JP4659370B2 - 避雷器の能動部 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１の特徴を述べた部分の前の文節に記載された避雷器（surge arrester）の能動部（active part ）に関する。また、この発明は、この能動部を含む避雷器に関する。

この能動部は、二つの接続用取付部品を有し、これらの部品は、互いに距離を置いて軸に沿って配置されており、そこには１ｋＶ以上の範囲にある電圧を印加することができる。一つのバリスタ素子または二つ以上の直列に接続されたバリスタ素子から構成されたバリスタ柱状体（varistor column ）は、この二つの接続用取付部品の間に配置されている。また、この能動部は、一つの誘電体巻線（dielectric loop ）、または場合によっては二つ以上の誘電体巻線を有する。この一つの巻線または複数の巻線は、二つの接続用取付部品で支持されており、そのようにして接続用取付部品とバリスタ柱状体を保持するとともに、接触力を形成するものである。また、この一つの巻線または複数の巻線は、二つの接続用取付部品の中の一つと、バリスタ柱状体の中の二つの接続用取付部品の間に配置された接続部品とで支持することもでき、支持している接続用取付部品とこの接続部品によって区切られた、バリスタ柱状体の部分をそのようにして保持することもでき、そのようにして接触力を形成するものである。

避雷器は、直接的な接触または汚れから能動部を保護する形、例えば重合体内に能動部を埋め込む形、あるいは場合によってはガス絶縁された容器内に能動部を設置する形で構成される。

この発明は、特徴を述べた部分の前の文節において、特許文献１または特許文献２に記載された従来技術の避雷器を引用している。これらの特許文献に記載された避雷器は、それぞれ能動部を有し、この能動部は、柱状体の形状をしており、重合体の外被によって包み込まれており、そしてバリスタ柱状体は、二つの接続用取付部品の間に保持されている。二つの接続用取付部品で支持された、一つまたは複数の圧縮応力を与えられた誘電体巻線を用いて、能動部における保持力のみならず、同時に接触力をも加えられている。接続用取付部品は、それぞれ金属の円筒から機械加工されたものであり、穴部および／または突起部を有し、これらの部品は、それぞれ誘電体巻線の一端を保持するために用いられる。さらに、接続用取付部品は、柱状体の方向に電気接点を収容するための穴を有し、場合によっては、同じく柱状体の方向に延び、バリスタ柱状体の部分を収容するために用いられる窪みをも有する。そのため、接続用取付部品は、柱状体の方向に比較的長い距離に渡って延びており、したがって能動部の、そしてそのことから避雷器の物理的な高さを増大させている。

さらに、特許文献３は、能動部を有する避雷器を記載しており、この能動部は、バリスタ柱状体を有し、バリスタ柱状体の中に接続部品を配置しており、能動部の上側の接続用取付部品から下側の接続用取付部品に延びる圧縮応力が与えられた誘電体巻線を支持する支持点を有するものである。これらの誘電体巻線もまた、保持力および接触力を形成するために用いられている。この接続部品により、能動部が上記の従来技術よりも大きな絶縁耐圧を達成することができ、そのようにしてより高い電圧階級に対する避雷器が得られている。
欧州特許第６１４１９８号明細書 米国特許第５９４２９６８号明細書 欧州特許第１０６６６４０号明細書

この発明は、物理的な高さが小さいことを特徴とする、最初に述べた形式の能動部を明細に述べることを目的とし、この目的は、請求項の規定にもとづき達成される。

この発明にもとづく能動部においては、二つの接続用取付部品の少なくとも一つは、電極と誘電体巻線の一端を支持するための手段とを有し、この電極は、軸に対して直角に配備され、基板と同時にこの基板に一体的に形成された電気接点の形状をしており、この手段は、この基板に形成されている、および／またはこの基板の端に一体的に形成されている。

このようにして、能動部の物理的な高さは、一方において著しく低減される。他方において、接続用取付部品は、まさに少ない材料を用いて、ならびに少ない作業量で製造することができ、そのため能動部の製造コストを著しく低減することができるものである。

材料を節約するためには、基板に一体的に形成される電気接点を平坦にすることが望ましい。このような電気接点は、これに接続される導線の配置および構造に依存するが、基板の平面に対して、いかなる所望の角度においても、基板に接続することができるものである。導線を容易に接続できるようにするためには、電気接点を穿孔された板または差込接点の形状にするのが有利である。

