JPH05343207A - タンク形避雷器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 並列分流特性が良好で、１０００ｋＶ級の超
大型機器に適用した場合にも十分な機械的強度が得ら
れ、組立作業性が良好で設計の自由度が高く、信頼性及
び実用性に優れたタンク形避雷器を提供する。 【構成】 優れた非直線性を有する複数個の非直線抵抗
体８を直列に積み重ねて形成される非直線抵抗体群（素
子群）１０を並列に複数個接続してタンク１内に収納す
る。複数個の非直線抵抗体群（素子群）１０の各々を、
非直線抵抗体群の数に等しい数の絶縁筒２内に他の非直
線抵抗体群（素子群）１０と電気的・機械的に独立して
個別に収納する。一般的には、複数個の絶縁筒２と非直
線抵抗体群（素子群）１０を、高圧側と接地側の端部の
みで連結板４などを介して電気的・機械的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化亜鉛素子などの複
数個の非直線抵抗体を直列に積み重ねて形成される非直
線抵抗体群を並列に複数個接続してタンク内に収納して
なるタンク形避雷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】タンク形避雷器は、複数個の非直線抵抗
体からなるスタック状の非直線抵抗体群を並列に複数個
接続することにより、容易に高電圧、重責務形の避雷器
を構成できるという利点を有している。このようなタン
ク形避雷器のうち、１０００ｋＶ級の高電圧系統に適用
される避雷器としては、主に下記の二つの理由から、非
直線抵抗体群として複数（４並列）の酸化亜鉛素子群を
並列接続した構成が考えられている。 （１） 機器及び送電線路の小型化の目的で、避雷器の
制限電圧（保護レベル）が極めて低く設定されており、
この低い制限電圧を実現するために、酸化亜鉛素子群を
並列接続し、各酸化亜鉛素子群に流れるサージ電流値を
減らして制限電圧を下げる必要がある。 （２） 送電線路の導体径、導体数が増大するため、サ
ージインピーダンスが下がり、開閉動作責務がより厳し
くなる。加えて、負荷遮断などによる短時間過電圧責務
もより厳しくなるなど、必要なエネルギー耐量がより大
きくなるため、酸化亜鉛素子群を並列接続してエネルギ
ー耐量を上げる必要がある。

【０００３】そして、このような避雷器においては、各
酸化亜鉛素子群に流れる分流電流をできるだけ均一にす
ることが重要である。特に、酸化亜鉛素子は良好な非直
線特性を有するので、各酸化亜鉛素子群の電圧−電流特
性（Ｖ−Ｉ特性）が全領域にわたってできるだけ同じに
なるように素子特性を揃える必要がある。

【０００４】以上のような並列接続構成の１０００ｋＶ
級の高電圧系統用のタンク形避雷器として従来考えられ
ている構成の一例を図４及び図５に示す。この場合、図
４は避雷器全体の構成を示す断面図、図５は図４のＢ矢
視断面図である。これらの図に示すように、垂直方向に
配置された円筒状の接地タンク１内には、長尺、太径の
１本の絶縁筒２が接地タンク１と同軸状に配置され、そ
の下端部にて接地タンク１側の底部フランジ３に固定さ
れ、支持されている。また、図中４は連結板、５はスラ
イドコンタクト、７はシールドリング、８は非直線抵抗
体、９は絶縁スペーサ、１０は非直線抵抗体群（以下に
は素子群と称する）である。

【０００５】この場合、絶縁筒２内には、複数枚の円板
状の非直線抵抗体８を直列に接続してなる４列の素子群
１０が、４列全体をカバーする金属製の連結板４を介し
て４ブロック積み重ねられると共に、この積層体の上下
端部にも連結板４が配置され、内部要素が構成されてい
る。すなわち、同じ列の４ブロックの素子群１０が連結
板４によって直列接続され、機械的に接続されると共
に、４列の素子群１０間が金属板４によって並列接続さ
れ、機械的に接続されることにより、内部要素が構成さ
れている。このように複数列の素子群の各々が複数ブロ
ックに分割され、共通の連結板４を介して接続される構
造は、十分な機械的強度を確保するために必要である。
なお、このような構成を有する絶縁筒２内の内部要素の
電気的等価回路は、図６に示すようになる。

