JP4740121B2 - サージアレスタ - Google Patents

Description

本発明は、円筒状の複数のバリスター・ブロックのスタックを有するサージアレスタに係る。これらのバリスター・ブロックは、上端の電極と下端の電極の間に、バリスター・ブロックの軸方向に順に並べて配置されている。このスタックの周りには、絶縁材料製のクランプ部材が配置され、これらのクランプ部材は、前記上端の電極を前記下端の電極につなげる連続的に巻かれたファイバの少なくとも三つのループを有している。更にこのスタックの周りには、ファイバが巻かれた複数のリングまたはバンドの形態の破裂防止バンデージと；周囲を取り囲み、電気絶縁性を備えた、ゴムまたはその他の高分子材料製のアウター・ケーシングと；が配置されている。

サージアレスタは、高価な電気設備を過電圧から保護するために使用されている。この目的のための共通的な製品は、金属酸化物、例えば酸化亜鉛製の円筒状のブロック、いわゆるバリスターである。これらのバリスターは、低い電圧での電気抵抗が高く、高い電圧の電気抵抗が低いと言う性質を有している。

動作電圧が、バリスターが耐えることが可能で高い電気抵抗を有する値よりも高くなる場合には、幾つかのバリスター・ブロックがスタック状に直列に接続される。スタックを介して大電流を流すためには、バリスター・ブロックの間で十分な接触圧力が実現されていなければならない。

米国特許 US 5, 291, 366（CH 682 858）には、酸化亜鉛のブロックのスタックを有するサージアレスタが開示されている。それらは、二つの端部電極の間に、二つの端部電極をつなげる二つの絶縁要素からなるクランプ部材を用いてクランプされている。

米国特許 US 5, 912, 611（SE 504 075）には、酸化亜鉛のブロックのスタックを有するサージアレスタが開示されている。それらは、二つの端部電極の間に、二つの端部電極をつなげる少なくとも三つの絶縁要素からなるクランプ部材を用いてクランプされている。

横方向の機械的影響に対する抵抗力を改善するため、セントラル・ピボット部材が、一方の端部電極とスタックの中でそれに最も近い酸化亜鉛のブロックとの間に配置される。

サージアレスタの寸法は、重要な要素であり、そして、例えばトランスの保護のためには、サージアレスタの機能として短時間の間に大きな電流を流すことが要求されるので、破壊の危険を皆無にすることは、決してできない。破壊は、例えばバリスター・ブロックの中またはその周りでのイオン化及び放電によって起こり得る。それによってガスが発生し、それにより圧力が増大して、サージアレスタのケーシングが破裂する
この理由のために、ケーシングは、内部圧力の増大によってバラバラに壊れる材料で作られることは適当ではなく、その代わりに、ゴムあるいはそれと同様な材料で作られる。一方では、ケーシングは、飛散するバリスターの破片に実際に対抗することができるように、強度が十分に大きくなければならない。他方では、ケーシングは、発生したガスを逃がすことにより、ケーシングを完全に破裂させることなく圧力の解放を可能にするものでなければならない。

米国特許 US 5, 050, 032 (SE 516 123) の中で、上記の要求の間でバランスをとる方法が提示されている。それによれば、バリスターのスタック及び圧縮ループが、圧力解放のための開口部が設けられた絶縁材料製の破裂防止バンデージによって径方向に取り囲まれる。この破裂防止バンデージは、相互の間に軸方向にある間隔を開けて配置された複数の管状のリングによって構成することができる。ケーシング、例えばゴム製のケーシングが、材料がバリスターのスタックとリングの間のスペースまでも満たすように成型される。この破裂防止バンデージは、連続的に巻かれたグラスファイバまたはアラミド・ファイバで強化された熱硬化樹脂により作ることも可能であり、ほぼ正方形の形状を備えている。

本願及びスウェーデン特許 SE 516 123の中において、「リング」と言う用語は、ほぼ全ての閉じた曲線を意味しており、従って、円形以外の曲線をも含んでいる。

実際の経験により判明したところによると、前記 SE 516 123 による実施形態は、幾つかの重要なパラメータを含んでいる。もし、リングがバリスターのスタックから離れ過ぎていると、必然的に絶縁体の量が大きくなり、そのことにより、当然にコストが増大する。しかし、何にも増して、それは、短絡性能の低下を招く。その理由は、ゴムまたはそれに類似する材料がリングの内側でサージアレスタが換気されることを妨げ、それによって、より高い圧力が形成されることになるからである。このことは、より強烈な短絡挙動を引き起こす。この理由で、リングは可能な限りスタックの近くに配置されなければならない。

