JPH0963809A

JPH0963809A - 酸化亜鉛形避雷器

Info

Publication number: JPH0963809A
Application number: JP23613295A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sugiyama; 修一杉山; Shinichi Kai; 慎一甲斐
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化亜鉛形避雷器の運転時における酸化亜鉛素
子の内部で発生する熱の放熱特性を高めて、温度上昇を
少なくした素子寿命特性の優れた酸化亜鉛形避雷器の構
造を提供する。【解決手段】酸化亜鉛素子１を貫通する貫通孔５に密着
して挿着された絶縁支持部材を中空の絶縁筒７として、
この絶縁筒７の中空部８に冷却媒体９を流通する構成と
することにより、素子１内部で発生する熱を前記冷却媒
体９で冷却されている絶縁筒７を介して前記冷却媒体９
に放熱するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、非線形抵抗の酸
化亜鉛素子の貫通孔に絶縁支持部材を挿着して絶縁支持
された酸化亜鉛素子の積層体から構成された酸化亜鉛形
避雷器の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０〜図１２は従来の酸化亜鉛形避雷
器の構造を示すものであり、図１０及び図１１は酸化亜
鉛素子の積層体を絶縁支持するそれぞれ異なる構成の酸
化亜鉛形避雷器の要部断面図、図１２は図１１の酸化亜
鉛素子の構成図であり、（ａ）は平面図，（ｂ）は断面
図である。避雷器は酸化亜鉛素子が開発されてからは、
その優れた電圧−電流の非直線性を有する高非直線抵抗
素子を用いた酸化亜鉛形避雷器が主流となっている。こ
の酸化亜鉛形避雷器の構成はその用途により異なるが、
定格電圧に従って酸化亜鉛素子を所定数積層した積層体
の両端に外部電源と接続する主電極を設けて、がい管か
らなる容器内に収納するがいし形避雷器と、ＳＦ₆等の
絶縁性ガスを封入した金属製タンクの容器に収納したタ
ンク形避雷器とがある。前記した容器に収納された酸化
亜鉛素子（以下素子と称する）の積層体は、使用時に素
子間で横ずれを起こさないように、主電極間に連結して
設けたガラス絶縁積層材等からなる絶縁支持部材で積層
体を軸方向に押圧して絶縁支持する構造が採られてい
る。

【０００３】図１０に示す酸化亜鉛形避雷器は、円板状
の所定数積層された素子１の外側の周方向に主電極２，
２にて両端を固定された複数の絶縁支持棒３にて軸方向
に押圧し絶縁支持された素子１の積層体を、容器４に収
納する構成となっている。また、図１１に示す酸化亜鉛
形避雷器は、上記した絶縁支持棒３にて素子１を押圧し
支持する構造とは違い、図１２に示す積層方向に貫通す
る円状の貫通孔５を設けた素子１を所定数積層して、こ
の貫通孔５に絶縁積層材からなる絶縁支持部材６を貫挿
して、この絶縁支持部材６の両端部を主電極２，２で保
持することにより素子１の積層体を押圧し絶縁支持して
固定し、横ずれを防止する構造を採用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】酸化亜鉛形避雷器に送
電線への落雷により主電極２を介して過電圧が加わる
と、素子１の非線形特性によりこの酸化亜鉛形避雷器の
端子電圧を低く押さえるように素子１に放電電流が流
れ、その一部が素子１内で熱に変換されて、送電線路の
懸垂がいし、耐張がいしや送電線端末の変圧器等の機器
の対地絶縁が保護される。ところで、避雷器は前記した
線路に接続された連続運転電圧のもとでは、特に直列ギ
ャップのない酸化亜鉛形避雷器では半永久的に耐える能
力が必要であるばかりではなく、運転時の各種過電圧が
加わって放電電流が流れた後も、短時間の定格電圧及び
連続運転で素子１が温度上昇することにより、抵抗分の
漏れ電流が増大して破壊することのないことが必要であ
る。特に、前記した素子１の電圧−電流の非直線性は温
度特性を示し、温度が上昇すると抵抗値が減少する特性
を有しているので、酸化亜鉛形避雷器では前記した雷又
は開閉サージ等の過電圧が加わることによる放電電流に
よる素子１の加熱により破壊しないことの他に、過電圧
後においても温度上昇による素子１の熱暴走が発生しな
いことが、素子寿命を決定する重要な要因となる。

