JPH0797124B2 - 直列ギャップ付き避雷碍子装置の続流遮断特性試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は雷サージによる高電圧が送電線に印加されたと
き、それを速やかに大地へ放電するとともに、その後生
じる続流を電圧−電流特性が非直線性の酸化亜鉛等を主
材とする限流素子により遮断し、地絡事故の発生を防止
する直列ギャップ付き避雷碍子装置の続流遮断特性試験
装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、鉄塔の支持アームには懸垂碍子を介して送電線
が支持され、同じく前記支持アームには取次アダプタを
介して、内部に電圧−電流特性が非直線性を有する酸化
亜鉛を主材とする限流素子を内蔵した避雷碍子が前記懸
垂碍子と並列に装設され、前記懸垂碍子側に設けた課電
側の放電電極と、前記避雷碍子に設けた接地側の放電電
極との間に所定の気中放電間隙、つまり直列ギャップを
付与している。この送電線用避雷碍子装置の等価回路を
第４図に示すが、この回路により実使用状態における雷
撃処理までの動作原理を第５図に基づいて説明する。

正常時におては第４図に示すように送電線20と大地（鉄
塔、架空地線21））との間には懸垂碍子22を介して第５
図（ａ）に示すように商用周波の交流運転電圧Ｖが印加
されており、避雷碍子23に内蔵した限流素子24に印加さ
れる電圧V2（第５図（ｄ）参照）は殆ど零であるため、
両放電電極25,26間の直列ギャップＧにも前記運転電圧
Ｖとほぼ同じ大きさの交流電圧V1（第５図（ｃ）参照）
が印加され、該直列ギャップＧにより送電線20の運転電
圧Ｖが印加され、かつ絶縁状態が維持されている。

今、送電線20に雷が侵入すると、雷サージ電圧が第５図
（ａ）及び（ｃ）に示すように前記運転電圧Ｖ及びギャ
ップＧ間の電圧V1に重畳される。この急峻な雷サージエ
ネルギーの一部は限流素子24により吸収され、送電線20
と鉄塔との間の雷サージ電圧の高騰を抑制する。この雷
サージ電圧が所定値を越えると、限流素子24を経て直列
ギャップＧにフラッシオーバが生じ、限流素子24と直列
ギャップＧに第５図（ｂ）に示すように雷インパルス電
流Ｉが流れる。この雷インパルス電流Ｉの通過後は、運
転電圧Ｖが加わっているため、その続流電流Ivが直列ギ
ャップＧ及び限流素子24を経由して鉄塔へと流れる。こ
の続流電流Ivが前記直列ギャップＧと限流素子24により
遮断されたとき、該直列ギャップＧの絶縁が回復する。

なお、架空地線21に雷サージが入った場合にも同一原理
で作用する。

ギャップ併用型の避雷碍子装置において、望ましい続流
遮断特性を得るためには、限流素子24の電圧−電流特
性、直列ギャップＧの長さと形状及び運転電圧Ｖとの相
対的関係を適切な設計条件に選択する必要がある。

上記の適切な設計条件を得るため、交流の高電圧発生装
置（変圧器）に雷インパルス電圧発生装置を電気的に重
畳させる方法、すなわち、実使用状態を模擬した試験を
行い、設計条件の検討を行っていた。このような続流遮
断特性試験装置として従来第６図に示すものが提案され
た。この試験装置はバックアップ遮断器27に直列に接続
した適位相投入器28と、該投入器28に直列に接続した高
電圧及び高電流を発生するための交流トランス29と、該
交流トランス29の二次側端子に接続され、かつ避雷碍子
23を接続するための接続端子30,31と、直列ギャップＧ
を形成するための放電端子32,33と、さらに、交流トラ
ンス29の二次側端子に接続された雷インパルス電圧発生
装置34及び雷インパルス電流発生装置35とから構成され
ている。

