JP7102069B2 - 機器直結型端末の雷保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルの両端部の機器直結型端末のうちの片側の機器直結型端末側のケーブルのシールドのみを接地した片端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置に関する。

機器直結型端末はケーブルを各種機器に直結するために使用されるケーブル端末である。従来型の端末（気中端末）に比べて省スペース及び施工性の向上を目指した端末であり、新エネルギー発電等の新エネルギー発電所で使用される例が多い。このような省スペースで施工性の向上を図った機器直結型端末は、今後広範囲の電気設備で使用されることが予想される。機器直結型端末は、サイズ小型化のために絶縁筒の半導電性の表面を接地して使用される。機器直結型端末におけるケーブルのシールド(銅遮蔽層)の接地方式は、損失低減のために片端接地方式が採用されることがある。片端接地方式はケーブルの両端部の機器直結型端末のうちの片側のみの機器直結型端末側のケーブルのシールドを接地する方式である。

図６は、片端接地方式の機器直結型端末の説明図である。ケーブル１４の両端部には機器直結型端末１２ａ、１２ｂが配置される。そして、機器直結型端末１２ａ、１２ｂはブッシング１１を介してそれぞれリングメイン等の機器に接続される。ケーブル１４は、心線、絶縁体、シールド、外皮で形成され、心線１５ａ、１５ｂの外周に絶縁体１６ａ、１６ｂが施され、さらに、絶縁体１６ａ、１６ｂの外周にシールドが施され、シールドに半導電性テープ１７ａ、１７ｂが巻回され、半導電性のスペーサ１８ａ、１８ｂで保持されている。機器直結型端末１２ａ、１２ｂの絶縁筒１３ａ、１３ｂの端部は、半導電性の封止部１９ａ、１９ｂで封止されてケーブル１４のシールドに接続されたシールド接地線２０ａ、２０ｂも引き出されている。

一方、機器直結型端末１２ａ、１２ｂの近傍には、機器直結型端末１２ａ、１２ｂに隣接して落雷時のケーブル１４の落雷電流を大地に流す避雷器２１ａ、２１ｂが配置され、避雷器２１ａ、２１ｂの接地端子部２２ａ、２２ｂは接地線２３ａ、２３ｂで接地されている。避雷器２１ａ、２１ｂは共にケーブルの心線とシールドとの間に接続され、心線に落雷があった場合は接地に雷電流を放流し、逆に接地に落雷があったとき場合は心線を介して反対側の接地に雷電流を放流し、心線とシールドとの間の電位差を抑制する役割を持つ。

また、機器直結型端末１２ａ、１２ｂの絶縁筒１３ａ、１３ｂも接地線２４ａ、２４ｂで接地されている。さらに、ケーブル１４の両端部の機器直結型端末１２ａ、１２ｂのうち、一方の機器直結型端末１２ａの封止部１９ａから引き出されたシールド接地線２０ａが接地され、他方の機器直結型端末１２ｂの封止部１９ｂから引き出されたシールド接地線２０ｂは非接地となっている。これにより、図６では、機器直結型端末１２ａがケーブル１４のシールドを接地とした機器直結型端末、機器直結型端末１２ｂがケーブル１４のシールドを非接地とした機器直結型端末である片端接地方式を形成している。

ここで、このような片端接地方式のシールド非接地状態にした機器直結型端末１２ｂの絶縁筒１３ｂとシールドとの間に、半導電性テープ１７ｂが存在するため、シールド非接地の機器直結型端末１２ｂの絶縁筒１３ｂは高抵抗接地した状態となっている。この状態で落雷により接地電位が上昇すると、避雷器２１ａ、２１ｂが存在するにもかかわらずケーブル１４の損傷に至る場合があることを発明者等は突き止めた。すなわち、絶縁筒１３ｂの電圧は落雷により上昇した接地電位となり、ケーブル１４の非接地のシールドは、機器直結型端末１２ａのシールドにて接地されていることから、ケーブル１４の非接地シールド電位はシールド接地の機器直結型端末１２ａのシールド電位（０Ｖ）である。

このことから、絶縁筒１３ｂの接地線の接続箇所とケーブル１４の非接地のシールドとの間に電位差が生じ沿面放電が生じる。この場合、煤が発生するが、煤が発生していても外部からは確認できない。この煤により、ケーブルの絶縁抵抗が徐々に劣化し、最終的にはケーブル端末における地絡故障に至りケーブル１４が焼損する。この落雷時における非接地のシールドとケーブル端末との間の放電及びケーブル焼損は、機器直結型端末固有の問題である。すなわち、機器直結型端末１２ａ、１２ｂは小型化のために絶縁筒１３ａ、１３ｂの表面を半導電性にして接地して使用するが、このことより落雷時に発生する沿面放電がケーブル１４の損傷の原因となる。従来型の気中端末ではこのような問題は生じなかった。

