JP7024062B2 - ポリマー避雷器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ポリマー避雷器に関する。

発電、変電、送電、配電系統の電力機器や通信機器などを過渡的な異常な高電圧から保護する主要な手段として、避雷器が設けられる。避雷器には、非直線抵抗体が使用されている。非直線抵抗体は、電圧の上昇に従って抵抗が減少する非直線的な電圧／電流特性を有する酸化亜鉛などからなる。また、避雷器は、大別して、非直線抵抗体を磁器製の容器に収納した碍子形避雷器や、シリコーンゴムなどの外皮を有するポリマー避雷器がある。

ポリマー避雷器としては、酸化亜鉛を主成分とする円板状の非直線抵抗体を１枚または複数枚積層し、その上下端部に電極を配置したものが知られている。ポリマー避雷器は、その剛性を高めるために、電極に挟まれた状態の非直線抵抗体の周囲に締付け用の絶縁ロッドを配置し、絶縁ロッドと電極とを結合して非直線抵抗体をその上下から締め付けた上で、非直線抵抗体及び絶縁ロッドをシリコーンゴムなどで直接モールドしている。絶縁ロッドと電極との固定は、電極に設けられた傾斜穴と、それに対応する楔形状のスペーサを圧入して締結され、電極の中央に設けられたネジを利用して非直線抵抗体に荷重を与えている場合が多い。

従来のポリマー避雷器は、外被材がシリコーンゴム等の樹脂からなるため、避雷器としての機械的強度は非直線抵抗体の周囲に配置された絶縁ロッドと、非直線抵抗体自体の強度に依存しており、碍子形避雷器と比較して機械的強度が低く、恒常的な強度の向上が求められている。非直線抵抗体は、材料特性により強度が決まるので強度向上には限界がある。従ってポリマー避雷器の強度向上対策としては、主に、電極及び絶縁ロッドの締結力の強化が行われているが、更なる強度向上が求められている。

日本国特開２０１３－２２９３６２号公報 日本国特開２０１４－２２６３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、機械的強度をより一層向上できるポリマー避雷器を提供することである。

実施形態のポリマー避雷器は、非直線抵抗体と、２つの電極と、複数の絶縁ロッドと、楔状スペーサと、ポリ四弗化エチレンシートと、樹脂製被覆体とを持つ。
電極は、非直線抵抗体の上端面側及び下端面側にそれぞれ配置され、複数の貫通孔を有する。絶縁ロッドは、電極間に延在し、非直線抵抗体の周囲に周方向に間隔をあけて配置され、且つ電極の貫通孔に挿入される。楔状スペーサは、絶縁ロッドと貫通孔の内壁面との間に挿入されて絶縁ロッドを電極に固定する。ポリ四弗化エチレンシートは、楔状スペーサと貫通孔の内壁面との間に挿入される。樹脂製被覆体は、非直線抵抗体及び絶縁ロッドを被覆する。
電極の貫通孔は、絶縁ロッドの長手方向に沿って電極を貫通する。貫通孔の内壁面の少なくとも一部は、絶縁ロッドの長手方向中央側に向けて貫通孔の内径を漸減させるテーパー部とされる。楔状スペーサは、絶縁ロッドの長手方向中央側に向けて肉厚が漸減する断面視楔状の楔部を有する。楔部が貫通孔のテーパー部と絶縁ロッドとの間に差し込まれる。ポリ四弗化エチレンシートは、貫通孔のテーパー部と楔状スペーサとに挟まれる。

実施形態のポリマー避雷器を示す縦断面模式図。 実施形態のポリマー避雷器の要部を示す平面模式図。 実施形態のポリマー避雷器の要部を示す縦断面模式図。 実施形態のポリマー避雷器に備えられる楔状スペーサとポリ四弗化エチレンシートを示す模式図。 貫通孔内に配置した楔状スペーサ及びポリ四弗化エチレンシートの一例を示す平面模式図。 貫通孔内に配置した楔状スペーサ及びポリ四弗化エチレンシートの他の例を示す平面模式図。 実施形態のポリマー避雷器の組立工程を示す縦断面模式図。 実施形態のポリマー避雷器の組立工程を示す縦断面模式図。 実施形態のポリマー避雷器の組立工程を示す縦断面模式図。

以下、実施形態のポリマー避雷器について説明する。
ポリマー避雷器の絶縁ロッドは、電極に設けた貫通孔とその貫通孔の形状に対応した楔状スペーサを用いて固定される。避雷器の組立時は、絶縁ロッドを電極に強固に固定する為に、絶縁ロッドが挿入された電極の貫通孔に楔状スペーサを圧入する。ここで、電極の貫通孔の内壁面と楔状スペーサとの間の摩擦力は、これらの表面粗さの影響を受けて、楔状スペーサ毎にばらつく場合がある。従来のポリマー避雷器においては、この摩擦力のばらつきにより、楔状スペーサの圧入荷重を一定にしたとしても電極の貫通孔における楔状スペーサの締結位置がばらついてしまい、絶縁ロッドの締結力が安定しない場合があった。また、ポリマー避雷器に樹脂製被覆体を形成するモールド工程において、楔状スペーサと電極の貫通孔の内壁面の間の僅かな隙間に樹脂が侵入し、樹脂硬化のための加熱工程時に樹脂が熱膨張して締結力が低下する可能性があった。

