JP3372006B2 - 酸化亜鉛形避雷器 - Google Patents

酸化亜鉛形避雷器

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JP3372006B2
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康彦 金高
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貴光 中村
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    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、非線形抵抗要素材料
に酸化亜鉛素子が用いられている酸化亜鉛形避雷器の構
造に関する。
【0002】
【従来の技術】避雷器はその構造上から直列ギャップを
使用するものと、しないものとの二つに分類される。し
かし、酸化亜鉛素子が開発されてからは、その優れた電
圧−電流の非直線性を有する高非直線抵抗素子を用いた
直列ギャップのない酸化亜鉛形避雷器が主流となってい
る。この酸化亜鉛形避雷器の構成はその用途により異な
るが、酸化亜鉛素子の積層体をがい管からなる容器内に
収納するがいし形避雷器と、SF6 等の絶縁性ガスを
封入した金属製タンクの容器に収納したタンク形避雷器
とがある。
【0003】図9及び図10は従来の酸化亜鉛形避雷器
の構造図を示すものであり、図9はがいし形避雷器の縦
断面図、図10の(A)は酸化亜鉛素子の平面図、
(B)は断面図である。酸化亜鉛形避雷器は、粉末状の
酸化亜鉛(ZnO)を主成分として、これに粉末状の結
合材を混合して焼き固めた図10の(A)及び(B)に
示す円板状の焼結体の両端面に、アルミを蒸着して形成
した膜厚数百μの電極11と、側面に無機系の絶縁塗膜
14で絶縁層を形成した酸化亜鉛素子1を図9のように
避雷器の定格電圧に従って必要高さに複数個積層した積
層体から構成されている。
【0004】この酸化亜鉛素子1の積層体は、大気圧の
窒素ガスが封入されたがい管4内に、両端面を主電極
2,2にて直列接続され、絶縁棒5で横ずれしないよう
に押さえられて収納されている。酸化亜鉛素子1相互間
の接触圧力はスペーサ6を介してばね7で与えられてい
る。また、がい管4の上下両端面は放圧板8で気密に閉
鎖され、この放圧板8と放圧室内で外部からの損傷から
守られており、そして、この酸化亜鉛形避雷器は線路と
対地とに、それぞれ線路側端子9と対地側端子10とで
接続されている。
【0005】前記した酸化亜鉛形避雷器に送電線への落
雷により線路側端子9を介して過電圧が加わると、酸化
亜鉛素子1の非線形特性によりこの酸化亜鉛形避雷器の
端子電圧を低く押さえるように酸化亜鉛素子1に放電電
流が流れ、送電線路の懸垂がいし、耐張がいしや送電線
端末の変圧器等の機器の対地絶縁が保護される。更に、
この酸化亜鉛形避雷器に通流する放電電流が酸化亜鉛形
避雷器の定格値を超えて流れ、酸化亜鉛素子1が破壊
し、がい管4内の圧力が上昇すると、放圧板8が放圧し
てがい管4の内部の高温ガスを大気へ放出する構成とな
っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、避雷器は前
記した線路に接続された連続運転電圧のもとでは、特に
直列ギャップのない酸化亜鉛形避雷器では半永久的に耐
える能力が必要であるばかりではなく、運転時の各種過
電圧が加わって放電電流が流れた後も、短時間の定格電
圧及び連続運転で酸化亜鉛素子(素子)が温度上昇する
ことにより、抵抗分の漏れ電流が増大して破壊すること
のないことが必要である。特に、前記した素子の電圧−
電流の非直線性は温度特性を示し、温度が上昇すると抵
抗値が減少する特性を有しているので、酸化亜鉛形避雷
器では前記した雷又は開閉サージ等の過電圧が加わるこ
とによる放電電流により素子が破壊しないことの他に、
過電圧後においても温度上昇による素子の熱暴走が発生
