JP2711096B2 - アレスター内蔵形高圧カットアウト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 イ−1.産業上の利用分野 本発明は高圧配電線路の柱上用変圧器の保護用として
使用するアレスター内蔵形高圧カットアウトの改良に係
り、特に低融点ガラスフリットによってギャップ装置を
本体碍子内に封入固定した構造に関するものである。 イ−2.従来技術 高圧配電線路においては、変圧器周辺を襲雷から護る
ためにアレスター内蔵形高圧カットアウトが一部の地区
において試行されている。この高圧カットアウトはアレ
スター部に酸化亜鉛（ZnO）素子を収納すると共に同素
子に直列の放電ギャップ装置をギャップ部に収納して本
体碍子に内蔵するようにしたもので、特にギャップ部内
の放電ギャップ装置は低融点フリットでもって封入固定
した耐湿構造になっている。すなわち上記においては、
放電ギャップ装置が低融点フリットによって本体碍子内
に封入されて外気と遮断されているために、万が一アレ
スター部においてシールが劣化した場合にもギャップ装
置部が吸湿しないため放電ギャップによって絶縁が確保
され、それによって使用電圧（常規対地電圧）では配電
線事故に至らないように工夫がなされている。 ところで上記の放電ギャップ装置は第５図に示すよう
に次のようにして本体碍子内に封入固定されている。凹
状に形成した本体碍子（100）内のギャップ部（101）に
対し、放電ギャップ装置（102）のアース側の放電電極
（103）、絶縁スペサー（104）、充電側の放電電極（10
5）の順に収納する。収納後、同装置とギャップ部との
間隙には低融点ガラスフリット（106）が注入される。
注入が終わった本体碍子は次に加熱炉に入れられてガラ
スフリットの封着温度（400℃〜1000℃）まで徐々に昇
温しながら加熱される。加熱によって上記フリットが熔
融状態となったならば加熱炉の電源スイッチが切られそ
のままの状態で本体碍子は常温まで徐冷される。徐冷が
終わるとガラスフリットは固化し放電ギャップ装置（10
2）は本体碍子（100）と一体化されて封入作業が完了す
る。 イ−3.本発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の封入方法（工程）においては封
入時に次のような問題点が発生していた。 即ちガラスフリットが加熱されて放電ギャップ装置の
内圧が上昇した場合にはその空気が絶縁スペサーの端部
と放電電極との重なり部分に隙（ａ）から徐々にガラス
中を通って外に排出されてしまい、徐冷後にギャップ装
置内が常温に戻った時には同装置は排気された状態でも
って封入されて、ギャップ装置内の圧力が減圧状態にな
る。 つまり第６図のパッシェン曲線にも示すようにこの種
の放電ギャップ装置においては上記のようにギャップ装
置内で圧力低下が起こるとそれによって放電開始電圧が
低下するという問題があった。したがって従来において
は、その対策として上記封入される放電ギャップ装置は
その減圧による放電開始電圧の低下分を見込んでギャッ
プ長をあらかじめ長く設定するようにしていた。 即ち、圧力（ｐ）が仮に1/3となる場合には放電ギャ
ップ長（ｄ）を３倍にして所定の放電開始電圧（Vs）と
なるようにしている。それ故、従来においては、万が
一、酸化亜鉛（ZnO）素子が劣化してカットアウト側の
ヒューズによって続流遮断を行なう時等、放電ギャップ
に続流が流れる事態となった場合、上記ギャップ長を長
くしたことが原因で同ギャップのアーク抵抗が高くな
る。つまり、アーク抵抗が高くなると、 アークエネルギー＝Ｉ²RT （ただし、I:電流、R:アーク抵抗、T:時間） の関係でもってギャップ装置内で発生するアークエネル
ギーが一段と増大するためにこれに因るギャップ装置の
破損やさらに碍子体の破損等の事故を発生させたりする
問題があった。 さらにまた上記のように放電ギャップのギャップ長を
長くした場合には、放電の際の充電スポットが一定しな
いために放電開始電圧にバラツキを生じ易い等の問題が
あった。 ロ．発明の構成 ロ−1.問題点を解決するための手段 本発明のアレスター内蔵高圧カットアウトは上記の問
題点を解決するために、本体碍子のアレスター部に酸化
亜鉛（ZnO）素子を、また同素子と直列に接続する放電
ギャップ装置をギャップ部にそれぞれ収納し、さらにこ
れら直列接続の上記酸化亜鉛（ZnO）素子と放電ギャッ
