JP2018512706A

JP2018512706A - 架空線用の碍子装置

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Publication number: JP2018512706A
Application number: JP2017546106A
Authority: JP
Inventors: ボカレフ、アレクサンダー; フローエ、ダニエル
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: EP3073588A1; US10672541B2; US20180068767A1; KR101945144B1; CN107431334A; JP6643349B2; BR112017019636A2; KR20170129875A; WO2016150709A1; CN107431334B

Abstract

本発明は、架空線（２）用の碍子装置（１）に関する。この碍子装置は、架空線（２）を鉄塔（３）に取り付けるための支持碍子（４）と、その支持碍子（４）に電気的に並列に配置された避雷器装置（８）とを有する。避雷器装置（８）は、大地電位に電気的に接続されたサージアレスタ（９，１０）と、サージアレスタ（９，１０）に直列に接続されたスパークギャップ（１１）とを有する。スパークギャップ（１１）は、架空線（２）に接続された第１スパーク電極（６）と、サージアレスタ（９，１０）に接続された第２スパーク電極（７）とを有する。本発明によれば、避雷器装置（８）が、架空線（２）に取り付け可能な複合碍子（５）を有し、第１スパーク電極（６）が複合碍子（５）の第１端部における第１固定装置（１２）に取り付けられ、第２スパーク電極（７）が複合碍子（５）の第２端部における第２固定装置（１３）に取り付けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、電気技術分野に属し、具体的には架空線用の碍子装置に関する。この種の架空線は、高電圧領域の電気エネルギーを輸送する送電系統において使用される。個々のケーブル状導体が、通常は支持碍子により鉄塔に支持されて固定されている。その際に、架空線の電気的な保護のために、例えば落雷によって発生するサージ電圧を大地電位へ放電するべく避雷器が使用される。

送電系統、特に例えば１ｋＶを超える電圧を有する高電圧系統では、避雷器が架空線路碍子に並列に接続されている。避雷器は、１つの磁器製又はプラスチック製のハウジング内に、複数の非線形金属酸化物抵抗からなる１つの避雷器素子を含んでいる。避雷器は、とりわけ、架空線の保護手段が無いか、あるいは不十分である系統および／又は高い鉄塔接地衝撃抵抗（例えば非常に石の多い地中の場合）に起因して、頻繁に逆フラッシオーバが生じるような場所において使用される。既設の送電線又は配電線の送配電能力を後から増強するために全ての鉄塔に又は幾つかの鉄塔だけに避雷器を設置することは、しばしば架空地線保護又は鉄塔接地環境を改善するための１つの低コストの選択肢である。避雷器は、スパークギャップのない方式でも使用されるが、外部の直列スパークギャップと接続しても使用される。外部の直列スパークギャップは、正常動作時に開閉サージ電圧に対して又は過負荷後に避雷器を線路から隔離する。以下においては、外部の直列スパークギャップを有する避雷器のみを考慮する。

外部の直列スパークギャップを有する避雷器（英語：externally gapped line arrester又はEGLA）は、避雷器素子に直列に接続されたスパークギャップを有する。避雷器の一端は架空線鉄塔の接地点において接地されており、その他端にはスパーク電極が存在し、そのスパーク電極は、架空線路碍子の高電圧側端部におけるスパークホーンと共にスパークギャップを形成する。そのスパークホーンの代わりに、架空線自体をスパークギャップの高電圧側端部として使用することもできる。

例えば落雷によって架空線において過電圧が発生した場合、スパークギャップがアークによって短絡され、過電圧は避雷器によって抑制されて大地へ放電される。過電圧の減衰後にスパークギャプが消弧して避雷器を高電圧から隔離する。外部の直列スパークギャップを有する避雷器はＩＥＣ規格６００９９−８において規格化されている。特許文献１にはこのような外部の直列スパークギャップを有する避雷器が開示されている。

しばしば、外部の直列スパークギャップを有する避雷器が既設の高電圧系統に増備される。その際に、避雷器の装着機構を現場の環境に合わせてその都度調整しなければならないという問題がある。

米国特許出願公開第２０１２／００８７０５５号明細書

本発明の課題は、避雷器の設備補強時にも簡単な組み立てを可能にする架空線用の碍子装置を提供することにある。

この課題は、請求項１による本発明の特徴事項により解決される。請求項２乃至９は、本発明による解決手段の有利な実施形態を有する。従って、本発明は具体的には、架空線を鉄塔に取り付けるための支持碍子と、その支持碍子に電気的に並列に配置された避雷器装置とを有する碍子装置であって、前記避雷器装置が、大地電位に電気的に接続されたサージアレスタと、該サージアレスタに直列に接続されたスパークギャップとを有し、該スパークギャップが、前記架空線に接続された第１スパーク電極と、前記サージアレスタに接続された第２スパーク電極とを有する、架空線用の碍子装置に関する。