この発明にもとづく能動部の一実施形態において、少なくとも一つのカップ状スプリングを用いて接触力を得ており、このスプリングは、バリスタ柱状体に面する基板の表面から突き出ている軸対称の中心合わせタブを用いて、予め決められた物理的な高さを維持しつつ、中央に配置することができる。このタブは、基板に形成することができるほか、挿入部品の形状にして、基板の窪み内に固定することもできる。このタブは、カップ状スプリングの穴に延びており、このスプリングは、一般的に円錐状の環状ディスクの形状をしている。取付時または能動部の動作中におけるカップ状スプリングの過伸展を防止するために、中心合わせタブの直径と環状ディスクの内径は、カップ状スプリングが圧縮されて平坦になるのを防止するために、互いに一致するように構成されている。

この発明にもとづく能動部の場合、支持手段は、有利には少なくとも一つの肩部を持ち、この肩部は、基板の端に一体的に形成されており、バリスタ柱状体の直径よりも細いものである。このような細い肩部は、特に大きな直径の能動部を製造するのに適している。二つ以上のそのように細い肩部とそれに対応する数の誘電体巻線は、物理的な高さを低く保ちつつ、機械的に丈夫な能動部を製造することを可能とし、このことは、基板の厚さによっても左右される。

支持手段が、基板に形成された、バリスタ柱状体の軸の位置から延びる肩部を有する場合、物理的な高さを低く保ちつつ、単一の誘電体巻線によって、能動部の機械的な強さと所望の接触力を達成することができる。この機械的な強さは、二つの肩部を有する支持手段によって、さらに増強され、その際各肩部は、直線状に延びる基板の端の二つの部分の中の一つに形成される。ただ一つ、二つ、場合によってはそれ以上の肩部が、基板に配備されているかどうかということには関係なく、物理的な高さを低く保ちつつ、良好な機械的な強さと一様な接触圧を確実にするためには、各肩部が、基板の半分以上の範囲に渡って基板の表面にほぼ平行な表面を持つこと、ならびに関連する巻線が、長方形の形状であり、この表面の長方形の面の一つを用いて内側で支持されることが有利である。

以下の記述においては、実施例を参照して、この発明を説明する。

すべての図面において、同じ符号は、また同じ作用を持つ部分を示すものである。図１から３までに図示された能動部は、二つの接続用取付部品１０，２０を有し、これらの接続用取付部品は、アルミニウムのような導電性材料から構成され、そして軸ｚに沿って互いに分離されている（図１）。二つの接続用取付部品１０，２０は、それぞれ一つの電極を有し、この電極は、軸に対して直角に配置され、それぞれ基板１１または２１と同時に、それぞれこれらの基板１１または２１に一体的に形成された各電気接点１２または２２の形状をしている。肩部１３，１４と２３，２４は、これらの基板の対向する面に直線状に延びる基板の端の部分に形成されている。それぞれ環状ディスクの形状をしているタブ１５または２５は、それぞれ基板１１の下側の面または基板２１の上側の面から突き出ている。このタブ１５または２５は、それぞれ軸ｚを回転対称に取り囲み、一つ以上のカップ状スプリング１６または２６の中心合わせと案内のために用いられており、このカップ状スプリングは、それぞれ円錐状の環状ディスクの形状をしており、導電性の材料から構成されている。

これらのタブ１５または２５、これらのカップ状スプリング１６または２６、ならびに例えば特にＺｎＯのような金属酸化物をベースとする非線形抵抗物質から成る円筒形のバリスタ柱状体３０は、接続用取付部品１０，２０の間で同軸状に配置されている。図示されているとおり、バリスタ柱状体３０は、単一のバリスタ素子から形成されているが、二つ以上の素子を上下に重ね合わせた形とすることもできる。バリスタ柱状体３０の上側または下側の端面は、それぞれ電流接点部品１７または２７と接触している。導電性の圧力吸収板１８または２８は、それぞれ上記のカップ状スプリング１６または２６と電流接点部品１７または２７の間に配備されている。