他方、リングはバリスター・ブロックと直接接触してはならない。もし、リングとバリスター・ブロックの間に間隙がなく、ゴムなどによって満たされている場合には、大幅に強烈なバリスター・ブロックの破裂が生じ、巻き線がちぎれ、バリスター・ブロックの破片が飛散することになる。

当然の理由のために、この提案されたほぼ正方形の巻き線は、バリスター・ブロックとリングの間の距離にかなりの変動をもたらす。このことに、更に次の事実が付け加えられる。即ち、次々巻きつけられる数回のターンがループを圧縮して、最も内側のターンの応力を減少させて、緩みを生じさせる。これにより、それらのターンは、図５に示すように、スタックの方へ向かって弛む。そのため、引張応力を次第に減らしながら巻き付けを行なわなければ、巻き線の「腹」がスタックに接触する危険がかなり高まる。
米国特許第 US 5, 291, 366 号公報 米国特許第 US 5, 912, 611号公報 米国特許第 US 5, 050, 032号公報

本発明の第一の目的は、破壊の場合の挙動が予測可能な、中電圧及び高電圧のためのサージアレスタを提供することにある。

本発明の第二の目的は、これまで知られているサージアレスタと比較して性能の変動が少ない、サージアレスタを提供することにある。

本発明の主なる目的は、先行技術によるものと比較して、改善された短絡性能を有し、体積が小さく、より経済的に製造することができる、サージアレスタを提供することにある。

本発明は、上端の電極と下端の電極の間に、バリスター・ブロックの軸方向に順に並べて配置された円筒状の複数のバリスター・ブロックのスタックを備えたサージアレスタに係る。このスタックの周りには、絶縁材料製のクランプ部材が配置されている。このクランプ部材は、上端の電極を下端の電極につなげる連続的に巻かれたファイバの少なくとも三つのループを備えている。更にこのスタックの周りには、ファイバが巻かれた複数のリングまたはバンドの形態の破裂防止バンデージと；周囲を取り囲む、電気絶縁性を備えた、ゴムまたはその他の高分子材料製のアウター・ケーシングと；が配置されている。

本発明に基づくサージアレスタにおいて、前記ループは、グラスファイバの巻き線であって、非対称断面を有している。

本発明のコンセプトは、以下のような認識に基づいている。即ち、サージアレスタには、時折、それが破壊する程の負荷が掛かり、それによって、人間や近くにある装置を危険に曝すことがある。そして、経験によれば、均一な性質を備え、性能が測定可能で、破壊挙動が予測可能なサージアレスタを多数の製造することは、これまでのところ困難である。

このような問題を解決するため、本発明は、上端の電極と下端の電極の間に、円筒状の複数のバリスター・ブロックのスタックを有するサージアレスタを作ることを提案する。そのスタックの周りには、絶縁材料製のクランプ部材が配置され、これらのクランプ部材は、上端の電極を下端の電極につなげる連続的に巻かれたファイバの少なくとも三つのループを備えている。

上記のループは、グラスファイバの巻き線であり、非対称断面を有している。これは、上記のループの二つのストランドの断面が互いに鏡像の関係にあることを意味している。即ち、もし、サージアレスタの径方向の断面が作られた場合、その断面は、各ループを二度切断することになる。このとき、得られた切断面は、互いに鏡像の関係にあり、しかし、回転することなく互いにを覆うことができない。このようにして、本発明の技術的範囲の中で、一つまたはそれ以上の対称軸を有する切断面が、二つの切断面が互いに鏡像の関係にあり、且つ、それぞれの対称軸が平行でないという条件で、好ましくは使用される。

複数のリングまたはバンドの形態の破裂防止バンデージは、バリスター及びクランプ部材のスタックの周りに配置される。上記のリングまたはバンドは、好ましくは、アラミドまたはＰＢＯファイバの巻き線であって、エポキシまたはビニル・エステルをマトリクスとしている。

上記のループは、上記のスタックに接触するように設けられ、そして、上記の破裂防止バンデージは、そのループに接触するように設けられ、それによって、それらがスタックに対して押し付けられるように構成される。