しないことが、素子寿命を決定する要因となる。
【0007】前記した酸化亜鉛形避雷器における素子に
一定電圧を印加した場合に発生する熱量は、素子の電圧
・電流の時間積であり、過電圧時では温度が変化し指数
関数的に増大する。一方、素子に発生する熱量の放熱
は、前記した図9の素子1の積層体からスペーサ6,主
電極2を介してがい管4へ、又は素子1の積層体外周表
面よりがい管4内の窒素ガス中にそれぞれ熱伝達による
自然放冷によるものであるが、この自然放冷による素子
1の冷却による温度低下よりも、前記した過電圧後にお
ける素子の温度上昇が大きくなると、素子1の熱暴走を
引き起こすことになる。
【0008】しかも、図9に示す従来の素子1の積層構
造では、電極11間で密着接触させる構成であるので、
素子1内で発生した熱の積層体の軸方向への熱放散特性
が劣るために素子1内部に熱が蓄積しやすく、素子1の
冷却に時間を要するという問題があった。このため素子
1の冷却効率をあげて前記した熱暴走による破壊の恐れ
のない寿命特性の優れた酸化亜鉛形避雷器の構造が必要
とされていた。
【0009】この発明の課題は、運転時における素子の
温度上昇を少なくし、素子寿命特性の優れた酸化亜鉛形
避雷器の構造を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、酸化亜鉛を主成分とする円板状の
焼結体からなり、両端面に電極を有する酸化亜鉛素子が
複数個積層されて積層体が形成され、この積層体は気体
中に設置された酸化亜鉛形避雷器において、隣 接する前
記酸化亜鉛素子の少なくとも一方の電極面に複数の溝を
設け、この溝により前記電極面を前記積層体の周囲の気
体に連通させる間隙部を形成するものとする(請求項
1)。
【0011】請求項1において、隣接する前記酸化亜鉛
素子の双方の前記電極面に前記溝を相対するようにそれ
ぞれ設ける場合には、前記電極面に互いに嵌合する凹部
と凸部とからなる嵌合部を設け、この嵌合部により前記
溝同士を位置合わせするようにするのがよい(請求項
2)。
【0012】
【作用】この発明は、運転時及び過電圧時の酸化亜鉛素
子に流れる放電電流により上昇する素子の温度を、従来
の避雷器構造のような素子の積層体の外周から周囲気体
に自然放冷にて冷却する構成に加えて、酸化亜鉛形避雷
器を構成する素子の積層体の電極間に、前記素子の積層
体外部に連通する溝からなる間隙部を設ける構成とし
た。これにより、素子内部に発生した熱を素子端面部よ
り電極間に設けた間隙部を介して周囲気体と接触させて
放熱させることができるので、素子の冷却効率を従来よ
り更に上げることが可能となる。
【0013】上記間隙部を形成する溝は隣接する酸化亜
鉛素子の電極の一方又は双方に設けることができるが、
双方に設ける場合には、電極面に互いに嵌合する凹部と
凸部からなる嵌合部を設けることにより、素子の電極の
間隙部及び通電部の位置を正確に合わせて積層できるの
で、電極間の接触通電面積をも確保した素子の冷却用の
間隙部を形成することができる。
【0014】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。実施例1 図1〜図4は、この発明の第1の実施例になる酸化亜鉛
形避雷器の部分構成図であり、図1は酸化亜鉛形避雷器
の要部縦断面図、図2は酸化亜鉛素子1の積層体の部分
側面図、図3は図2のIII−III 矢視図、そして図4は
図3のIV−IV矢視断面図である。なお、図1は図9に示
したがい管4に相当する絶縁性ガスが封入された容器3
内に酸化亜鉛素子1の積層体を主電極2,2間に装着し
て配設しているものであり、他の酸化亜鉛形避雷器の構
成部品は省略してある。
【0015】図1に示す酸化亜鉛素子1(素子1)の端
面部に設けられる電極11aは、図2に示すように素子
1の一方の端面部に従来の素子1の電極11(図13
(B)参照)より厚く数mm厚に形成されている。そし
て、その電極11aの形状は、対向する電極11と接触
する通電部12と、非接触部を形成する間隙部13を有