図２と３から分かるとおり、能動部は、柱状体の形状をしている。この柱状体の脚部は、基板２１によって形成されており、頭部は、基板１１によって形成されている。図１に示されているとおり、カップ状スプリング２６、圧力吸収板２８、電流接点部品２７、バリスタ柱状体３０、電流接点部品１７、圧力吸収板１８ならびにカップ状スプリング１６は、この順序で、これらの基板の間に配置されている。この場合、この柱状体は、二つの長方形の誘電体巻線４１と４２を用いて保持されている。この柱状体は、能動部の製造時に、カップ状スプリング１６，２６の力によって圧縮応力を与えられる。工程の中で、カップ状スプリングは、二つのタブ１５と２５と中心を合わされる。各中心合わせタブ１５と２５の直径と、環状ディスクの形状をしている各カップ状スプリング１６と２６の内径は、カップ状スプリングが圧縮されて平坦になることを防止するために、ならびにそれによってそれに関係する許容できない過伸展を防止するために、互いに一致するように構成されている。この柱状体が圧縮応力を与えられている時に、誘電体巻線４１と４２は、それぞれ各肩部１３，２３と１４，２４に押し付けられ、そして次に柱状体から圧力が解放される。カップ状スプリングのスプリングの動きは、それらによって加えられ、誘電体巻線によって吸収される力が、この柱状体を能動部として保持しておくのに十分なものであるように設計される。能動部は、ある動作状態において一時的には電流を伝達しなければならないので、この力は、同時に接続用取付部品１０からバリスタ柱状体３０を通って接続用取付部品２０まで延びる電流路において、接触抵抗を小さく保つために、十分に大きく選択される。

図３から分かるとおり、これらの肩部１３，２３は、基板の半分以上の範囲に渡って基板の表面にほぼ平行な表面を有し、これらの表面上の二つの互いに対向する長方形の面によって、長方形の誘電体巻線４１は、内側で支持されている。これらの肩部と誘電体巻線の構造は、接続用取付部品１０，２０の寸法を小さく保ちつつ、基板１１または２１の厚さまで低減することを可能とするものである。能動部の物理的な高さが低いに加えて、このことは、同時にまた機械的な丈夫さと電流容量を確実にするものである。

使用材料と製造コストを低減するために、電気接点１２，２２は、平坦である。実際には、これらは、基板１１，２１に所望の角度で一体的に形成することができる。図１から３に描かれた実施例に示されているとおり、これらが、軸ｚの方向に揃っており、中心に合わせて基板に一体的に形成され、そして穿孔された板の形状をしている場合、場所を取らない形で、高電圧を印加できる重装ケーブル導体であっても、接点１２にねじ付けすることができるとともに、対応する接地線を接点２２にねじ付けすることができる。これに代わって、図７に示すとおり、接点１２，２２を基板１１，２１の方向に延ばすことができ、そして例えば差込接点の形状とすることができる。

図４と５から分かるとおり、バリスタ柱状体、接続用取付部品の基板、および誘電体巻線を、絶縁材料、例えばシリコンまたはエポキシをベースとする、例えば重合体で取り囲むことができる。この取り囲む誘電体の化合物の設計によって、これが、屋内用途（図４）または屋外用途（図５）に適した、誘電体の外被５０から突き出た電気接点１２，２２を持つ避雷器となる。

誘電体巻線は、必ずしも二つの接続用取付部品で支持する必要はない。図６の実施例から分かるとおり、高電圧の負荷をかけることができる能動部においては、金属接続部品３１を、バリスタ柱状体内に配備することができる。その場合、誘電体巻線４１，４２は、接続用取付部品１０の上側の基板１１とこの接続部品３１で支持され、能動部の上側の部分における保持および接触力を生み出している。誘電体巻線４３と図示されていない別の誘電体巻線が、この接続部品３１と下側の接続用取付部品２０の基板２１で支持されており、能動部の下側の部分における保持および接触力を生み出している。

図９に示す能動部の実施形態において、二つの肩部２００，２０１だけが支持手段として配備されており、これらは、基板１１，２１に形成され、バリスタ柱状体の軸ｚの位置から延びている。これは、同じく長方形の形状をしている誘電体巻線４０が、軸ｚの領域を中心にして保持されるのを確実にするとともに、能動部における一様な保持および接触力を確実にするものである。これは、過電圧が発生する能動部で伝達される放出電流に対して一様な電流密度を確実にするものである。

図８に描かれているとおり、肩部１３１，１３２，２３１，２３２は、支持手段として基板１１，２１の端に形成することができ、これらの肩部は、バリスタ柱状体の直径よりも細い。物理的な高さが低いという利点と材料を節約できるということを犠牲にすることなく、比較的多数の細い誘電体巻線４１１，４１２を用いて、能動部における保持および接触力を得ることができる。

