JP3283104B2

JP3283104B2 - タンク形避雷器

Info

Publication number: JP3283104B2
Application number: JP14664293A
Authority: JP
Inventors: 克朗小松; 好秀茅野; 雅弘菅
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 2002-05-20
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: US5539607A; EP0630030B1; CA2126149A1; EP0630030A1; KR950001789A; DE69400888D1; DE69400888T2; JPH076906A; KR970009769B1; CA2126149C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸化亜鉛を主成分とする
非直線抵抗体を備えたタンク形避雷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化亜鉛素子を使用した避雷器は、電圧
電流直線性、放電耐量特性、化学的安定性などの優れた
特性を有することから、従来の直列ギャップと炭化ケイ
素非直線性抵抗体を使用した避雷器に代わって広く普及
している。そして、近年では、275kV ，500kV などの高
電圧系統において、さらに保護特性に優れた避雷器が開
発され、適用されるに至っている。

【０００３】また、この種の避雷器は、常時印加されて
いる系統電圧での平均ストレス（課電率）を高くして使
用される傾向にあり、長期信頼性を確保するために、個
々の酸化亜鉛素子の分担電圧を均一にする電圧分担均一
化技術の開発が特に重要になっている。

【０００４】従来のタンク形避雷器を図６及び図７を参
照して説明する。図６に示すように酸化亜鉛素子を直列
に積み重ねた非直線要素群１が、ＳＦ₆ガスなどの絶縁
性の優れた絶縁媒体２を封入した垂直配置の接地タンク
３内に収納され、接地タンク３と同軸状に配置されてい
る。この非直線要素群１の軸方向の１端（図中上端部）
は、絶縁スペーサ４で支持された高圧側導体５を介し
て、図示しない変電所母線に接続されている。このタン
ク形避雷器は、特公昭64-1913号公報に開示されている
ように、非直線要素群１の高圧側に傘状シールド６が配
設され、非直線要素群１の低圧側に大地電位部が接続さ
れている。傘状シールド６の低圧側には周方向幅の狭い
４本の接続支持体７を介して、２つ以上の環状シールド
８を配置することにより、非直線要素群１の酸化亜鉛素
子に係る電圧分担の均一化を図っている。

【０００５】また特願平4-99634号には図７に示すよう
に、環状シールドに代えて円弧状シールド９が接続支持
体７を介して傘状シールド６に接続されているタンク形
避雷器が記載されている。

【０００６】しかしなから、前記のような図６及び図７
に示すタンク形避雷器は、500kVクラスまで実用上十分
な精度で電圧分担を均一化することが可能であるもの
の、現在研究が進められている1000kVクラスになると、
十分な精度が確保できないという問題点がある。

【０００７】このような問題点の生じる理由を、図４
（ａ），（ｂ）及び図５を参照して次に説明する。ここ
で、図４（ａ），（ｂ）は電位分布制御を示す説明図で
あり、図５及び図７と同一の部分には同一の符号を付し
てその説明を省略する。非直線要素１の電位分布を完全
に均一にするためには、接地電位である接地タンク３へ
漏れていく充電電流に等しい電流を高圧側のシールドか
ら流してやれば良い。従って、まず、次の式（１）及び
（２）が成立する。

【０００８】

【数１】Ｃ（ｘ）・ｄｘ［１−Ｖ（ｘ）］＝Ｃｓ（ｘ）・ｄｘ・Ｖ（ｘ）…（１）Ｖ（ｘ）＝１−ｘ …（２）ここで、Ｃ（ｘ）は位置ｘにおける高圧シ―ルドと酸化
亜鉛素子間のキャパシタンスであり、Ｃｓ（ｘ）は、位
置ｘにおける酸化亜鉛素子と接地電位間のキャパシタン
スである。続いて、前記の式（１）及び（２）を整理す
ると次の式（３）が得られる。

【０００９】

【数２】Ｃ（ｘ）／Ｃｓ（ｘ）＝１／（ｘ−１） …（３）さらに、図５は、この式（３）を表現するグラフであ
り、言い換えれば、理想状態のキャパシタンス分布を示
すグラフである。すなわち、このような式（３）及び図
４（ａ），（ｂ）に示すキャパシタンス分布を満足する
ようなシールド形状を実現することにより、たとえ酸化
亜鉛素子自体にキャパシタンスがなくても、非直線要素
群１の軸方向に沿って均一な電圧分担が得られることに
なる。