そこで、本発明者らが検討したところ、楔状スペーサを電極の貫通孔に圧入する際に、貫通孔の内壁面と楔状スペーサとの間に、摩擦力を安定させるためのポリ四弗化エチレンシートを挿入することで、個々の絶縁ロッドの締結力を安定させるとともに、楔状スペーサと電極の貫通孔の内壁面の間への樹脂の侵入を防止して、安定した機械的強度が確保できる信頼性の高いポリマー避雷器を提供できることを見出した。

以下、実施形態のポリマー避雷器を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のポリマー避雷器１は、非直線抵抗体２と、非直線抵抗体２の上下端側に配置された２つの電極３、４と、２つの電極３、４間に延在する複数の絶縁ロッド５と、電極３、４と絶縁ロッド５とを締結する楔状スペーサ６と、図示しないポリ四弗化エチレンシートと、樹脂製被覆体７とを備えている。ポリマー避雷器１には、更に、非直線抵抗体２と電極３、４との間に配置された金属板８、９と、電極３、４と金属板８、９とをそれぞれ結合させる両ネジボルト１０、１１とが備えられている。

図１においては、非直線抵抗体２は、複数が積層されている。１つの非直線抵抗体２は、酸化亜鉛を主成分とする円板状の焼結体部であり、非直線抵抗体２の上下の平坦面には、図示しないアルミニウムなどの金属製の電極部が設けられていると共に、側面（円筒面）には、図示しない絶縁層が設けられている。非直線抵抗体２は、正常な電圧が作用したときには絶縁性であって、正常な電圧よりも高い異常電圧が作用したときには抵抗値が低下して導電性になる。非直線抵抗体２は複数個に限らず、１つだけ備えられていてもよい。

複数の非直線抵抗体２からなる積層体の上下方向中央には、絶縁板１２が挿入されている。絶縁板１２には、図示略の複数の貫通孔が設けられ、この貫通孔に絶縁ロッド５が挿入されている。絶縁板１２に絶縁ロッド５が貫通することで、絶縁ロッド５の位置ズレが防止される。

金属板８、９は、図１に示すように、複数の非直線抵抗体２が積層された積層体の上端面２ａと下端面２ｂとのそれぞれに設置されている。金属板８、９は、非直線抵抗体２と外径が同じである。

図１及び図３に示すように、金属板８、９のうち、非直線抵抗体２の上端面２ａ側に設置された金属板８は、角棒形状であって、その中心に第２雌ネジ穴８ｂが設けられている。なお、角棒形状に代えて円筒形状であってもよい。その中心に第２雌ネジ穴８ｂが設けられている。第２雌ネジ穴８ｂは、金属板８に設けられた開口穴８ａと、開口穴８ａの内面に形成された雌ネジとから構成される。金属板８の開口穴８ａは、非直線抵抗体２の積層方向に沿って貫通している。第２雌ネジ穴８ｂには、後述する両ネジボルト１０において第２雄ネジ部１０ａが螺合される。

非直線抵抗体２の下端面２ｂ側に設置された金属板９は、上端面２ａ側に設置された金属板８と同様に形成されている。つまり、下端面２ｂ側に設置された金属板９は、角棒形状であって、中心には開口穴９ａが設けられている。そして、金属板９の開口穴９ａの内周面には、雌ネジが形成されている。雌ネジが形成された開口穴９ａによって、第２雌ネジ穴９ｂが構成されている。第２雌ネジ穴９ｂには、図１に示すように、両ネジボルト１１の第２雄ネジ部１１ａが螺合される。金属板９は、角棒形状に代えて円筒形状であってもよい。

電極３、４は、図１に示すように、複数の非直線抵抗体２が積層された積層体の上端面２ａと下端面２ｂとのそれぞれに金属板８、９を介して設置されている。電極３、４は、非直線抵抗体２よりも外径が大きくされている。

図２及び図３に示すように、電極３、４のうち、上端面２ａ側に設置された電極３は、その中心に、第１雌ネジ穴３ｅが設けられている。第１雌ネジ穴３ｅは、電極３の中心に設けられた開口穴３ａと、開口穴３ａの内面に設けられた雌ネジとから構成されている。また、開口穴３ａの周囲には、複数の貫通孔３ｂが等間隔で並んでいる。

電極３に設けられた開口穴３ａは、非直線抵抗体２の積層方向に沿って貫通している。開口穴３ａよりなる第１雌ネジ穴３ｅには、両ネジボルト１０の第１雄ネジ部１０ｂが螺合される。

電極３において開口穴３ａの周囲に設けられた複数の貫通孔３ｂは、図１及び図３に示すように、非直線抵抗体２の積層方向または絶縁ロッド５の延在方向に沿って貫通している。貫通孔３ｂは、絶縁ロッド５の端部５ａが内部に挿入されると共に、貫通孔３ｂの内部において絶縁ロッド５の外周に楔状スペーサ６が挿入される。電極３の貫通孔３ｂの内壁面３ｃには、絶縁ロッド５の長手方向中央側に向けて貫通孔３ｂの内径を漸減させるテーパー部３ｄが設けられている。テーパー部３ｄは、非直線抵抗体２側が小径穴となるような向きとされている。