【０００５】ところで、前記した酸化亜鉛形避雷器にお
ける素子に一定電圧を印加した場合に発生する熱量は、
素子の電圧・電流の時間積であり、過電圧時では温度が
変化し指数関数的に増大する。一方、素子に発生する熱
量の放熱は、前記した図１０及び図１１の素子１の積層
体から主電極２を介してこれらを支持する図示しない支
持体を介して容器４へ、又は素子１の積層体外周部より
容器内の絶縁性ガス等へそれぞれ熱伝達による自然放冷
によるものであるが、この自然放冷による素子１の冷却
による温度低下よりも、前記した過電圧後における素子
１の温度上昇が大きくなると、素子１の熱暴走を引き起
こすことになる。しかも、図１１に示す絶縁支持部材５
を素子１の貫通孔５に挿着して支持する酸化亜鉛形避雷
器の構造では、素子１が図１２に示すように両端面にア
ルミを蒸着して形成された蒸着電極１ａと、素子１の絶
縁のために素子１の外周面及び貫通孔５側の内周面に熱
伝導率の悪い無機系の絶縁体１ｂで絶縁層を形成した構
成からなっており、かつ前記したように素子１の貫通孔
５には絶縁支持部材６が挿着されているために、素子１
の外周側への自然冷却効率が劣り、運転時の素子１の内
部で発生した熱の放熱がしにくく、素子１の冷却に時間
を要するという問題があった。このため素子１の内部に
熱が蓄積することによる破壊の恐れのない冷却効率のよ
い寿命特性の優れた酸化亜鉛形避雷器の構造が必要とさ
れていた。

【０００６】この発明の課題は、酸化亜鉛素子の貫通孔
に絶縁支持部材を挿着して絶縁支持した構成からなる酸
化亜鉛形避雷器の運転時における素子の温度上昇を少な
くした、素子寿命特性の優れた酸化亜鉛形避雷器の構造
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、素子内に発生した熱を冷却媒体で
冷却するようにしたことにある。即ち、素子を貫通する
貫通孔に挿着された絶縁支持部材を中空の絶縁筒とし
て、この絶縁筒の中空部に冷却媒体を流通する構成とす
ることにより、素子内部で発生する熱を冷却媒体で冷却
されている絶縁筒を介して前記冷却媒体へ放熱すること
ができるので、素子の冷却効率を従来より大幅に上げる
ことが可能となる。

【０００８】そして、素子の貫通孔に挿着した絶縁筒の
中空部に絶縁支持棒を配する支持構造として、この絶縁
筒と絶縁支持棒との間の間隙部に冷却媒体を流通するよ
うにすれば冷却媒体の流通量を少なくて済む利点があ
る。

【０００９】また、素子の積層体間に平板状の金属電極
を素子の絶縁支持部材である絶縁筒の中空部側に突出し
て絶縁筒と素子とを密着配置する構成とすることによ
り、冷却媒体が前記絶縁筒の中空部側に突出している金
属電極を冷却するので、この金属電極を介して素子を冷
却することができる。なお、前記の金属電極を銅あるい
はアルミニュムの良導体で構成すれば、熱伝導率が大き
いので素子の冷却効率を高めることができる。

【００１０】更に、絶縁支持部材が酸化亜鉛素子の貫通
孔の内壁部の周上に接して複数個配された中空絶縁筒か
らなり、これらの中空絶縁筒に連通する中空金属電極を
前記酸化亜鉛素子の積層体間に密着配置する構成とし
て、前記中空の金属電極及び中空絶縁筒に冷却媒体を流
通するようにすれば冷却された中空金属電極を介して冷
却媒体へ加熱された素子の熱を放熱することができる。
また、前記したように中空の金属電極に熱伝導率の良好
な銅あるいはアルミニュムを用いることにより、素子の
冷却効率を高めることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。実施の形態１図１及び図２は、この発明の第１の実施の形態になる酸
化亜鉛形避雷器の部分構成図であり、図１は素子の積層
体の縦断面図、図２は図１のII─II断面から見た素子の
積層体の横断面図である。図１に示すように、この発明
の素子１の積層体の支持構造は、積層された素子１の貫
通孔５に中空の絶縁積層材からなる断面円形の絶縁筒７
を密着するように挿着して、その両端部を主電極２，２
に貫通して密着固定している。そして、この絶縁筒７の
中空部８に矢印で示すように冷却媒体９を流通するよう
にする。

