JP5417060B2 - ポリマー避雷器 - Google Patents

Description

本発明は、送電線、発電所、変電所等に設けられるポリマー避雷器に関する。

従来から、送電線、発電所、変電所等の電力系統においては、過電圧を除去し、電力系統や電気機器を保護するために避雷器が設置されている。このような避雷器のうち、ポリマー避雷器は、例えば、酸化亜鉛を主成分とする円板状の非直線抵抗体を複数枚積層し、その上下端部に電極を配置した構成となっている。また、剛性を上げるために、非直線抵抗体締付け用の絶縁ロッドを複数本、非直線抵抗素子周囲に配置し、これらの絶縁ロッドは複数の金属板又は絶縁板で固定して位置ズレを防止するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

上記の構成物を総称して内部要素と呼んでおり、この内部要素の外側に、絶縁樹脂の注形によって絶縁外皮が形成される。この絶縁樹脂の注形工程においては、高圧（例えば、６〜１０ＭＰａ程度）で絶縁樹脂を注入することで絶縁樹脂内の残留空気及び注形中に巻き込まれた空気を絶縁外皮外側へ排出し、外観不良が発生することを防止している。

特開２００２−１５１３０９号公報

上記のように、ポリマー避雷器では、その製造の際、絶縁樹脂の注形工程において、高圧（例えば、６〜１０ＭＰａ程度）で絶縁樹脂を注入している。また、この時の絶縁樹脂は粘度があまり高くなく、例えば５０パスカル秒（Ｐａ・ｓ）程度である。このため、内部要素間へ絶縁樹脂が侵入することがあり、この場合、通電面同士の接触不良や、非直線抵抗体の通電面積が減少することによるエネルギー耐量の低下が起きる可能性があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、内部要素間に侵入した絶縁樹脂によって、通電が阻害されて接触不良を起こしたり通電面積の減少によるエネルギー耐量の低下が生じることを抑制することのできるポリマー避雷器を提供しようとするものである。

本発明のポリマー避雷器の一態様は、積層配置された複数の円板状の非直線抵抗体と、これらの非直線抵抗体の両端に配置された電極と、これらの電極を連結する複数本の絶縁ロッドとを具備した内部要素と、絶縁樹脂を注形することによって前記内部要素の外側に形成された絶縁外皮と、を有するポリマー避雷器において、少なくとも一部の前記非直線抵抗体の間に、前記注形時に、前記絶縁樹脂が前記積層配置された非直線抵抗体の間に侵入した場合でもその気孔内に前記樹脂を留めて前記積層配置された非直線抵抗体の通電経路を確保できるように、円板状の多孔質金属板を介在させたことを特徴とする。

本発明によれば、内部要素間に侵入した絶縁樹脂によって、通電が阻害されて接触不良を起こしたり通電面積の減少によるエネルギー耐量の低下が生じることを抑制することのできるポリマー避雷器を提供することができる。

本発明の第１実施形態の構成を示す縦断面図。 図１の第１実施形態のＡ−Ａ断面構成を示す横断面図。 本発明の第２実施形態の要部構成を示す縦断面図。 図３の第２実施形態のＢ−Ｂ断面構成を示す横断面図。 本発明の第３実施形態の要部構成を示す縦断面図。 本発明の第４実施形態の要部構成を示す縦断面図。 本発明の第５実施形態の要部構成を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るポリマー避雷器１００の縦断面概略構成を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ横断面概略構成を示す図である。これらの図に示すように、ポリマー避雷器１００は、例えば酸化亜鉛を主成分とする材料からなり、積層するように配置された複数の円板状の非直線抵抗体１を具備している。また、本実施形態では、これらの全ての非直線抵抗体１の間に、多数の連続気泡を有する多孔質金属から円板状に形成された多孔質金属板２が配置されている。

上記の多孔質金属板２を構成するための多孔質金属材料としては、例えば、Ｎｉ又はＮｉ−Ｃｒ等の金属の多孔質体を使用することができ、例えば骨格が海綿のように３次元の網目状になっている多孔質金属体のセルメット（商品名（富山住友電工株式会社製））等を使用することができる。多孔質金属板２の厚さは、０．１〜１ｍｍ程度とすることが好ましく、本実施形態では０．３ｍｍとされている。また、上記のようにセルメット等の多孔質金属を使用する場合、圧延により、板厚をある程度薄くしたものを使用することもできる。

上記の非直線抵抗体１及び多孔質金属板２の積層体の積層方向両側端部には、多孔質金属板２が配置され、これらの多孔質金属板２に当接するように金属電極３ａ、３ｂが配置されている。そして、これらの金属電極３ａ、３ｂ間を連結する複数（本実施形態では４本）の絶縁ロッド４が、非直線抵抗体１及び多孔質金属板２の積層体の周囲を囲むように配置されている。絶縁ロッド４は、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）等から形成することができる。

