JP5015485B2 - 避雷器 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統に接続され、回路に発生する開閉サージ，雷サージ等の異常電圧から電気機器を保護する避雷器に関し、特に、複数の酸化亜鉛素子を積層した外周部に、シリコーンゴム又はポリマー等の絶縁材料により形成された外被を被着した避雷器に関するものである。

シリコーンゴム又はポリマー等の絶縁材料を外被とした避雷器の内部の基本構造は、酸化亜鉛素子の積層体の周囲に配置したＦＲＰ等の絶縁物が、積層体の両端に配置した電極に締結されて構成されている。外被の絶縁材料は剛性を持たないため、ＦＲＰ等の絶縁物で避雷器としての機械的強度を持たせるようにしている。
このような避雷器の従来の技術としては、例えば、積層した酸化亜鉛素子の上下に上金具と下金具を配置し、上下の金具間を強度部材であるＦＲＰ棒で固定し、それらの周囲をゴム系高分子材料を主材とする外被部材でモールドしたものが知られている。上金具，下金具とＦＲＰ棒とは、両金具にＦＲＰ棒を貫通させ、その両側からナットを締め付けて固定している（例えば、特許文献１参照）。

また、酸化亜鉛素子ブロックの両端部に配置された上部電極部および下部電極部と絶縁ロッドとを固着する別の例として、端部側に広がる円錐状の穴が形成された押圧板を両電極に設け、上下の押圧板の円錐穴に絶縁ロッドを挿入し、絶縁ロッドの両端側から円錐楔を嵌め込んで絶縁ロッドを押圧板に固着することにより、上下電極と絶縁ロッドとを固定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−３１０３０７号公報（第２頁、図１） 特開２００２−１７５９０５号公報（第２頁、図１）

特許文献１に示すような従来の避雷器では、積層した酸化亜鉛素子の上下に配置した電極である上金具と下金具に、ＦＲＰ棒を通すため貫通穴を設け、この貫通穴にＦＲＰ棒を貫通させて両側からナットで締結している。従って、避雷器の組み立て工程において、先ず、ＦＲＰ棒を下金具の貫通穴に通し端部側からナットをねじ込むが、貫通穴がＦＲＰ棒の直径よりも大きいため、この状態ではＦＲＰ棒が下金具に固定されず、滑り落ちてしてしまう。また、下金具に酸化亜鉛素子を積層したのちＦＲＰ棒を上金具の貫通穴に通す場合、複数本のＦＲＰ棒を全て持ち上げて同時に上金具の貫通穴に通す必要があるため、作業性が極めて悪いという問題点があった。

また、特許文献２に示す避雷器では、電極部と絶縁ロッドとを円錐楔で固定しているので、組立途中で絶縁ロッドの滑りがなくなり、組立作業性は向上するが、上下電極部と絶縁ロッドとの固定力が弱く、例えば、避雷器の事故時に発生する電磁力により絶縁ロッドに荷重が掛かった場合、絶縁ロッドの嵌め込み部が弱点となって、締結がゆるむ可能性があるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、組立時の作業性の改善が図れると共に、電極と絶縁ロッドとの締結部に十分な強度を確保した避雷器を得ることを目的とする。

