JP2022148219A - 避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動および振動音を組立作業の効率に影響を与えることなく抑制する避雷器を提供する。【解決手段】タンク形避雷器の避雷器ユニット３０は、支持部材６ａ、６ｂとベース７との間に酸化亜鉛素子１０を積層した素子ユニット２０と、素子ユニット２０を締め付ける複数の支持棒と、各支持棒をガイドして支持する一対の中間支持板１３ａ、１３ｂとを備える。中間支持板１３ａ、１３ｂは、支持棒を挿通する複数の孔部を備える。特定の孔部のピッチ円径と他の孔部のピッチ円径とには、ピッチ円径差が設けられている。ピッチ円径差は、支持棒の直径と支持板ピッチＰ１～Ｐ３とに応じて設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を備えた避雷器に関する。

酸化亜鉛素子を使用した避雷器は、電圧電流非直線性・放電耐量特性・化学的安定性などの優れた特性を有している。特に保護特性を大幅に向上させたタンク形避雷器は、発電所や変電所などに設置されるガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）や変圧器などを異常電圧から保護するために適用が拡大されている。

タンク形避雷器は、絶縁性能に優れた六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）や温暖化係数の低い代替ガスを封入したタンク内に避雷器を内蔵する。このタンク形避雷器の公知例として特許文献１，２が存在する。

具体的には単相タイプのタンク形避雷器は、酸化亜鉛素子を直列に積層した避雷器ユニットと、避雷器ユニットを内部に収納する垂直配置の設置タンクとを備えている。図１（ａ）中の２２は、単柱構造の避雷器ユニットを示している。この避雷器ユニット２２は、上端に配置された一対の支持部材６ａ，６ｂと、下端に配置されたベース７と、両者６ａ，７間に必要枚数の酸化亜鉛素子１０を積層した素子ユニット２０と、支持部材６ａ，６ｂ間に挿入されたばね部材８とを備えている。

このばね部材８により素子ユニット２０を加圧し、ＦＲＰ製の支持棒（絶縁棒）９で締め付ける構造となっている。また、必要に応じて酸化亜鉛素子の電位分布を平準化するため、グレーティングリングが取り付けられている。

素子ユニット２０の上下端は支持部材６ｂ・ベース７に固定され、酸化亜鉛素子１０数が多くなる（前記素子ユニット２０が長くなる）と、必要に応じた枚数の絶縁体の支持板１３が挿入される。

この支持板１３には、図１（ｂ）に示すように、支持棒９を挿通するための孔部１５が形成されている。この孔部１１５の直径は、組立性を考慮して通常は支持棒９の外径よりも大きく形成されている。そのため、支持棒９と支持板１３との間には「０．５ｍｍ～２ｍｍ」程度の隙間が生じている。

特開２０１１－１４２２７４号公報 特許第６８２５６６３号公報

（１）前述のような単柱構造の避雷器ユニット１は、「１ｍＡ」の電流が流れる時の１ｍｍ厚さあたりの電圧が「３００Ｖ／ｍｍ」以上の素子を適用することで主流となったが、それ以前の「２００Ｖ／ｍｍ」程度の素子を用いた高定格電圧用では多柱構造が採用されていた。

多柱構造では避雷器の剛性自体が大きいため、振動の影響を殆ど受けなかった。ところが、単柱構造が主流となって以降、「ＧＩＳ」の変電所などでは管路内の母線・ＣＴ（変流器）などが商用周波数の整数倍（特に２倍成分が大きい）の振動が、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）の避雷器タンクに伝播し、避雷器を振動させることが多くなった。

その結果、支持棒９や支持板１３に振動を生じ、特に振動の周波数が支持棒９の共振周波数と近い場合には支持棒９の共振が発生するおそれがあった。そのため、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）を流れる電流が大きくなったなどのケースでは、電磁力増大に伴う振動が大きくなり、「ＧＩＳ」の避雷器で大きな音を発生する問題が生じていた。

（２）この点について一般的な対策としては支持板１３と支持棒９とをエポキシ樹脂などで接着することで両者９，１３の振動を防止しているものの、接着作業の工数が必要となり、また接着剤の硬化に時間がかかるため、避雷器の組立作業が遅延するおそれがある。

