JP2022161661A - 避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な機械的強度を有し、かつ構造が簡略である避雷器を提供することである。【解決手段】実施形態の避雷器は、非直線抵抗体と、電極と、１または複数の絶縁板と、を持つ。前記電極は、前記非直線抵抗体の一端および他端にそれぞれ設けられる。前記絶縁板は、前記非直線抵抗体の一端に設けられた前記電極と、前記非直線抵抗体の他端に設けられた前記電極とを連結する。前記電極の側面に、突起部が形成される。前記絶縁板に、前記突起部が嵌合する嵌合孔が形成される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、避雷器に関する。

避雷器は、電力機器などを高電圧から保護するために用いられる。避雷器は、例えば、非直線抵抗体と、電極と、絶縁ロッドと、外被とを備える。電極は、非直線抵抗体の両端にそれぞれ設けられる。絶縁ロッドは、電極同士を連結する。外被は、内部要素（非直線抵抗体、電極、絶縁ロッドなど）を覆う。電極は、挿入孔を有する。挿入孔は、傾斜した内周面を有する。絶縁ロッドと電極とは、挿入孔に楔形状のスペーサが圧入されることよって固定される。避雷器の機械的強度を確保するため、絶縁ロッドと電極との固定構造は、高い強度を有することが望まれている。

前記避雷器は、絶縁ロッドと電極との固定構造が複雑であるため、組み立てが容易でなかった。前記避雷器は、構造が複雑であるため製造コストの低減は難しかった。

特開２０１３－２２９３６２号公報 特開２０１４－２２６３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、十分な機械的強度を有し、かつ構造が簡略である避雷器を提供することである。

実施形態の避雷器は、非直線抵抗体と、電極と、１または複数の絶縁板と、を持つ。前記電極は、前記非直線抵抗体の一端および他端にそれぞれ設けられる。前記絶縁板は、前記非直線抵抗体の一端に設けられた前記電極と、前記非直線抵抗体の他端に設けられた前記電極とを連結する。前記電極の側面に、突起部が形成される。前記絶縁板に、前記突起部が嵌合する嵌合孔が形成される。

第１の実施形態の避雷器を示す断面図。 第１の実施形態の避雷器を示す平面図。 第１の実施形態の避雷器の一部を示す断面図。 第１の実施形態の避雷器の内部構造を示す側面図。 第２の実施形態の避雷器を示す平面図。 第２の実施形態の避雷器の一部を示す断面図。 第３の実施形態の避雷器を示す断面図。 前図のＡ－Ａ断面の一部を示す図。

以下、実施形態の避雷器を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の避雷器１００を示す断面図である。図２は、避雷器１００を示す平面図である。図３は、避雷器１００の一部を示す断面図である。図４は、避雷器１００の内部構造を示す側面図である。

以下の説明では、図１に即して避雷器１００の位置関係を仮に規定する。図１に示すように、複数の非直線抵抗体１は上下方向に積み重なっている。非直線抵抗体群２０は上下方向に延在する。上下方向から見ることを平面視という。

図１に示すように、避雷器１００は、複数の非直線抵抗体１と、一対のスペーサ２と、一対の電極３と、一対の固定具４と、複数の絶縁板５と、一対の押さえ板７と、外被１０とを備える。

非直線抵抗体１は、電圧の上昇に従って抵抗が減少する非直線的な電圧／電流特性を有する素子である。非直線抵抗体１は、例えば、酸化亜鉛を主成分とする。非直線抵抗体１は、例えば、円板状または円柱状に形成されている。複数の非直線抵抗体１は、厚さ方向（中心軸方向）に積み重ねられて非直線抵抗体群２０を形成している。

スペーサ２は、非直線抵抗体群２０の上端（一端）および下端（他端）にそれぞれ設けられている。非直線抵抗体群２０の上端（一端）に設けられたスペーサ２は、第１スペーサ２Ａである。非直線抵抗体群２０の下端（他端）に設けられたスペーサ２は、第２スペーサ２Ｂである。スペーサ２は、非直線抵抗体群２０と同軸に配置されている。スペーサ２は、金属などの導体で形成されている。

スペーサ２は、スペーサ本体１１と、筒部１２とを備える。スペーサ本体１１は、円板状または円柱状とされている。スペーサ本体１１の外径は、非直線抵抗体１の外径と同じであってよい。第１スペーサ２Ａの筒部１２は、スペーサ本体１１の上面から上方に延出する。第２スペーサ２Ｂの筒部１２は、スペーサ本体１１の下面から下方に延出する。筒部１２内の空間は、挿入孔８である。