プ装置とを下部固定接点（負荷側充電部）とアース端子
との間に接続し、而も上記ギャップ部に収納した放電ギ
ャップ装置を低融点ガラスフリットによって封入固定し
て同装置を外気から遮断するようにしたアレスター内蔵
形高圧カットアウトにおいて、 上記放電ギャップ装置は、ガラス又は金属封着する放
電電極（29）（30）内の少なくとも一方に空気流通用の
小穴（29d）を設け、該小穴（29d）を装置内の温度が常
温状態で、温度が上昇しないようにした状態で素早く閉
塞するようにし、而も同装置内に配置された放電ギャッ
プのギャップ長が少なくとも使用電圧では放電しない程
度に接近して設定されていることを特徴とするものであ
る。 ロ−2.実施例 以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づき説
明する。 （１）はアレスター内蔵形高圧カットアウトを示すも
ので、磁器性の本体碍子（２）の上部凹欠部（2a）には
上部消弧装置（３）が固設され、、また下部凹欠部（2
b）には下部消弧装置（４）が固設されている。上、下
部消弧装置（３）（４）は細隙形の上、下部消弧室
（５）（６）と、クリップ形の上、下部固定接点（７）
（８）と電線接続端子（９）（10）とを接続する上、下
部導電金属（11）（12）と、固定接点と一体の上、下部
固定金具（13）（14）とからなり、該消弧装置（３）
（４）は上記固定金具（13）（14）を本体碍子（２）の
上部内面に形成した取付穴（2c）（2c）に没入し、接着
材（15）でもって固定される。なお、下部消弧室（４）
は上記の場合、固定金具（14）だけでなく消弧室の延長
部（6a）を取付穴（2c′）に没入し、接着材（16）によ
って固定される２箇所固定になっている。（2d）（2e）
は上部凹欠部（2a）と下部凹欠部（2d）との中間に位置
して形成した筒状のアレスター部とギャップ部であり、
両部は中央の内段部（2f）において上下に区画され、さ
らに内周面が無釉薬のギャップ部（2e）はその周壁（2
g）が本体内方へ延長され、またアレスター部（2d）の
周壁（2h）は上面（2i）から上方に若干突出して形成さ
れている。（17）はアレスター部（2d）に収納した電圧
非直線性を有する酸化亜鉛（ZnO）素子、（18）（19）
は酸化亜鉛（ZnO）素子のアレスター部への収納に先立
って同部の底面側の内段部（2f）の貫通穴（2k）内に配
置したコイルバネと導電片であり、酸化亜鉛（ZnO）素
子の下部端面（17a）に接触金具（20）を介して接触し
ている。（21）はアレスター部の開口部（2d′）を閉鎖
するようにＯリング（22）を介して周壁の上端に気密的
にカシ付けたキャップ金具であり、同金具（21）は上記
素子（17）の続流遮断不能等によってアレスター部（2
d）内において急激な内圧上昇が起こった時にこのキャ
ップ金具が直ちに脱落してアレスター部内の高まった圧
力を部外へ放出して同部の破損を防止する安全弁の役目
をもっている。（23）はキャップ金具（21）の外面に固
着したアース端子であり、同金具（21）はさらに接触金
具（24）を介して酸化亜鉛（ZnO）素子の上部端面（17
b）に接触している。（25）は素子外周面に嵌装したゴ
ム等の絶縁物からなるガイドリングを示す。（26）は上
記本体碍子のギャップ部（2e）に低融点フリット（2
7）、例えば封着温度が430℃で非結晶質の低融点ガラス
フリット（品名T191、岩城硝子製）によって封入固定し
たギャップ装置であり、絶縁スペサー（28）の両端の開
口部を閉鎖するアース側の放電電極（29）と充電側の放
電電極（30）にはそれぞれ上方乃至下方に突出する端子
部（29a）（30a）を備えている。上記において放電電極
（29）（30）はその放電部（29b）（30b）と端子部（29
a）（30a）とを封着金属によって一体成形したものを使
用するようにしているが、両放電部或いは、端子部のみ
を封着金属以外の耐弧メタル或いは硬質の導電材等の別
部材にて形成してもよい。 なお、上記のギャップ装置（26）は本体碍子（１）へ
の封入に際して同装置のアース側の端子部（29a）が貫
通穴（2k）内に配置されそしてコイルバネ（18）、導電
片（19）を介して素子（17）に電気的に接続している。
（31）は端子部（30a）と下部固定接点（負荷側充電
部）（８）との間を接続するリード金具、（32）は接続