そこで、特許文献２では、孔部１５のピッチ円径を変えることで支持棒９を支持板１３に圧接させて振動の抑制を図っている。このとき孔部１５のピッチ円径差は、避雷器の組立性を考慮すれば小さいほうが支持棒９を曲げ易く、組立が容易な反面、支持棒９の加圧力が弱くなるため、騒音の抑制が不十分となるおそれがある。

一方、孔部１５のピッチ円径差を大きくすると、支持棒９の加圧力が強くなる反面、支持棒９の曲げ量が増えるため、組立工数が増加し、組立作業の効率が悪化するおそれがある。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、避雷器の振動および振動音を組立作業の効率に影響を与えることなく抑制することを解決課題としている。

（１）本発明は、複数の非直線抵抗体を積層した避雷器ユニットと、
前記避雷器ユニットを内部に収納し、かつ絶縁ガスを封入する絶縁容器と、
を備え、
前記避雷器ユニットは、上部支持板と下部支持板との間に積層した前記非直線抵抗体群を締め付けて支持する支持棒と、該支持棒をガイドして支持する中間支持板と、を備え、
前記中間支持板は、前記支持棒が挿通される複数の孔部を備え、前記各支持棒は、それぞれ対応した前記孔部に挿通され、
前記中間支持板の孔部中心間の距離を示すピッチ円径を、前記支持棒の直径・前記中間支持板の取付ピッチに応じて変更することにより、
前記上部支持板・前記下部支持板における前記支持棒の固定位置中心間の距離を示すピッチ円径に対して、前記支持棒中心間の距離を示す取付ピッチ円径を変更し、
前記支持棒の外周が、前記孔部内周の前記避雷器ユニットの中心方向または反中心方向に押し付けられることを特徴とする避雷器に関する。

（２）本発明の一態様は、複数の前記中間支持板を備え、
少なくともいずれかの前記中間支持板の前記ピッチ円径が変更され、
他の前記中間支持板との間に前記ピッチ円径の差が設けられていることを特徴としている。

（３）本発明の他の態様は、前記ピッチ円径の差により、
前記支持棒の外周が、前記各中間支持板の前記孔部内周の中心方向または反中心方向に押し付けられることを特徴としている。

（４）本発明のさらに他の態様は、前記中間支持板の取付ピッチに差を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、避雷器の振動および振動音を組立作業の効率に影響を与えることなく抑制することが可能となる。

（ａ）は従来の避雷器ユニットの概略を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図。 実施例１の避雷器ユニットの縦断面図。 （ａ）は図２のＢ－Ｂ断面図、（ｂ）は図２のＣ－Ｃ断面図、（ｃ）は（ｂ）の他例を示すＣ－Ｃ断面図。 実施例２の避雷器ユニットを示す縦断面図。 図４のＤ－Ｄ断面図。 （ａ）は実施例１の支持棒の変形と支持板への圧接方向を示す説明図、（ｂ）は実施例２の同説明図。

以下、本発明の実施形態に係る避雷器を説明する。この避雷器は、酸化亜鉛素子（非直線抵抗体）を使用した避雷器であって、主に発電所や変電所などに設置されるガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）や変圧器などを異常電圧から保護するタンク形避雷器として使用されている。ここでは一例として単相タイプの前記避雷器を説明するが、電圧が低い場合の三相組み込みタイプにも適用可能である。

単相タイプの前記避雷器は、従来のタンク形避雷器と略同様に構成され、複数の酸化亜鉛素子を直列に積層した積層体を主体とする避雷器ユニットと、避雷器ユニットを内部に収納する設置タンクとを備えている。この設置タンク内にＳＦ６ガス／代替えの絶縁性ガス（窒素／二酸化炭素／乾燥空気など）が封入され、避雷器ユニットと設置タンクとが同軸状に配置されている。