そこで、その対策としては、図７に示すように、シールドを接地していないシールド非接地の機器直結型端末１２ｂ側において、低圧用避雷器（ＳＰＤ）２５をケーブル１４の非接地のシールドと接地との間に採用することが考えられる。すなわち、シールド接地線２０ｂに低圧用避雷器２５を介して接地する。この低圧用避雷器２５を採用したことが有効であることはインパルス試験により検証した（非特許文献１参照）。なお、図７では、図６と同一要素には同一符号を付している。

また、図８に示すように、ケーブル１４のシールドを両端接地にして、落雷時にシールドと絶縁筒１３ａとの間に発生する電圧を抑制することが考えられる。すなわち、シールドを接地しているシールド接地の機器直結型端末１２ａ側に加え、シールドを接地していないシールド非接地の機器直結型端末１２ｂ側においてもシールド接地線２０ｂを接地する。なお、図８では、図６と同一要素には同一符号を付している。

電気学会研究会資料、高電圧研究会ＨＶ－１８－８、４５頁～５０頁「機器直結型端末のシールド接地方式と改善策」、一般財団法人電気学会、２０１８年１月１８日発行

ところが、シールドを接地していないシールド非接地の機器直結型端末１２ｂ側において、低圧用避雷器２１を非接地シールドと接地と間に採用する場合は、低圧用避雷器２１は高価であり、低圧用避雷器２１の取り付けには取付器具であるＤＩＮレールや被覆電線及びそれを収納する線ぴ（ダクト）が必要になるためにコストがかかる。

加えて機器直結型端末１２を収納する機器収容箱内は狭隘であり、かつ低圧避雷器２１の取付スペースや取付自体を考慮していない設計であることが多いことから、実際に機器収容箱内に低圧用避雷器２１を取付ける作業は容易でない場合がある。さらには、機器収容箱内で充電運転中には安全の確保の面から該当する機器収容箱の扉を開けられないことから、低圧用避雷器２１が複数回の雷撃を受けたことで故障し故障表示が出ても、これを常時監視できず、落雷時に低圧避雷器が故障していると落雷から機器直結型端末１２を保護できなくなる恐れがある。このように、低圧用避雷器２１を機器収納箱内に新たに取り付ける雷保護対策は、機器直結型端末の長所である省スペース及び施工性の向上を阻害する要因となる。

一方、ケーブルのシールドを両端接地にすることで、落雷時にシールドと絶縁筒との間に発生する電圧を抑制することができるが、この場合は、シールドに常時電流が流れることからシールドでの損失が発生すると共に、ケーブルの心線（導体）に流れる電流も制限を受け、事故電流が分散し的確な事故検知の妨げとなる恐れがある、
本発明の目的は、ケーブルのシールドを片端接地した機器直結型端末を落雷時発生する電位差から保護でき、しかも低圧用避雷器を設置する場合に比べ、簡易な構成で施工性がよい機器直結型端末の雷保護装置を提供することである。

請求項１の発明に係る機器直結型端末の雷保護装置は、ケーブルの両端部に配置された機器直結型端末の近傍に落雷時のケーブルの落雷電流を大地に流す避雷器を有し、前記ケーブルの両端部の前記機器直結型端末のうちの片方の機器直結型端末側で前記ケーブルのシールドを接地した片端接地の機器直結型端末の雷保護装置において、前記ケーブルのシールドを非接地としたシールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に取り付けられた絶縁部材と、前記絶縁部材に搭載され前記シールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に電気的に接続された第１放電電極と、前記絶縁部材に搭載され前記ケーブルのシールドに電気的に接続された第２放電電極とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る機器直結型端末の雷保護装置は、請求項１の発明において、前記第１放電電極及び前記第２放電電極の形状は球形であることを特徴とする。