用ビス、（33）はリード金具（31）の外面を覆うように
低融点ガラスフリット（27）の外面側に充填した絶縁性
と弾力性を有する例えばシリコーン樹脂等のコーキング
材、（34）はギャップ部（2e）の周壁（2g）と消弧室
（６）の前側壁との間に介在するクサビ形の緩衝板であ
り、リード金具（31）の固定支持部材をも兼ねている。 また、（35）はピン（36）によって開閉自在に軸着し
た蓋体碍子であり、その内面側には弾性部材の嵌合金具
（37a）及び係合片（37b）によって取脱自在に装着され
たヒューズ筒（38）を備えている。上記ヒューズ筒（3
8）はその上部に上方へ突出するブレード形の上部可動
接点（39）と下部に同じく上方へ突出する下部可動接点
（40）とを備えたもので、さらにこれら両可動接点（3
9）（40）間を電気的に接続するヒューズ（41）が備え
られている。なお、上記の可動接点（38）（40）は蓋体
碍子（35）の閉蓋時、本体碍子（２）側のクリップ形の
固定接点（７）（８）に対し、それぞれ挟入接触して両
固定接点（７）（８）間がヒューズ（41）でもって電気
的に閉路されるようになっている。（42）は本体碍子の
上面（2i）に取付けられた支持金具であり、同金具はア
レスター部（2d）を挟んで上面の上下にセメント等の接
着材（43）によって固着された取付ボルト（44）（44）
に対しナット（45）（45）でもってネジ着された補強部
（42a）と、上記上部側の取付ボルトのネジ着されたフ
字形の連結部（42b）とからなり、特に補強部（42a）の
中央の嵌合部（42a′）はアレスター部（2d）の周壁（2
h）の外周面を挟持するようにして取付られている。 次に上記の放電ギャップ装置（26）と同装置の封入に
ついてさらに詳述する。 放電ギャップ装置（26）は、誘電率の大きいチタン磁
器或いはアルミナ磁器、ジルコニア磁器、さらには普通
磁器からなる筒状の絶縁スペサー（28）と、鉄、ニッケ
ルクロム合金あるいはコバール等の封着金属からなるア
ース側の放電電極（29）ならびに充電側の放電電極（3
0）とからなり、上記絶縁スペサーの両端の開口部（28
a）に対し同部を塞ぐようにして放電電極（29）（30）
が低融点ガラスフリット又は銀蝋等の蝋材（53）により
接合される構成である。なお、ガラスフリット（53）と
しては一例として封着温度が前記フリット（27）よりも
高い750℃で結晶質のもの（品名7574、岩城硝子製）が
使用され、また、蝋材（53）としては熔融温度620℃の
ペースト状の銀蝋（品名1000、フュービョン社）が使用
される。上記の金属封着の場合、絶縁スペサー（28）を
開口部（28a）には封着金属との接合性を高めるために
各種金属があらかじめメタライズドされる。 そしてこの接合時つまり封着時、絶縁スペサー（28）
の両端に位置する放電電極はその放電部（29b）（30b）
がスペサー内において内向に相対して放電ギャップ
（Ｇ）を形成する。そしてこの場合上記放電ギャップ
（Ｇ）のギャップ長は少なくとも使用電圧（常規対地電
圧）によっては放電開始しない程度、望ましくはアレス
ターと同等の放電特性、つまり商用周波放電開始電圧1
3.9kv以上、雷インパンス放電開始電圧33kv以下となる
ように設定されるほか、さらにギャップ装置内の圧力に
ついても常温（カットアウトが使用される状態における
温度）において、大気圧が保持できるようになってい
る。 つまり、上記ギャップ装置（26）はガラス又は金属封
着する放電電極（29）（30）の内の少なくとも一方に空
気流通用の小穴（29d）をあらかじめ形成しておくよう
にしたもので、小穴（29d）については放電電極のガラ
ス又は金属封着後ギャップ装置内が常温に戻り内圧が大
気圧となった状態において塞がれる。なお、小穴（29
d）はスペサー（装置）内の温度が上昇しないようにし
た状態例えば、銀蝋等の蝋材（52）を使用し、レーザに
よって瞬間的に局部加熱して塞ぐ手段や、ギャップ装置
を水あるいはガラス等の冷却媒体によって冷しながら素
早く塞ぐ手段により封着される。 上記はギャップ装置（26）内が常温において大気圧に
保持される場合についての封着手段について述べたが、
この外装置内にSF₆ガスやＮ₂ガス等の絶縁ガスを大気圧
以上に充填する場合には、放電電極に連通パイプを設け
ておき、ガス充填後に同パイプを圧縮して押し潰しさら
に同パイプの先端を蝋付等によって封着する方法をとる