図２および図３に基づき前記避雷器ユニットの実施例１を説明する。図２中の３０は本実施例の避雷器ユニットを示している。

避雷器ユニット３０は、従来と同様に上端に配置された一対の支持部材６ａ，６ｂと、下端に配置されて避雷器ユニット３０を支えるベース７と、支持部材６ａ，６ｂ・ベース７間に積層された酸化亜鉛素子１０の素子ユニット（積層体）２０と、両支持部材６ａ，６ｂａ間に挿入されたばね部材８と、ばね部材８による加圧時に素子ユニット２０を締め付けて支持する絶縁材料（例えばＦＲＰなど）製の複数の支持棒９と、各支持棒９をガイドして支持する一対の支持板１３ａ，１３ｂとを備えている。

支持部材６ａ，６ｂおよびベース７には各支持棒９の上下端部を固定する図示省略の固定部（固定穴など）が形成され、本実施例ではそれぞれを支持棒９の両端固定部（両端固定位置）Ｆ１，Ｆ２（図６参照）と呼ぶ。

具体的に支持板１３ａ，１３ｂは、素子ユニット２０の垂直方向に配置され、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ドーナツ状に形成された本体１４と、本体１４の周方向にそれぞれ等間隔に貫通形成された複数の孔部１５ａ，１５ｂと、本体１４の内周に配置された孔部１６とを備えている。

孔部１５ａ，１５ｂにはそれぞれ支持棒９が挿通されている一方、孔部１６には酸化亜鉛素子１０間を導通させる金属電極２８が挿通されている。また、孔部１５ａ，１５ｂ，１６の内径は、組立時の作業性などを考慮して支持棒９や金属電極２８の外寸よりも大きめに形成されている。

本実施例では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、孔部１５ａ，１５ｂ間の形成位置をシフト（ずらす）ことでピッチ円径（ＰＣＤ：内径ピッチ）を部分的に変更する構造を採用し、支持板１３ａ，１３ｂ，支持棒９の振動を抑制している。また、共振周波数を大きくして伝播する振動の卓越振動数、即ち商用周波電源の振動数およびその２倍（５０Ｈｚであれば５０Ｈｚおよび１００Ｈｚ）での支持板１３ａ，１３ｂ，支持棒９の共振防止を図っている。

図３（ａ）中のＲ１は支持板１３ａに形成された孔部１５ａ中心間のピッチ円径を示し、Ｌ１は孔部１５ａに挿通された支持棒９中心間における取付ピッチ円径を示している。ここではＲ１は、前記両端固定部Ｆ１，Ｆ２の中心間におけるピッチ円径（以下、ピッチ円径Ｒ４と呼ぶ。）と略同等に形成されている。

図３（ｂ）中のＲ２は、支持板１３ｂに形成された孔部１５ｂ中心間のピッチ円径を示している。また、Ｌ２は、孔部１５ｂに挿通された支持棒９中心間の取付ピッチ円径を示している。ここでは孔部１５ｂの形成位置を孔部１５ａより外周側、即ち中心Ｏの反対側に「数ｍｍ」分シフトさせることでピッチ円径Ｒ２をピッチ円径Ｒ１より長くし、両者Ｒ１，Ｒ２間にピッチ円径の差（以下、ピッチ円径差と呼ぶ。）を生じさせている。

これにより各支持棒９は、孔部１５ｂへの挿通時に中心Ｏの反対方向（外周側）Ｅに曲げられ、支持板１３ｂの取付ピッチ円径Ｌ２は、支持板１３ａの取付ピッチ円径Ｌ１より長くなる。このとき各支持棒９は、反発力により孔部１５ｂの中心Ｏ側の内周を加圧し、その外周が孔部１５ｂの前記内周に圧接する。また、各支持棒９は、図６（ａ）に示すように、支持板１３ｂの圧接箇所Ｑ１を支点に曲げられているため、支持板ａについても孔部１５ａの中心Ｏ側の内周を加圧し、その外周が孔部１５aの前記内周に圧接する。

その結果、各支持棒９が接着剤などを用いることなく、支持板１３ａ，１３ｂの圧接箇所（加圧箇所）Ｑ１，Ｑ２において固定される。その際、支持板１３ｂの圧接箇所Ｑ１が支点のように振舞って見かけ上の支持棒９の支点（両端固定部Ｆ１，Ｆ２）間が短くなり、この点で支持棒９の共振周波数が大きくなって、前述の商用周波電源の振動数およびその２倍の周波数から遠ざけることが可能となる。