上記課題は、本発明によれば、前記避雷器装置が、前記架空線に取り付け可能な複合碍子（Montageisolator）を有し、前記第１スパーク電極が、前記複合碍子の第１端部における第１固定装置に取り付けられており、前記第２スパーク電極が、前記複合碍子の第２端部における第２固定装置に取り付けられていることによって解決される。

複合碍子は曲げられない長幹碍子として実施されていることが好ましい。複合碍子は、両固定装置と一緒に、サージアレスタもしくはスパーク電極のための保持手段を提供する。各スパーク電極の一端が直接的に該当固定装置に取り付けられているか、又はそのスパーク電極が１つのサージアレスタの一端に取り付けられ、さらにそのサージアレスタの他端が該当固定装置に取り付けられている。複合碍子の長さにより、両スパーク電極間の距離が確定され、従ってスパークギャップが確定される。従って、複合碍子は、サージアレスタおよびスパーク電極と一緒に１つの機械的に安定でコンパクトなユニットを形成し、このユニットは簡単に保持装置を介して架空線に取り付けることができる。大地電位との接続は、鉄塔への接地線を介して行われる。この種の避雷器装置は、前記支持碍子に取り付けられる固定装置からは独立しており、前記支持碍子の近傍に、即ち前記支持碍子から或る距離をおいて、架空線に取り付けることができる。

本発明の有利な実施形態では、前記複合碍子が長幹碍子として構成されている。

それによって、複合碍子は、工業的に大量に低価格で製造できる既製品として提供することができる。この種の棒状碍子は、一般にはガラス繊維強化プラスチック材料から成り、これは、例えばシリコン材料からなる耐候性コーティングによって天候の影響から保護されている。

前記複合碍子が前記支持碍子よりも少ない機械的安定性を有すると有利である。これによって、装置全体を格別に低コストで製造することができる。

本発明の他の有利な実施形態では、第１および／又は第２固定装置が、スパーク電極又はサージアレスタを前記複合碍子に対して所定の角度をもって連結している。

スパーク電極又はサージアレスタを前記複合碍子に対して所定の角度をもって連結することによって、スパークギャップの長さが確定されて、長期間にわたっていつまでも変化しないままである。所定の角度をもった取り付けは、組立時にスパーク電極もしくはサージアレスタの向きの調整を可能にする揺動機構を含み得る。向きの調整後に、その揺動機構は、例えば締付けねじによって固定可能であり、再び所定の角度で固定した状態となる。

本発明の他の有利な実施形態では、前記避雷器装置が少なくとも２つのサージアレスタを有する。

さらに、本発明は、前記スパークギャップが両サージアレスタ間に配置されていることによって有利に実施することができる。

両サージアレスタは前記スパークギャップによって互いに離間されている。１つのサージアレスタの機能を２つの個別のサージアレスタに配分することによって、両サージアレスタを短くし、それにより両サージアレスタの曲げひずみを少なくすることができる。

その場合に、各サージアレスタが、例えば前記スパークギャップの１つのスパーク電極を担持するとよい。各スパーク電極は、それぞれサージアレスタの一方の端部金具に配置されて固定されているとよい。

好ましくは、各固定装置に対して、それぞれ１つのサージアレスタの第１端部が所定の角度をもって取り付けられ、各サージアレスタの第２端部にそれぞれ１つのスパーク電極が配置されている。従って、１つのサージアレスタの機能が、好ましくは同様の２つの部分に配分されている。各部分は１つのサージアレスタとこれに取り付けられた１つのスパーク電極とから成る。両部分のそれぞれは前記固定装置の１つに取り付けられている。各サージアレスタの一端は該当固定装置に対して所定の角度をもって取り付けられている。両スパーク電極は、それぞれ該当サージアレスタの他端に配置されており、一緒にスパークギャップを形成する。

この場合に、本発明の有利な実施形態に従って、少なくとも１つのスパーク電極が棒状に形成されて１つのサージアレスタの端部に配置されており、そのスパーク電極の長手軸線がそのサージアレスタの長手軸線に対して傾けられているとよい。

この場合に、例えば両サージアレスタが同様に構成されているとよい。

場合によっては揺動可能な固定装置によって、例えば両サージアレスタの相互の角度が調整可能であり、それによって硬直なスパーク電極の角度関係も調整可能であり、また両スパーク電極の相互間隔も調整可能である。

さらに、前記スパーク電極が該当サージアレスタの長手軸線の周りに回転可能であると有利である。

前記スパーク電極が、それが取り付けられているサージアレスタの長手軸線に対して回転可能であるならば、スパーク電極の回転を介しても、両スパーク電極の相互間隔調整を行うことができる。

