の、積層体２２および絶縁部材２３を絶縁容器２０の内部に配置し、第２の電極２９を配置し、絶縁部材３０を介して封止蓋３１をボルト締結などによって固定する。

続いて、止め弁２８を真空ポンプの系統に接続し、止め弁２８を開いて、絶縁容器２０の内部を真空とする。絶縁容器２０の内部を真空とした後、止め弁２８を絶縁ガスの供給系統に切り替えて、絶縁容器２０の内部に絶縁ガスを充填する。絶縁容器２０の内部に絶縁ガスを充填後、止め弁２８を閉じる。止め弁２８としては、３方弁を使用することが好ましい。

このように、積層体２２および絶縁部材２３が損傷した場合においても、絶縁容器２０自体は、損傷を受けていないため、内部に収容されている積層体２２、絶縁部材２３を交換することで再利用することができる。

上記したように、実施の形態の避雷支持碍子１０によれば、バリスタ電圧Ｖ_１ｍＡが５００Ｖ／ｍｍ以上の非直線抵抗体２１を使用することで、支持碍子を主回路導体２０１と密閉容器２００との間に設ける場合においても、電力系統の大容量化および高電圧化に十分に対応することができる。さらに、非直線抵抗体２１の積層枚数を削減できるため、避雷支持碍子１０の小型化を図ることができる。

また、絶縁部材２３を備えることで、非直線抵抗体２１が破壊されたときに、非直線抵抗体２１の破片などが飛散して、絶縁容器２０の内壁面が損傷したり、内壁面に炭化物などが付着するのを防止することができる。また、絶縁容器２０内の圧力が所定圧力以上になった際、放圧することができるので、絶縁容器２０が破壊されるのを防止することができる。

また、積層体２２および絶縁部材２３が損傷した場合においても、これらを交換することで再利用することができるので、経済性に優れる。

以上説明した実施形態によれば、優れた非直線抵抗性や放圧性を有することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１０…避雷支持碍子、２０…絶縁容器、２１…非直線抵抗体、２２…積層体、２３、３０、１２０…絶縁部材、２４…第１の電極、２４ａ…接触端子、２５、２６、３３…開口、２７…固定用フランジ、２７ａ…連通孔、２８…止め弁、２９…第２の電極、３１…封止蓋、３２…フランジ部材、３４…封止部材、３５…カバー、１００…密閉容器、１０１…主回路導体、１０１ａ…接触端子、１０２…固定用フランジ、１２１…貫通口、１２２…絶縁ロッド、１２３…ナット、１３０…接着層、１４０…絶縁テープ。

Claims

両端が開口された円筒状の絶縁容器と、
前記絶縁容器内に配置され、１ｍＡの電流が流れたときに両端間に発生するバリスタ電圧Ｖ_１ｍＡが５００Ｖ／ｍｍ以上となる非直線抵抗体を複数積層した積層体と、
前記絶縁容器内に、かつ所定の間隙をあけて前記積層体を包囲するように配置された円筒状の絶縁部材と、
前記積層体の一方の端面に積層して設けられ、前記絶縁容器の一方の開口を封止する第１の電極と、
前記積層体の他方の端面に積層して設けられた第２の電極と、
前記絶縁容器内の圧力が所定圧力以上になった際に放圧可能に、前記絶縁容器の他方の開口を封止する封止蓋と
を具備することを特徴とする避雷支持碍子。
前記絶縁容器の内部に連通する連通孔と、
前記連通孔の外部側に設けられた止め弁と
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の避雷支持碍子。
前記絶縁容器内に絶縁ガスが充填されていることを特徴とする請求項１または２記載の避雷支持碍子。
前記封止蓋が、
中央に開口を有するフランジ部材と、
前記フランジ部材の開口を封止するように設けられ、前記絶縁容器内の圧力が所定圧力以上になった際に離脱する薄板状の封止部材と
備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の避雷支持碍子。
前記積層体の両端に、中央が開口した前記積層体の直径よりも大きな外径を有する円盤状の絶縁部材を配置し、前記絶縁部材の外周端部の周方向に形成され、両端側においてそれぞれ対向する貫通口に絶縁ロッドを挿入し、前記絶縁ロッドの両端をナットで固定することで前記積層体が固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の避雷支持碍子。
積層された非直線抵抗体間を導電性の接着部材で接着することで前記積層体が固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の避雷支持碍子。
積層方向に各前記非直線抵抗体を押し付けるように絶縁テープを巻回することで前記積層体が固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の避雷支持碍子。
密閉容器内に主導電部を備える装置に前記主導電部を支持するように前記避雷支持碍子を配設する際、前記第１の電極を前記主導電部に電気的に接続することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の避雷支持碍子。