第１スペーサ２Ａの筒部１２に形成された挿入孔８は第１挿入孔８Ａである。第２スペーサ２Ｂの筒部１２に形成された挿入孔８は第２挿入孔８Ｂである。第１挿入孔８Ａおよび第２挿入孔８Ｂは、平面視において円形状である。第１挿入孔８Ａおよび第２挿入孔８Ｂの内周面には、第１らせん方向（例えば、左ネジ方向）の雌ネジが形成されている。

電極３は、第１スペーサ２Ａの上、および第２スペーサ２Ｂの下にそれぞれ設けられている。第１スペーサ２Ａの上に設けられた電極３は第１電極３Ａである。第２スペーサ２Ｂの下に設けられた電極３は第２電極３Ｂである。電極３は、例えば、角柱状に形成されている（図２参照）。電極３は、非直線抵抗体群２０およびスペーサ２と同軸に配置されている。電極３は、筒部１２が挿入される挿入孔を有する。電極３は、金属などの導体で形成されている。電極３の構成材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などが挙げられる。電極３は、ダイカスト等で作製された鋳造品であってよい。

図２に示すように、本実施形態では、電極３は、平面視において六角形状である。電極３の外側面は、第１側面３ａと、第２側面３ｂと、第３側面３ｃとを備える。側面３ａ～３ｃは、平坦に形成されている。平面視において側面３ａ～３ｃのうち２つの側面がなす角度は約１２０°である。
なお、電極３の平面視形状は、特に限定されない。電極３の平面視形状は、第１側面３ａ、第２側面３ｂおよび第３側面３ｃで形成される三角形状であってもよい。電極３の平面視形状は、四角形、五角形などであってもよい。

電極３の外側面には、１または複数の突起部６が形成されている。本実施形態では、側面３ａ～３ｃに、それぞれ１つずつ突起部６が形成されている。突起部６は、側面３ａ～３ｃから径方向の外方（電極３の中心軸から離れる方向）に突出する。

図４に示すように、突起部６は、突出方向から見て長円形状である。「長円形状」は、互いに平行かつ向かい合う２つの直線と、２つの直線の端部どうしをそれぞれ結ぶ湾曲凸状（例えば半円形状、楕円弧形状など）の２つの曲線とで構成される形状である。突起部６は、一対の直線状の側縁６ａと、一対の湾曲凸状の端縁６ｂとを有する長円形状である。突起部６は、長手方向（長軸方向）が上下方向に沿う長円形状とされている。一対の側縁６ａは、互いに平行かつ向かい合う。一対の端縁６ｂは、互いに離れる方向に凸となる半円形状である。突起部６の長手方向の寸法は、短手方向（幅方向）の寸法より大きい。突起部６の短手方向は、突起部６の突出方向から見て長手方向に直交する方向である。

図２および図３に示すように、突起部６は、根元部１３と、突起主部１４とを備える。突起主部１４は、長円柱状に形成されている。根元部１３は、突起主部１４から基端に向けて徐々に拡径する形状とされている。根元部１３の高さ寸法（突起部６の突出方向の寸法）は、例えば、５ｍｍ以上であってよい。根元部１３は、Ｃ面取り形状またはＲ面取り形状であってよい。
突起部６は、拡径形状の根元部１３を有するため、基端部分への応力集中を抑えることができる。よって、突起部６の機械的強度を高めることができる。

図１に示すように、電極３の中央には、挿入孔９が形成されている。挿入孔９は、電極３を上下方向に貫通して形成されている。第１電極３Ａに形成された挿入孔９は第１挿入孔９Ａである。第２電極３Ｂに形成された挿入孔９は第２挿入孔９Ｂである。第１挿入孔９Ａおよび第２挿入孔９Ｂは、平面視において円形状である。第１挿入孔９Ａおよび第２挿入孔９Ｂの内周面には、第２らせん方向（例えば、右ネジ方向）の雌ネジが形成されている。第２らせん方向は、第１らせん方向とは反対の方向である。

図３に示すように、電極３には、取付孔１５が形成されている。取付孔１５は、突起部６の先端面（突出端面）に開口して形成されている。取付孔１５の内周面には雌ネジが形成されている。

