JP3257307B2 - 避雷器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は避雷器に関し、特に、避
雷器の内部圧力が上昇したときの爆発・飛散を防止する
放圧機能を備えた避雷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の避雷器は、基本的には、特性要素
としての酸化亜鉛を主成分とする焼結体（以下、ＺｎＯ
素子と称す）と、このＺｎＯ素子を密閉収容する絶縁容
器と、放圧機構および電極から構成されている。そし
て、この避雷器は、送電、配電線路又は保護機器に設置
され、雷サージ等の異常電圧が発生した場合、ＺｎＯ素
子が低抵抗値を示し、異常電圧を大地に逃がし、線路等
から異常電圧が消滅すると、ＺｎＯ素子は高抵抗値に戻
り、通常の商用周波対地電圧を維持する。

【０００３】避雷器は、このような作用により、被保護
線路又は機器等を異常電圧から保護するものであるが、
直撃雷等の責務外の負荷が課せられると、避雷器が内部
せん絡又は貫通破壊をおこし、内部にアークが発生す
る。このアークエネルギーは内部ガスを膨張させると同
時に、ＺｎＯ素子等の内部要素からガスを発生させ、内
部圧力を上昇させる。また、絶縁容器内部を急激に加熱
する。この内部せん絡状態が持続すると、アークエネル
ギーによっては内圧が上昇し、爆発飛散を生ずる恐れが
ある。更に、後者の熱破壊時に、もしも内部が高圧状態
であれば、前者同様爆発飛散の現象が起きる。

【０００４】このため、一般に避雷器には、爆発・飛散
を防止するために、上昇した内部圧力が大気中に放出し
て下げるための放圧手段が採られている。

【０００５】この放圧手段については種々提案されてい
るが、次の手段が知られている。

【０００６】（１）ＺｎＯ素子を機械的強度に優れ、耐
熱性、耐圧性のある強化プラスチック（ＦＲＰ）等の材
料よりなる耐圧絶縁筒に収容し、その上下に薄い放圧板
を設けて、数気圧程度で破れて内圧を外部に放出する手
段。

【０００７】（２）また、特開昭６２−１３９３０１号
公報に開示されているように、ＺｎＯ素子を収容する耐
圧絶縁筒に放圧孔を設け、この耐圧絶縁筒とＺｎＯ素子
との間および耐圧絶縁筒の外周にゴムモールドを設け
て、避雷器の内部に高温・高圧のアークが発生したと
き、耐圧絶縁筒の放圧孔付近の被覆およびゴムモールド
の一部を硬化させ又は溶融破壊して高圧ガスによって飛
散させ、外部に通ずるアーク放圧路を強制的に形成する
手段。

【０００８】（３）更に、特開平２−２０３５０１号公
報に開示されているように、ＺｎＯ素子を収容する耐熱
絶縁筒を弾性絶縁材料により形成して、その筒面に軸方
向の複数のスリット状の放圧孔を設け、この耐熱絶縁筒
の外周を、熱収縮性チューブで覆い、内部に発生したガ
ス圧を放圧孔を介して熱収縮性チューブに直接作用させ
て、その局部的破壊によって放圧路を形成し、ガスを大
気中に放出させて内部圧を下げ、避雷器の爆発・飛散を
防止する手段が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記（１）に記載の手
段は、ＺｎＯ素子を収容する絶縁円筒の上下に放圧板を
設置しなければならないので、避雷器の全長の長さ寸法
が長くなり、送電用避雷器のように、既設の碍子連のア
ークホーンとの絶縁協調を図る必要から、送電用避雷器
自身の外部ギャップ長に制約があり、全長が短い方が望
ましい場合には通じない。

【００１０】また、上記（２）および（３）に記載の手
段は、いずれもＺｎＯ素子を収容する耐圧又は耐熱絶縁
筒に放圧孔を設けて放圧させるので、放圧板は必要がな
く、避雷器の全長の長さは短くなるが、しかし、放圧孔
を設けるための複雑な機械加工が必要となり自動化が困
難となる。また、放圧孔を有するため、ゴム外被を通し
て吸湿するので、このゴム材の材質として透湿係数のす
ぐれたものを使用する必要があるが、シリコンゴムなど
透湿係数の大きい材料の選定には向かない。