【０００６】さらに、素子群１０の上端部の連結板４
は、スライドコンタクト５に電気的・機械的に接続され
ると共に、絶縁スペーサ９を介して外部に導出されてい
る。また、絶縁筒２の高圧側となる上部の外周には、シ
ールドリング７が配置され、素子群１０の上端部の連結
板４に電気的・機械的に接続されている。一方、素子群
１０の下端部の連結板４は、絶縁筒２と共に接地タンク
１側の底部フランジ３に支持され、接地されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のタンク形避雷器においては、次に示すよう
ないくつかの問題が存在している。

【０００８】（１） 十分な機械的強度を得るために、
並列接続される複数列の素子群の各々がさらに複数ブロ
ックに分割されていることから、最小単位となる各素子
群（ブロック単位の素子群）の素子直列枚数が減少して
しまい、この結果、並列分流特性が悪くなる。すなわ
ち、個々の素子特性のバラツキは一般に正規分布をなし
ていると考えられる。そして、このようなバラツキを有
する素子を積み上げて構成される素子群間のＶ−Ｉ特性
のバラツキは、素子直列枚数が大きくなるほど小さくな
る。（統計学的には、素子群間の特性のバラツキは、素
子直列枚数をＮとした場合、１／Ｎ^1/2 に比例して小さ
くなる。）また、このような素子直列枚数と並列分流特
性の関係は、図７に示すようになる。

【０００９】（２） 十分な機械的強度を得るために、
並列接続される複数列の素子群の各々がさらに複数ブロ
ックに分割され、連結板を介して接続されているが、こ
の構造にもかかわらず、輸送や地震などの振動・衝撃に
対しては、絶縁筒及び内部要素の機械的強度に問題があ
る。すなわち、例えば、定格１０００ｋＶ級の避雷器を
想定した場合、絶縁筒内に収納される内部要素全体は、
直径約１ｍ、高さ約４ｍ、重量約２ｔｏｎにも達する大
型の重量物となる。このような大型の重量物の輸送は、
横置き状態で行われることになるが、この場合には、約
２ｔｏｎの重量物に約３Ｇもの衝撃が加わることにな
る。従って、１本の絶縁筒に極めて強大な衝撃力が加わ
ることになるため、絶縁筒には高い曲げ強度が要求され
ることになる。しかしながら、現段階において、このよ
うな高い曲げ強度を有する実用性の高い絶縁筒を得るこ
とは技術的に困難である。

【００１０】（３） 組立作業性が悪く、製造コストが
高くなるため、実用面で不利である。すなわち、組立作
業に際しては、分割された多数の素子群を連結板を介し
て個別に順序良く配置しなければならない上、直列接続
される複数ブロックの素子群間を整合させなければなら
ないため、組立作業性が極めて悪くなり、製造コストも
高くなる。また、前記（２）項の機械的強度の問題を解
決するために、絶縁筒の肉厚寸法を大きくすることで必
要な曲げ強度を実現することも考えられるが、この場合
には、絶縁筒の外径寸法が極めて大きくなり、避雷器全
体をさらに大型化させてしまう上、絶縁筒の製造コスト
が高くなってしまうため、実用面で極めて不都合であ
る。

【００１１】（４） １本の絶縁筒内に必要な素子群及
び連結板の全てを配置する構成であるため、並列に接続
する素子群の数の異なる別仕様の避雷器を製造する場合
には、寸法の異なる別の絶縁筒や連結板などが新たに必
要となり、設計の自由度が低い。

【００１２】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、並
列分流特性が良好で、１０００ｋＶ級の超大型機器に適
用した場合にも十分な機械的強度が得られ、組立作業性
が良好で設計の自由度が高く、信頼性及び実用性に優れ
たタンク形避雷器を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によるタンク形避
雷器は、優れた非直線性を有する複数個の非直線抵抗体
を直列に積み重ねて形成される非直線抵抗体群（素子
群）を並列に複数個接続してタンク内に収納してなるタ
ンク形避雷器において、前記複数個の非直線抵抗体群
（素子群）の各々を、非直線抵抗体群の数に等しい数の
絶縁筒内に他の非直線抵抗体群（素子群）と電気的・機
械的に独立して個別に収納したことを特徴としている。
一般的には、複数個の絶縁筒と非直線抵抗体群（素子
群）を、高圧側と接地側の端部のみで電気的・機械的に
接続することが望ましい。