この発明に係わる避雷器は、複数の酸化亜鉛素子が積層された酸化亜鉛素子ブロックと、酸化亜鉛素子ブロックの一端面に配置される押圧ばねと、酸化亜鉛素子ブロックと押圧ばねとの直列体の両側に配置される一対の電極と、一対の電極に両端部を取付けて一対の電極を締結する複数の絶縁ロッドとで酸化亜鉛素子モジュールが構成され、酸化亜鉛素子モジュールの周囲に外被が絶縁材料によってモールドされる避雷器において、一対の電極は直列体に対向する側にそれぞれ鍔部を有し、各鍔部には、絶縁ロッドの挿入用の取付穴がそれぞれ形成され、一対の電極のうち、一方の電極の鍔部の直列体に対向する側に、酸化亜鉛素子の外径より小さい外径部を有する素子受け部が設けられており、絶縁ロッドの一端部側が一方の電極の鍔部の取付穴に挿入されてその取付穴の両側からナットで締め付けられ、絶縁ロッドの他端部側が一対の電極のうちの他方の電極の鍔部の取付穴に挿入されて反直列体側からナットで締め付けられ、酸化亜鉛素子の外径と素子受け部の外径部との差分を、一方の電極の鍔部の直列体に対向する側における絶縁ロッドのナットの外径と絶縁ロッドの外径との差分より大きくして、絶縁ロッドを酸化亜鉛素子ブロックに当接させたものである。
また、上記素子受け部に替えて押圧ばねとし、押圧ばねは、外径が酸化亜鉛素子の外径より小さく、一方の電極の鍔部と酸化亜鉛素子ブロックとの間に配置されており、酸化亜鉛素子の外径と押圧ばねの外径との差分を、一方の電極の鍔部の直列体に対向する側における絶縁ロッドのナットの外径と絶縁ロッドの外径との差分より大きくして、絶縁ロッドを酸化亜鉛素子ブロックに当接させたものである。

この発明の避雷器によれば、一対の電極のうちの一方の電極には、鍔部の直列体に対向する側に、酸化亜鉛素子の外径より小さい外径部を有する素子受け部が設けられており、酸化亜鉛素子ブロックを締め付ける絶縁ロッドと一方の電極とは、取付穴に貫通させた絶
縁ロッドを取付穴の両側からナットで鍔部に締め付け、他方の電極との締結部は、取付穴に貫通させた絶縁ロッドを取付穴の反直列体側からナットで鍔部に締め付けて固定するようにし、酸化亜鉛素子の外径と素子受け部の外径部との差分を、一方の電極の鍔部の直列体に対向する側における絶縁ロッドのナットの外径と絶縁ロッドの外径との差分より大きくして、絶縁ロッドを酸化亜鉛素子ブロックに当接させたので、酸化亜鉛素子ブロックを両電極間に組み込むとき、絶縁ロッドがずり落ちたりぐらついたりせず、また、ナットを締め付けるときに共回りが発生しないため、組立時の作業性が改善される。また、ナットによる締結のため、電極と絶縁ロッドとの締結部に十分な強度を確保できる。更に、絶縁ロッドを酸化亜鉛素子ブロックに当接させたことにより、外被の外径を小さくでき、避雷器を小型軽量化できる。
また、素子受け部に替えて押圧ばねとした場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による避雷器の断面図である。図の（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉから見た要部の平面断面図を示す。図のように、中心部に、円柱状をした酸化亜鉛素子１ａが複数個積層されて形成され酸化亜鉛素子ブロック１が配置されている。この酸化亜鉛素子ブロック１の一端側（図では上部側）に、酸化亜鉛素子ブロック１に押圧力を与える押圧ばね２が配置されている。なお、押圧ばね２は、図ではコイルばねとして図示しているが、皿ばね等でも良い。
酸化亜鉛素子ブロック１と押圧ばね２とで直列体３を構成する。直列体３の両側に、下部電極４と上部電極５が配置されており、両電極４，５の、直列体３に対向する側には、それぞれ鍔部４ａ，５ａが形成されている。各鍔部４ａ，５ａの外周部には絶縁ロッド６を取り付けるための取付穴４ｂ，５ｂが複数個（図では各４個）設けられている。

絶縁ロッド６は、両端部にねじ部が形成されており、酸化亜鉛素子ブロック１の周囲にほぼ等間隔に配置されている。絶縁ロッド６と下部電極４，上部電極５との締結部は、絶縁ロッド６の一端側が下部電極４の取付穴４ｂに挿入されて、取付穴４ｂの両側からナット７ａ，７ｂで締め付けられており、他端側が上部電極５の取付穴５ｂに挿入されて、直列体３の反対側（反直列体側）からナット７ｃで締め付けられて、それぞれの鍔部４ａ，５ａに固定されている。この状態で、酸化亜鉛素子ブロック１は押圧ばね２の押圧力で押圧され、両電極４，５間に強固に固定されて一体化されており、これら全体で酸化亜鉛素子モジュール８が構成されている。