するようにアルミ蒸着して形成されており、この電極1
1aを有する面と従来の電極11の面とを対向させて素
子1を複数段積層して、直列接続して酸化亜鉛形避雷器
の素子積層体を構成している。電極11aに設けられた
間隙部13は、図2及び図3に示すように、素子1の電
極面に扇形に形成された通電部12に囲まれた放射状に
延びる複数状の溝から構成されている。そして、これら
の溝部からなる間隙部13は、素子1の電極面を周囲気
体に連通させている。
【0016】素子1の一方の電極11aに形成された通
電部12の面積は、従来の素子1の外径を直径とする電
極11の面積よりも小さく、素子1間の通電接触する電
極面積が減少する。しかしながら、酸化亜鉛素子1で
は、隣接する素子1と接触する電極の通電接触面積が、
50%まで減少しても、充分な通電容量を確保できるこ
とが確認されている。従って、従来の素子1の電極11
の電極面積の50%に相当する部分を電極の非接触部分
である間隙部13として形成することにより、電極11
aの通電容量を低下させることなく、積層体外部の周囲
気体と接触する接触面積を増やす構造とすることができ
る。
【0017】例えば、素子1の外径を40mmとして、こ
の素子1の端面に蒸着されるアルミ電極の面積のそれぞ
れ50%に相当する面積が、それぞれ電極11aの通電
部12と非接触部である間隙部13とを構成する面積と
した場合に、従来の電極11を密着接触して素子1を積
層した構成によるものと比して、素子1の周囲気体との
接触面積が間隙部13を設けたことにより素子1の両端
面の部分を合わせて1256mm2 増えるので、この接触
面より素子1の内部に発生した熱を放熱することが可能
となり、素子1の冷却効率を前記した従来の酸化亜鉛形
避雷器の構成によるものよりも高めることが可能とな
る。
【0018】実施例2 図5〜7は、この発明の第2の実施例になる酸化亜鉛形
避雷器の部分構成図であり、図5は酸化亜鉛素子の積層
体の部分側面図、図6は図5のVI−VI矢視図、図7は図
6のVII −VII・矢視断面図である。この発明の前記第1
の実施例と異なるところは、図1に示すように実施例1
と同様にアルミ蒸着して形成した数mm厚の通電部12と
間隙部13からなる電極11aを隣接する素子1の双方
の電極面に設けたことにある。この発明における素子1
の積層体においても、前記実施例1におけると同様に、
素子1に設けられるアルミ電極の面積の50%を電極1
1aの非接触部である間隙部13とした場合には、従来
の電極11の構成より周囲気体との接触面積を素子一個
当たり1256mm2 増やすことが可能となる。
【0019】しかしながら、間隙部13を有する通電部
12からなる電極11aを双方の素子1に設けた避雷器
構造においては、素子1の間隙部13が隣接する素子1
の通電部12に対向して積層された場合には、素子1の
電極11a間の通電部12の通電接触面積が所定値より
小さくなることがある。従って、隣接する素子1間の電
極の通電接触面積が、前記した電極の通電容量を確保す
るように対向する素子1同志を位置合わせをして積層す
る必要がある。
【0020】図6及び図7に示す電極11aの通電部1
2の表面に設けられた凹部15及び凸部16は、隣接す
る素子1間で互いに嵌合できるような嵌合部を構成する
ものであり、前記した素子1間の積層時に溝同士の位置
合わせができるようにしている。これにより電極間に周
囲気体と連通する溝部を形成する間隙部13を有しなが
ら、必要とする通電面積を確保するように素子1間の通
電部12の位置を設定した素子1の積層体からなる酸化
亜鉛避雷器を容易に構成することができる。
【0021】図8に、前記した素子1の端面に設ける電
極の構成例を示した。前記した実施例1及び実施例2に
示した電極11aには、図8の(A)に示す十字状の溝
部からなる間隙部13aと四半円形状の通電部12aか
らなる電極11b、(B)の複数個平行に設けた溝部の
間隙部13bと通電部12bからなる電極11c、