請求項３の発明に係る機器直結型端末の雷保護装置は、請求項１の発明において、前記第１放電電極及び前記第２放電電極の形状は針形又は棒形であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ケーブルのシールドを非接地としたシールド非接地の機器直結型端末の近傍の避雷器の接地端子部に絶縁部材を取り付け、絶縁部材に第１放電電極及び第２放電電極を搭載し、第１放電電極はシールド非接地の機器直結型端末の近傍の避雷器の接地端子部に電気的に接続し、第２放電電極はケーブルのシールドに電気的に接続するだけであるので、低圧避雷器自体が不要で、かつ機器収容箱に低圧用避雷器を取り付ける加工も不要であり雷保護装置が簡易にかつ省スペースで構成できる。落雷時に第１放電電極と第２放電電極との間で放電させるので、機器直結型端末の沿面放電を防止し機器直結型端末を保護することが可能となる。

請求項２の発明によれば、第１放電電極及び第２放電電極の形状は球形であるので、第１放電電極と第２放電電極との間での放電が安定し易くなり、同じ放電開始電圧である場合には、第１放電電極と第２放電電極との間隔を狭くでき小型化を図れる。

請求項３の発明によれば、第１放電電極及び第２放電電極の形状は針形又は棒形であるので、第１放電電極と第２放電電極との間で放電が始まり易くなり、同じ放電開始電圧である場合は第１放電電極と第２放電電極との間隔を狭くできさらに小型化を図れる。

本発明の実施形態に係る機器直結型端末の雷保護装置の説明図。 本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の一例を示す説明図。 本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の他の一例を示す説明図。 本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の別の他の一例を示す説明図。 本発明の実施形態に係る機器直結型端末の施工手順の説明図。 ケーブルのシールドを片端接地し機器直結型端末を落雷から保護する片端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置の従来の一例の説明図。 ケーブルのシールドを片端接地し機器直結型端末を落雷から保護する片端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置の従来の他の一例の説明図。 ケーブルのシールドを両端接地し機器直結型端末を落雷から保護する両端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置の従来の別の他の一例の説明図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の雷保護装置の説明図である。本発明の実施形態に係る機器直結型端末の雷保護装置は、図６に示した従来例に対し、ケーブルのシールド非接地の機器直結型端末１２ｂ側の避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに雷保護装置２６を追加して設けたものである。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図１において、ケーブルのシールド非接地の機器直結型端末１２ｂ側の避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂには雷保護装置２６が設けられている。雷保護装置２６は、絶縁部材２７、第１放電電極２８、第２放電電極２９から構成される。絶縁部材２７は避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに取り付けられ、絶縁部材２７には第１放電電極２８及び第２放電電極２９が搭載されている。第１放電電極２８は接続線３０で接地端子部２２ｂを介して接地線２３ｂに電気的に接続され、第２放電電極２９は接続線３１で電気的にシールド接地線２０ｂに接続されている。

シールド接地線２０ｂは接地されていない。なお、ケーブル１４の非接地のシールドは、遠方のシールド接地の機器直結型端末１２ａのシールドに接続されていることから、ケーブル１４の非接地シールド（シールド接地線２０ｂ）の電位はシールド接地の機器直結型端末１２ａのシールド電位（０Ｖ）である。一方、シールド非接地の機器直結型端末１２ｂの絶縁筒１３ｂの電位は、接地線２４ｂが接続された大地の接地電位である。

ここで、このような片端接地方式のシールド非接地の機器直結型端末１２ｂに落雷が発生すると落雷により接地電位が上昇し、シールド非接地の機器直結型端末１２ｂの絶縁筒１３ｂとシールドとの間には上昇した接地電位が印加されるが、本発明の実施形態では雷保護装置２６により、この印加電圧を抑制する。すなわち、雷保護装置２６は、落雷時にシールド非接地の機器直結型端末１２ｂの絶縁筒１３ｂとシールドとの間に印加される電圧が沿面放電開始電圧になる前に、第１放電電極２８と第２放電電極２９との間で放電開始させ機器直結型端末を保護する。

図２は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の一例を示す説明図であり、図２（ａ）は絶縁部材の斜視図、図２（ｂ）は第１放電電極及び第２放電電極の斜視図、図２（ｃ）は絶縁部材に第１放電電極及び第２放電電極を搭載した状態の斜視図である。

図２（ａ）において、絶縁部材２７は直角に配置された第１絶縁板３２と第２絶縁板３３とを有しＬ字型に形成されている。第１絶縁板３２には避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂを貫通する貫通孔３４が設けられ、この貫通孔３４に避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂが挿通することで絶縁部材２７は避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに取り付けられる。第２絶縁板３３には、第１放電電極２８を取り付けるための第１取付穴３５が設けられ、また、第２放電電極２９を取り付けるための第２取付穴３６が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、第１放電電極２８及び第２放電電極２９の頭部の形状は球形に形成されている。これは、放電が安定し易い形状とするためである。これにより、第１放電電極２８及び第２放電電極２９の放電開始電圧が同じである場合には、第１放電電極と第２放電電極との間隔を狭くでき小型化を図れる。

