JP2615686B2 - 避雷器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は雷サージを始めとする異常電圧から電力設備
を保護するための油中適用の避雷器に関するものであ
る。

従来の技術 近年、電力分野において、電力の安定供給の要望が以
前にも増して高まり、電力設備機器の高信頼化ならびに
電力の高品質化が進められている。特に、電力の高品質
化においては、雷などによって送配電線上に発生する有
害な異常電圧を確実に吸収するために、直列ギャップを
もたない酸化亜鉛型の避雷器も実用化され、送配電設備
の各所に取付けられている。また、電力機器の保護特性
を経済的に向上させる観点から、電力機器内蔵型の避雷
器も実用化されつつある。この電力機器内蔵型の避雷器
は変圧器における油中適用などで代表されるが、これら
の避雷器は変圧器の絶縁油の高温度に常にさらされるこ
とになり、またそれは気中適用時の温度に比べかなり高
くなることから、サージ電流吸収ならびに短時間交流過
電圧印加に対して、十分な熱放散を考慮しなければなら
ない。そのため、避雷器の特性要素となる素子から発生
する熱をどのように放散させるかが重要な課題となって
いる。

従来、この種の避雷器の内部構造は第４図に示すよう
な構成であった。第４図の避雷器は変圧器油中適用の例
で、変圧器の構成部分も一部併せて示している。第４図
において、１は酸化亜鉛を主原料とし、ビスマス，プラ
セオジウムなどの添加物を加えて高温焼結して得られた
円柱形のバリスタ素子で、同図の例では４個直列に圧接
接続されている。２はバリスタ素子１を固定し、かつ圧
接するためのコイル状のスプリング、３はバリスタ素子
１ならびにスプリング２を収納する絶縁ケースで、通常
は中空の碍子が用いられる。４は同避雷器の充電端子、
５は絶縁ケース３内に収納される収納物全体を封止し固
定する金属キャップで、カシメによって絶縁ケース３に
固定される。６は絶縁ケース３の充電端子４側に設けら
れた通油孔、７は接地端子、８は接地端子７からの接地
リード線、９は変圧器のタンクであり、これに接地リー
ド線８が接続され、タンク９そのものも大地に接地され
ている。10は充電端子４に接続された充電リード線、11
は絶縁板で、碍子からなり、変圧器の電圧タップ切替え
端子などが設けられている。12は高圧リード線で、絶縁
板11上で充電リード線10に接続されていると同時に、変
圧器の高圧巻線（図示せず）にも接続されている。13は
変圧器の鉄心、14は絶縁油で破線のイの部分まで満たさ
れており、避雷器全体はこの絶縁油14中にある。

以上のように構成された従来の避雷器の放熱につい
て、以下その動作を説明する。

まず、雷サージ電圧、開閉サージ電圧、あるいは短時
間交流過電圧が避雷器両端に印加された場合、それらの
電圧に伴うサージ電流は避雷器によってバイパスされ、
避雷器が接続された線路のサージ電圧は抑制される。こ
の時、サージ電流は直列接続されたバリスタ素子１を通
過することになり、その時の消費エネルギーはジュール
熱となって、一旦、バリスタ素子１の温度を上昇させ、
その後、主としてバリスタ素子１の側面から絶縁ケース
３内の絶縁油14へ放熱され、さらに絶縁ケース３および
通油孔６を通しての通油によって、熱放散が行われる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような従来の構成では、前述のサ
ージ電圧あるいは短時間交流過電圧が連続的に、あるい
は長時間発生した場合、前記の絶縁ケース３および前記
通油孔６を通しての通油による熱放散では十分でないと
いう問題があった。すなわち、従来の構成においては、
寧の移動媒体である絶縁油の流れが通油孔６付近に限定
され、バリスタ素子１側面部の絶縁油の流れがほとんど
期待できないためである。