そして、前記適位相投入器28を投入すると、交流トラン
ス29の二次側端子間に雷インパルス電圧発生装置34によ
り第５図（ａ）に示すように直列ギャップＧトリガ用の
雷インパスル電圧Ｖを発生させ、該インパスル電圧Ｖを
前記直列ギャップＧに印加させて、直列ギャップＧにフ
ラッシオーバを発生させ、該ギャップＧにおける続流の
遮断時間、あるいは限流素子24の残留電圧等の特性試験
を行っていた。そして、所定容量の限流素子24を使用し
た避雷碍子23における前記続流の遮断時間を測定するこ
とにより、限流素子24の動作開始電圧あるいは直列ギャ
ップＧの望ましい寸法を設定するようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の避雷碍子の続流遮断特性試験装置には、避雷
碍子の適用線路電圧が高くなるほど、限流素子24の長さ
や直径が大きくなり、かつ直列ギャップＧも大きくなる
ので、雷インパルス電圧発生装置34及び雷インパルス電
流発生装置35等の試験設備も大型化するという問題があ
った。又、雷インパルスを交流電圧位相に同期して重畳
するための適位相投入器28、そのシーケンサー36、続流
遮断失敗時のバックアップ遮断器27の他、図示しないが
交流電源への雷インパルス進入を防ぐフィルタ及び雷イ
ンパルス電源への交流続流を抑制する保護装置37を必要
とし、試験装置の大型化及び制御技術が高度化し、線路
電圧が275KV〜500KVの電圧階級になると、実現が困難に
なるという問題があった。

本発明の目的は雷インパルス電圧発生装置と、インパル
ス電圧発生装置を連接することによって必要となる保護
装置を省略することができるとともに、雷インパルス電
圧を運転電圧へ重畳するための制御技術を簡易化するこ
とができる直列ギャップ付き避雷碍子の続流遮断特性試
験装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、交流トランスと、 該交流トランスの一次側又は二次側端子に接続され、供
試体であるギャップ付き避雷碍子の有する続流遮断時間
より短い時間で電気的接続が可能となる開閉機構と、 該開閉機構と直接又は前記トランスを介して供試体であ
る前記避雷碍子の直列ギャップを形成するための放電端
子と、 前記放電端子に対しその直列ギャップの一部又は全長に
接続され、供試体である直列ギャップ付き避雷碍子固有
の続流遮断時間よりも短い時間で溶断する特性を備えた
ヒューズと、 前記トランスの二次側リード線に対し前記ヒューズと直
列に接続され、かつ避雷碍子の電極に導通する接続端子
とにより構成している。

（作用） 瞬時投入可能な開閉機構が投入されると、交流トランス
の二次側端子からは直列ギャップに接続したヒューズ及
び避雷碍子の限流素子に高電圧が印加され、前記ヒュー
ズは瞬時に溶断される。その後、直列ギャップの間に続
流電流が流れるが、この電流は限流素子及び直列ギャッ
プにより抑制遮断される。

このように本発明では高電圧発生用のトランスと瞬時投
入可能な開閉機構及び放電端子にヒューズを使用するこ
とにより、放電端子の直列ギャップに雷インパルスでの
フラッシオーバ短絡によらず、交流電圧の突印によって
続流電流を容易に発生させることができ、試験装置の簡
素化及び小型化が計られる。

（実施例） 以下に本発明を具体化した一実施例を第１図〜第３図を
用いて説明する。

第１図中符号１は高圧線に接続した交流トランスであっ
て、その二次側端子にはリード線l1,l2により瞬時に投
入可能な開閉機構２が接続されている。この開閉機構２
は例えばSP支持碍子３に支持された球状の固定接触子４
と、同じくSP支持碍子３に支持された支持軸５を中心に
回動する操作アーム６と、該操作アーム６の先端に止着
され、かつ前記固定接触子４に接離可能に対応し、かつ
背面に板状の接触子片７を止着された球状の可動接触子
８と、前記操作アーム６を瞬時に回動するコイルバネを
主体とする駆動機構９とから構成されている。

前記固定接触子４にはリード線l3が接続され、該リード
線l3と前記リード線l2にはヒューズ11を接続し、かつ直
列ギャップＧを形成するための放電端子12,13が設けら
れ、さらに、限流素子24を内蔵した避雷碍子23の両端電
極に導通する接続端子14,15が前記放電端子12,13と直列
に設けられている。

次に、前記にように構成したギャップ併用型避雷碍子装
置の続流遮断試験装置について、その作用を説明する。

今、前記放電金具12,13の間にヒューズ11を接続し、か
つ接続端子14,15の間に避雷碍子23の限流素子24を接触
させた状態で、電源供給装置（図示略）から巻線比を1:
33とする交流トランス１に所定の電圧（例えば3.3KV）
を印加すると、該トランス１の二次側端子には第２図
（ａ）に示すように交流の印加電圧Ｅ（例えば300KV）
が発生する。この状態で開閉機構２の駆動機構９を操作
して操作アーム６及び可動接触子８を固定接触子４に向
かって瞬時に回動する。可動接触子８が固定接触子４に
完全に接触する以前に、両接触子4,8の間でフラッシオ
ーバし開閉機構２が実質的に投入状態となる。このフラ
ッシオーバ電圧は両接触子4,8が球状となっており、平
等電界を維持しているため、第２図（ｂ）に示すように
印加電圧Ｅの波高値近辺となる。この実施例では波高値
の電圧Ｖを瞬時に印加するが、これはヒューズ11の溶断
時間を短くするためである。なお、前記可能接触子８が
固定接触子４に完全に接触すると、完全な電気的導通状
態となる。