(C)の格子状の溝部の間隙部13cと矩形状の通電部
12cからなる電極11d等の電極形状が採用可能であ
る。このような電極形状を前記した実施例2のように素
子1の両端面に設けて積層する場合においては、前記し
た互いに対向する電極面の通電部の所定の位置に設けら
れた凹部15と凸部16とを嵌合することにより、容易
に電極の溝同士の位置合わせをすることができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように、この発明においては、酸
化亜鉛形避雷器を構成する酸化亜鉛素子の積層体の電極
間に、素子外部と連通する電極表面に設けた溝部にて間
隙部を設ける構成とした。これにより、運転時及び過電
圧時の酸化亜鉛素子に流れる放電電流により発生する素
子内部の熱を、前記した電極間に設けた間隙部を介して
積層体外部の周囲気体と接触させて放熱させることがで
きるので、素子積層体の外周面から周囲気体に自然放冷
にて冷却する従来構成に加えて、電極面を冷却すること
が可能となり、素子の冷却時間を大幅に短縮することが
でき、寿命特性の優れた酸化亜鉛避雷器を得ることがで
きる。
【0023】また、積層される素子間の対向する電極面
に互いに嵌合する凹部または凸部からなる嵌合部を設け
ることにより、隣接する電極面の双方に設けられた間隙
部及び通電部の位置を正確に合わせ、所定の通電接触面
積と間隙部とを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例になる酸化亜鉛形避雷
器の要部縦断面図である。
【図2】図1の酸化亜鉛素子からなる積層体の部分側面
図である。
【図3】図2のIII−III 矢視図である。
【図4】図3のIV−IV矢視断面図である。
【図5】この発明の第2の実施例になる酸化亜鉛素子の
積層体の部分側面図である。
【図6】図5のVI−VI矢視図である。
【図7】図6のVII−VII 矢視断面図である。
【図8】図8の(A)、(B)及び(C)は、酸化亜鉛
素子の端面部に設けられる電極形状の他の構成例であ
る。
【図9】従来の酸化亜鉛形避雷器の縦断面図である。
【図10】従来の酸化亜鉛素子を示し、(A)は平面
図、(B)は断面図である。
【符号の説明】
1 酸化亜鉛素子 2 主電極 3 容器 11 電極 11a 電極 11b 電極 11c 電極 11d 電極 12 電極の通電部 12a 電極の通電部 12b 電極の通電部 12c 電極の通電部 13 電極の間隙部 13a 電極の間隙部 13b 電極の間隙部 13c 電極の間隙部 15 通電部の凹部 16 通電部の凸部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 貴光 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−24604(JP,A) 実開 昭57−134804(JP,U) 実公 昭50−31873(JP,Y1) (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】酸化亜鉛を主成分とする円板状の焼結体か
    らなり、両端面に電極を有する酸化亜鉛素子が複数個積
    層されて積層体が形成され、この積層体は気体中に設置
    される酸化亜鉛形避雷器において、 隣接する前記酸化亜鉛素子の少なくとも一方の電極面に
    複数の溝を設け、この溝により前記電極面を前記積層体
    の周囲の気体に連通させる間隙部を形成したことを特徴
    とする酸化亜鉛形避雷器。
  2. 【請求項2】隣接する前記酸化亜鉛素子の双方の前記電
    極面に相対するように前記溝をそれぞれ設けるととも
    に、前記電極面に互いに嵌合する凹部と凸部とからなる
    嵌合部を設け、この嵌合部により前記溝同士を位置合わ
    せするようにしたことを特徴とする請求項1記載の酸化
    亜鉛形避雷器。
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