また、サージ電圧が非常に急峻な立ち上がり（dV/d
t）の場合、避雷器によって制限電圧は低く抑えられて
も、変圧器の高圧巻線内における電位傾度は部分的に厳
しい部分が発生する。第５図にその様子を示した。同図
の（ａ）は高圧巻線を回路的に示したもので、ロは巻線
の巻始め部分で、ハは巻始めの部分ロ以外の巻線部であ
る。第５図（ｂ）はサージ電圧が高圧巻線に印加された
時の電位傾度を示したものである。第５図（ｂ）に示す
ように周波数の低い電圧に対してはニのように巻線のど
の部分においても電位傾度は同じであるが、サージ電圧
のように周波数の高い電圧に対してはホのように巻始め
の部分ロの電位傾度はそれ以外の巻線部ハの部分よりも
厳しくなり、巻線の層間絶縁が脅かされるという問題も
あった。

本発明はこのような問題点を解決しようとするもの
で、バリスタ素子を取巻く絶縁油の流れによってバリス
タ素子の放熱特性を高め、大きなエネルギー処理時の避
雷器の熱安定性を高め、さらに巻線内における電位傾度
を一様にし、層間絶縁協調を保つことを目的とするもの
である。

問題点を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するために、円筒状のバリ
スタ素子を電力機器から伸びる絶縁棒を介して固定し、
その両端ならびに途中から電気端子を取出し、これらを
電気機器の巻線の端部、大地ならびに巻線途中のタップ
端子に接続し、電力機器のタンク内の絶縁油が直接バリ
スタ素子に接するように構成したものである。

作用 本発明は前記した構成により、バリスタ素子の発熱に
よって熱せられた絶縁油は比重が軽くなり、バリスタ素
子外側面に沿って下方より上方へ一様に絶縁油の上昇流
ができる。これにより、バリスタ素子の側面からの放熱
効果は大幅に向上するものである。また、巻線途中のタ
ップ端子にバリスタ素子を接続することによって、急峻
なサージ電圧に対しても巻線内の電位傾度を均一にする
作用をもつものである。

実施例 第１図は本発明の一実施例による避雷器を示す断面図
であり、変圧器油中適用の例である。第１図において、
15は酸化亜鉛を主原料とするバリスタ素子で、内部中空
の円筒状をなし、その各端面にはリング状のメタリコン
電極が施されている。また、第１図においては、バリス
タ素子15は４個直列に接続されている。16は絶縁棒でそ
の一方の端部が後述する変圧器の鉄心25上に取付けられ
たＬ字形の金具27に固定されている。この絶縁棒16は絶
縁油に浸されるため、耐油性の良い樹脂、セラミクスあ
るいは絶縁コートを施した金属棒などが用いられる。17
はナットで、スプリングワッシャやサラバネと共に、バ
リスタ素子15の中空部を通した絶縁棒16でそのバリスタ
素子15を固定する。18は接地端子で、一方の端部に位置
するバリスタ素子15の電極に圧接して引き出されてい
る。19は充電端子で、他方の端部に位置するバリスタ素
子15の電極に同様に圧接して引き出されている。20は接
地リード線、21はタンク、22は充電リード線、23は絶縁
板、24は高圧リード線、25は変圧器の鉄心、26は絶縁油
で、これらはそれぞれ従来の接地リード線８、タンク
９、充電リード線10、絶縁板11、高圧リード線12、変圧
器の鉄心13、絶縁油14に対応するものである。27はＬ字
形の金具で一方が鉄心25に固定され、他方が一端部に位
置するバリスタ素子15および接地端子18に接続されてい
る。28はバリスタ素子15の途中から引き出した中間端子
で、29はこの中間端子28と後述のタップ端子31を接続す
る中間リード線、30は回路的に記述した変圧器の巻線
で、一端は絶縁板23上で高圧リード線24に接続されてい
る。31は巻線30の巻始めの近傍付近から引き出したタッ
プ端子である。ここで、中間端子28とタップ端子31の引
き出しはそれぞれバリスタ素子15、巻線30の電気的特性
比率に合わせてある。

次に、以上のように構成された避雷器の動作を説明す
る。今、従来例と同様にサージ電圧あるいは短時間交流
過電圧が連続的にあるいは長時間発生した場合、吸収さ
れたエネルギーによってバリスタ素子15の素子温度は従
来例と同様に極めて高くなる。しかしながら、それぞれ
のバリスタ素子15からの放熱は直接タンク21内の絶縁油
26に一様に行われ、高温にさらされた絶縁油26の比重は
軽くなり、下方から上方へとバリスタ素子15の外側面に
沿って帯状の絶縁油26の流れが形成される。また、この
帯状の流れは、バリスタ素子15の温度上昇が高ければ高
い程、速くなる特徴を有する。このようにして、バリス
タ素子15の放熱効果は大幅に向上し、バリスタ素子15の
温度上昇を低く抑えることができ、結果として、定格交
流印加状態における避雷器を熱暴走から回避することが
できるなど、良好な熱安定性を得ることができる。ま
た、バリスタ素子15の発熱から特性劣化を逓減させると
いった効果、さらには構造が簡単で部品点数が少ないな
ど経済的な効果を併せてもつものである。