下端面２ｂ側に設置された他方の電極４については、上端面２ａ側に設置された電極３と同様に形成されている。つまり、電極４には、その中心に開口穴４ａが設けられ、開口穴４ａの周りに複数の貫通孔４ｂが等間隔に並んでいる。複数の貫通孔４ｂの内壁面には、絶縁ロッド５の長手方向中央側に向けて貫通孔４ｂの内径を漸減させるテーパー部４ｄが設けられている。開口穴４ａの内面には雌ネジが設けられる。開口穴４ａとその内面に設けられた雌ネジによって、第１雌ネジ穴４ｅが構成されている。

電極３、４の材質は特に制限はないが、アルミニウム合金を用いることが好ましい。より具体的には、ＪＩＳ５０００系合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）またはＪＩＳ６０００系合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）を用いるとよい。

両ネジボルト１０、１１は、図１に示すように、金属板８、９と電極３、４とを締結する。両ネジボルト１０、１１は、左ネジ部１０ａ、１１ａ（第１雄ネジ部）と、左ネジ部１０ａ、１１ａに対して締結方向が逆向きである右ネジ部１０ｂ、１１ｂ（第２雄ネジ部）と、中央部１０ｃとを有する。両ネジボルト１０、１１は、左ネジ部１０ａ、１１ａと、右ネジ部１０ｂ、１１ｂとが、同軸に、中央部１０ｃ、１１ｃを介して、非直線抵抗体２の積層方向に沿って配置されている。

左ネジ部１０ａ、１１ａは、金属板８、９の中心に設けられた開口穴８ａ、９ａに取付けられる。左ネジ部１０ａ、１１ａは、反時計方向に回転されることで、開口穴８ａ、９ａの内部において奥（図１において、非直線抵抗体２の方向）に進む。

右ネジ部１０ｂ、１１ｂは、電極３、４の中心に設けられた開口穴３ａ、４ａに取付けられる。右ネジ部１０ｂ、１１ｂは、左ネジ部１０ａ、１１ａと反対の方向、つまり、時計方向に回転されることで、開口穴３ａ、４ａの内部において奥（図１において、非直線抵抗体２の方向）に進む。

この他に、両ネジボルト１０、１１は、右ネジ部１０ｂ、１１ｂが設けられた側の頂面に、締結穴１０ｄ、１１ｄが設けられている。締結穴１０ｄ、１１ｄは、たとえば六角穴であって、金属板８、９と電極３、４との間の締結を調整するために両ネジボルト１０、１１を回転させる際に、六角レンチのような工具が差し込まれる。

絶縁ロッド５は、棒状体であって、図１に示すように、非直線抵抗体２の積層方向に沿って延在している。絶縁ロッド５は、直径が例えば１０ｍｍ以上であって、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ（繊維強化プラスチック））によって形成されている。

絶縁ロッド５は、非直線抵抗体２および金属板８、９の側面（外周面）に設置されている。絶縁ロッド５は、電極３、４に設けられた貫通孔３ｂ、４ｂに一方の端部５ａおよび他方の端部５ｂが挿入されている。これと共に、絶縁ロッド５は、絶縁板１２に設けられた図示略の貫通孔に挿入されている。図１及び図２から判るように、絶縁ロッド５は、非直線抵抗体２の積層体と金属板８、９との外周面の周りに予め決められた本数が等間隔に並んで配置されている。

楔状スペーサ６は、図１及び図３に示すように、電極３、４に設けられた貫通孔３ｂ、４ｂの内部に設置されている。楔状スペーサ６は、貫通孔３ｂ、４ｂの内部において、貫通孔３ｂ、４ｂの内壁面３ｃ、４ｃのテーパー部３ｄ、４ｄと、絶縁ロッド５の外周面との間に介在している。
また、貫通孔３ｂ、４ｂの内壁面３ｃ、４ｃのテーパー部３ｄ、４ｄと、楔状スペーサ６との間には、ポリ四弗化エチレンシート１３が挿入されている。ポリ四弗化エチレンシート１３は、テーパー部３ｄ、４ｄと楔状スペーサ６とに挟まれている。ポリ四弗化エチレンシート１３の厚みは、０．１ｍｍ～０．２ｍｍの範囲とされている。

図４に示すように、楔状スペーサ６は、３つの楔状スペーサ６を組合せたときに、中空円筒体になる形状を有している。貫通孔３ｂ、４ｂ内においても、図４に示すような配置とされる。この中空円筒体の中空部に絶縁ロッド５が配置されることになる。各楔状スペーサ６は、絶縁ロッド５に接する内面６ａと、貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄに対向する外面６ｂとを有する。内面６ａは、楔状スペーサ６の長手方向に沿って曲率半径が変化しない凹曲面とされている。一方、外面６ｂは、楔状スペーサ６の長手方向先端側に向かうにつれて曲率半径が小さくなる凸のテーパー面とされている。楔状スペーサ６は、長手方向に沿って縦断面を見た場合に、図中下側に向けて肉厚が斬減する楔部６ｃを有している。また、楔状スペーサ６の長手方向基端側には、ノッチ部６ｄが設けられている。