この発明にもとづく能動部の第一の実施形態の分解図 能動部の第一の実施形態の前面図 能動部の第一の実施形態の側面図 図１から３に示した能動部を有する、屋内用途向けの避雷器の一実施形態を 表す図 図１から３に示した能動部を有する、屋外用途向けの避雷器の一実施形態を 表す図 この発明にもとづく高い絶縁耐圧用の能動部の第二の実施形態を表す図 この発明にもとづく差込可能なように設計された能動部の第三の実施形態を 表す図 この発明にもとづく能動部の第四の実施形態を表す図 この発明にもとづく能動部の第五の実施形態を表す図

符号の説明

１０，２０ 接続用取付部品
１１，２１ 基板
１２，２２ 電気接点
１３，１４，２３，２４，１３１，１３２，２００，２０１，２３１，２３２ 肩部
１５，２５ 中心合わせタブ
１６，２６ カップ状スプリング
１７，２７ 電流接点部品
１８，２８ 圧力吸収板
３０ バリスタ柱状体
３１ 接続部品
４０，４１，４２，４３，４１１，４１２ 誘電体巻線
５０ 誘電体外被
ｚ 軸

Claims (8)

1. 避雷器用の能動部であって、互いに距離を置いて軸（ｚ）に沿って配置された二つの接続用取付部品（１０，２０）と、これらの二つの接続用取付部品（１０，２０）の間に配備された少なくとも一つの円筒形のバリスタ柱状体（３）と、少なくとも一つの誘電体巻線（４０，４１，４２，４３，４１１，４１２）とを有し、この誘電体巻線が、これらの二つの接続用取付部品（１０，２０）で支持されるか、またはこれらの二つの接続用取付部品（１０，２０）の中の一つとこのバリスタ柱状体（３０）の中のこれらの二つの接続用取付部品（１０，２０）の間に配置された接続部品（３１）とで支持されており、このようにしてこのバリスタ柱状体（３０）、またはこれらの支持する接続用取付部品（１０，２０）とこの接続部品（３１）とによって区切られた、このバリスタ柱状体（３０）の部分を保持するとともに、接触力を形成する能動部において、
   これらの二つの接続用取付部品（１０，２０）の中の少なくとも一つが、一つの電極と、この誘電体巻線（４０，４１，４２，４３，４１１，４１２）の一端を支持するための肩部（１３，１４，２３，２４，１３１，１３２，２００，２０１，２３１，２３２）と、軸対称の中心合わせタブ（１５，２５）とを有し、
   この電極が、軸（ｚ）に対して直角に配置されるとともに、一枚の基板（１１，２１）の形状と同時にこの基板（１１，２１）と一体的に形成された、穿孔された板または差込接点の形の平坦な電気接点（１２，２２）の形状をしており、
   この誘電体巻線（４０，４１，４２，４３，４１１，４１２）の一端を支持するための肩部（１３，１４，２３，２４，１３１，１３２，２００，２０１，２３１，２３２）が、この基板（１１，２１）に形成されているか、この基板（１１，２１）の端に一体的に形成されており、
   この軸対称の中心合わせタブ（１５，２５）が、基板（１１，２１）のバリスタ柱状体（３０）に面する表面から突き出ており、円錐形の環状ディスクの形状をした、バリスタ柱状体（３０）に圧縮応力を加えるための少なくとも一つのカップ状スプリング（１６，２６）を案内するために用いられる、
   ことを特徴とする能動部。
2. 前記の中心合わせタブ（１５，２５）の直径と環状ディスクの内径が、カップ状スプリング（１６，２６）が圧縮されて平坦になるのを防止するため、互いに一致するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の能動部。
3. 前記の肩部（１３１，１３２，２３１，２３２）が、バリスタ柱状体（３０）の直径より細いことを特徴とする請求項１または２に記載の能動部。
4. 前記の肩部（２００，２０１）が、バリスタ柱状体（３０）の軸（ｚ）の位置から延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の能動部。
5. 前記の二つの肩部（１３，１４，２３，２４）が、それぞれこの基板（１１，２１）の直線状に延びる端の二つの部分の中の一つに配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の能動部。
6. 前記の肩部が、前記の基板の幅の半分以上に渡って、この基板の表面にほぼ平行である表面を有すること、前記の巻線（４０，４１，４２，４３）が、長方形の形状をしており、この肩部の表面の長方形の面の一つを用いて内側で支持されていることを特徴とする請求項４または５に記載の能動部。
7. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の能動部と外被（５０）とを有する避雷器。
8. 前記の接続用取付部品（１０，２０）の電気接点（１２，２２）が、前記の外被（５０）の外に延びていることを有する請求項７に記載の避雷器。

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