【００１２】前記した主電極２，２と絶縁筒７との固定
は、主電極２，２と絶縁筒７との間にパッキン等のシー
ル材を挿着するか、又は接着材を塗布し固着して気密あ
るいは水密に密着接合して構成する。また、前記絶縁筒
７の中空部８に流通する冷却媒体９は、絶縁油、水素ガ
ス、又は前記したＳＦ₆等の酸化亜鉛形避雷器の容器に
封入されている絶縁性ガスを用いることができ、これら
の冷却媒体９を循環することにより、素子１に接して冷
却されている絶縁筒７を介して運転時における素子１の
内部で発生した熱を冷却媒体９に放熱し冷却することが
できる。また、前記の冷却媒体９を流通する中空の絶縁
筒７は、ガラス基材にエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂を含
浸した絶縁シートをパイプ状に巻回して加熱硬化して作
製したもの、あるいは絶縁積層板を機械加工した成形品
等を用いることができる。

【００１３】実施の形態２図３及び図４は、この発明の第２の実施の形態になる酸
化亜鉛形避雷器の部分構成図であり、図３は素子の積層
体の縦断面図、図４は図３のIV─IV断面から見た素子の
積層体の断面図である。この発明と前記発明の実施の形
態１との違いは、図３及び図４に示すように、素子１の
貫通孔５に挿着した絶縁筒７の中空部８に、この中空部
８の軸と同軸に同心円状に絶縁支持棒１０を挿入して素
子１の積層体を絶縁支持する構成としたことにある。こ
の素子１の積層体の構成によれば、素子１の冷却のため
に流通する冷却媒体９は、絶縁筒７と絶縁支持棒１０と
の間隙部を流通するので、冷却流量が少なくすることが
できる。また、この絶縁筒７の中空部８に挿着される絶
縁支持棒１０は複数個でもよい。

【００１４】実施の形態３図５〜図７は、この発明の第３の実施の形態になる酸化
亜鉛形避雷器の部分構成図であり、図５は素子の積層体
の縦断面図、図６は図５のVI─VI断面から見た素子の積
層体の横断面図、図７は図６のＰ矢視からみたこの発明
の絶縁円筒の拡大斜視図である。図５に示すように、素
子１の積層体間には、絶縁筒７ａの内径である中空部８
の径よりも小さい内径を有する中空円板状の銅板の金属
電極１１が挿着されている。そして、この金属電極１１
の内径側を絶縁筒７ａの中空部８側に突出して、その突
出部１１１と前記絶縁円筒７ａとの界面を密着接合して
配置する構成としている。

【００１５】この金属電極１１の絶縁筒７ａへの絶縁支
持構造は次のとおりである。まず、金属電極１１を図６
に示すように、中央に円形の貫通孔を有する円板状の金
属電極を２分割した半円形状の金属電極１１ａ及び１１
ｂから構成する。そして、これらの金属電極１１ａ，１
１ｂを、図７に示す絶縁筒７ａの周方向に対称の位置に
連結部７１ａ，７１ｂを設けて穿たれた溝部７１１ａ，
７１１ｂに挿着する。この際に図６に示すように、金属
電極１１ａ及び１１ｂの内径側の１１１ａ及び１１１ｂ
の部分が、絶縁筒７ａの中空部８側に所定の突出長を有
する突出部を形成するよう前記連結部７１ａ，７１ｂに
て位置決めして挿着し、金属電極１１ａ及び１１ｂと、
絶縁筒７ａの溝部７１１ａ，７１１ｂとの各接合部を前
記したシール材又は接着材にて水密に結合して密着固定
するようにする。上記のようにして構成された金属電極
１１を絶縁支持している絶縁筒７ａに、素子１を貫挿さ
せて金属電極１１上面に密着配置する。次に、順次前記
と同様に絶縁筒７ａの軸方向に素子１の厚さ寸法間隔毎
に設けられた溝部７１１に金属電極１１を挿着して、図
５のような複数段の素子１の積層体間に金属電極１１を
設けた構成からなる酸化亜鉛形避雷器を作製する。