また、楔状スペーサ６のうち、絶縁ロッド５に接する内面６ａの表面粗さＲａは、内壁面３ｃ、４ｃに対向する外面６ｂの表面粗さＲａよりも大きいことが好ましい。これにより、楔状スペーサ６と絶縁ロッド５との静摩擦係数が向上する。内面６ａの表面粗さＲａを外面６ｂの表面粗さＲａより大きくするには、例えば、内面６ａにブラスト処理を施してブラスト面とし、外面６ｂにはブラスト処理を行わないようにするとよい。外面６ｂにブラスト処理がなされると、製造工程において避雷器をシリコーンゴムでモールドする際に、外面６ｂとポリ四弗化エチレンシート１３との接触面との間にシリコーン樹脂が侵入するおそれがある。ブラスト面が施されているかどうかは、楔状スペーサ６の内面６ａの表面形状を表面形状測定機によって計測することで、判別することができる。

更に、後述するように、貫通孔３ｂ、４ｂの軸方向に対するテーパー部３ｄ、４ｄの傾斜角度θ_１と、楔状スペーサ６の軸方向に対する楔状スペーサ６の外面６ｂ（貫通孔の内壁面側の面）の傾斜角度θ_２との差（θ_１－θ_２）が、０～０．６°の範囲であることが好ましい。

楔状スペーサ６の材質は特に制限はないが、アルミニウム合金を用いることが好ましい。より具体的には、アルミニウム合金としては、例えば、ＪＩＳ５０００系合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）またはＪＩＳ６０００系合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）やアルミダイカスト品ADC12などを用いることができる。

ポリ四弗化エチレンシート１３は、図４に示すように中空の円錐台形状に巻回されており、内側の面が楔状スペーサ６の外面６ｂに接し、外側の面が貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄに接する。図５には、図４に示すポリ四弗化エチレンシート１３及び楔状スペーサ６が、貫通孔３ｂ、４ｂに挿入された状態を平面図で示している。図５の例では、１枚のポリ四弗化エチレンシート１３が貫通孔３ｂ、４ｂに挿入されたことで、楔状スペーサ６同士の間にもポリ四弗化エチレンシート１３が存在している。楔状スペーサ６同士の間の領域では、ポリ四弗化エチレンシート１３は貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄに接し、楔状スペーサ６の外面６ｂには接していない。

ポリ四弗化エチレンシート１３は、図４及び図５に示す形態に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄと楔状スペーサ６の外面６ｂとの間のみに、ポリ四弗化エチレンシート１３を介在させてもよい。図６の例では、３枚のポリ四弗化エチレンシート１３が貫通孔３ｂ、４ｂの挿入されている。

また、ポリ四弗化エチレンシート１３と楔状スペーサ６との間に接着層を設けてもよい。これにより、ポリ四弗化エチレンシート１３と楔状スペーサ６とが相互に接着される。

樹脂製被覆体７は、図１に示すように、絶縁ロッド５と、絶縁ロッド５が配置された非直線抵抗体２の積層体の外周面を被覆している。樹脂製被覆体７は、シリコーンゴムなどの絶縁性の樹脂をモールドすることによって形成される。

次に、本実施形態のポリマー避雷器１の組み立て方法を説明する。
まず、図７に示すように、電極３と金属板８とを両ネジボルト１０によって締結して一体化する。具体的には、電極３に設けられた開口穴３ａに、両ネジボルト１０の右ネジ部１０ｂをねじ込むことによって、電極３に両ネジボルト１０を取り付ける。また、金属板８の開口穴８ａに両ネジボルト１０の左ネジ部１０ａをねじ込むことによって、金属板８に両ネジボルト１０を取り付ける。このようにして、金属板８と電極３の組み合わせ体を形成する。
図７では、ポリマー避雷器１において上端面２ａ側に設置される金属板８と電極３との組み合わせ体について示したが、下端面２ｂ側に設置される金属板９と電極４についても、上記と同様に、両ネジボルト１１を用いて組み立てる。

次に、図１に示したように、下端面２ｂ側に設置される金属板９と電極４との組み合わせ体に複数の絶縁ロッド５を取り付け、絶縁ロッド５に囲われた空間に、複数の非直線抵抗体２を積み重ねる。このとき、適宜、絶縁板１２を複数の非直線抵抗体２の間に介在させる。そして、上端面２ａ側に設置される金属板８と電極３との組み合わせ体を複数の絶縁ロッド５に取り付ける。取り付けた状態を図８に示す。絶縁ロッド５の端部５ａが、電極３の貫通孔３ｂに挿入される。図示を省略するが、電極４の貫通孔４ｂにも絶縁ロッド５の端部５ｂが挿入される。

次に、楔状スペーサ６とポリ四弗化エチレンシート１３を用いて、絶縁ロッド５を電極３、４に締結する。
具体的には、図９に示すように、絶縁ロッド５の端部５ａが挿入された電極３の貫通孔３ｂの内部に、楔状スペーサ６とポリ四弗化エチレンシート１３を挿入する。電極３の貫通孔３ｂにおいてテーパー部３ｄの大径側から楔状スペーサ６とポリ四弗化エチレンシート１３を挿入することによって、貫通孔３ｂのテーパー部３ｄと絶縁ロッド５の外周面との間に、楔状スペーサ６及びポリ四弗化エチレンシート１３を介在させる。楔状スペーサ６を挿入する際には、楔部６ｃを絶縁ロッド５の長手方向中央側に向けて挿入する。また、楔状スペーサ６のうち、内面６ａにブラスト処理を施してブラスト面とする一方で、外面６ｂにはブラスト処理を行わないようにしてもよい。これにより、絶縁ロッド５に接する内面６ａの表面粗さＲａが、内壁面３ｃ、４ｃに対向する外面６ｂの表面粗さＲａよりも大きくなる。