図２（ｃ）に示すように、絶縁部材２７の第１取付穴３５に第１放電電極２８を差し込んで固定し第１放電電極２８を絶縁部材２７に搭載し、同様に、絶縁部材２７の第２取付穴３６に第２放電電極２９を差し込んで固定し第２放電電極２９を絶縁部材２７に搭載する。これにより、第１放電電極２８及び第２放電電極を搭載した絶縁部材２７が構成される。

以上の説明では、頭部が球形の第１放電電極２８及び第２放電電極２９をＬ字型の絶縁部材２７に搭載した場合について説明したが、第１放電電極２８及び第２放電電極２９の頭部の形状は球形に代えて針形や棒形であってもよい。その場合、絶縁部材２７はＬ字型の絶縁部材２７に代えてコ字型の絶縁部材２７とする。

図３は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の他の一例を示す説明図である。この他の一例は、図２に示した一例に対し、絶縁部材をコ字型に形成し第１放電電極及び第２放電電極の頭部の形状を針形としたものである。図３（ａ）はコ字型の絶縁部材の斜視図、図３（ｂ）は針形の第１放電電極及び第２放電電極の斜視図、図３（ｃ）はコ字型の絶縁部材に針形の第１放電電極及び第２放電電極を搭載した状態の斜視図である。

図３（ａ）において、絶縁部材２７は直角に配置された第１絶縁板３２と第２絶縁板３３と第３絶縁板３８とを有しコ字型に形成されている。第１絶縁板３２には避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂを貫通する貫通孔３４が設けられ、この貫通孔３４に避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂが挿通することで絶縁部材２７は避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに取り付けられる。第２絶縁板３３には第１放電電極２８を取り付けるための第１取付穴３５が設けられ、また、第３絶縁板３８には第２放電電極２９を取り付けるための第２取付穴３６が設けられている。

図３（ｂ）に示すように、第１放電電極２８及び第２放電電極２９の頭部の形状は針形に形成されている。これは、放電が安定し易い形状とするためである。また、図３（ｃ）に示すように、絶縁部材２７の第２絶縁板３３の第１取付穴３５に第１放電電極２８を差し込んで固定し第１放電電極２８を絶縁部材２７に搭載し、同様に、絶縁部材２７の第３絶縁板３８の第２取付穴３６に第２放電電極２９を差し込んで固定し第２放電電極２９を絶縁部材２７に搭載する。これにより、針形の第１放電電極２８と第２放電電極２９とが向かい合う状態で、第１放電電極２８及び第２放電電極が絶縁部材２７に搭載される。針形の第１放電電極２８と第２放電電極２９とが向かい合う状態であるので、球形である場合に比較し、さらに小型化を図ることができる。

図４は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の別の他の一例を示す説明図である。この別の他の一例は、図２に示した一例に対し、絶縁部材をコ字型に形成し第１放電電極及び第２放電電極の頭部の形状を棒形としたものである。図４（ａ）はコ字型の絶縁部材の斜視図、図４（ｂ）は棒形の第１放電電極及び第２放電電極の斜視図、図４（ｃ）はコ字型の絶縁部材に棒形の第１放電電極及び第２放電電極を搭載した状態の斜視図である。

この場合も、図３に示した第１放電電極及び第２放電電極の頭部の形状を針形とした場合と同様に、棒形の第１放電電極２８と第２放電電極２９とが向かい合う状態であるので、球形である場合に比較し、さらに小型化を図ることができる。

このように、第１放電電極２８と第２放電電極２９との形状が針形や棒形である場合は、球形である場合に比較し、さらに小型化を図ることができる。また、第１放電電極２８及び第２放電電極２９ごとに異なる形状としてもよい。形状を変化させることによって、第１放電電極２８及び第２放電電極２９に発生する放電開始電圧を調整し、絶縁筒１３ｂとシールドとの間に発生する沿面放電開始電圧に合わせることができる。