以下において図面を参照して実施例を説明することにより、本発明の更なる詳細および特徴事項を明らかにする。

図１は架空線と本発明による碍子装置の一部を有する鉄塔の側面図を示す。図２は碍子装置の構成が図１と比べて異なる、図１の装置と類似した装置の部分図を示す。図３は図１および図２の構成において使用できる碍子装置の詳細図を示す。

図１は、架空線２を保持するための水平アームである腕金２０を有する架空線支持鉄塔３を詳細に示す。この種の架空線２は、例えば電気エネルギーを導くための撚られたロープ状の導体として形成されている。

この種の架空線２を鉄塔３の腕金２０に支持碍子４により保持することは、普通に行われている。この種の支持碍子４は、通常、磁器又はその他の無機材料から製造され、又はガラス繊維強化プラスチックのような材料からも製造され、一般に表面漏れ距離を長くするための傘状部を有する。プラスチックを使用する場合には、遮蔽層を形成する、例えばシリコンからなる外被が設けられる。

支持碍子４は、一方では架空線２の重量を支え、他方では架空線の引留めによって生じる力を吸収しなければならない。それゆえ、このような支持碍子４は、一般に機械的に安定に構成されている。本発明によれば、支持碍子４に対して電気的に並列に避雷器装置８が接続されている。支持碍子４も避雷器装置８も、電気的に架空線２と鉄塔３との間に介在し、鉄塔３を介して大地に接続されている。避雷器装置８は、例えば落雷によって架空線２に過電圧が発生した際に、その発生した過電圧を大地へ逃がす機能を有する。避雷器装置８は、複合碍子５と、サージアレスタ９と、２つのスパーク電極６および７とから構成されている。支持碍子４の第１端部が架空線２に接続されている。これと反対側の複合碍子５の第２端部が、接地ケーブルを介して鉄塔３又は腕金２０に接続されており、さらに大地電位に接続されている。複合碍子５の第１端部には第１スパーク電極６が取り付けられている。複合碍子５の第２端部には、第２スパーク電極７を有するサージアレスタ９が取り付けられている。スパーク電極６，７間の間隙がスパークギャップ１１を形成する。従って、複合碍子５は、一方ではスパーク電極６およびサージアレスタ９の取り付けを可能にし、同時にその複合碍子の長さによりスパーク電極６および７の間隔を確定し、従ってスパークギャップ１１の長さを確定する。

図２は、本発明の別の実施形態を示し、図１に比べると鉄塔が破断により一部しか示されていない。ここでは、図１と違って、複合碍子５の第１および第２端部に、スパーク電極６，７を有するサージアレスタ９，１０が取り付けられている。

図３は、図２の避雷器装置８の詳細図を示す。ここでは複合碍子５が長幹碍子として示されている。このような長幹碍子は、ガラス繊維強化プラスチック製の芯材を有し、その上に大抵はシリコンからなる保護外被が施されている。保護外被は、大抵は表面漏れ距離を長くするために傘状部を有する。複合碍子５は第１端部に固定装置１２を有する。固定装置１２に配設された保持装置２３を介して、避雷器装置８が架空線２に懸装されている。第１固定装置１２も第２固定装置１３も、それぞれ１つの固定用アーム２５，２６を有する。固定用アーム２５，２６には、それぞれの一端にサージアレスタ９，１０が取り付けられている。

固定用アーム２５，２６は、複合碍子５の取り付け点から複合碍子５の両側へ延びているとよい。複合碍子５の一方側では、サージアレスタ９が、又はこの場合におけるように２つのサージアレスタ９，１０が取り付けられている。反対側の端部には避雷器装置８の他の部品を取り付けることができる。そこには、例えば、ここに図示しているように、過電圧時に発生するアークを案内して複合碍子５から遠ざけるアーク電極１７，１８を配置するとよい。その場合に、アーク電極１７，１８の間隔は、複合碍子５の長さよりも短く、スパークギャップ１１よりも長い。

固定用アーム２５，２６の一方又は両方の端部に磁界制御要素が取り付けられているとよい。ここでは、固定用アーム２５，２６の端部のうちサージアレスタ９，１０側とは反対側の端部に丸みのある金属板が配置されており、それによって電圧ピークが防止される。