酸化亜鉛素子モジュール８の周囲を覆うように、ゴム系高分子材料を主成分とする絶縁材料（例えば、耐候性を備えたシリコーンゴム又はポリマー等）から成る外被９が、モールドによって一体に形成されて避雷器が構成されている。
酸化亜鉛素子ブロック１と絶縁ロッド６部分の配置関係を平面断面図で示せば、図１（ｂ）のようになり、酸化亜鉛素子ブロック１の径方向に若干の隙間を空けて絶縁ロッド６が配置されている。これは、下部電極４の酸化亜鉛素子ブロック１に接する側に存在するナット７ａが、酸化亜鉛素子１ａと干渉しないようにし、且つナット７ａの締結作業を可能にするための隙間である。

上記のように構成された避雷器において、酸化亜鉛素子１ａを下部電極４と上部電極５との間に積層して組み立てる組立作業について説明する。
先ず、最初に絶縁ロッド６の一端側にナット７ａ（ナットには座金が組み合わされるが、以下の説明では座金については省略する）を挿入し、所定の位置までねじ込んでおく。次に、ナット７ａをねじ込んだ側の端部を、下部電極４の鍔部４ａに形成した取付穴４ｂに、ナット７ａが当接するまで挿入し、端部側から別のナット７ｂをねじ込む。そして、取付穴４ｂの両側のナットのうちの一方を工具で固定しておき、他方を所定のトルクで締め付けて鍔部４ａに固定する。全ての絶縁ロッド６を、同様の方法で鍔部４ａに取り付ける。完了すれば、下部電極４の鍔部４ａには、垂直に４本の絶縁ロッド６が立設された状態となる。
なお、絶縁ロッドの本数は、４本に限定するものではなく、３本や６本等でも良い。

次に、立設した４本の絶縁ロッド６で囲まれた中央部に、酸化亜鉛素子１ａを積み上げて酸化亜鉛素子ブロック１を形成する。酸化亜鉛素子ブロック１の上に押圧ばね２を配置し、この上方から、絶縁ロッド６の上端部に上部電極５の取付穴５ｂを合わせて挿入し、取付穴５ｂの反直列体側からナット７ｃをねじ込んで鍔部５ａを締め上げる。このとき押圧ばね２の強い反力が加わるので、押圧ばね２を押し付けて両電極４，５間を所定の距離に保っておくような治具を使用するのが望ましい。
これらの作業により、酸化亜鉛素子ブロック１と押圧ばね２との直列体３が、両電極４，５に挟まれ、絶縁ロッド６及びナット７（７ａ〜７ｃ）により強固に固定されて一体となった、酸化亜鉛素子モジュール８が組み立てられる。
この後は、先に説明した外被９を酸化亜鉛素子モジュール８の外周にモールドにより形成して避雷器が完成する。

本実施の形態の発明は、上述のように、絶縁ロッド６の一端を下部電極４に取り付けるとき、２個のナットで鍔部４ａの両側から挟んで固定した点に特徴を有する。このような構成によれば、組立作業時に絶縁ロッド６が下方にずり落ちたり、また左右にぐらついたりすることが無いので、酸化亜鉛素子１ａの積み上げ作業が容易にでき、上部電極５も容易に絶縁ロッド６に挿入することができる。また、下部側は２個のナット７ａ，７ｂを用いて固定しているために、上部側のナット７ｃを締め付けるとき、下部締結部が共回りすることがないので、下部側のナットをスパナで固定しておく等の作業が発生せず、締め付け作業が簡単になる。