【００１１】また、放圧孔のような空間があると、吸湿
した水分が空間内で結露し、避雷器の特性に影響をおよ
ぼす等の課題がある。

【００１２】以上の点に鑑み本発明は、放圧板又は放圧
孔を設けることなく製作が容易で、しかも、全長が短
く、吸湿および結露の生じない避雷器を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、ゴム外被の内部に１個又
は複数個のＺｎＯ素子を積み重ね、その上下に大径部と
小径部とを有する端子電極を配列し、この端子電極の大
径部と小径部およびＺｎＯ素子の外周面に防湿テープを
巻装し、更にこの防湿テープの外周に巻装されたレジン
含浸テープとメッシュ部材を設けるとともに、これら防
湿テープ，レジン含浸テープ，メッシュ部材の外周であ
って上下両端子電極の小径部を圧縮金具で圧縮し、その
外周にゴム外被を設けて避雷器を構成する。

【００１４】また、上記の複数のＺｎＯ素子間に、外周
に小径部を有する中間電極を設け、この中間電極の小径
部上の防湿テープおよびレジン含浸テープ，メッシュ部
材を圧縮金具で圧縮して、定格電圧の大きい避雷器への
適用を可能にする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【作用】今、避雷器の内部にアークが発生して内圧が上
昇すると、その圧力によって耐圧容器およびゴム外被は
部分的に裂け、その裂け目から放圧され、内部圧が低下
する。このとき、上・下部の端子電極に、上下方向に抜
け出るような力が作用するが、両電極に設けられている
小径部に圧縮金具が圧縮して耐圧容器を圧縮保持してい
るので、両電極は耐圧容器から抜け出して飛び出すこと
はない。

【００１８】また、耐圧容器は局部的に裂けるので、内
部要素が飛散することもない。特にメッシュ部材を使用
した場合には内部要素が細かく砕けた場合でも飛散が防
止される。

【００１９】また、高定格電圧の避雷器のようにＺｎＯ
素子の直列個数が多くなり、それを収容する耐圧容器の
長さも長くなり、中部圧が上昇したときに中央部が膨ら
み易くなるが、かかる場合は、中央部に１個又は複数個
の中間電極を設け、この電極の外周にも小径部を設け
て、この小径部に圧縮金具が圧縮して嵌まり込んでいる
ので、膨らみは押えられる。

【００２０】また、本発明は、ストレートの円柱上に防
湿テープ又はレジン含浸テープを巻装して、上下の端子
電極に設けた大径部と小径部間に圧縮金具を圧縮して熱
硬化させるので、製作が極めて簡単となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
説明する。図１および図２は本発明の製作手順を説明す
るための説明図で、配電盤用避雷器を例とした断面図を
示している。これらの図において、１および２は夫々上
・下部の一対の端子電極で、上部の端子電極１は線路
側、下部の端子電極２は接地側に接続される。これら両
端子電極１，２は夫々大径部１ａ，２ａおよび小径部１
ｂ，２ｂから成る。

【００２２】３は避雷器の特性要素としての酸化亜鉛を
主成分とする焼結体（ＺｎＯ素子）で避雷器の定格電圧
に応じて１個又は複数個積み重ねて使用される。４は圧
接ばねで、ＺｎＯ素子に設けた電極５と端子電極１間に
弾装され、ＺｎＯ素子３全体および上下の端子電極１，
２を互いに圧接するようにしている。本実施例では板ば
ねを使用しているが、板ばねに限ることなく、コイルば
ねでもよい。