各サージアレスタ９，１０は、固定用アーム２５，２６に取り付けられた方の端部とは反対側の端部に、スパーク電極６，７を有する。スパーク電極６，７は互いに間隔をあけられている。この間隔がスパークギャップ１１を形成する。サージアレスタ９，１０は、天候条件から保護するための電気絶縁性の保護ハウジングを有する。保護ハウジングの内部には、ここには図示されていないバリスタが配置されている。両サージアレスタ９，１０はスパークギャップ１１を介して互いに離間されている。サージアレスタ９，１０は、それらの長手軸線２１が複合碍子の長手軸線３０に対して或る角度を有するように、固定用アーム２５，２６に配置されている。その角度は、ここでは約４５°であるが、３０°と６０°との間にあるとよい。スパーク電極６，７は、それぞれサージアレスタ９，１０の一端に配置されている。スパーク電極６，７の長手軸線２２は、サージアレスタ９，１０の長手軸線２１に対して傾斜している。とりわけ、スパーク電極６，７がサージアレスタ９，１０に次のように配置されているとよい。即ち、スパーク電極６，７がそれぞれサージアレスタ９，１０の回転軸線２１の周りに回転可能であるように配置されている。それによって、スパーク電極６，７の間隔、従ってスパークギャップ１１の長さを微調整することができる。固定用アーム２５は導電材料から成り、固定装置１２および保持装置２３を介してサージアレスタを架空線２に電気的に接続することを具現し、従ってサージアレスタを高電圧電位に電気的に接続することを具現する。複合碍子５の第２端部において第２固定装置１３を介して固定用アーム２６に取り付けられたサージアレスタ９は、接地ケーブル１６により、大地につながる鉄塔又は鉄塔腕金２０に接続されている。

１碍子装置
２架空線
３架空線鉄塔
４支持碍子
５複合碍子
６スパーク電極
７スパーク電極
８避雷器装置
９サージアレスタ
１０サージアレスタ
１１スパークギャップ
１２固定装置
１３固定装置
１７アーク電極
１８アーク電極
２０腕金
２１長手軸線
２２長手軸線
２３保持装置
２５固定用アーム
２６固定用アーム
３０長手軸線

Claims

架空線（２）を鉄塔（３）に取り付けるための支持碍子（４）と、前記支持碍子（４）に電気的に並列に配置された避雷器装置（８）とを有すし、
前記避雷器装置（８）が、大地電位に電気的に接続されたサージアレスタ（９，１０）と、前記サージアレスタ（９，１０）に直列に接続されたスパークギャップ（１１）とを有し、前記スパークギャップ（１１）が、前記架空線（２）に接続された第１スパーク電極（６）と、前記サージアレスタ（９，１０）に接続された第２スパーク電極（７）とを有する、架空線（２）用の碍子装置（１）において、
前記避雷器装置（８）が、前記架空線（２）に取り付け可能な複合碍子（５）を有し、前記第１スパーク電極（６）が、前記複合碍子（５）の第１端部における第１固定装置（１２）に取り付けられており、前記第２スパーク電極（７）が、前記複合碍子（５）の第２端部における第２固定装置（１３）に取り付けられていることを特徴とする碍子装置（１）。
前記複合碍子（５）が長幹碍子として構成されていることを特徴とする請求項１記載の碍子装置（１）。
前記複合碍子（５）が前記支持碍子（４）よりも低い機械的安定性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の碍子装置（１）。
前記第１および／又は第２固定装置（１２，１３）が、スパーク電極（６，７）又はサージアレスタ（９，１０）を前記複合碍子（５）に対して所定の角度をもって連結していることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の碍子装置（１）。
前記避雷器装置（８）が少なくとも２つのサージアレスタ（９，１０）を有することを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載の碍子装置（１）。
各固定装置（１２，１３）に対して、それぞれ１つのサージアレスタ（９，１０）の第１端部が所定の角度をもって取り付けられており、各サージアレスタ（９，１０）の第２端部にそれぞれ１つのスパーク電極（６，７）が配置されていることを特徴とする請求項５記載の碍子装置（１）。
両サージアレスタ（９，１０）が同じように構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の碍子装置（１）。
少なくとも１つのスパーク電極（６，７）が棒状に形成されて１つのサージアレスタ（９，１０）の端部に配置されており、当該スパーク電極の長手軸線が当該サージアレスタの長手軸線（２１）に対して傾けられていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の碍子装置（１）。
前記スパーク電極（６，７）が前記長手軸線（２１）の周りに回転可能であることを特徴とする請求項８記載の碍子装置（１）。
第１および第２固定装置（１２，１３）がそれぞれ１つの固定用アーム（２５，２６）を有し、該固定用アーム（２５，２６）がそれぞれ取り付け点から複合碍子（５）の両側に延びており、前記サージアレスタ（９，１０）がそれぞれ１つの固定用アーム（２５，２６）の一端部に配置されており、それぞれ１つのアーク電極（１８，１９）が前記サージアレスタ（９，１０）とは反対側の前記固定用アーム（２５，２６）の端部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の碍子装置（１）。