また、ポリ四弗化エチレンシート１３と楔状スペーサ６との間に接着層を介在させる場合には、まず、片面に接着層が形成されたポリ四弗化エチレンシートを用意する。次いで、ポリ四弗化エチレンシートの接着層側の面を楔状スペーサ６側に向けた状態とする。そして、ポリ四弗化エチレンシート１３及び楔状スペーサ６を、貫通孔３ｂ、４ｂに挿入する。

ここで、図９に示すように、貫通孔３ｂ、４ｂの軸方向ｍ_１に対するテーパー部３ｄの傾斜角度θ_１と、楔状スペーサ６の軸方向ｍ_２に対する楔状スペーサ６の外面６ｂの傾斜角度θ_２との差（θ_１－θ_２）が、０～０．６°の範囲に調整することが好ましく、０～０．４°の範囲に調整することがより好ましい。（θ_１－θ_２）が０．６°を超えるか、０°未満になると、楔状スペーサ６を貫通孔３ｂ、４ｂに挿入した際に、楔状スペーサ６の外面６ｂとテーパー部３ｄ、４ｄとの間に隙間が生じてしまうので好ましくない。

次いで、絶縁ロッド５と電極３との相対位置を固定したまま、楔状スペーサ６及びポリ四弗化エチレンシート１３を貫通孔３ｂ内に圧入する。より具体的には、テーパー部３ｄの大径側から図示しない治具を挿入し、楔状スペーサ６のノッチ部６ｄに治具を当てる。次いで、治具を押し込んで、楔状スペーサ６を更に押し込む。このとき、楔状スペーサ６と貫通孔３ｂのテーパー部３ｄとの間にポリ四弗化エチレンシート１３が挿入されているので、楔状スペーサ６とテーパー部３ｄとの間の摩擦力が低下し、楔状スペーサ６が所定の位置まで確実に押し込められる。これにより、楔状スペーサ６が絶縁ロッド５をその周囲から圧縮して締め付ける。また、後述するように、絶縁ロッド５には、その軸方向に引張荷重が加わる。このため、電極３及び絶縁ロッド５は、楔部６ｃを有する楔状スペーサ６によって強固に固定される。また、楔状スペーサ６が押し込まれることで、ポリ四弗化エチレンシート１３がその厚み方向に圧縮される。これにより、楔状スペーサ６の外面６ｂとポリ四弗化エチレンシート１３が隙間なく密着する。同様に、ポリ四弗化エチレンシート１３と貫通孔３ｂのテーパー部３ｄが隙間なく密着する。

図示を省略するが、下端面２ｂ側に設置される金属板８と電極４との組み合わせ体に複数の絶縁ロッド５を取り付ける場合についても、上記と同様な方法で行う。

次に、両ネジボルト１０を締め付ける。上述したように、金属板８と電極３との両者は、両ネジボルト１０によって連結されている。金属板８には、両ネジボルト１０の左ネジ部１０ａが取り付けられている。これに対して、電極３には、両ネジボルト１０の右ネジ部１０ｂが取り付けられている。このため、両ネジボルト１０に設けられた締結穴１０ｄに締結工具を差し込んで、両ネジボルト１０を締め付ける（右ネジ部１０ｂを時計周りに回す）と、金属板８と電極３とが両ネジボルト１０の軸方向で互いに離れる方向に離間する。その結果、複数の非直線抵抗体２には両ネジボルト１０の軸方向（積層方向）に圧縮荷重が印加され、絶縁ロッド５には、その軸方向に引張荷重が印加される。このため、電極３、金属板８、絶縁ロッド５および複数の非直線抵抗体２の積層体が、積層方向（ポリマー避雷器の軸方向）において強固に固定される。

図示を省略するが、下端側に設置される金属板９と電極４との組み合わせ体についても、上記と同様な方法で両ネジボルト１１の締め付けを行う。

次に、図１に示したように、絶縁ロッド５が配置された非直線抵抗体２の積層体の外周面を樹脂製被覆体７で被覆させる。ここでは、シリコーンゴムなどの絶縁樹脂をモールドすることによって樹脂製被覆体７を設ける。

以上のようにして、ポリマー避雷器１を完成させる。

本実施形態のポリマー避雷器１によれば、テーパー部３ｄ、４ｄを有する電極３、４の貫通孔３ｂ、４ｂ内に絶縁ロッド５の端部５ａ、５ｂを挿入し、絶縁ロッド５と貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄとの間に楔状スペーサ６を配置し、更に楔状スペーサ６とテーパー部３ｄ、４ｄとの間にポリ四弗化エチレンシート１３を挿入することで、楔状スペーサ６とテーパー部３ｄ、４ｄとの間の摩擦力が低減し、楔状スペーサ６が所定の位置まで確実に押し込まれる。これにより、絶縁ロッド５が楔状スペーサ６によって強固に締め付けられ、電極３、４と絶縁ロッド５とが強く締結させることができる。特に、電極３、４と絶縁ロッド５の締結力を、絶縁ロッド５の破断強度よりも高めることができる。