【００２３】なお、上下の端子電極１，２の大径部１
ａ，２ａと小径部１ｂ，２ｂは、図１（Ａ）のように大
径部１ａ，２ａをフランジ状にしたり、また図１（Ｂ）
のように小径部１ｂ，２ｂを溝状にする。そして、大径
部１ａ，２ａの外径はＺｎＯ素子の外径と略等しく形成
してある。

【００２４】６ａ，６ｂは内スペーサで、外径はＺｎＯ
素子３の外径、即ち端子電極の大径部の外径と略等しい
円筒状の金属部材より成る。

【００２５】７は防湿テープで耐熱性を有するプラスチ
ックから成り、内スペーサ６ａ，６ｂおよびＺｎＯ素子
３の外周面に密着して巻装されている。８はＦＲＰレジ
ン含浸テープ（プリプレグテープ）で防湿テープ７の外
周に空隙を設けずに直接巻装し、加熱硬化させて耐圧容
器を形成する。

【００２６】９はゴム外被で、その外周に複数段の笠部
を有する耐候性の良いＥＰＤＭ（ＥＰゴム）やシリコン
（ゴム）等から成り、端子電極の先端部を残し、全体を
覆って避雷器を構成する。

【００２７】次に製作の手順について説明する。

【００２８】まず、ＺｎＯ素子３を必要個数積み重ね、
その上に圧接ばね４を介して上部の端子電極１を、また
下に（必要に応じて圧接ばねを介し）下部の端子電極２
を配設し、更に上下の端子電極１および２の先端方向か
ら内スペーサ６ａおよび６ｂを挿入して大径部１ａおよ
び２ａに当接し、全体を垂直に押圧した状態で外周面に
絶縁性を有する防湿テープ７を巻き付け、更にその外周
にＦＲＰレジンを含浸したレジン含浸テープ８を巻く。

【００２９】次に、図１に示すように上下の内スペーサ
６ａ，６ｂの部分の外周に圧縮金具１０を挿入して圧縮
治具等で圧縮する。圧縮されると、内スペーサ６ａ，６
ｂ、防湿テープ７およびレジン含浸テープ８は、図２に
示すように、端子電極１および２の外周部に有する空隙
ａおよびｂを無くして端子電極１および２の小径部側面
に密着し、大径部１ａ，２ａ、圧縮金具１０とで圧縮保
持部を形成する。

【００３０】次に、この状態で過熱する。この過熱によ
りレジン含浸テープ８が硬化し耐圧容器が形成される。

【００３１】最後に図２に示すように外周面にゴム外被
９をかぶせて避雷器が形成される。

【００３２】なお、圧縮金具１０の圧縮は、通常圧縮端
子を圧着するときに使用される油圧装置等の治工具で行
う。

【００３３】本実施例では内スペーサを使用している
が、この内スペーサは、単に防湿テープおよびレジン含
浸テープを巻くための補助部材で必ずしも必要でない。
図１（Ｂ）はこの内スペーサを使用しない場合の実施例
で、小径部１ｂ（２ｂ）を溝状に形成し、加熱前にこの
小径部１ｂに圧縮金具１０を圧縮して圧縮保持部を形成
する。

【００３４】図３は本発明を高定格電圧の避雷器に適用
した実施例である。

【００３５】発変電用避雷器、または送電用避雷器のよ
うに定格電圧の高い避雷器にあっては、ＺｎＯ素子の直
列数が増し、耐圧容器の長さ（高さ）が長くなる。従っ
て、アークせん絡等の事故が発生して内圧が上昇した場
合、中央部が大きく膨らみ、裂け目が大きくなり、内部
要素が飛散する恐れがある。そこで、本実施例において
は、両端の電極の他に、中間部に小径部１１ｂを有する
中間電極１１を設け、この膨らみを防止したものであ
る。

【００３６】この中間電極１１は、ＺｎＯ素子の直列数
によって１箇所又はそれ以上適宜強度を考慮して設け
る。

【００３７】製作方法は図１および図２と基本的には同
じであるが、上・下両端部を圧縮金具１０で圧縮すると
き、同じ要領で、圧縮金具１０で小径部１１ｂに圧縮し
て防湿テープ７およびレジン含浸テープ８を溝部内に陥
没させた後、加熱硬化させる。