【００１６】このような素子の積層体構造とすることに
より、絶縁筒７ａの中空部８側に突出している金属電極
１１の突出部１１１が、冷却媒体９により直接冷却さ
れ、これにより熱伝導率の大きい銅板の金属電極１１に
接触している素子１が冷却される。この発明の実施の形
態では、前記した実施の形態１及び２の絶縁筒を介して
冷却媒体へ放熱する構成と比して素子１の冷却能力を大
幅に増すことができる。なお、この実施例では、金属電
極１１を２分割にした構成のものについて説明したが、
例えば、絶縁筒７ａに素子１の厚さ寸法間隔毎に軸方向
に設けられている連結部７１の数を周方向に１個所又は
複数個所設けて、この連結部７１の数に応じて形成され
る溝部７１１にそれぞれ挿着して絶縁筒７ａの中空部８
側へ突出した金属電極１１を形成するようにできるよう
なものであれば、任意の形状の１個又は複数個に分割さ
れた金属電極から構成することができる。また、金属電
極１１は銅に限定されることなく、例えばアルミニュム
でもよい。

【００１７】実施の形態４図８及び図９は、この発明の第４の実施の形態になる酸
化亜鉛形避雷器の部分構成図であり、図８は素子の積層
体の縦断面図、図９は図８のIX─IX断面から見た素子の
積層体の横断面図である。この発明は、素子１の積層体
間に密着して挿着された中空の金属板に冷却媒体を流通
させて素子１を直接冷却するものである。図８に示すよ
うに、素子１の積層体間に、素子１と密着接触するよう
に素子１と外径寸法が同一で内部が中空の銅製の中空金
属電極１２を挿着する。そして、中空金属電極１２の内
部の中空部に冷却媒体９を流通させるとともに、素子１
間の横ずれを防止し絶縁支持するために、内部が中空の
２個の中空絶縁筒１３を、素子１の貫通孔５の内壁部の
周上に接して互いに対称の位置に前記中空金属電極１２
間に連通結合させて配置する。また、素子１の積層体の
両端面に設けられている主電極２１も内部が中空の電極
から構成し、冷却媒体９を前記した素子１間に挿着され
てる中空金属電極１２に前記中空絶縁筒１３を介して導
入する冷却媒体導入パイプ１４が連結結合されている。
なお、図示は省略してあるが図８の下方の主電極２１に
は、上記と同様の構造からなる冷却体排出パイプが設け
られている。

【００１８】また、前記の中空金属電極１２間を連結
し、素子１を絶縁支持している中空絶縁筒１３は、図９
に示すように、中空金属電極１２の軸方向の上下では互
いに９０度設置位置をずらして配置して、冷却媒体９が
図８の矢印で示すように中空金属電極１２の内部全体に
対流し循環するようにしている。更に、この中空絶縁筒
１３は、前記したように素子１間を絶縁支持するととも
に、この中空絶縁筒１３に流通する冷却媒体９により、
素子１の貫通孔５の内壁部をも冷却することを可能とし
ている。

【００１９】これにより、前記発明の実施の形態３の構
成と比して、全体が冷却媒体９で冷却されている中空金
属電極１で素子１を直接冷却するので、更に素子１の冷
却効率を向上させることができる。

【００２０】また、前記の中空絶縁筒１３は、中空金属
電極１２の上下面に２個以上の複数個を互いに位置をず
らせながら周方向に連通して設けることもできる。更
に、周方向に配された中空絶縁筒１３の一部を中実の絶
縁棒として、素子１間の絶縁支持のみの機能を有する構
成とすることもできる。また、中空金属電極１２は、銅
に限定されることなくアルミニュウムでもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明においては、運
転時及び過電圧時の酸化亜鉛素子の積層体に流れる通電
電流により発生する素子内部の熱を、冷却媒体に放熱し
て冷却する酸化亜鉛形避雷器の構造として、素子の貫通
孔に挿着されて、前記素子を絶縁支持する絶縁支持部材
を中空の絶縁筒とし、この中空部に冷却媒体を通流する
構成とした。これにより、素子内部で発生する熱を冷却
媒体で冷却されている絶縁円筒を介して放熱することが
できるので、素子の冷却効率を従来の絶縁支持部材を介
して素子周囲に自然放冷する構造に比して大幅に上げる
ことが可能となり、寿命特性の優れた酸化亜鉛形避雷器
を得ることができる。

【００２２】そして、素子の積層体間に熱伝導率の大き
い良導体の銅あるいはアルミニュムの金属電極を挿着し
て、絶縁筒の中空部側に突出するようにして密に設置す
ることにより、冷却媒体が前記絶縁筒の中空部側に突出
する金属電極を冷却するので、この金属電極を介して素
子を冷却することができる。