矩形断面のループを有する先行技術の場合と同様に、二つのコーナー部だけではなく、それぞれのストランド上の一部がバリスターのスタックに接触するように、ループの非対称断面が形成され且つ配置されることは重要である。上記のループの非対称断面は、好ましくは、バリスターのスタックに対する接触面を増加するように構成される。

更に、ループの非対称断面を、ループの内側のリングまたはバンドの自由スパンが短くなるように、および／または，リングまたはバンドがスタックのより近くに巻かれるように構成することも可能である。

また、ループの非対称断面を、リングまたはバンドの形状がほぼ円形になるように構成することも可能である。

好ましい実施形態において、ループの断面は、鏡面対称形の二つの菱形または斜長方形にほぼ対応する。

次に、本発明について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に、上端の電極１１と下端の電極１２、及び電気絶縁性を備えたケーシング１９を備えたサージアレスタ１を示す。

図２に、電気絶縁性を備えたケーシングを取り除いた状態の、対応するサージアレスタ１を示す。スタック１０は、円形の断面の円筒状の７つのバリスター・ブロック１０ａを有しており、それらは、上端の電極１１下端の電極１２の間に配置されている。これらのバリスター・ブロック１０ａの対称軸は互いに一致している。バリスター・ブロック１０ａの直径は６０ｍｍであり、その高さは４０ｍｍである。

スタック１０の周りには、四つのループの形態のクランプ部材１５が配置されている。この図の中には、その内の３つ１５ａが示されている。これらのループ１５ａは、連続するグラスファイバの巻き線であって、エポキシが含浸されている。これらのループ１５ａは、上端の電極１１のショルダー部１１ａと下端の電極１２のショルダー部１２ａの周囲を回り、端部の電極１１，１２をスタック１０に対してクランプし、それによって、バリスター・ブロック１０ａの間に所望の接触圧力を発生させている。これらのループ１５ａは、バリスター・ブロック１０ａのスタック１０に接触している。

これらのループ１５ａの外側には、７つのリング１６ａの形態の破裂防止バンデージ１６が配置されている。各破裂防止バンデージ１６は、各バリスター・ブロック１０ａのほぼ中央に当たる高さに配置されている。これらのリング１６ａは、エポキシをマトリクスとするアラミド・ファイバの巻き線であって、ループ１５ａがバリスター・ブロック１０ａに対して押し付けられるように、ループ１５ａにタイトに接触している。

リング１６ａの高さは２０ｍｍであり、それらの厚さは５ｍｍである。二つの隣接するリング１６ａの間、即ち、問題となるバリスター・ブロック１０ａの間の接触面に面する位置に、約２０ｍｍの高さの環状の開口１７があり、これらの開口１７が圧力の解放を可能にする。

図３は、図２に示したもの（即ち、電気絶縁性を備えたケーシングを取り除いた状態のもの）と同じサージアレスタ１の軸方向断面を示す。図２に示されている特徴に加えて、下端の電極１２とスタック１０の間にピボット・ワッシャ１４が、上端の電極１１とスタック１０の間に長さ調整用部品１３がある。図面を簡潔にするため、長さ調整用部品１３は詳細には示されていないが、この部品の役割は、ループ１５ａ内のクランプ力で、スタック１０の中のバリスター・ブロックの間の接触圧力が所望の値になるように、スタックの長さを拡大することにある。

上下の端部電極には、ネジ孔１１ｂ，１２ｂが設けられていて、これらのネジ孔は、電気的接続のために使用され、あるいは、二つまたはそれ以上のサージアレスタ１を直列に接続することを可能にする。

図４に、図２に示したものと同じサージアレスタ１（即ち、電気絶縁性を備えたケーシングを取り除いた状態のもの）の径方向の断面を用いて、サージアレスタ１の断面を示す。この断面には、バリスター・ブロック１０ａ、四つのループ１５ａを有するクランプ部材、及び、周囲を取り囲む破裂防止バンデージ（エポキシをマトリクスとするアラミド・ファイバのリング１６ａからなる）が示されている。ループ１５ａの断面は、それぞれのループ１５ａが二つ一組で、鏡面対称形の斜長方形Ｖ，Ｈを呈している。