【００３８】本実施例はこのように構成しているので、
避雷器の内部に高温、高圧のアークが発生して内部圧が
上昇すると、防湿テープ７、レジン含浸テープ８が加熱
硬化して形成された耐圧容器およびゴム外被９が部分的
に高圧ガスによって裂かれ、その裂け目から内部圧は放
圧される。

【００３９】このとき、上・下の端子電極１および２と
耐圧容器との結合は、耐圧容器の側面が内圧によって裂
けるまでの間、耐えなければならない。この引き抜け強
度は、端子電極の大径部と小径部間に設けられた圧縮金
具、およびＦＲＰの強度によって保たれる。

【００４０】本発明のようにレジン含浸テープを使用す
ると、レジン含浸テープは通常、良好な気密性および水
密性を得るために、硬化後の繊維内レジン量が不足ない
ように、必要量より多くのレジンを含浸してある。

【００４１】この通常のレジン含浸テープを使用して巻
回して熱硬化させると、余ったレジンが表面に浮き出て
硬化する。このレジンは均一に浮き出るのではなく、特
定の方向に片寄ったり、また上下の端子電極部分にまで
流れ出すことがあり、硬化後に機械加工等で硬化したレ
ジンを落とす作業が必要となる。

【００４２】そこで、本発明においては、レジン含浸テ
ープのレジン含浸量を落として巻回する。レジン含浸量
を落とすことにより、レジンの余りを無くする。

【００４３】レジン含浸量を落とすことによって耐圧容
器の気密性および水密性が損なわれる可能性が生ずる
が、本発明においては防湿テープ７を設けてあるため、
実用上の気密性、水密性は保たれる。

【００４４】また、ＦＲＰによる耐圧容器の場合、避雷
器内部が短絡状態になると、この耐圧容器が縦に裂けて
放圧するが、短絡電流が大きいと、裂け目が左右に広が
り、内部に収容されている部品が放出する可能性があ
り、また内部短絡時にＺｎＯ素子が細かく砕けた場合等
には、これらが縦の裂け目から放出飛散する危険があ
る。

【００４５】本発明はかかる危険を防止するため、図４
および図５に示すように、上記の構成に絶縁性、耐アー
ク性を有するメッシュ部材を組み合わせる。

【００４６】即ち、図４および図５の１２はこのメッシ
ュ部材で、図４は、このメッシュ部材１２をレジン含浸
テープの内側即ち、防湿テープ７とレジン含浸テープ８
との間に設けた場合、図５はレジン含浸テープ８の外周
面に設けた場合である。

【００４７】このメッシュ部材１２は、図６（Ａ）に示
すようにバイヤスシート１２ａを防湿テープ７又はレジ
ン含浸テープ８の外周面に密着して巻き付ける。この場
合、必ずラップ部分を設ける。

【００４８】このバイヤスシート１２ａは、同図（Ｂ）
に示すようにガラス繊維を複数本編んだ糸を、糸と糸と
の間を一定間隔（０．５〜５ｍｍ程度）で交差して織
り、良好な通気性をもたせたものである。

【００４９】また、このメッシュ部材１２は、図７に示
すように、メッシュパイプ１２ｂで形成したものを使用
する。このメッシュパイプ１２ｂは、一方向に繊維を配
向したガラスバインドテープで開口部を有するＦＲＰで
長尺パイプを形成し、避雷器ユニット長さに切断して使
用する。

【００５０】図８は、レジン含浸テープ８の使用を省略
してメッシュ部材１２を使用した場合である。この場
合、メッシュ部材１２は、必要な機械的強度を有するメ
ッシュパイプ１２ｂを作り、これを防湿テープ７の外周
に設けその外周に透湿係数の小さいゴム外被をかぶせて
避雷器を構成する。