【００１４】

【作用】以上のように構成された本発明のタンク形避雷
器においては、並列に接続する各素子群を、それぞれ、
他の素子群とは電気的・機械的に独立して収納すること
により、以下のような作用が得られる。なお、以下の説
明においては、並列接続の単位となる電気的に直列の１
列の素子群を意味する言葉として、「電気的に１列の素
子群」という言葉を使用する。

【００１５】（１） 電気的に１列の素子群を１本の絶
縁筒内に収納することにより、電気的に１列の素子群を
複数のブロックに分割した場合に比べて、各素子群の素
子直列枚数を増大できるため、前述したような素子直列
枚数と並列分流特性の関係から、素子群間の分流電流を
均一化でき、並列分流特性を向上できる。

【００１６】（２） 電気的に１列の各素子群を対応す
る個別の絶縁筒内の個別の内部要素として分離して収納
することにより、全ての列の素子群を単一の絶縁筒内に
単一の内部要素として一括して収納した場合に比べて、
１本の絶縁筒あたりの機械的負担を格段に軽減でき、絶
縁筒全体として十分な機械的強度を確保できる。すなわ
ち、絶縁筒の強度は内部荷重による曲げモーメントに依
存する。一般に、曲げ応力σは、曲げモーメントをＭ、
断面係数をＺとすると、式［σ＝Ｍ／Ｚ］で与えられ
る。そして、本発明のように電気的に１列の各素子群を
個別の絶縁筒内の個別の内部要素として分離した場合に
は、１本の絶縁筒に加わる荷重は、分離数（並列数）ｎ
に応じて１／ｎに減少するため、曲げモーメントＭが１
／ｎになる。従って、曲げ応力σを同じとすれば、絶縁
筒の断面係数Ｚは１／ｎでよいことになる。

【００１７】（３） 電気的に１列の各素子群を対応す
る個別の絶縁筒内の個別の内部要素として分離して収納
することにより、電気的に１列の素子群を収納した１本
の絶縁筒を１ユニットとして絶縁筒及び素子群の全体を
ユニット化することができる。従って、組立作業に際し
ては、必要な数の同一規格のユニットを複数個配置する
だけで素子群の全体を容易に組み立てることができるた
め、１本の絶縁筒内に多数個の素子群及び連結板を配置
した場合に比べて、組立作業性を格段に向上でき、製造
コストも低減できる。

【００１８】（４） 前記（３）項のように、絶縁筒及
び素子群の全体をユニット化することができるため、並
列に接続する素子群の数の異なる別仕様の避雷器を製造
する場合でも、必要数のユニットをタンク内に配置する
だけで容易に別仕様の避雷器を製造でき、設計の自由度
が高い。

【００１９】

【実施例】以下には、本発明によるタンク形避雷器を、
１０００ｋＶ級の高電圧系統用の４並列のタンク形避雷
器に適用した一実施例について、図１乃至図３を参照し
て説明する。この場合、図１は避雷器全体の構成を示す
断面図、図２は図１のＡ矢視断面図、図３は図１の非直
線抵抗体群（素子群）の電気的接続状態を示す模式図で
ある。

【００２０】これらの図に示すように、垂直方向に配置
された円筒状の接地タンク１内には、並列数と同じ４本
の絶縁筒２が、接地タンク１の中心軸に対して対称にな
る形で同軸方向に整列して配置されている。各絶縁筒２
の接地側フランジは、その下端部にて接地タンク１側の
底部フランジ３にボルト締めによって固定され、支持さ
れている。各絶縁筒２の高圧側フランジは、連結板４に
機械的に接続されており、この連結板４を介して４本の
絶縁筒２が機械的に強固に接続されている。

【００２１】さらに、連結板４によって一体化された絶
縁筒群は、その頭部にて、スライドコンタクト５を介
し、支持絶縁筒６により強固に支持・固定されている。
また、絶縁筒群の高圧側となる上部の外周には、シール
ドリング７が配置され、連結板４に電気的・機械的に接
続されている。このシールドリング７は、非直線抵抗体
８の軸方向電位分布を均等化する機能を有すると共に、
絶縁スペーサ９を介して外部に導出されている。