ようにする。ただしこの場合にもギャップ装置内の温度
を高めないように作業は上記の温度制御手段を講じた上
で素早く行なうことが必要である。上記のように常温に
おいてその内圧が大気圧或いはそれ以上のガス圧に保持
した封着構造の放電ギャップ装置（26）は、次にアース
側の端子（29a）が貫通穴（2k）内に位置するようにし
て本体碍子のギャップ部（2d）に収納され、上記したよ
うに封着用のガラスフリット（27）を使用して封入固定
される。 なお、上記の低融点ガラスフリット（27）は水によっ
てスラリー状にしたものを使用したり、さらに骨材とし
て磁器粉末を混ぜたものが使用される。 上記スラリー状のフリット（27）は放電ギャップ装置
（26）とギャップ部（2d）の内周面とで形成される間隙
に対し空隙が残らないように密に注入される。 注入については封入後少なくとも充電側の放電電極の
外面側が該フリットによって十分に隠れる程度まで行な
う。上記のようにガラスフリット（27）の注入が終わっ
たならば次に該状態の本体碍子（２）を加熱炉に入れて
所定の昇温スピード（100℃/h）でもって封着温度にま
で上げる。そして封着温度（430℃）において10分間程
度保持した後所定の降温スピード（100℃〜200℃/h）で
もって徐冷しながら常温まで下げる。このような工程を
経て放電ギャップ装置（26）は本体碍子（２）のギャッ
プ部（2e）に対し外気と遮断された状態で封入固定され
る。 なお、上記の封着ならびに封入に際しては熱膨脹係数
の相異によるストレス（応力）を考慮して本体碍子
（２）、低融点フリット（27）、放電電極（29）（3
0）、絶縁スペサー（28）等の各部材については相互に
熱膨脹係数の近似したものを使用することによって、封
入部でのキレツ等の発生を防止するようにしている。 次に第２図及び第３図は、アレスター部と放電ギャッ
プ装置部との構成が前記実施例とは若干異なる場合の本
発明の実施例を示すもので、第２図の実施例においては
アレスター部（2d）の周壁の外側を囲むようにした保護
金具（49）とアレスター部内において酸化亜鉛（ZnO）
素子の外周面を覆うようにしたFRP等の合成樹脂からな
る保護筒（46）とが設けられていること、また素子の下
部端面（17a）と放電ギャップ装置（26）のアース側の
放電電極（29）とが内段部（2f）の貫通穴（2k）内に位
置する通電パイプ（47）によって接続されていること、
さらにはキャップ金具（21）と素子（17）の上部端面
（17b）とがコイルバネ（18）及び導電片（19）でもっ
て接続されていること、上記通電パイプ（47）には小穴
（47a）が形成され、その中には乾燥剤（48）が備えら
れていること等が異なるほか、放電ギャップ装置側にお
いて使用する絶縁スペサー（28）が一方のみが開口する
構造になっていることが前記実施例とを異なる。 また、第３図の実施例は酸化亜鉛（ZnO）素子（17）
の上部端面（17b）上の接触金具（24）とキャップ金具
（21）の内面との間が圧縮状態のコイルバネ（18）と導
電片（19）とによって接続され、さらに素子（17）の下
部端面（17a）に接する接触金具（20）と充電側の放電
電極（30）の上面とが圧縮状態のコイルバネ（18′）と
導電片（19′）とで接続されていること、アレスター部
（2d）に収納した酸化亜鉛（ZnO）素子（17）の外周面
とアレスター部（2d）の内周面とで形成する間隙が絶縁
性、柔軟性を有する例えばシリコーン樹脂等の充填材
（50）とＯリング（51）とによってシールされているこ
とが前記第１図の実施例とは異なる。 以上の構成からなる高圧カットアウトは平常時、ギャ
ップ装置（26）の放電ギャップ（Ｇ）において放電が発
生しないため、上部電線接続端子（９）−上部固定接点
（７）−上部可動接点（39）−ヒューズ（41）−下部可
動接点（40）−下部固定接点（８）−下部電線接続端子
（10）−高圧引上線−柱上用変圧器の一次側端子の経路
で通電される。 そして上記において、雷サージが侵入すると例えば第
１図の高圧カットアウトでは同サージにより放電ギャッ
プ（Ｇ）において放電が発生するため侵入したサージは
上部電線接続端子（９）−上部固定接点（７）−上部可
動接点（39）−ヒューズ（41）−下部可動接点（40）−
下部固定接点（８）−リード金具（31）−充電側の端子
部（30a）−充電側の放電電極（30）−放電ギャップ
（Ｇ）−アース側の放電電極（29）−アース側の端子部