図１に示すように、固定具４は、スペーサ２と電極３とを連結する。第１スペーサ２Ａと第１電極３Ａとを連結する固定具４は第１固定具４Ａである。第２スペーサ２Ｂと第２電極３Ｂとを連結する固定具４は第２固定具４Ｂである。固定具４の上部および下部の外周面にはそれぞれ雄ネジが形成されている。固定具４の上部の雄ネジと下部の雄ネジとは、ネジの形成方向（らせん方向）が異なる。固定具４の上部は、上端を含む長さ部分である。固定具４の下部は、下端を含む長さ部分である。固定具４は、金属などの導体で形成されている。

第１固定具４Ａの下部の雄ネジは、第１スペーサ２Ａの第１挿入孔８Ａの雌ネジに嵌合する。第１固定具４Ａの上部の雄ネジは、第１電極３Ａの第１挿入孔９Ａの雌ネジに嵌合する。第２固定具４Ｂの上部の雄ネジは、第２スペーサ２Ｂの第２挿入孔８Ｂの雌ネジに嵌合する。第２固定具４Ｂの下部の雄ネジは、第２電極３Ｂの第２挿入孔９Ｂの雌ネジに嵌合する。

図３に示すように、第１固定具４Ａの上端および第２固定具４Ｂの下端には、受け凹部４ａが形成されていてもよい。受け凹部４ａは、固定具４の長さ方向から見て、例えば、六角形状に形成されている。トルクレンチなどの工具を受け凹部４ａに嵌合させ、回転させることによって、固定具４を軸周りに回転させることができる。

固定具４の上部の雄ネジと下部の雄ネジとは、ネジの形成方向（らせん方向）が異なる。そのため、固定具４を軸周りに回転させることによって、スペーサ２を、電極３から離れる方向に移動させることができる。これにより、非直線抵抗体１に圧縮荷重を加えることができる。したがって、非直線抵抗体群２０の接続特性を高めることができる。よって、避雷器１００の信頼性を高めることができる。

図４に示すように、絶縁板５は、矩形の平板状とされている。絶縁板５は、上下方向に延在する長方形状であってよい。絶縁板５は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。絶縁板５の構成材料は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が好ましい。
図１に示すように、絶縁板５は、第１電極３Ａと第２電極３Ｂとを連結する。絶縁板５の上端（一端）を含む部分は第１電極３Ａの側面に対面する。絶縁板５の下端（他端）を含む部分は第２電極３Ｂの側面に対面する。

図２に示すように、本実施形態では、３つの絶縁板５が用いられる。３つの絶縁板５は、それぞれ電極３の側面３ａ～３ｃに対面して設けられている。絶縁板５の厚さは、突起部６の突出高さとほぼ等しい。

図４に示すように、絶縁板５には、突起部６が嵌合する嵌合孔１６が形成されている。嵌合孔１６は、突起部６が嵌合可能な形状を有する。嵌合孔１６は、絶縁板５の上端（一端）を含む部分および上端（一端）を含む部分にそれぞれ形成されている。嵌合孔１６は、絶縁板５の内面から外面にかけて、絶縁板５を貫通して形成されている。
なお、嵌合孔１６は貫通孔に限らず、絶縁板５の内面に形成された凹部であってもよい。

嵌合孔１６は、絶縁板５の厚さ方向から見て長円形状である。嵌合孔１６は、一対の直線状の側縁１６ａと、一対の湾曲凸状の端縁１６ｂとを有する長円形状である。嵌合孔１６は、長手方向が上下方向に沿う長円形状とされている。一対の側縁１６ａは、互いに平行かつ向かい合う。一対の端縁１６ｂは、互いに離れる方向に凸となる半円形状である。嵌合孔１６の長径は突起部６の長径とほぼ同じ、または突起部６の長径よりやや大きい。嵌合孔１６の短径は突起部６の短径とほぼ同じ、または突起部６の短径よりやや大きい。絶縁板５は、嵌合孔１６が突起部６に嵌合することによって、電極３に対して位置決めすることができる。

図２および図３に示すように、押さえ板７は、例えば、長手方向が上下方向に沿う矩形状（長方形状）である。押さえ板７の幅（短手方向の寸法）は、絶縁板５の幅と同じであってよい。押さえ板７は、絶縁板５が電極３から離れる方向に移動するのを規制する。押さえ板７の一部は絶縁板５の外面に対面する。押さえ板７の他の一部は、突起部６の先端面に対面する。

図３に示すように、押さえ板７は、取付孔１５にボルト（固定具）１７が締結することによって電極３に固定されている。押さえ板７は、絶縁板５を押さえつけた状態で電極３に固定される。