【００２２】そして、以上のようにそれぞれ独立して構
成された個々の絶縁筒２内には、並列接続の単位となる
電気的に直列の１列の素子群（非直線抵抗体群）１０
が、それぞれ、他の素子群と電気的・機械的に分離・独
立して収納配置されている。電気的に１列の素子群１０
は、図２に示すように、絶縁筒２内において、物理的に
は３列に分けて配置され、図３に示すように、この３列
の非直線抵抗体８が、電気的に１列となるように直列接
続されている。この場合、各絶縁筒２内の素子群１０の
上端部は、連結板４に電気的・機械的に接続され、この
連結板４を介してシールドリング７に電気的・機械的に
接続されている。また、各絶縁筒２内の素子群１０の下
端部は、絶縁筒２と共に接地タンク１側の底部フランジ
３に支持され、接地されている。

【００２３】以上のような構成を有する本実施例のタン
ク形避雷器においては、電気的に１列の素子群１０の素
子直列枚数を、前記従来例に比べて、ほぼ４倍に増大で
きる。従って、前述したような素子直列枚数と並列分流
特性の関係から、素子群１０間の並列分流特性のバラツ
キを、統計学的にほぼ１／２にできる。

【００２４】また、４列の素子群１０を対応する４本の
絶縁筒２内に個別に収納したことにより、１本の絶縁筒
２内に全ての素子群１０を収納していた前記従来例に比
べて、１本の絶縁筒あたりの機械的負担をほぼ１／４に
軽減できる。従って、定格１０００ｋＶ級の避雷器にお
いても、１本の絶縁筒２に技術的に困難な高い曲げ強度
が要求されることはなく、ある程度の曲げ強度を有する
４本の絶縁筒２を使用することによって、輸送や地震な
どの振動・衝撃に対しても十分な機械的強度を確保でき
る。

【００２５】さらに、内部要素を収納した４本の絶縁筒
２を、全て、同一規格のユニットとしてユニット化した
ため、組立作業に際しては、同一規格の４本のユニット
を配置するだけで素子群１０の全体を容易に組み立てる
ことができる。従って、１本の絶縁筒２内に多数の素子
群１０及び連結板４を収納していた前記従来例に比べ
て、組立作業性を格段に向上でき、製造コストも低減で
きる。そしてまた、このように同一規格のユニットを使
用しているため、並列数の異なる別仕様の避雷器を製造
する場合にも、必要数のユニットを接地タンク１内に配
置するだけで仕様変更が可能であり、前記従来例に比べ
て設計の自由度が格段に向上している。

【００２６】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、各絶縁筒内における具体的な非直
線抵抗体の接続・配置構成は適宜変更可能である。ま
た、本発明は、複数個の素子群を並列接続してなるタン
ク形避雷器一般に広く適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
並列接続の単位となる複数個の非直線抵抗体群の各々
を、対応する個別の絶縁筒内に独立して収納することに
より、並列分流特性が良好で、１０００ｋＶ級の超大型
機器に適用した場合にも十分な機械的強度が得られ、組
立作業性が良好で設計の自由度が高く、信頼性及び実用
性に優れたタンク形避雷器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタンク形避雷器を１０００ｋＶ級
の高電圧系統用の４並列のタンク形避雷器に適用した一
実施例において、避雷器全体の構成を示す断面図。

【図２】図１のＡ矢視断面図。

【図３】図１の非直線抵抗体群（素子群）の電気的接続
状態を示す模式図。

【図４】１０００ｋＶ級の高電圧系統用のタンク形避雷
器として従来考えられている構成の一例を示す断面図。

【図５】図４のＢ矢視断面図。

【図６】図４のタンク形避雷器における絶縁筒内の内部
要素の電気的等価回路を示す回路図。

【図７】素子直列枚数と並列分流特性の関係を示す特性
図。

【符号の説明】

１…接地タンク ２…絶縁筒 ３…底部フランジ ４…連結板 ５…スライドコンタクト ６…支持絶縁筒 ７…シールドリング ８…非直線抵抗体 ９…絶縁スペーサ １０…素子群（非直線抵抗体群）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 優れた非直線性を有する複数個の非直線
   抵抗体を直列に積み重ねて形成される非直線抵抗体群を
   並列に複数個接続してタンク内に収納してなるタンク形
   避雷器において、 前記複数個の非直線抵抗体群の各々を、非直線抵抗体群
   の数に等しい数の絶縁筒内に他の非直線抵抗体群と電気
   的・機械的に独立して個別に収納したことを特徴とする
   タンク形避雷器。