上記絶縁ロッド４は、その長さ方向の両側端部にねじ部４ａ，４ｂを有しており、その一方のねじ部４ｂ(図１中下側のネジ部)は、金属電極３ｂに設けられたネジ穴に螺合して固定され、他方のねじ部４ａ(図１中上側のネジ部)は、金属電極３ａに設けられた透孔を貫通させてナット６を螺合させることによって、金属電極３ａ、金属電極３ｂを連結するように固定されている。そして、このようにして構成された内部要素の外側に、絶縁樹脂(本実施形態ではシリコーン樹脂)を注形することによって絶縁外皮５が形成され、内部要素と絶縁外皮５が一体化されている。

上記のように非直線抵抗体１及び金属電極３ａ、３ｂを積層させた構造のポリマー避雷器では、絶縁外皮５の注形時に、非直線抵抗体１及び金属電極３ａ、３ｂの通電面(当接面)に絶縁樹脂（シリコーン樹脂）が侵入し、接触不良等が発生する虞がある。

これに対して、本実施形態のポリマー避雷器１００では、非直線抵抗体１及び金属電極３ａ、３ｂの通電面(当接面)にシリコーン樹脂が侵入した場合でも、多孔質金属板２内部の気孔内にシリコーン樹脂を留め、多孔質金属板２を介した通電経路を確保することができる。これによって、通電面(当接面)に侵入したシリコーン樹脂によって通電が阻害され、接触不良が発生することを抑制することができる。また、シリコーン樹脂を多孔質金属板２内の気孔に留めることで、注形前後の非直線抵抗体1と多孔質金属２の接触面積を同等にし、通電面積の減少によるエネルギー耐量低下が生じることも抑制することができる。さらに、シリコーン樹脂の注形工程において、高圧（例えば、６〜１０ＭＰａ程度）等の樹脂内の気泡を排出するに十分な注入圧力にすることにより、外観不良が発生することも抑制することができる。

なお、上記のポリマー避雷器１００では、全ての非直線抵抗体１の間及び非直線抵抗体１と金属電極３ａ、３ｂとの間に多孔質金属板２を介在させている。しかし、多孔質金属板２は、例えば、特にシリコーン樹脂が侵入し易い一部の非直線抵抗体１の間にのみ配置してもよい。

次に、図３及び図４を参照して第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係るポリマー避雷器１０１の要部縦断面概略構成を示す図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ横断面概略構成を示す図である。

図３及び図４に示すように、第２実施形態のポリマー避雷器１０１では、円周方向に突出する突起２１を設けた多孔質金属板２０を用いており、この多孔質金属板２０の突起２１が、絶縁ロッド４間において非直線抵抗体１の積層方向に沿って直線上に位置するように配置した構成となっている。なお、第２実施形態のポリマー避雷器１０１では、この点を除いて前述した第１実施形態のポリマー避雷器１００と同様に構成されているので、同一部分には、同一符号を付して重複した説明は省略する。

上記構成の第２実施形態のポリマー避雷器１０１では、前述した第１実施形態と同様な作用効果を得ることができるとともに、ポリマー避雷器１０１の運用中に過大な責務が生じた場合、非直線抵抗体１が致命的な破損に至る前に、多孔質金属板２０同士の突起２１部分で放電を生じさせることができる。その結果、絶縁ロッド４の間の絶縁外皮５が裂け、外部放電に移行する。これによって、非直線抵抗体１と絶縁ロッド４との間でアークが発生する可能性が少なくなり、ポリマー避雷器１０１の爆発的飛散が発生する可能性を低減することができる。

次に、図５,６を参照して第３実施形態及び第４実施形態について説明する。図５に示すように、第３実施形態のポリマー避雷器１０２では、多孔質金属板２２の外周部（側壁部）にＵ字状の溝２３が形成されている。また、図６に示すように、第４実施形態のポリマー避雷器１０３では、多孔質金属板２４の外周部（側壁部）にＶ字状の溝２５が形成されている。なお、第３実施形態のポリマー避雷器１０２、第４実施形態のポリマー避雷器１０３では、この点を除いて前述した第１実施形態のポリマー避雷器１００と同様に構成されているので、同一部分には、同一符号を付して重複した説明は省略する。

上記構成の第３実施形態のポリマー避雷器１０２、第４実施形態のポリマー避雷器１０３では、前述した第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。これとともに、Ｕ字状の溝２３、Ｖ字状の溝２５のように、凹み方向に傾斜を有する溝が形成された多孔質金属板２２，２４を用いていることによって、シリコーン樹脂（絶縁樹脂）の注形時に、シリコーン樹脂がＵ字状の溝２３、Ｖ字状の溝２５内の傾斜した側壁に沿って誘導され、多孔質金属板２２，２４の厚さ方向の中心部に向かうシリコーン樹脂の流れが形成される。このようなシリコーン樹脂の流れによって、多孔質金属板２２，２４と、非直線抵抗体１及び金属電極３ａ、３ｂとの接触面にシリコーン樹脂が流れ込むことを抑制することができ、接触不良や、エネルギー耐量の低下が起きる可能性をさらに低減することができる。