図１および図３に示すように、外被１０は、シリコーン樹脂などの樹脂によって形成される。外被１０は、非直線抵抗体１、スペーサ２、電極３、絶縁板５および押さえ板７などを覆う。避雷器１００は、樹脂製の外被１０を有するため、ポリマー形避雷器である。避雷器１００は、電力機器などを高電圧から保護するために用いられる。

避雷器１００では、電極３の側面に突起部６が形成されている。絶縁板５は、突起部６が嵌合する嵌合孔１６を有する。突起部６と嵌合孔１６との嵌合によって絶縁板５を電極３に位置決めすることができるため、絶縁板５および電極３に応力の集中は起こりにくい。よって、避雷器１００に十分な機械的強度を与えることができる。絶縁板５と電極３との位置決め構造の機械的強度を高めることができるため、電極３として、アルミニウム（またはアルミニウム合金）などの安価な材料を用いた鋳造品を使用できる。よって、製造コスト低減を図ることもできる。

避雷器１００は、突起部６と嵌合孔１６とを嵌合させる構造を有するため、楔形状のスペーサによる固定構造を有する場合と比べ、絶縁板５と電極３との位置決め構造を簡略にすることができる。構造が簡略であるため、避雷器１００は組み立てが容易である。避雷器１００は、楔形状のスペーサによる固定構造を有する場合と異なり、特殊な工具を用いる必要はない。

絶縁板５は、定尺の板材を短冊状に切り出すことで作製することができる。そのため、避雷器１００は、絶縁ロッドを用いる場合に比べて製造が容易である。避雷器１００は、製造コストを抑えることができる。

避雷器１００に曲げ方向の力が加えられると、突起部６と絶縁板５には、上下に相対変位する方向の力が作用する可能性がある。
突起部６は、長手方向が上下方向に沿う長円形状とされている。そのため、突起部６に、上下方向の力に対する高い耐久性を与えることができる。よって、電極３または絶縁板５に上下に相対変位する方向の力が作用した場合に、電極３および絶縁板５の破損は起こりにくい。突起部６は、端縁６ｂが湾曲形状とされているため、端縁６ｂに応力が集中しにくい。よって、電極３および絶縁板５の破損は起こりにくい。

避雷器１００では、スペーサ２の挿入孔８には固定具４が嵌合する。電極３の突起部６には絶縁板５の嵌合孔１６が嵌合する。このように、避雷器１００は、構成部材が嵌合により結合されるため、避雷器１００に曲げ方向の力が加えられたときに、応力が分散しやすい。よって、電極３を破損しにくくすることができる。

図１に示す避雷器１００は、複数の非直線抵抗体１を備えるが、非直線抵抗体の数は１でもよい。すなわち、非直線抵抗体の数は１または複数（２以上の任意の数）であってよい。
避雷器１００では、３つの絶縁板５を備えるが、絶縁板５の数は特に限定されない。絶縁板の数は、例えば、３以上の任意の数であってよい。

避雷器１００は、電極３に突起部６が形成され、かつ絶縁板５に嵌合孔１６が形成されているが、電極３と絶縁板５の構成は特に限定されない。例えば、絶縁板に突起部が形成され、かつ電極に嵌合孔が形成されていてもよい。すなわち、実施形態の避雷器では、電極と絶縁板のうち一方に突起部が形成され、かつ電極と絶縁板のうち他方に嵌合孔が形成されていてもよい。

避雷器１００では、突起部６の形状は長円形状とされているが、突起部６の形状は特に限定されない。突出方向から見た突起部の形状は、円形状、楕円形状、矩形状などでもよい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の避雷器２００を示す平面図である。図６は、避雷器２００の一部を示す断面図である。図５および図６に示すように、避雷器２００は、電極３の外側面に、絶縁板５および押さえ板７が嵌合可能な嵌合溝２１が形成されている。嵌合溝２１は、電極３の外側面に上下方向に沿って形成されている。嵌合溝２１の形状は、例えば、平面視において矩形状である。嵌合溝２１の幅は、絶縁板５および押さえ板７の幅と同じ、または絶縁板５および押さえ板７の幅よりやや大きい。嵌合溝２１の深さは、例えば、絶縁板５と押さえ板７の合計厚さと同じであってよい。嵌合溝２１以外の構造は、第１の実施形態の避雷器１００と同様であってよい。