また、電極３、４に設けられた複数の貫通孔３ｂ、４ｂにおいて、楔状スペーサ６がそれぞれ、狙いの位置まで押し込まれるため、絶縁ロッド５の締結力が貫通孔３ｂ、４ｂ毎にばらつかずに一定になる。これにより、ポリマー避雷器１に対して曲げ応力が加わった際に、曲げ方向外側に位置する絶縁ロッド５に引張応力が加わり、曲げ方向内側に位置する絶縁ロッド５に圧縮応力が加わった場合であっても、絶縁ロッド５の締結力が全ての貫通孔３ｂ、４ｂにおいて一定であり、かつその締結力が絶縁ロッドの破断強度を上回るので、絶縁ロッド５の破断の前に、絶縁ロッド５と電極３、４との締結箇所が破壊される恐れがなく、ポリマー避雷器１の曲げ強度を大幅に高めることができる。

更に、電極３、４の貫通孔３ｂ、４ｂの内壁面３ｃ、４ｃの少なくとも一部が、絶縁ロッド５の長手方向中央側に向けて貫通孔３ｂ、４ｂの内径を漸減させるテーパー部３ｄ、４ｄとされ、楔状スペーサ６は、絶縁ロッド５の長手方向中央側に向けて肉厚が漸減する断面視楔状の楔部６ｃを有し、楔部６ｃが貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄと絶縁ロッド５との間に差し込まれるので、絶縁ロッド５に引張荷重が加わった際に楔状スペーサ６によって絶縁ロッド５を強く締結することができ、ポリマー避雷器１の曲げ強度をより一層高めることができる。

更に、楔状スペーサ６と貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄとの間にポリ四弗化エチレンシート１３を押し込むことで、ポリ四弗化エチレンシート１３がその厚み方向に圧縮された状態になり、ポリ四弗化エチレンシート１３を貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄ及び楔状スペーサ６に密着させることができる。これにより、楔状スペーサ６と貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄとの間に隙間が生じるおそれがない。これにより、樹脂製被覆体７をモールド成形する際に、硬化前の樹脂が楔状スペーサ３と貫通孔３ｂ、４ｂのテーパー部３ｄ、４ｄとの間に侵入する恐れがなく、絶縁ロッド５の締結力が低下する恐れがない。

また、貫通孔３ｂ、４ｂ内において、複数の楔状スペーサ６が一つの絶縁ロッド５を囲むように配置されているので、絶縁ロッド５の締結力をより一層高めることができる。

また、ポリ四弗化エチレンシート１３の厚みが、０．１ｍｍ～０．２ｍｍの範囲とされているので、絶縁ロッド５の締結力をより一層高めることができる。ポリ四弗化エチレンシート１３の厚みを０．１ｍｍ以上とすることで、ポリ四弗化エチレンシート１３の破断を防止し、摩擦力低減の効果を十分に発揮できる。また、厚みを０．２ｍｍ以下とすることで、ポリ四弗化エチレンシート１３の過度の変形を防止し、絶縁ロッド５を安定して締結できる。

更に、ポリ四弗化エチレンシート１３と楔状スペーサ６との間に接着層を形成することで、ポリ四弗化エチレンシート１３の位置ずれを防止することができ、絶縁ロッド５を安定して締結できる。また、ポリマー避雷器１の組み立て時の作業性も改善できる。

更に、楔状スペーサ６の材質をアルミニウム合金とすることで、楔状スペーサ６の圧入時に楔状スペーサ６が適度に変形し、絶縁ロッド５と楔状スペーサ６とが密着し、絶縁ロッド５への応力集中が緩和できるとともに樹脂製被覆体７の形成時の樹脂の侵入を防止でき、より確実に絶縁ロッド５の締結力を高められる。他の材料（軟鋼等）では、材質が硬いため、圧入時に楔状スペーサ６の形状が変形しにくく、絶縁ロッド５と楔状スペーサ６の僅かな寸法の違いにより、両者が局所的に接触した状態になる。これにより、絶縁ロッド５にとって過負荷な圧縮力となる恐れがある。アルミニウム合金製の楔状スペーサ６であれば、圧入時に楔状スペーサ６が適度に変形することで、絶縁ロッド５に馴染み、絶縁ロッド５と楔状スペーサ６間の接触面積を大きく確保するとともに、絶縁ロッド５と楔状スペーサ６間で発生する局所的な応力集中を分散できる。また、絶縁ロッド５と楔状スペーサ６が密着し、接触面におけるシリコーンゴムの侵入を防止する役目も期待できる。

また、楔状スペーサ６のうち、絶縁ロッド５側の内面６ａをブラスト処理面とすることで、楔状スペーサ６と絶縁ロッド５との静摩擦係数が向上し、絶縁ロッド５をより安定して締結できる。
また、楔状スペーサ６の絶縁ロッド５側の内面６ａの表面粗さＲａを、貫通孔の内壁面３ｃ、４ｃ側の外面６ｂの表面粗さＲａより大きくすることで、楔状スペーサ６と絶縁ロッド５との静摩擦係数が向上し、絶縁ロッド５をより安定して締結できる。