なお、図では下部電極４と絶縁ロッド６とを２個のナットで固定し、上部電極５と絶縁ロッド６とを１個のナットで固定した場合を示したが、これとは逆に、上部電極５側を２個のナットで、下部電極４側を１個のナットで固定しても良い。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、酸化亜鉛素子ブロックの両端に配置した電極と絶縁ロッドとの締結部は、絶縁ロッドの一端側を一方の電極の取付穴に挿入してその取付穴の両側からナットで締め付け、絶縁ロッドの他端側を他方の電極の取付穴に挿入して反直列体側からナットで締め付けて各鍔部に固定したので、酸化亜鉛素子ブロックを両電極間に組み込む作業時に、絶縁ロッドがずり落ちたりぐらついたりせず、またナットを締め付けるときに共回りが発生しないため、組立時の作業性を改善することできる。また、ナットによる締結のため、電極と絶縁ロッドとの締結部に十分な強度を確保できるので、短絡電流が流れた場合に発生する電磁力に対して、十分な強度を有する避雷器を提供することができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による避雷器の断面図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のII−IIから見た要部の平面断面図である。酸化亜鉛素子ブロック，押圧ばね，上下電極，絶縁ロッド，ナット及び外被で構成される基本構造は実施の形態の図１と同等なので、同等部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。

図１と異なる部分は、２個のナットによって絶縁ロッドと締結されている側の電極の構造である。図２の場合は下部電極がそれに相当する。本実施の形態の下部電極１０は、基本的には実施の形態１の図１で説明した下部電極４と類似であり、酸化亜鉛素子ブロック１と押圧ばね２との直列体３に対向する側に鍔部１０ａが設けられ、鍔部１０ａには取付穴１０ｂが形成されている。異なるのは、更にその鍔部１０ａの直列体３に対向する面に、酸化亜鉛素子１ａの外径より小さい外径部を有する素子受け部１０ｃが設けられている点である。
なお、素子受け部１０ｃは、図では下部電極１０と一体に形成したものを示したが、別部材としても良い。また、図とは逆に、上部電極５側を２個のナットで締結し、その鍔部５ａの面に素子受け部を設けても良い。要は、絶縁ロッドの一端を２個のナットで締結する側の電極に素子受け部が設けられていればよい。

このような構造にすることにより、酸化亜鉛素子ブロック１と素子受け部１０ｃとの外径の差分の空間ができるので、ナット７ａと酸化亜鉛素子ブロック１外周との干渉を避けることができ、絶縁ロッド６を酸化亜鉛素子ブロック１の外周面側に近づけて配置することが可能となる。酸化亜鉛素子１ａの外径と素子受け部１０ｃの外径との差分を、ナット７ａの外径と絶縁ロッド６外径との差分より大きくすれば、絶縁ロッド６を酸化亜鉛素子ブロック１に密着するまで接近させられる。すなわち、図２（ｂ）に示すような状態に配置できる。

更に、図３に、この発明の実施の形態２による避雷器の他の例を示す。（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のIII−IIIから見た要部の平面断面図である。
避雷器の構成部品については実施の形態１の図１と同等である。図１と異なる部分は、押圧ばね２の挿入位置と、それに伴う絶縁ロッド６の配置である。
図３に示すように、押圧ばね２は、２個のナット７ａ、７ｂを使用して締結した側の電極、すなわち本図では下部電極４と、酸化亜鉛素子ブロック１との間に介在させている。そして、押圧ばね２の外径は、酸化亜鉛素子１ａの外径より小さくしている。

このような構成により、外径の差分の空間を有効利用して、図２の場合と同様に、絶縁ロッド６を酸化亜鉛素子ブロック１の外周面側に近づけて配置することが可能となる。酸化亜鉛素子ブロック１と絶縁ロッド６の平面断面は図３（ｂ）のようになり、押圧ばね２の外径寸法を工夫することにより、ほぼ密着するまで近づけるこができる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、実施の形態１のような構成の避雷器において、２個のナットによって絶縁ロッドの一端が締結されている側の電極の、直列体と対向する面に、酸化亜鉛素子の外径より小さい外径部を有する素子受け部を設けたので、実施の形態１と同様の効果に加え、絶縁ロッドを酸化亜鉛素子ブロックに近接して配置できるため、実施の形態１に比べ外被の外径を小さくでき、避雷器を小型軽量化できるという効果が得られる。