（29a）−コイルバネ（18）、導電片（19）−酸化亜鉛
（ZnO）素子（17）−キャップ金具（21）−アース端子
（23）−同端子に接続する接地線を経て大地へ至る放電
経路にて逃がされる。 また、上記雷サージが侵入して放電経路が形成された
場合において、さらに酸化亜鉛（ZnO）素子が劣化した
状態になり、そして続流を同素子によって遮断できない
事態となった時には上記放電経路を流れる続流はその放
電経路の途中に介在するヒューズ（41）でもって遮断さ
れることになる。 そして上記のヒューズによる続流遮断の場合、続流が
放電ギャップに流れることになるが、この点本発明のギ
ャップ装置では、放電部（29b）（30b）が接近してギャ
ップ長が短くなっているためアーク抵抗はさ程高くなら
ず、したがってアークエネルギーが抑制される。 ハ．発明の効果 本発明は以上の構成からなり、ギャップ装置が装置自
体のガラス又は金属による封着と低融点ガラスフリット
の封入固定とによる二重封入構造からなっているため該
ギャップ装置部における耐湿信頼性を一段と高めること
ができ、したがって同装置部においては吸湿による絶縁
低下を招かない特長がある。 また、本発明のアレスター内蔵高圧カットアウトにお
いては酸化亜鉛（ZnO）素子が劣化して続流遮断が不能
となった時には、この続流をヒューズでもって遮断する
ため、放電ギャップ装置のギャップには当然続流が流れ
ることになるが、かかる場合でも、放電電極が接近して
ギャップ長が短く設定されているためアーク抵抗が高く
はならず、したがってアークエネルギーが小さく抑制さ
れて、ギャップ装置やさらには本体碍子の破損を防止で
きる特長がある。またそれと同時に続流遮断後において
放電ギャップによる絶縁が確保されるため事故を高圧配
電線にまで波及させない等安全性を高める特長がある。 また、放電ギャップ装置内の圧力が封着完了後におい
ても減圧状態にならない。すなわち封着時の加熱によっ
て高められた放電ギャップ装置内の温度が高いままの状
態で封着されてしまい、冷却されると装置内の圧力は常
温において１気圧より低い減圧状態になってしまうが、
本発明では、放電電極に空気流通用の小穴を設け、装置
内温度を常温状態で素早く塞ぐようにしたので減圧状態
になるのを防止できる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第４図は本発明の実施例を示すもので、第１
図はアレスター内蔵形高圧カットアウトの縦断面図、第
２図及び第３図はアレスター部とギャップ部が異なった
本発明の他の実施例を示す要部縦断面図、第４図はギャ
ップ部の封着構造を示す要部破断図、第５図は従来例を
示す要部縦断面図、第６図は放電開始電圧（火花放電）
と圧力及びギャップ長との関係を示すパッシェン曲線で
ある。 （２）……本体碍子 （2d）……アレスター部 （2e）……ギャップ部 （８）……下部固定接点 （17）……酸化亜鉛（ZnO）素子 （23）……アース端子 （27）……低融点ガラスフリット （28）……絶縁スペサー （29）……アース側の放電電極 （30）……充電部側の放電電極 （Ｇ）……放電ギャップ （41）……ヒューズ （53）……封着用低融点ガラスフリット又は銀蝋等の蝋
材

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．本体碍子のアレスター部に酸化亜鉛（Zn0）素子
   を、また同素子と直列に接続する放電ギャップ装置をギ
   ャップ部にそれぞれ収納し、さらにこれら直列接続の上
   記酸化亜鉛（Zn0）素子と放電ギャップ装置とを下部固
   定接点（負荷側充電部）とアース端子との間に接続し、
   而も上記ギャップ部に収納した放電ギャップ装置を低融
   点ガラスフリットによって封入固定して同装置を外気か
   ら遮断するようにしたアレスター内蔵形高圧カットアウ
   トにおいて、 上記放電ギャップ装置は、ガラス又は金属封着する放電
   電極（29）（30）内の少なくとも一方に空気流通用の小
   穴（29d）を設け、該小穴（29d）を装置内の温度が常温
   状態で、温度が上昇しないようにした状態で素早く閉塞
   するようにし、而も同装置内に配置された放電ギャップ
   のギャップ長が少なくとも使用電圧では放電しない程度
   に接近して設定されていることを特徴とするアレスター
   内蔵形高圧カットアウト。