また、支持棒９が、組立の時点で支持板１３ｂの孔部１５ｂに圧接するため、接着作業が不要となり、かつ支持棒９自体の動きも抑えることができる。このとき支持板１３ｂも支持棒９に圧接されるため、振動に対する支持板１３ｂ自体の振動も抑制される。

このように本実施例によれば、ピッチ円径Ｒ１を同Ｒ２と変更するだけで支持棒９・支持板１３ａ，１３ｂに対する避雷器ユニット３０の半径方向の動きを簡易かつ効果的に抑制することが可能となる。

なお、支持板１３ｂの孔部１５ｂは、図３（ｃ）に示すように、形成位置を孔部１５ａより内周側、即ち中心Ｏ側に「数ｍｍ」分シフトさせてもよい。この場合には、ピッチ円径Ｒ３がピッチ円径Ｒ１より短縮するため、両者Ｒ１，Ｒ３間にピッチ円径差が生じ、同様な効果を得ることができる。

（１）ビッチ円径差の設定方法
前記ピッチ円径差は、以下のように設定される。すなわち、通常、素子ユニット２０の外径が大きいと質量も増加するため、外径の大きな支持棒９を使用する。

この場合、前述のようにピッチ円径Ｒ１，Ｒ２のピッチ円径差は、避雷器ユニット３０の組立性を考慮すれば、小さいほうが支持棒９を曲げやすく有利な反面、小さいと支持棒９の加圧力が小さくなる。

逆に前記ピッチ円径差が大きいと、支持棒９の加圧力は大きくなり共振防止に効果的な反面、支持棒９を曲げる量が増えるので組立工数が増加してしまう。そこで、本実施例では、前記ピッチ円径差を支持棒９の直径と支持板１３ａ，１３ｂの取付間隔（支持板ピッチ）Ｐ１～Ｐ３とに応じて設定する。

具体的には「Ｐ１～Ｐ３＝４００ｍｍ～６００ｍｍ」の場合、前記ピッチ円径を以下のＡ，Ｂのサイズとしている。
Ａ：支持棒の直径＝φ１０ｍｍ～１２ｍｍ ピッチ円径差＝４ｍｍ～１０ｍｍ
Ｂ：支持棒の直径＝φ１６ｍｍ ピッチ円径差＝４ｍｍ～８ｍｍ
これにより避雷器ユニット３０の組立の容易性と支持棒９の加圧力との両立を図ることが可能となる。なお、組立の容易性を考慮すれば、上部電極の下方に配置された支持板１３ｂの取付ピッチ（Ｐ１，Ｐ２）を変更することが好ましい。

（２）支持板ピッチについて
支持板１３ａ，１３ｂが等間隔の場合、即ち支持板ピッチＰ１～Ｐ３が等しい場合（支持板１３ａ，１３ｂで分割された支持棒の長さが等しい場合）にも、前記ピッチ円径差により振動を抑制して支持棒９自体の振動を小さくできるが、互いの支持棒９との共振周波数が近くなることにより微小な振動でも共振し、振動および振動音が大きくなるおそれがある。

そこで、本実施例では、前述した支持棒９との共振周波数に「５％」程度の差を設けるため、支持板１３ａ，１３ｂの支持板ピッチＰ１～Ｐ３に「３％」程度の差を設定することにより、さらに振動および振動音の発生を抑制している。

図４および図５に基づき前記避雷器ユニットの実施例２を説明する。図４中の３１は本実施例の前記避雷器ユニットを示している。

前記避雷器ユニット３１は、支持部材６ａ，６ｂ・ベース７の中間に一枚の支持板１３ｃが設けられている。この支持板１３ｃは、図５に示すように、支持板１３ｂと同形状に形成され、複数の孔部１５ｃが等間隔に形成されている。