避雷器２００は、電極３の外側面に、絶縁板５および押さえ板７を収容する嵌合溝２１が形成されているため、曲げ方向の力が加えられたときに、電極３と絶縁板５との相対変位を抑制することができる。そのため、突起部６および絶縁板５に生じる応力を緩和することができる。よって、避雷器２００の機械的強度を高めることができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の避雷器３００を示す平面図である。図８は、図７のＡ－Ａ断面の一部を示す図である。図７に示すように、避雷器３００は、隣り合う非直線抵抗体１の間に仕切板３１が設けられている。仕切板３１は、少なくとも一組の隣り合う非直線抵抗体１の間に設けられていればよい。仕切板３１は、複数の絶縁板５に接触可能に形成されている。そのため、仕切板３１は、複数の絶縁板５の相対位置の変化を規制できる。仕切板３１は、非直線抵抗体群２０と絶縁板５との相対位置の変化を規制できる。仕切板３１は、金属などの導体で形成されている。

仕切板３１は、複数の絶縁板５の相対位置の変化、および、非直線抵抗体群２０と絶縁板５との相対位置の変化を抑制することができる。避雷器３００に曲げが生じると、曲げ方向の外側の絶縁板５には長さ方向の引張応力が生じる。曲げ方向の内側の絶縁板５には圧縮応力が生じる。避雷器３００では、仕切板３１によって、例えば、曲げ方向の外側の絶縁板５に生じた応力を内側の絶縁板５に分散させることができる。そのため、応力の集中を抑制することができる。よって、避雷器３００の機械的強度を高めることができる。

実施例として、図１に示す避雷器１００の曲げ特性の解析を行った。詳しくは、下端を固定した避雷器１００の上端に径方向（曲げ方向）の力を加えたときの上端の変位量（変位距離）を算出した。結果を表１に示す。避雷器１００に加える曲げモーメントは、１０００，２０００，３０００，４０００［Ｎ・ｍ］とした。表１において、カッコ内の数字は、曲げモーメント増加前に対する変位量の増加分（変化量）を示す。

比較例として、絶縁板５に代えて絶縁ロッドを用いた避雷器について、実施例と同様の曲げ特性の解析を行った。比較例の避雷器は、非直線抵抗体と、非直線抵抗体の両端に設けられた電極と、絶縁ロッドと、外被とを備える。絶縁ロッドは、電極同士を連結する。電極には、傾斜した内周面を有する挿入孔が形成されている。絶縁ロッドと電極とは、挿入孔に楔形状のスペーサが圧入されることよって固定される。

表１に示すように、実施例では、比較的高い曲げモーメント（２０００～４０００Ｎ・ｍ）を加えた場合に、変位量の増加分（変化量）は、比較例と同等となった。この結果より、実施例は十分な機械的強度を示すことがわかる。実施例の避雷器は、絶縁ロッドを用いた比較例の避雷器に比べて構造が簡略であるため低コスト化が可能である。よって、実施例の避雷器は、経済性の点で優れている。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電極の側面に突起部が形成されている。絶縁板は、突起部が嵌合する嵌合孔を有する。実施形態の避雷器は、突起部と嵌合孔との嵌合によって絶縁板を電極に位置決めすることができるため、絶縁板および電極に応力の集中は起こりにくい。よって、避雷器に十分な機械的強度を与えることができる。実施形態の避雷器は、突起部と嵌合孔とを嵌合させる構造を有するため、楔形状のスペーサによる固定構造を有する場合と比べ、絶縁板と電極との位置決め構造を簡略にすることができる。

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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…非直線抵抗体、３…電極、４…固定具、５…絶縁板、６…突起部、１３…根元部、１６…嵌合孔、２１…嵌合溝、３１…仕切板。

Claims (5)

1. 非直線抵抗体と、
   前記非直線抵抗体の一端および他端にそれぞれ設けられた電極と、
   前記非直線抵抗体の一端に設けられた前記電極と、前記非直線抵抗体の他端に設けられた前記電極とを連結する１または複数の絶縁板と、
   を備え、
   前記電極の側面に、突起部が形成され、
   前記絶縁板に、前記突起部が嵌合する嵌合孔が形成されている、
   避雷器。
2. 前記突起部は、長手方向が前記非直線抵抗体の延在方向に沿う長円形状である、請求項１記載の避雷器。
3. 前記突起部は、基端に向けて拡径する根元部を有する、請求項１または２に記載の避雷器。
4. 前記電極の側面に、前記絶縁板が嵌合する嵌合溝が形成されている、請求項１～３のうちいずれか１項に記載の避雷器。
5. 前記非直線抵抗体を複数備え、
   前記少なくとも一組の隣り合う前記非直線抵抗体の間に、仕切板が設けられている、請求項１～４のうちいずれか１項に記載の避雷器。

Images