また、巻線端部のタップ端子31の電位は強制的にバリ
スタ素子15の中間端子28により引き下げられ、そして巻
線30内における電位傾度は均一化され、結果として急峻
なサージ電圧に対しても層間絶縁の保護効果が高いとい
う効果をもつものである。

次に、本発明の第２の実施例について第２図と共に説
明する。第１図の実施例との違いは、本発明の避雷器２
台を１台にまとめた点である。第２図において、A,Bは
それぞれ第1,第２の避雷器で、32は両避雷器A,Bの共通
の接地端子、33,34は避雷器Ａの充電端子と中間端子、3
5,36は避雷器Ｂの充電端子と中間端子である。

第３図は第２図の避雷器を変圧器に接続した時の回路
図を示したものである。

ここで、基本的な作用は第１の実施例と同様である
が、一般に変圧器内蔵タイプには２台の避雷器が用いら
れるが、第２図のように第1,第２の避雷器を組合せるこ
とによってコンパクトに、かつ経済的に構成できるとい
った効果をもつものである。

なお、本発明の実施例では、避雷器本体を鉄心上に位
置させたが、絶縁棒をタンクに取付け、タンク内側面に
本避雷器を取付けても同様な効果が得られることは言う
までもない。また、本実施例では取付けを水平とした
が、これは斜めや垂直に取付けても同様である。さら
に、中間端子に接続されるタップ端子は、前記実施例に
おいては巻線の巻始めの近傍から引き出される場合につ
いて説明したが、これは巻線の巻終りの近傍から引き出
すようにしてもよいものである。

発明の効果 以上のように本発明によれば、円筒状のバリスタ素子
を電力機器から伸びる絶縁棒を介して固定し、その両端
ならびに途中から電気端子を取出し、これらを電気機器
の巻線の端部、大地ならびに巻線途中のタップ端子に接
続し、電力機器のタンク内の絶縁油が直接バリスタ素子
に接するように構成することによって、バリスタ素子内
で発生したジュール熱を速やかに放散させ、バリスタ素
子の温度上昇を抑制することができ、結果として避雷器
の良好な熱安定性を確保し、バリスタ素子の特性劣化抑
制の効果をもつもので、さらに急峻波サージ電圧に対し
ても巻線内の電位傾度を均一にし、経済的な避雷器の製
造を実現するといった効果を併せもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による避雷器を示す断面図、
第２図は本発明の第２の実施例による避雷器を示す断面
図、第３図は第２図の接続回路図、第４図は従来の避雷
器を示す断面図、第５図（ａ），（ｂ）は第４図の避雷
器の電位傾度を説明する図である。 15……バリスタ素子、16……絶縁棒、17……ナット、1
8,32……接地端子、19,33,35……充電端子、20……接地
リード線、21……タンク、22……充電リード線、23……
絶縁板、24……高圧リード線、25……鉄心、26……絶縁
油、27……金具、28……中間端子、29……中間リード
線、30……巻線、31……タップ端子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】巻線を有した電力機器の一部から伸びる絶
   縁棒を、複数個直列に積み重ねた円筒状のバリスタ素子
   の中空部に通して、前記バリスタ素子を圧接固定し、直
   列接続された前記バリスタ素子の両端部から充電端子と
   接地端子とを、また途中部分より中間端子を、それぞれ
   取出し、前記充電端子は前記電力機器の巻線の一端に、
   そして前記接地端子は大地に、また前記中間端子は前記
   巻線の巻始めあるいは巻終りの近傍から引き出したタッ
   プ端子にそれぞれ接続し、前記バリスタ素子が直接、電
   力機器のタンク内の絶縁油に接するように構成したこと
   を特徴とする避雷器。