【００１０】しかしながら、現実には、図５に示すよう
な特性を満足するシールド形状を完全に実現することは
困難であるため、種々の近似形状が提案されており、図
６及び図７はその一例である。実際、酸化亜鉛素子は、
系統電圧が常時印加された状態で、比較的大きな誘電率
（約700）を有する誘電体としての機能を有しており、
その自己静電容量の効果により、近似的なシールド形状
でも、電圧クラス（500kVクラス）によってはその電圧
分担の実用上十分な範囲に抑制することが可能である。

【００１１】ところで図６に示した特公昭64-1913号公
報に開示されているタンク形避雷器においては、環状シ
ールド８を使用しているためこの環状シールド８を介し
て対向している非直線要素群１と接地タンク３との間の
キャパシタンスＣ（ｘ）がマスクされ略零となる。この
ためＣ（ｘ）／Ｃｓ（ｘ）の値が図５に示す理想状態か
ら大きくかけ離れ、非直線要素群１の電位分布が乱れ
る。従って、500kVクラスに比べて非直線要素群１の直
列枚数が増大し、その結果自己静電容量がより小さくな
る1000kVクラスにおいては、図６に示すようなシールド
形状を適用した場合に、電圧分担のばらつきを実用上十
分な範囲で抑制することができないという問題があっ
た。

【００１２】このような問題を解決する避雷器として特
開昭54-8854号公報には棒状又は板状のシールドを斜め
に突出させた避雷器が開示されている。しかしながら、
このような避雷器においては実際のシールド構造が複雑
になり、且つ、解折しにくいため、非直線要素群１の構
成が変化すると、その度に実測で確認する必要性があ
り、汎用性にかけるという問題点がある。このためシー
ルド構造を簡略化した、図７に示す特願平4-99634号の
タンク形避雷器が提案されている。

【００１３】ところで1000kV級の高電圧系統に適用され
る避雷器としては、主に下記の２つの理由から、非直線
抵抗体群として複数（４並列）の酸化亜鉛素子群（コラ
ム）を並列接続した構成が考えられる。

【００１４】（１）機器及び送電線路の小型化の目的
で、避雷器の制限電圧（保護レベル）が極めて低く設定
されており、この低い制限電圧を実現するために、酸化
亜鉛素子群（コラム）を並列接続し、各酸化亜鉛素子群
（コラム）に流れるサ―ジ電流値を減らして制限電圧を
下げる必要がある。

【００１５】（２）送電線路の導体径、導体数が増大す
るため、サ―ジインピ―ダンスが下がり、開閉動作責務
がより厳しくなる。加えて、負荷遮断などによる短時間
過電圧債務もより厳しくなるなど、必要なエネルギ―耐
量がより厳しくなるため、酸化亜鉛素子群（コラム）を
並列接続してエネルギ―耐量をあげる必要がある。

【００１６】そして、このような1000kVクラスの避雷器
では、各並列コラムに流れる分流電流をできるだけ均一
にすることが重要である。特に、酸化亜鉛素子は、良好
な非直線性を有するので、各並列コラムの電圧電流特性
を精度良く揃えないと、分流にアンバランスが生じてし
まう。例えば、次の式（４）に示すように、各並列コラ
ム毎の制限電圧のバラツキを± 0.2％以内に管理しない
と、分流アンバランスを±10％以内に収めることができ
ない。

【００１７】

【数３】Ｉ_max ／（Ｉ_total ／４）＝｛４×（１．００２）³⁰｝／｛（１．００２）³⁰＋３×（１．００２）³⁰｝＝１．０９３通常、一枚毎の素子の制限電圧のバラツキは±10％程度
あるため、例えば、５枚毎に組み合わせてバラツキが±
0.2％程度になるように管理する。このようにして組み
合わせたブロックを定格電圧に応じて積み上げる。制限
電圧のバラツキは、素子の直列枚数をｎとした場合、正
規分布を仮定すると、１／ｎ^1/2 に比例して小さくな
る。したがって、直列枚数が約 300枚の1000kVクラスの
避雷器の場合には、次の式（５）に示すように、ランダ
ムに積み上げた場合でも、バラツキは± 0.26%程度にな
るため、現実的な管理が可能である。