図５中のＲ５は、支持板１３ｃに形成された孔部１５ｃ中心間のピッチ円径を示している。また、Ｌ５は、孔部１５ｃに挿通された支持棒９中心間の取付ピッチ円径を示している。ここでは実施例１と同様に孔部１５ｃの形成位置を前記両端固定部Ｆ１，Ｆ２より外周側、即ち中心Ｏの反対側に「数ｍｍ」分シフトさせることでピッチ円径Ｒ５を前述のピッチ円径Ｒ４より長くし、両者Ｒ４，Ｒ５間にピッチ円径差を生じさせている。

これにより各支持棒９は、孔部１５ｃへの挿通時に中心Ｏの反対方向（外周側）Ｅに曲げられ、取付ピッチ円径Ｌ５は前記両端固定部Ｆ１，Ｆ２の中心間における取付ピッチ円径より長くなる。このとき各支持棒９は、図６（ｂ）に示すように、反発力により孔部１５ｃの中心Ｏ側の内周を加圧し、その外周が孔部１５ｃの該内周に圧接する。

その結果、各支持棒９が接着剤などを用いることなく、支持板１３ｃの圧接箇所Ｑにおいて固定される。その際、支持板１３ｃの加圧箇所（圧接箇所）Ｑが支点のように振舞って見かけ上の支持棒９の支点（両端固定部Ｆ１，Ｆ２）間が短くなり、支持棒９の共振周波数が大きくなる。

また、本実施例の前記ピッチ円径差は、支持棒９の直径と支持板１３ｃの取付間隔（支持板ピッチ）Ｐ１，Ｐ２とに応じて設定することが可能である。具体的には前述のサイズＡ，Ｂに準じて定めることができる。さらに支持板ピッチＰ１，Ｐ２に「３％」程度の差を設定してもよく、これらにより実施例１と同様な効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば実施例１は、支持板１３ａ，１３ｂの二枚に限らず、必要に応じて３枚以上の支持板１３を配置してもよい。この場合、いずれか一枚を支持板１３ｂのピッチ円径に形成すれば、実施例１と同様の効果が得られる。

また、実施例２の支持板１３ｃを、図３（ｃ）と同様に孔部１５ｃの形成位置を中心Ｏ側にシフトさせてもよい。この場合にはピッチ円径Ｒ５がピッチ円径Ｒ３より短縮されてピッチ円径差が生じる。

６ａ，６ｂ…支持部材（上部支持板）
７…ベース（下部支持板）
８…ばね
９…支持棒
１０…酸化亜鉛素子
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…支持板（中間支持板）
１４…板本体
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６…孔部
２０…素子ユニット（非直線抵抗体群）
２８…金属電極
３０，３１…避雷器ユニット

Claims (4)

1. 複数の非直線抵抗体を積層した避雷器ユニットと、
   前記避雷器ユニットを内部に収納し、かつ絶縁ガスを封入する絶縁容器と、
   を備え、
   前記避雷器ユニットは、上部支持板と下部支持板との間に積層した前記非直線抵抗体群を締め付けて支持する支持棒と、該支持棒をガイドして支持する中間支持板と、を備え、
   前記中間支持板は、前記支持棒が挿通される複数の孔部を備え、前記各支持棒は、それぞれ対応した前記孔部に挿通され、
   前記中間支持板の孔部中心間の距離を示すピッチ円径を、前記支持棒の直径・前記中間支持板の取付ピッチに応じて変更し、
   前記上部支持板・前記下部支持板における前記支持棒の固定位置中心間の距離を示すピッチ円径に対して、前記支持棒中心間の距離を示す取付ピッチ円径を変更し、
   前記支持棒の外周が、前記孔部内周の前記避雷器ユニットの中心方向または反中心方向に押し付けられる
   ことを特徴とする避雷器。
2. 複数の前記中間支持板を備え、
   少なくともいずれかの前記中間支持板の前記ピッチ円径が変更され、
   他の前記中間支持板との間に前記ピッチ円径の差が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の避雷器。
3. 前記ピッチ円径の差により、
   前記支持棒の外周が、前記各中間支持板の前記孔部内周の中心方向または反中心方向に押し付けられる
   ことを特徴とする請求項２記載の避雷器。
4. 前記中間支持板の取付ピッチに差を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の避雷器。

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