前記可動接触子８の移行速度は、速ければ速い程良く、
避雷碍子23の続流遮断特性に大きな影響を与えない範
囲、すなわち、印加電圧Ｅの周波数をｆとして、避雷碍
子23の続流遮断時間がｆ分の１（1/f）である場合に
は、その10分の１（1/10f）以下が望ましい。1/2fでも
よいが、（1/f−1/2f）だけ誤差が含まれることにな
る。

前記支持碍子３の両端間、つまりリード線l3,l4間に第
２図（ｂ）に示すように電圧Ｅの波高値の電圧Ｖが印加
されると、直列ギャップＧを模擬した放電端子12,13に
接続したヒューズ11及び限流素子24に第２図（ｅ）に示
すように急峻な電流Ｉが流れる。そして、この急峻電流
Ｉによりヒューズ11が溶断するまでは、ヒューズ11の電
気抵抗は殆ど零であるため、限流素子24には第２図
（ｄ）に示すように前記フラッシオーバ電圧Ｖと同じ電
圧V2が発生する。そして、前記ヒューズ11が溶断する
と、放電端子12,13の直列ギャップＧ間にアーク放電が
生じ、そのアーク抵抗により、該直列ギャップＧには第
２図（ｃ）に示すように小さい電圧V1が発生する。さら
に、前記ヒューズ11が溶断した後、限流素子24の電圧−
電流特性（続流遮断特性）に基づいて、直列ギャップＧ
間でのアーク電流が限流され遮断され、前記電圧V2、電
流Ｉが第２図（ｄ），（ｅ）に示すように急激に低下し
て零となり、ギャップＧ間の電圧V1の絶縁が第２図
（ｃ）に示すように回復する。

前述したように前記ヒューズ11は急峻電流Ｉにより瞬時
に溶断される。このヒューズ11の溶断特性、つまり電流
ｉと時間ｔは、急峻電流Ｉと限流素子24の続流遮断時間
1/fに比べそれぞれ小さく設定することが必要である。
すなわち、ｉ＜Ｉ、ｔ＜＜1/fに設定するのが望まし
い。具体的には前述した開閉機構２の投入速度と同様
に、1/10f以下が望ましく、1/2fでも良いが誤差が生じ
る。

その後、前記開閉機構２を開放すると、第２図（ｂ）及
び（ｃ）に示すように運転電圧Ｖ及びギャップＧの電圧
V1が消滅する。

さて、本発明実施例においては、瞬時に投入機能な開閉
機構２により直列ギャップＧに接続したヒューズ11に急
峻な電流Ｉを流して所定時間内に溶断させ、その後避雷
碍子23の直列ギャップＧ間に発生する続流アークを限流
素子24及び直列ギャップＧにより遮断するように構成し
たので、限流素子24の続流遮断電流容量が大きくなり、
かつ直列ギャップＧが長くなっても、ヒューズ11をそれ
に応じて取り替えるとともに、交流トランス１による印
加電圧Ｅを調整することにより、避雷碍子の続流遮断特
性試験を行うことができ、従って高電圧発生装置（交流
トランス）、開閉機構２及びヒューズ11のみで、高電圧
階級に適用される直列ギャップ付き避雷碍子装置の続流
遮断特性試験を行うことができる。

なお、本発明は次にように具体化することも可能であ
る。

（１）前記実施例では開閉機構２として球状の固定接触
子４及び可動接触子８を使用したが、これに代えて、球
状の接触子4,8と同様に平等電界を発生させることがで
きるロゴスキー電極（図示略）を使用すること。

（２）第１図に示したπ/2又は３π/2しか投入位相を選
択することができない前記開閉機構２に代えて、投入位
相を０〜π、π〜２πまで自由に選択することができる
適位相投入器（図示略）を開閉機構として使用するこ
と。

（３）前記実施例では開閉機構２の投入動作をコイルバ
ネを主材とする駆動機構９により行うようにしたが、こ
れに代えて、流体圧力、モータあるいは電磁力等の手段
を利用して投入動作すること。