更に、貫通孔３ｂ、４ｂの軸方向に対するテーパー部３ｄ、４ｄの傾斜角度θ_１と、楔状スペーサ６の軸方向に対する楔状スペーサ６の外面６ｂの傾斜角度θ_２との差（θ_１－θ_２）が、０～０．６°の範囲とすることで、貫通孔３ｂ、４ｂと楔状スペーサ６との間が隙間なく密着し、シリコーンゴムのモールド時にシリコーンゴムが貫通孔３ｂ、４ｂと楔状スペーサ６との間に侵入することを防止できる。

また、本実施形態によれば、電極３、４と金属板８、９との締結に用いる両ネジボルト１０、１１を利用して、金属板８、９と電極３、４とを離間させることで、非直線抵抗体２に圧縮荷重を付与する一方、締結済みの絶縁ロッド５と電極３、４との間に引張荷重を付与することで、楔状スペーサ６による絶縁ロッド５の締結力をより一層高めることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、楔状スペーサと貫通孔のテーパー部との間に挟まれたポリ四弗化エチレンシートを持つことにより、ポリマー避雷器の機械的強度をより一層向上できる。

図１～図５に示すポリマー避雷器を製造した。比較例１は、ポリ四弗化エチレンシートを有しない従来のポリマー避雷器であり、実施例１はポリ四弗化エチレンシートを有するポリマー避雷器である。実施例１では、ポリ四弗化エチレンシートの厚みを０．１３ｍｍとし、ポリ四弗化エチレンシートと楔状スペーサの間には接着層を介在させた。また、電極及び楔状スペーサの材質は、実施例１及び比較例１とも、ＪＩＳ５０００系合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）とした。実施例１及び比較例１のポリマー避雷器は、それぞれ６基ずつ製造した。

比較例１及び実施例１について、避雷器の曲げ破壊試験を実施した。被試験体である避雷器を水平にして、その一端を強固に支持した。その後、他端には、その垂直方向にある一定の割合で力を加えた。それと同時に、避雷器の内部要素を観察し、そのいずれかの部分に亀裂等の異常が認められたときの力を曲げ破壊モーメント値とした。

曲げ破壊試験の結果を表１に示す。
比較例１では、曲げ破壊モーメント値が2310~4041Nmの範囲となり、ばらつきが大きいのに対し、実施例１ではいずれも曲げ破壊モーメント値が3943Nm以上と高い曲げ荷重を維持しており、曲げ破壊モーメント値のばらつきも小さく、良好な結果を得た。実施例１では、ポリ四弗化エチレンシートによって、電極と楔状スペーサ間の圧入時の摩擦係数が一定になることで、複数本ある絶縁ロッドそれぞれで、均等な締結力になり、結果的に強度面におけるばらつきが抑えられたためであると推測される。

また、比較例１では、曲げ荷重を増加した際の破壊箇所が、絶縁ロッドと電極との締結箇所、またはロッド自体の破断であり、供試器毎で異なる箇所であった。特に比較例１では曲げ破壊モーメントが2000～3000Nmの範囲において、絶縁ロッドと電極との締結箇所で破断した。このような比較例１に対し、実施例１ではいずれも絶縁ロッドが破断に至っている。これは、ポリ四弗化エチレンシートにより、楔状スペーサが確実に押し込まれることによって絶縁ロッド毎の締結力が安定し、また、モールド工程で電極とスペーサ間へのシリコーンゴム侵入が解消されたことでモールド工程前後において絶縁ロッドの締結力が変化することがなく、確実な締結力を得られたためであると推測される。

次に、楔形スペーサの内面にブラスト処理を施して、内面の表面粗さＲａを外面の表面粗さより大きくしたこと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２のポリマー避雷器を製造した。
また、楔形スペーサの内面及び外面にブラスト処理を施して、内面及び外面の両方をブラスト面とした以外は、上記実施例１と同様にして、比較例２のポリマー避雷器を製造した。

実施例１、実施例２及び比較例２のポリマー避雷器について、シリコーンゴムでモールドを行った後にポリマー避雷器を切断し、電極と、電極に締結された絶縁ロッドとの単体引張試験を行った。試験条件として、５ｍｍ／分の速度で絶縁ロッドを引張り、荷重の低下が起こるまで荷重を上昇させ、その間の変位と荷重を記録した。本試験において、楔形スペーサと絶縁ロッドの間ですべりが発生する前に絶縁ロッドが破断する場合、絶縁ロッドの破断強度よりも締結力が高く、ポリマー避雷器の最弱点部が絶縁ロッドの破断となる為、締結構造としては十分な締結力を有していると言える。

なお、いずれの避雷器においても、貫通孔の軸方向に対するテーパー部の傾斜角度θ_１は４°であり、楔状スペーサの軸方向に対する楔状スペーサの貫通孔の内壁面側の面の傾斜角度θ_２は４°であり、これらの差（θ_１－θ_２）は０°であった。

表２に、実施例１、実施例２及び比較例２の単体引張試験の結果を示す。
実施例２のように、楔形スペーサの内面のみにブラスト処理を行う事で、絶縁ロッドと楔形スペーサの間の摩擦力が向上し、絶縁ロッドが楔形スペーサからすべる前に絶縁ロッドが破断する事がわかった。
また、実施例１では、ブラスト処理を行わなかったため、平均破壊荷重が高くなった。ただし、絶縁ロッドが楔形スペーサとの間ですべりを発生させるケースが有り、絶縁ロッドの締結力は実施例２に比べれば安定しなかった。
一方、比較例２のように、楔形スペーサの内面と外面の両方にブラスト処理を行った場合には、ポリ四弗化エチレンシートとの接触面が粗くなった為、楔形スペーサとポリ四弗化エチレンシートの間にシリコーンゴムが浸入し、破壊荷重が大幅に低下した。