図５に、図４と同じ方法により、先行技術のサージアレスタ２の径方向の断面を用いて、サージアレスタ２の断面を示す。このサージアレスタ２は、例えば、US 5, 050, 032（SE 516 123 C2）に基づいて作られたものである。このサージアレスタ２では、バリスター・ブロック２０ａのスタックが、矩形で断面が対称の四つのループ２５ａを有するクランプ部材によって取り囲まれ、更に、これらのクランプ部材は、アラミド・ファイバのリング２６ａの形態の破裂防止バンデージによって取り囲まれている。

図４及び５の中で、リング１６ａ及び２６ａの形状が概略的に５本の線で示されているが、それらの形状は、意図的に寸法通りに描かれたものではない。これらの図の目的は、製造中に生ずる特定の問題であって、本発明により減少させ、望むらくは完全に解消することを意図している問題を浮かび上がらせることにある。

電気絶縁性を備えたケーシングの中に埋め込まれたサージアレスタを概略的に示す図。 同じサージアレスタの、電気絶縁性を備えたケーシングの中に埋め込まれる前の状態を概略的に示す図。 図２によるサージアレスタの軸方向断面を概略的に示す図。 図２によるサージアレスタの径方向の断面を概略的に示す図。 先行技術のサージアレスタの径方向の断面を、図４と同様な方法で概略的に示す図。 図３を縮小し且つ多少単純化した図。

Claims (7)

1. バリスター・ブロック（１０ａ）の軸方向に順に並べて配置された、好ましくは金属酸化物製の、円筒状の複数のバリスター・ブロック（１０ａ）のスタック（１０）と；
   上端の電極（１１）及び下端の電極（１２）と；
   連続的に巻かれたファイバの少なくとも三つのループ（１５ａ）を有し、前記上端の電極（１１）を前記下端の電極（１２）につなげる絶縁材料製のクランプ部材（１５）であって、前記ループ（１５ａ）のそれぞれが第一及び第二のストランドを有している、クランプ部材（１５）と；
   ファイバが巻かれた複数のリングまたはバンド（１６ａ）の形態の破裂防止バンデージ（１６）であって、この破裂防止バンデージ（１６）が前記バリスター・スタック（１０）及び前記クランプ部材の周囲を径方向から取り囲む、破裂防止バンデージ（１６）と；
   周囲を取り囲み、電気絶縁性を備えた、ゴムまたはその他の高分子材料製のアウター・ケーシング（１９）と；
   を備えたサージアレスタ（１）において、
   第一のストランドの第一の断面（Ｖ）が、第二のストランドの第二の断面（Ｈ）に対して鏡面対称であり、且つ、各断面が非対称の形状を有していること、
   前記ループ（１５ａ）の断面は、鏡面対称形の二つの菱形または斜長方形（Ｖ，Ｈ）に、実質的に対応していること、
   を特徴とするサージアレスタ。
2. 下記特徴を備えた請求項１に記載のサージアレスタ（１）：
   前記ループ（１５ａ）の非対称断面は、二つのコーナー部のみではなく、何れかのストランド上の一部が、前記バリスター・スタック（１０）に接触するように形成され且つ配置されている。
3. 下記特徴を備えた請求項１に記載のサージアレスタ（１）：
   前記ループ（１５ａ）の非対称断面は、前記バリスター・スタック（１０）に対する接触面を増やすように構成されている。
4. 下記特徴を備えた請求項１に記載のサージアレスタ（１）：
   前記ループ（１５ａ）の非対称断面は、前記ループ（１５ａ）の内側の、前記リングまたはバンド（１６ａ）の自由スパンを短くするように構成されている。
5. 下記特徴を備えた請求項１に記載のサージアレスタ（１）：
   前記ループ（１５ａ）の非対称断面は、前記リングまたはバンド（１６ａ）が前記スタック（１０）のより近くに巻かれることを可能にするように構成されている。
6. 下記特徴を備えた請求項１に記載のサージアレスタ（１）：
   前記ループ（１５ａ）の非対称断面は、前記リングまたはバンド（１６ａ）の形状がほぼ円形になるように構成されている。
7. 下記特徴を備えた請求項１から６のいずれか１項に記載のサージアレスタ（１）：
   前記リングまたはバンド（１６ａ）は、エポキシまたはビニルエステルをマトリクスとする、アラミド・ファイバまたはＰＢＯファイバの巻き線である。

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