また、押圧ばねは、２個のナットによって絶縁ロッドの一端が締結されている側の電極と酸化亜鉛素子ブロックとの間に配置して、その外径を酸化亜鉛素子の外径より小さくしたので、簡単な電極構造で、上記と同様な効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１における避雷器を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における避雷器を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における避雷器の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 酸化亜鉛素子ブロック １ａ 酸化亜鉛素子
２ 押圧ばね ３ 直列体
４ 下部電極 ４ａ 鍔部
４ｂ 取付穴 ５ 上部電極
５ａ 鍔部 ５ｂ 取付穴
６ 絶縁ロッド ７ａ，７ｂ，７ｃ ナット
８ 酸化亜鉛素子モジュール ９ 外被
１０ 下部電極 １０ａ 鍔部
１０ｂ 取付穴 １０ｃ 素子受け部。

Claims (3)

1. 複数の酸化亜鉛素子が積層された酸化亜鉛素子ブロックと、
   上記酸化亜鉛素子ブロックの一端面に配置される押圧ばねと、
   上記酸化亜鉛素子ブロックと上記押圧ばねとの直列体の両側に配置される一対の電極と、上記一対の電極に両端部を取付けて上記一対の電極を締結する複数の絶縁ロッドとで酸化亜鉛素子モジュールが構成され、
   上記酸化亜鉛素子モジュールの周囲に外被が絶縁材料によってモールドされる避雷器において、
   上記一対の電極は上記直列体に対向する側にそれぞれ鍔部を有し、上記各鍔部には、上記絶縁ロッドの挿入用の取付穴がそれぞれ形成され、上記一対の電極のうち、一方の電極の鍔部の上記直列体に対向する側に、上記酸化亜鉛素子の外径より小さい外径部を有する素子受け部が設けられており、
   上記絶縁ロッドの一端部側が上記一方の電極の鍔部の取付穴に挿入されてその取付穴の両側からナットで締め付けられ、
   上記絶縁ロッドの他端部側が上記一対の電極のうちの他方の電極の鍔部の取付穴に挿入されて反直列体側からナットで締め付けられ、
   上記酸化亜鉛素子の外径と上記素子受け部の上記外径部との差分を、上記一方の電極の鍔部の上記直列体に対向する側における上記絶縁ロッドのナットの外径と上記絶縁ロッドの外径との差分より大きくして、上記絶縁ロッドを上記酸化亜鉛素子ブロックに当接させたことを特徴とする避雷器。
2. 複数の酸化亜鉛素子が積層された酸化亜鉛素子ブロックと、
   上記酸化亜鉛素子ブロックの一端面に配置される押圧ばねと、
   上記酸化亜鉛素子ブロックと上記押圧ばねとの直列体の両側に配置される一対の電極と、上記一対の電極に両端部を取付けて上記一対の電極を締結する複数の絶縁ロッドとで酸化亜鉛素子モジュールが構成され、
   上記酸化亜鉛素子モジュールの周囲に外被が絶縁材料によってモールドされる避雷器において、
   上記一対の電極は上記直列体に対向する側にそれぞれ鍔部を有し、上記各鍔部には、上記絶縁ロッドの挿入用の取付穴がそれぞれ形成されており、
   上記絶縁ロッドの一端部側が上記一対の電極のうちの一方の電極の鍔部の取付穴に挿入されてその取付穴の両側からナットで締め付けられ、
   上記絶縁ロッドの他端部側が上記一対の電極のうちの他方の電極の鍔部の取付穴に挿入されて反直列体側からナットで締め付けられ、
   上記押圧ばねは、外径が上記酸化亜鉛素子の外径より小さく、上記一方の電極の鍔部と上記酸化亜鉛素子ブロックとの間に配置されており、
   上記酸化亜鉛素子の外径と上記押圧ばねの上記外径との差分を、上記一方の電極の鍔部の上記直列体に対向する側における上記絶縁ロッドのナットの外径と上記絶縁ロッドの外径との差分より大きくして、上記絶縁ロッドを上記酸化亜鉛素子ブロックに当接させたことを特徴とする避雷器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の避雷器において、上記一対の電極はそれぞれ二段の鍔部を有し、
   上記絶縁ロッドと上記一対の電極との締結は、上記絶縁ロッドと上記一対の電極の上記直列体側のそれぞれの鍔部とで締結されていることを特徴とする避雷器。

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