【００１８】

【数４】しかしながら特願平 4-99634号に記載された避雷器にお
いては、シ―ルドが非対称に配置されているために、非
直線要素群１の各並列コラム毎に電位分布のアンバラン
スが生じ、全ての並列コラムの電位分布を均一化させる
ように制御することが困難となる。このような不都合を
回避するためには、各並列コラムを適当な素子数枚数を
有する複数のブロックに分割し、各ブロック毎に並列コ
ラム間を相互に接続すれば良いが、この場合には、組み
合わせ管理が難しくなり、分流アンバランスが生じ、放
電耐量特性状で不利となる。

【００１９】さらに特願平4-147573号には複数の並列コ
ラムからなる非直線要素群に対して複数の円弧状シ―ル
ドを対称に配置した構成が記載されている。しかしなが
ら、この円弧状シ―ルドの周方向の自由端は、著しく高
電界となるため、電界を緩和するために円弧状シ―ルド
の周方向の自由端を適当な球面にする必要があり、製造
するのが非常に困難になるという問題があった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のタ
ンク形避雷器は非直線要素群の電圧分担を均一化するの
が困難であり、特に避雷器が大容量化されて複数の並列
コラムからなる非直線要素群を用いるとコラム間の分流
アンバランスを減少するのが難しいという問題があっ
た。

【００２１】そこで本発明の目的は非直線要素群の電圧
分担を容易に均一化すると共に、複数の並列コラムから
なる非直線要素群に対しても、コラム間の分流アンバラ
ンスが減少したタンク形避雷器を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の発明として、絶縁媒体を封入した接地タンク
に、非直線抵抗体を直列に積み重ねて形成された非直線
抵抗要素群を収納し、この非直線要素群の高圧側に傘状
シールドを配設し、低圧側に大地電位部を接続し、前記
傘状シールドの低圧側に接続支持体を介してシールドを
接続したタンク形避雷器において、前記シールドが略半
球形状シールドであり、かつ、その球面部が前記接地タ
ンクと対向するよう配設されていることを特徴とするタ
ンク形避雷器を提供する。

【００２３】また第２の発明として、前記非直線要素群
が、前記非直線抵抗体を直列に積み重ねて形成された複
数の並列コラムから成り、前記略半球形状シールドがこ
の並列コラムを介して同心円上を、前記略半球形状シー
ルドと同等以上の空間を介して、所定間隔で配設されて
いることを特徴とする請求項1記載のタンク形避雷器を
提供する。

【００２４】

【作用】以上のように構成された本発明のタンク形避雷
器においては、非直線要素群の周囲に配設された略半球
形状シールドは非直線要素群と設置タンク間とのキャパ
シタンスを完全にマスクすることはなく、非直線非直線
要素群の略半球形状シールドの位置近傍と接地タンクと
の間にキャパシタンスが生じる。そのため、非直線要素
群の低圧側と略半球形状シールドとの間のキャパシタン
スがより小さくなり、非直線要素群と接地タンクとの間
のキャパシタンスがより大きくなるため、非直線抵抗要
素群のキャパシタンス分布が理想状態に近付き、その結
果、非直線要素群の電圧分担を軸方向に沿って均一化で
きる。

【００２５】更に、非直線要素群が複数の並列コラムで
形成されても、略半球形状シールドを対称に配置したこ
とにより各並列コラムの電位分布が均一になるように制
御できる.。従って電位分布のために各並列コラムを複
数のブロックに分割し、夫々のブロック毎に並列コラム
間を相互接続する必要はなく、分流管理が容易となり、
しかも分流アンバランスが減少する。

【００２６】

【実施例】以下に本発明によるタンク形避雷器の一実施
例を、1000kV級の高電圧系統用の４並列のタンク形避雷
器に適用した一実施例について、図１及び図２を参照し
て説明する。なお従来と同様の構成部分には同一の番号
を付与して説明を省略する。