次に、図７を参照して第５実施形態について説明する。図７に示すように、第５実施形態のポリマー避雷器１０４では、非直線抵抗体１又は金属電極３ａ、３ｂとの接触面となる両側の平面部分に、円形の溝２７ａ，２７ｂが形成された多孔質金属板２６を用いている。これらの円形の溝２７ａ，２７ｂは、多孔質金属板２６の外形に対して同心状に形成されている。そして、これらの円形の溝２７ａ，２７ｂ内には、金属等からなる導電板１０a、１０bが配置されている。

上記構成の第５実施形態のポリマー避雷器１０４では、前述した第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。さらに、このポリマー避雷器１０４では、非直線抵抗体１及び金属電極３ａ、３ｂが、多孔質金属板２６の円形の溝２７ａ，２７ｂの周囲の環状の領域において多孔質金属板２６と接触し、この環状の領域の内側の部分において導電板１０a、１０bと接触する。これによって、第１実施形態等の場合と比較した場合、通電面積をより増大させることができ、エネルギー耐量の低下が起きる可能性をより低減することができる。

次に、上記した第１実施形態のポリマー避雷器１００につき、多孔質金属板２の孔の状態（セル数（個／インチ））とエネルギー耐量との関係を調べた結果について説明する。多孔質金属板２として、セル数が５６個／インチ（比表面積＝７．５ｍｍ^２／ｍｍ^３）、６７．２個／インチ（比表面積＝９ｍｍ^２／ｍｍ^３）、７５個／インチ（比表面積＝１０ｍｍ^２／ｍｍ^３）、３７３個／インチ（比表面積＝５０ｍｍ^２／ｍｍ^３）の４種類の多孔質金属板２を用意し、６５ｋＡのパルス電流を２回通電した。そして、非直線抵抗体１の通電後の状態を目視により観察し、各多孔質金属板２のエネルギー耐量の合否を判定した。この結果を表１に示す。

表1に示されるように、セル数が６７．２個／インチ（比表面積＝９ｍｍ^２／ｍｍ^３）、７５個／インチ（比表面積＝１０ｍｍ^２／ｍｍ^３）、３７３個／インチ（比表面積＝５０ｍｍ^２／ｍｍ^３）の３種類の多孔質金属板２を用いた場合、上記のエネルギー耐量の試験では異常が見られなかった。

一方、セル数が５６個／インチ（比表面積＝７．５ｍｍ^２／ｍｍ^３）の多孔質金属板２を用いた場合、１回のパルス電流の通電により非直線抵抗体１に破壊が起きた。したがって、６５ｋＡ以上のパルス電流に対する耐性を必要とするポリマー避雷器の場合、セル数が５６個／インチ（比表面積＝７．５ｍｍ^２／ｍｍ^３）より大きい多孔質金属板２を使用することが好ましく、セル数が６７．２個／インチ（比表面積＝９ｍｍ^２／ｍｍ^３）以上の多孔質金属板２を使用することがさらに好ましい。

以上のように上記の各実施形態によれば、内部要素間に侵入した絶縁樹脂によって、通電が阻害されて接触不良を起こしたり通電面積の減少によるエネルギー耐量の低下が生じることを抑制することのできるポリマー避雷器を提供することができる。なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。

１……非直線抵抗体、２，２０，２２，２４，２６……多孔質金属板、３ａ、３ｂ……金属電極、４……絶縁ロッド、４ａ，４ｂ……ねじ部、５……絶縁外皮（シリコーン樹脂製）、６……ナット、１０ａ，１０ｂ……導電板、２１……突起、２３……Ｕ字状の溝、２５……Ｖ字状の溝、２７ａ，２７ｂ……円形の溝、１００，１０１，１０２，１０３，１０４……ポリマー避雷器。

Claims (5)

1. 積層配置された複数の円板状の非直線抵抗体と、これらの非直線抵抗体の両端に配置された電極と、これらの電極を連結する複数本の絶縁ロッドとを具備した内部要素と、
   絶縁樹脂を注形することによって前記内部要素の外側に形成された絶縁外皮と、
   を有するポリマー避雷器において、
   少なくとも一部の前記非直線抵抗体の間に、前記注形時に、前記絶縁樹脂が前記積層配置された非直線抵抗体の間に侵入した場合でもその気孔内に前記樹脂を留めて前記積層配置された非直線抵抗体の通電経路を確保できるように、円板状の多孔質金属板を介在させたことを特徴とするポリマー避雷器。
2. 夫々の前記多孔質金属板に、円周方向に突出する突起を設け、前記突起が前記絶縁ロッド間において前記非直線抵抗体の積層方向に沿って直線上に位置するように配置したことを特徴とする請求項１記載のポリマー避雷器。
3. 前記多孔質金属板の外周部に、Ｕ字状又はＶ字状の溝を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のポリマー避雷器。
4. 前記多孔質金属板の平面部分に溝を設け、当該溝に金属製の導電板を配置したことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のポリマー避雷器。
5. 前記多孔質金属板のセル数が、５６個／インチより大きいことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のポリマー避雷器。

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