【００２３】また、酸化亜鉛形避雷器の構成として、素
子の積層体間に前記した銅あるいはアルミニュムの中空
金属電極を密着配置して、複数個の中空絶縁筒にて前記
の中空金属電極間を連結するとともに素子を絶縁支持す
る構成とすることにより、冷却媒体により全体が直接冷
却された電極を介して冷却媒体へ素子の熱を放熱するこ
とができるので、更に冷却効率を上げることが可能とな
り、素子内部の熱の蓄積を防止した熱安定性及び寿命特
性の優れた酸化亜鉛避雷器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態になる酸化亜鉛素
子の積層体の縦断面図である。

【図２】図１のII─II断面から見た素子の積層体の横断
面図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態になる酸化亜鉛素
子の積層体の縦断面図である。

【図４】図３のIV─IV断面から見た素子の積層体の横断
面図である。

【図５】この発明の第３の実施の形態になる酸化亜鉛素
子の積層体の縦断面図である。

【図６】図５のVI─VI断面から見た素子の積層体の横断
面図である。

【図７】図６のＰ矢視から見た絶縁筒の拡大斜視図であ
る。

【図８】この発明の第４の実施の形態になる酸化亜鉛素
子の積層体の縦断面図である。

【図９】図８のIX─IX断面から見た酸化亜鉛素子の積層
体の横断面図である。

【図１０】従来の酸化亜鉛素子の積層体を支持する酸化
亜鉛形避雷器の要部断面図である。

【図１１】従来の酸化亜鉛素子の積層体を支持する異な
る構成の酸化亜鉛形避雷器の要部断面図である。

【図１２】図１１の酸化亜鉛素子の構成図であり、
（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１酸化亜鉛素子２主電極５貫通孔６絶縁支持部材７絶縁筒７ａ絶縁筒７１連結部７１１溝部８中空部９冷却媒体１１金属電極１１１金属電極の突出部１２中空金属電極１３中空絶縁筒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形抵抗の酸化亜鉛素子を貫通する貫通
孔に挿着された絶縁支持部材にて軸方向に絶縁支持され
て複数段積層した酸化亜鉛素子の積層体からなる酸化亜
鉛形避雷器において、酸化亜鉛素子を絶縁支持する絶縁
支持部材が中空の絶縁筒からなり、この絶縁筒の中空部
に前記酸化亜鉛素子を冷却する冷却媒体を流通すること
を特徴とする酸化亜鉛形避雷器。
【請求項２】請求項１記載の酸化亜鉛形避雷器におい
て、絶縁筒の中空部に絶縁支持棒を配して、前記絶縁筒
と絶縁支持棒との間の間隙部に冷却媒体を流通すること
を特徴とする酸化亜鉛形避雷器。
【請求項３】請求項１に記載の酸化亜鉛避雷器におい
て、酸化亜鉛素子の積層体間に平板状の金属電極を酸化
亜鉛素子の絶縁筒の中空部側に突出させて密着配置し
て、この金属電極の突出部を冷却する冷却媒体を流通す
るようにしたことを特徴とする酸化亜鉛形避雷器。
【請求項４】請求項３に記載の酸化亜鉛形避雷器におい
て、金属電極を銅又はアルミニュウムで形成したことを
特徴とする酸化亜鉛形避雷器。
【請求項５】非線形抵抗の酸化亜鉛素子を貫通する貫通
孔に挿着された絶縁支持部材にて軸方向に絶縁支持され
て複数段積層した酸化亜鉛素子の積層体からなる酸化亜
鉛形避雷器において、絶縁支持部材が酸化亜鉛素子の貫
通孔の内壁部の周上に接して複数個配された中空絶縁筒
からなり、これらの中空絶縁筒に連通する中空金属電極
を前記酸化亜鉛素子の積層体間に密着配置して、前記中
空金属電極及び中空絶縁筒に前記酸化亜鉛素子を冷却す
る冷却媒体を流通することを特徴とする酸化亜鉛形避雷
器。
【請求項６】請求項４に記載の酸化亜鉛形避雷器におい
て、酸化亜鉛素子の貫通孔の内壁部の周上に接して複数
個配された絶縁支持部材の一部を中実の絶縁棒としたこ
とを特徴とする酸化亜鉛形避雷器。
【請求項７】請求項５又は請求項６に記載の酸化亜鉛形
避雷器において、中空金属電極を銅又はアルミニュウム
で形成したことを特徴とする酸化亜鉛形避雷器。