【００５１】メッシュ部材は、放圧性が良く、大電流時
の内圧上昇を速かに放圧する。

【００５２】

【発明の効果】本発明は以上のようにＺｎＯ素子および
端子等の容器収容部分に直接レジン含浸テープを巻き付
け、加熱硬化して耐圧容器を形成し、避雷器の内部圧が
上昇したときは、この耐圧容器の側面から放圧するよう
にしたので、従来、上下に設けていた放圧板は不要とな
り、全長を短くすることができる。

【００５３】また、放圧孔も不要となるので、耐圧容器
の機械加工は無くなり、また、放圧孔のような空間が生
じないので結露の問題も解決する。

【００５４】また、耐圧容器は、防湿テープやレジン含
浸テープをＺｎＯ素子とこのＺｎＯ素子の外径と同じ外
径を有する端子電極の大径部との外周に巻き付けて形成
し、その両端又は中間電極を含め圧縮金具で圧縮して形
成するので、自動化、機械化が容易にでき、また、この
テープを巻く外周は同じ外径を有するので、幅の広いテ
ープを巻くことができることと相俟って作業能率が特段
に向上する。

【００５５】また、中間電極を一定間隔でＺｎＯ素子間
に配設することにより、高定格電圧、特別高圧等の全長
の長い避雷器にも適用できる。

【００５６】更に、最初に防湿テープを巻き、その上に
レジン含浸テープを重ねて巻くことにより、ＺｎＯ素子
間又は該素子と電極板間等へのレジン含浸は防止され、
またＺｎＯ素子の耐湿性が大幅に向上する。その結果と
して、ゴム外被をシリコンゴム等の透湿係数の大きな材
質のものが使用できる。

【００５７】また、メッシュ部材を使用することによ
り、放電電圧が大きい場合で、内部要素や内部要素が細
かく砕けた場合でも飛散が防止される。

【００５８】また、メッシュ部材を使用しない場合は、
耐圧容器のＦＲＰの肉厚をある程度厚くしてＦＲＰがば
らばらになるのを防止していたが、本発明のようにメッ
シュ部材を使用することにより、耐圧容器の肉厚が薄い
ほど早くメッシュ部材から内圧が抜けるので、耐圧容器
を薄くすることができる。

【００５９】そして、このメッシュ部材を必要な機械的
強度を持たせた場合は、レジン含浸テープによる耐圧容
器が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製作手順を説明するための要部断面
図。

【図２】本発明の第１の実施例の断面図。

【図３】本発明の第２の実施例の断面図。

【図４】本発明の第３の実施例の断面図。

【図５】本発明の第４の実施例の断面図。

【図６】バイヤスシートの説明図。

【図７】メッシュパイプの説明図。

【図８】本発明の第５の実施例の断面図。

【符号の説明】

１，２…端子電極 ３…ＺｎＯ素子 ４…圧接ばね ５…電極 ６ａ，６ｂ…内スペーサ ７…防湿テープ ８…レジン含浸テープ ９…ゴム外被 １０…圧縮金具 １１…中間電極 １２…メッシュ部材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−65804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284901（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55803（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−152790（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−11502（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−44301（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01C 7/02 - 7/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴム外被の内部に１個又は複数個のＺｎ
   Ｏ素子を積み重ね、その上下に大径部と小径部とを有す
   る端子電極を配列し、この端子電極の大径部と小径部お
   よびＺｎＯ素子の外周面に防湿テープを巻装し、更にこ
   の防湿テープの外周に巻装されたレジン含浸テープとメ
   ッシュ部材を設けるとともに、これら防湿テープ，レジ
   ン含浸テープ，メッシュ部材の外周であって上下両端子
   電極の小径部を圧縮金具で圧縮し、その外周にゴム外被
   を設けたことを特徴とする避雷器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の複数のＺｎＯ素子間に、
   外周に小径部を有する中間電極を設け、この中間電極の
   小径部上の防湿テープおよびレジン含浸テープ，メッシ
   ュ部材を圧縮金具で圧縮したことを特徴とする避雷器。