（４）前記ヒューズ11は金属ヒューズ、非金属の酸化し
易い例えばカーボン繊維等の材料でも良い。但し、後者
の方が望ましい。金属ではアーク溶断時に完全に酸化さ
れず、電化を帯びた金属粒子となって浮遊するため、適
正な遮断特性試験の妨げとなるからである。

ところで、前記実施例では第１図に示すようにヒューズ
11を前記直列ギャップＧの全長に取着したが、これに代
えて図示しないが部分ギャップのギャップ長を交流印加
電圧によりフラッシオーバが生じるのに充分短い長さに
設定することを条件に部分的に取着することもできる。
両者の相違点を述べると、次にようになる。

第３図（ａ）は実使用状態における直列ギャップＧのみ
の従来の試験装置の動作を示す。この状態では直列ギャ
ップＧの間に続流アークが発生すると、放電端子32,33
がアークにより溶損し、これによる金属蒸気が供給され
る。又、第３図（ｂ）は直列ギャップＧ全体にヒューズ
11を接続した本発明の前述した実施例の場合である。こ
の場合には、放電端子12,13のアークによる溶損ととも
に、ヒューズ11が溶損して金属蒸気となるため、ヒュー
ズ11の溶損蒸気分が余分となる。従って、第３図（ｃ）
に示すように部分ヒューズ11として溶損蒸気の量を抑制
するのが望ましい。

なお、本発明に近似した技術として、図示しないが、ヒ
ューズ11を使用しないで、放電端子12,13の直列ギャッ
プＧを可変として、このギャップ長を放電端子12,13を
瞬時に可変することにより、つまり最初は印加される交
流電圧でフラッシオーバするギャップ長に短く設定して
おき、開閉機構２の投入と同時に短い状態のギャップ長
でフラッシオーバさせ、その後前記投入動作とほぼ同期
して直列ギャップＧの間隔を瞬時に評価したい目的ギャ
ップ長に拡大するものも考えられる。この場合にはヒュ
ーズからの溶損した金属蒸気が出ないので、続流遮断試
験がより正確に行える。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明のギャップ併用型避雷碍子
装置の続流遮断試験装置は、高電圧発生装置、開閉機構
及びヒューズのみによって、高電圧階級に適用される避
雷碍子の続流遮断試験も容易に行うことができ、雷イン
パルス電圧発生装置及び雷インパルス電流発生装置、あ
るいは特別の保護装置や制御装置等を省略して試験装置
の小型化及び簡素化を計りコストダウンを計ることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す直列ギャップ付き避雷
碍子装置の続流遮断試験装置全体を示す略体回路図、第
２図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ続流遮断試験動作を説明
するためのグラフ、第３図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ直
列ギャップの続流アークによる溶損状態を説明するため
の部分略体正面図、第４図は従来のギャップ併用型避雷
碍子装置の等価回路図、第５図（ａ）〜（ｄ）はそれぞ
れ第４図の避雷碍子装置の動作を説明するためのグラ
フ、第６図は従来のギャップ併用型避雷碍子装置の続流
遮断試験装置全体を示す略体回路図である。 １……交流トランス、２……開閉機構、３……支持碍
子、４……固定接触子、５……支持軸、６……操作アー
ム、７……接触子片、８……可動接触子、９……駆動機
構、11……ヒューズ、12,13……放電端子、14,15……接
続端子、23……避雷碍子、24……限流素子、Ｇ……直列
ギャップ、Ｅ……印加電圧、Ｖ……運転電圧、V1……直
列ギャップＧ間の電圧、V2……限流素子間の電圧、Ｉ…
…ギャップ及び限流素子に流れる電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流トランス（１）と、 該交流トランス（１）の一次側又は二次側端子に接続さ
   れ、供試体であるギャップ付き避雷碍子の有する続流遮
   断時間より短い時間で電気的接続が可能となる開閉機構
   （２）と、 該開閉機構（２）と直接又は前記トランスを介して供試
   体である前記避雷碍子の直列ギャップ（Ｇ）を形成する
   ための放電端子（12,13）と、 前記放電端子（12,13）に対しその直列ギャップ（Ｇ）
   の一部又は全長に接続され、供試体であるギャップ付き
   避雷碍子（23）固有の続流遮断時間よりも短い時間で溶
   断する特性を備えたヒューズ（11）と、 前記トランス（１）の二次側リード線（l1,l2）に対し
   前記ヒューズ（11）と直列に接続され、かつ前記避雷碍
   子（23）の電極に導通する接続端子（14,15）と により構成したことを特徴すとする直列ギャップ付き避
   雷碍子装置の続流遮断特性試験装置。