【００２７】図１及び図２に示すように、複数の酸化亜
鉛素子（非直線抵抗体）を直列に積み重ねて形成された
４つのコラム１ａ〜１ｄからなる非直線要素群１が、Ｓ
Ｆ₆ガスなどの絶縁性に優れた絶縁媒体２を封入した垂
直配置の接地タンク３内に収納されている。非直線要素
群１を構成する４つの並列コラム１ａ〜１ｄは、図２に
示すように、接地タンク３の中心軸の周囲に、接地タン
ク３と同軸方向に整列する形で配置されている。そし
て、これらの並列コラム１ａ〜１ｄからなる非直線要素
群１の軸方向の１端（図中上端部）は、絶縁スペーサ４
で支持された高圧側導体５を介して、図示しない変電所
母線に接続されている。非直線要素群１の低圧側は大地
電位部に接続されており、非直線要素群１の高圧側には
傘状シールド６が配設され、この傘状シールド６の低圧
側には接続支持体７ａ，７ｂが配設されている。接続支
持体７ａ，７ｂは例えば棒状導体，リング状導体，リー
ド線などで構成され、配設する本数は適宜選択しうる。
対称な位置に配設されるのが望ましい。すなわち、電位
分布を均一化する条件として、同心円上を所定間隔を介
して配設することが必要なのである。この接続支持体７
ａ，７ｂを介して２つの金属製の略半球形状シールド１
０ａ，１０ｂが傘状シールド６の低圧側に接続されてい
る。略半球形状シールド１０ａ，１０ｂは平面部と球面
部から成る椀状で、略半球形状シールド１０ａの平面部
は隣接する２つの並列コラム１ａ，１ｂに対向し、略半
球形状シールド１０ｂの平面部は隣接する２つの並列コ
ラム１ｃ，１ｄに対向し、略半球形状シールド１０ａ，
１０ｂの球面部は夫々接地タンク３と対向するように非
直線要素群１の周囲に対称に配置されている。

【００２８】次に作用について説明する。傘状シールド
６の低圧側に接続支持体７ａ，７ｂを介して略半球形状
シールド１０ａ，１０ｂを配設したことにより、略半球
形状シールド１０ａ，１０ｂの位置近傍の非直線要素群
１と接地タンク３との間にキャパシタンスＣｓ（ｘ）が
生じる。接続支持体７ａ，７ｂは略半球形状シールド１
０ａ，１０ｂを高圧側導体５と電気的にほぼ同電位に接
続するために使用される導電部材であり、略半球形状シ
ールド１０ａ，１０ｂを機械的に十分に支持固定できる
ものであれば良い。略半球形状シールド１０ａ，１０ｂ
は互いに所定の距離をおいて配設されているため、環状
シールドを用いた場合とは異なり非直線要素群１と接地
タンク３がシールドを介さずに対向するところが形成さ
れる。すなわち、図２からも明らかなように、略半球形
状シールド１０ａ，１０ｂは、同心円上を、シールドと
同等以上の空間を形成しつつ、所定間隔を介して配設さ
れているのである。従って、かかる空間部分があるた
め、非直線要素群１と接地タンク３との間にキャパシタ
ンスＣｓ（ｘ）が生じ、低圧側非直線要素群１の、より
低圧側の部分と略半球形状シールド１０ａ，１０ｂとの
間のキャパシタンスが小さくなる。また非直線要素群１
と接地タンク３との間のキャパシタンスがより大きくな
るため、非直線要素群１のキャパシタンス分布が図５
(b)に示したような理想状態に近付き、その結果、非直
線要素群１の電圧分担を軸方向に沿って均一化できる。

【００２９】さらに、球冠状シ―ルド10ａ，10ｂは、非
直線要素群１の周囲に対称配置されているため、各並列
コラム１ａ〜１ｄの電位分布は均一に制御される。従っ
て、前述した従来例のように、各ブロック毎に並列コラ
ム間を相互に接続する必要がなく、並列コラム１ａ〜１
ｄ間の制限電圧のバラツキを最小化することができ、分
流アンバランスの低減，エネルギ―処理能力の向上に寄
与できる。また、本実施例においては、接続支持体７
ａ，７ｂも対称に配置されているため、この点からも、
並列コラム１ａ〜１ｄ間の電位分布の均一化に貢献でき
る。

【００３０】また、略半球形状シールドの球面部が接地
タンクと対向し、略半球形状シールドの平面部が非直線
要素群に対向するように配置されているため、略半球形
状シールドの電界が緩和されており、且つ、略半球形状
シールドは球面部と平面部のみの構成であるため、製造
が非常に容易である。

【００３１】以上説明したように、本実施例のタンク形
避雷器においては、傘状シ―ルド６の低圧側に、接続支
持体７ａ，７ｂを介して球冠状シ―ルド10ａ，10ｂを配
置したことにより、比較的簡単な構成で高電圧クラスの
非直線要素群１の電圧分担を実用上十分な精度で均一化
できる。その結果、避雷器としての信頼性を大幅に向上
させることができる。また、球冠状シ―ルド10ａ，10ｂ
を対称に配置した上に、接続支持体７ａ，７ｂをも対称
に配置したことにより、各並列コラム１ａ〜１ｄの電位
分布を均一に制御でき、コラム間の分流アンバランスを
低減でき、エネルギ―処理能力の向上を図ることができ
る。また、球冠状シ―ルドの球面部が接地タンクと対向
しているため、電界が緩和されており、且つ、球冠状シ
―ルドは球面部と平面部のみの構成であるため、製造が
非常に容易である。さらに、比較的簡単な構成であるた
め、３次元電界解析などのモデル化が容易であり、一度
解析と実測との比較を行い、モデルを確立しておけば、
非直線要素群のサイズ，並列数，静電容量の変更などに
も比較容易に対応できるという効果を奏する。