図５は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の施工手順の説明図であり、図５（ａ）はシールド非接地の機器直結型端末およびその近傍の避雷器の接地端子部の概略図、図５（ｂ）は図５（ａ）の避雷器の接地端子部に本発明の実施形態の雷保護装置の第１放電電極及び第２放電電極を搭載した絶縁部材を取り付けた状態を示す概略図、図５（ｃ）は図５（ａ）の第１放電電極及び第２放電電極に配線を施し本発明の実施形態の雷保護装置を構成した状態を示す概略図である。なお、図５では、絶縁部材はＬ字型の絶縁部材で第１放電電極及び第２放電電極の形状は球形である場合を示しているが、コ字型の絶縁部材で第１放電電極及び第２放電電極の形状が針形又は棒形である場合も同様である。本発明の実施形態に係る機器直結型端末の施工手順は、以下の通りである。
（イ）図２（ｃ）に示すように、絶縁部材２７に２個の放電電極、すなわち、第１放電電極２８及び第２放電電極２９を取り付ける。
（ロ）図５（ａ）に示すように、避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂの接地線２３ｂを取り外した状態とする。そして、避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂを利用して、図５（ｂ）に示すように、第１放電電極２８及び第２放電電極２９を搭載した絶縁部材２７を避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに取り付ける。
（ハ）図５（ｃ）に示すように、避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに接地線２３ｂを取り付けるとともに、第１放電電極２８と避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂとの間に接続線３０で電気的配線を施す。
（ニ）そして、図５（ｃ）に示すように、第２放電電極２９とシールド接地線２０ｂとの間に接続線３１で電気的配線を施す。シールド接地線２０ｂと接続線３１は例えばボルコン３７で接続する。
（ホ）第１放電電極２８及び第２放電電極２９の間隔を調整する。第１放電電極２８及び第２放電電極２９の間隔の調整は、例えば、第１取付穴３５及び第２取付穴３６を長穴に形成しておき取付箇所を調整して行う。また。第１放電電極２８及び第２放電電極２９の間隔の調整により、例えば、１ｋＶ／ｍｍ×間隔の放電電圧を調整する。静電容量を介して高周波電流が流れることを避けるために間隔を長くすることも可能である。なお、第１放電電極２８及び第２放電電極２９の間隔は、手順（イ）において行うことも可能である。

この施工手順により、比較的簡単な方法でかつ省スペースで安価に落雷時に機器直結型端末を保護する雷保護装置が構成できる。すなわち、避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂに第１放電電極２８及び第２放電電極２９を搭載した絶縁部材２７を取り付け、第１放電電極２８と避雷器２１ｂの接地端子部２２ｂとの間、及び第２放電電極２９とシールド接地線２０ｂとの間に配線を施すだけなので、ＤＩＮレールや線ぴ（ダクト）を必要しない。従って、簡易な構成で施工性がよくしかも省スペースで安価な機器直結型端末の雷保護装置を提供できる。また、通常は片端接地と同等で、落雷時のみ両端接地方式と同等となるため、ケーブルのシールドに常時電流が流れることがなくシールドでの損失が発生することがない。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１１…ブッシング、１２…機器直結型端末、１３…絶縁筒、１４…ケーブル、１５…心線、１６…絶縁体、１７…半導電性テープ、１８…スペーサ、１９…封止部、２０…シールド接地線、２１…避雷器、２２…接地端子部、２３、２４…接地線、２５…低圧用避雷器、２６…雷保護装置、２７…絶縁部材、２８…第１放電電極、２９…第２放電電極、３０、３１…接続線、３２…第１絶縁板、３３…第２絶縁板、３４…貫通孔、３５…第１取付穴、３６…第２取付穴、３７…ボルコン、３８…第３絶縁板

Claims (3)

1. ケーブルの両端部に配置された機器直結型端末の近傍に落雷時のケーブルの落雷電流を大地に流す避雷器を有し、前記ケーブルの両端部の前記機器直結型端末のうちの片方の機器直結型端末側で前記ケーブルのシールドを接地した片端接地の機器直結型端末の雷保護装置において、
   前記ケーブルのシールドを非接地としたシールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に取り付けられた絶縁部材と、
   前記絶縁部材に搭載され前記シールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に電気的に接続された第１放電電極と、
   前記絶縁部材に搭載され前記ケーブルのシールドに電気的に接続された第２放電電極とを備えたことを特徴とする機器直結型端末の雷保護装置。
2. 前記第１放電電極及び前記第２放電電極の形状は球形であることを特徴とする請求項１記載の機器直結型端末の雷保護装置。
3. 前記第１放電電極及び前記第２放電電極の形状は針形又は棒形であることを特徴とする請求項１記載の機器直結型端末の雷保護装置。

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