次に、θ_１が４°であるテーパ部を有する電極と、内面のみにブラスト処理を行い、かつ、θ_２を２．４～５．５°の範囲で変化させた楔形スペーサを使用したポリマー避雷器について、単体引張試験の結果を表３に示す。単体引張試験の条件は表２の場合と同様である。

表３に示すように、電極と楔形スペーサの角度差（θ_１－θ_２）が生じると、楔形スペーサが絶縁ロッドを圧縮する応力に偏りが発生し、絶縁ロッドと楔形スペーサの間にシリコーンゴムの浸入が多くなる。

また、角度差（θ_１－θ_２）が０～０．６°の範囲からから大きく外れると、テーパー面に応力集中が起こり、テーパー面が変形し、絶縁ロッドを締め付ける応力が低下する。電極のテーパー面と楔形スペーサの角度差が０°～０．６°の範囲であれば、電極が変形せず絶縁ロッドが破断する結果が得られた。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ポリマー避雷器、２…非直線抵抗体、２ａ…上端面、２ｂ…下端面、３、４…電極、３ｂ、４ｂ…貫通孔、３ｃ、４ｃ…内壁面、３ｄ、４ｄ…テーパー部、３ｅ、４ｅ…第１雌ネジ穴、５…絶縁ロッド、６…楔状スペーサ、６ｃ…楔部、７…樹脂製被覆体、８、９…金属板、８ｂ、９ｂ…第２雌ネジ穴、１０、１１…両ネジボルト、１０ａ、１１ａ…第１雄ネジ部（左ネジ部）、１０ｂ、１１ｂ…第２雄ネジ部（右ネジ部）、１３…ポリ四弗化エチレンシート。

Claims (8)

1. 非直線抵抗体と、
   前記非直線抵抗体の上端面側及び下端面側にそれぞれ配置され、複数の貫通孔を有する２つの電極と、
   前記電極間に延在し、前記非直線抵抗体の周囲に周方向に間隔をあけて配置され、且つ前記電極の前記貫通孔に挿入される複数の絶縁ロッドと、
   前記絶縁ロッドと前記貫通孔の内壁面との間に挿入されて前記絶縁ロッドを前記電極に固定する楔状スペーサと、
   前記楔状スペーサと前記貫通孔の前記内壁面との間に挿入されたポリ四弗化エチレンシートと、
   前記非直線抵抗体及び前記絶縁ロッドを被覆する樹脂製被覆体と、
   を備え、
   前記電極の前記貫通孔は、前記絶縁ロッドの長手方向沿って前記電極を貫通しており、前記貫通孔の前記内壁面の少なくとも一部は、前記絶縁ロッドの長手方向中央側に向けて前記貫通孔の内径を漸減させるテーパー部とされ、
   前記楔状スペーサは、前記絶縁ロッドの長手方向中央側に向けて肉厚が漸減する断面視楔状の楔部を有し、前記楔部が前記貫通孔の前記テーパー部と前記絶縁ロッドとの間に差し込まれ、
   前記ポリ四弗化エチレンシートが、前記貫通孔の前記テーパー部と前記楔状スペーサとに挟まれており、
   前記ポリ四弗化エチレンシートと前記楔状スペーサとの間に、接着層が形成されている、
   ポリマー避雷器。
2. 前記貫通孔内において、一つの前記絶縁ロッドを複数の前記楔状スペーサが囲むように配置されている、請求項１に記載のポリマー避雷器。
3. 前記ポリ四弗化エチレンシートの厚みが、０．１ｍｍ～０．２ｍｍの範囲である、請求項１または請求項２に記載のポリマー避雷器。
4. 前記楔状スペーサの材質がアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のポリマー避雷器。
5. 前記楔状スペーサの前記絶縁ロッド側の面がブラスト処理面であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のポリマー避雷器。
6. 前記楔状スペーサの前記絶縁ロッド側の面の表面粗さＲａが、前記貫通孔の内壁面側の面の表面粗さＲａより大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のポリマー避雷器。
7. 前記貫通孔の軸方向に対する前記テーパー部の傾斜角度θ_１と、前記楔状スペーサの軸方向に対する前記楔状スペーサの前記貫通孔の内壁面側の面の傾斜角度θ_２との差（θ_１－θ_２）が、０～０．６°の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のポリマー避雷器。
8. 前記２個の電極のうち少なくとも一方の電極の前記非直線抵抗体側に配置された金属板と、
   前記金属板と前記電極とを結合させる両ネジボルトと、
   をさらに備え、
   前記両ネジボルトは、第１雄ネジ部と、前記第１雄ネジ部に対して締結方向が逆向きである第２雄ネジ部とが同軸に設けられており、
   前記電極には、前記第１雄ネジ部と螺合する第１雌ネジ穴が設けられ、
   前記金属板には、前記第２雄ネジ部と螺合する第２雌ネジ穴が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のポリマー避雷器。

Images