【００３２】なお、本実施例は以上の構成に限定される
ものではなく、各部の具体的な構成は適宜選択可能であ
る。本実施例においては、非直線要素群１が複数の酸化
亜鉛素子（非直線抵抗体）を直列に積み重ねて形成され
た４つの並列コラム１ａ〜１ｄで形成されているが、非
直線要素群１が複数の非直線抵抗体を直列に積み重ねて
単一のコラムで形成されていても良い。非直線要素群１
が単一のコラムで形成された他の実施例について図３を
参照して説明する。なお、図１及び図２に示したタンク
形避雷器と同様の部分には同一の番号を付与し説明を省
略する。

【００３３】図３に示すように絶縁媒体２を封した接地
タンク３に、単一のコラムから成る非直線要素群１が収
納され、この非直線要素群１の高圧側に傘状シールド６
が配設され、この傘状シールドの低圧側に接続支持体７
ａ，７ｂを介して２つの略半球形状シールド１０ａ，１
０ｂが対称な位置に接続されている。この実施例におい
ても前述した実施例と同様の作用効果を奏する。

【００３４】なお、略半球形状シールド及び接続支持体
の数や寸法などは適宜選択可能であり、前記実施例にお
いては、略半球形状シールドを断面中実としているが、
断面中空としたり、断面C字状としても良く、半球に近
似した形状であることが望ましい。また、接続支持体の
配置が対称であることが望ましいが、電位分布に与える
影響は球状シールドに比べて格段に小さい。すなわち、
接続支持体が同心円上を、一定間隔に、シールドと同等
以上の空間を介して配置されていれば、電位分布の影響
は、球状シールドに比べ問題とならない程度に小さいた
め、接続支持体の配置は、解析及び実測により適宜選択
可能である。さらに本発明は、単一あるいは４つの並列
コラムを並列接続してなるタンク形避雷器に限定される
ものではなく、複数の並列コラムを並列接続してなるタ
ンク形避雷器一般に広く適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
傘状シールドの低圧側に接続支持体を介して略半球形状
シールドを、所定間隔で同等以上の空間を介して接続し
たことにより、比較的簡単な構成で非直線要素群の電圧
分担を容易に均一化すると共に、非直線要素群が複数の
並列コラムで形成されても、コラム間の分流アンバラン
スを減少させたタンク形避雷器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すタンク形避雷器の断面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図。

【図３】本発明の他の実施例を示すタンク形避雷器の側
面図。

【図４】（ａ）（ｂ）とも電位分布制御の原理を示す説
明図。

【図５】理想状態のキャパシタンス分布を示すグラフ。

【図６】従来のタンク形避雷器の一例を示す断面図。

【図７】従来のタンク形避雷器の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１…非直線要素群、１ａ〜１ｄ…並列コラム、２…絶縁
媒体、３…接地タンク、６…傘状シールド、７，７ａ，
７ｂ…接続支持体、10ａ，10ｂ…略半球形シールド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−232905（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−105989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01C 7/02 - 7/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁媒体を封入した接地タンクに、非直
線抵抗体を直列に積み重ねて形成された非直線抵抗要素
群を収納し、この非直線要素群の高圧側に傘状シールド
を配設し、低圧側に大地電位部を接続し、前記傘状シー
ルドの低圧側に接続支持体を介してシールドを接続した
タンク形避雷器において、前記シールドが略半球形状シールドであり、かつ、その
球面部が前記接地タンクと対向するよう配設されている
ことを特徴とするタンク形避雷器。
【請求項２】前記非直線要素群が、前記非直線抵抗体
を直列に積み重ねて形成された複数の並列コラムから成
り、前記略半球形状シールドがこの並列コラムを介して
同心円上を、前記略半球形状シールドと同等以上の空間
を介して、所定間隔で配設されていることを特徴とする
請求項1記載のタンク形避雷器。