JPS596483B2 - 電力用避雷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電力用避雷装置に関するものであり、特に酸
化亜鉛焼結体素子で構成される電力用避雷装置において
、酸化亜鉛焼結体素子の電気特性の劣化を自己通電発熱
により回復させ、且つ酸化亜鉛焼結体素子の破壊を防止
した電力用避雷装置に関するものである。

酸化亜鉛にある種の金属酸化物を少量混合して成形、焼
結したものは、電圧−電流特性の非直線性が大きく、避
雷器のような過電圧保護装置に適しており、また漏洩電
流も小さいためギャップレス避雷器（無間隙避雷器）と
しても適しており、従来から第１図に示すように電力用
避雷装置として使用されていた。

第１図は従来の電力用避雷装置を示す断面図である。

図において、酸化亜鉛焼結体素子１ａ＋１ｂｙ１ｃは両
端に金属ブロック電極２ａ 、２ｂが取り付けられ、金
属ブロック電極２ａ 、２ｂにはそれぞれ線路側端子３
ａと接地側端子３ｂとが接続されている。

また酸化亜鉛焼結体素子１ａ、１ｂ。１ｃと金属ブロッ
ク電極２ａ 、２ｂとは、磁器かい管容器４ａ内に収容
され磁器がい前蓋４ｂによって密閉されており、ばね５
によって抑圧固定されている。

第２図は酸化亜鉛焼結体素子１ａ、１ｂ、 １ｃの電圧
電流特性曲線図である。

第２図においては横軸に電圧をとり縦軸に電流を取って
おり、特性曲線Ａは酸化亜鉛焼結体素子１ａ、１ｂ、Ｉ
ｃが正常な場合を、特性曲線Ｂは酸化亜鉛焼結体素子１
ａ、１ｂ、ｌｃが劣化した場合を示している。

正常状態においては行線曲線Ａであるため、金属ブ七ツ
ク電極２ａ 、２ｂ間に線路電圧Ｖｔが印加されたとき
金属ブロック電極２ａ、２ｂ間に漏洩電流ｉａが流れる
。

また送電線路等に落雷した場合には、金属ブ冶ツク電極
２ａ、２ｂ間にサージ電極１ｓが進入してくると、金属
ブロック電極２ａ 、２ｂ間の電圧、つまり線路電圧は
Ｖｓに制限される。

以下この電圧Ｖｓを制限電圧Ｖｓと称する。

このような装置において金属ブロック電極２ａ 、２ｂ
間に長期課電を継続すると、酸化亜鉛焼結体素子１ａ、
ｌｂ、Ｉｃは劣化し特性曲線Ｂに示すような特性となり
、金属ブロック電極２ａ。

２ｂ間に線路電圧Ｖｔが印加された場合、金属ブロック
電極２ａ、２ｂ間に大きな漏洩電流ｉｂが流れる。

第３図は酸化亜鉛焼結体素子１ａ、１ｂ、１ｃの課電時
間に対する電流特性曲線Ｃと課電時間に対する塩度特性
曲線りとを示している。

第３図において横軸に課電時間をまた縦軸に電流と塩度
とを取っている。

第３図に示すように酸化亜鉛焼結体素子１ａ、Ｉｂ、Ｉ
ｃは長期課電により、時間経過と共に漏洩電流が徐々に
増加し、ついには発散熱のバランスがくずれて熱暴走し
、酸化亜鉛焼結体素子１ａ、１ｂ、Ｉｃは劣化もしくは
破壊するに至る。

こうして酸化亜鉛焼結体素子ｉ ａ、ｌｂ。１ｃの電圧
電流特性曲線は第２図Ｂの如く劣化する。

またこのような劣化もしくは破壊は長時間継続課電中に
金属ブロック電極２ａ、２ｂ間に強いサージが進入した
ときにも起きる。

第３図では説明例として酸化亜鉛焼結体素子Ｉａ、Ｉｂ
、ｉｃの寿命時間を１０３時間として示したが、一般に
寿命時間は数１０年になるように設計される。

ところが電力用避雷装置の保護レベルは第２図に示すサ
ージ進入時の制限電圧Ｖｓで決まるわけであり、この制
限電圧Ｖｓの電圧の値が低い方が、すなわち範囲Ｘの電
圧が線路電圧Ｖｔに近い方が保護性能上望ましい。

制限電圧Ｖｓの値を低くするためには、第１図に示す酸
化亜鉛焼結体素子１ａ、 １ｂ、１ｃの個数を少くする
か、各素子の高さを低くすればよいが、この結果第２図
に示す線路電圧Ｖｔにおける漏洩電流ｉａが増えるため
、酸化亜鉛焼結体素子１ａ、Ｉｂ、Ｉｃの寿命が短くな
るという相矛盾する結果となる。

このように制限電圧Ｖｓの値が低い低保護レベル用避雷
装置では、酸化亜鉛焼結体素子（以下素子と称する）１
ａ、Ｉｂ、ｌｃの破壊の危険性があった。

また避雷装置に湿度ヒユーズ等を組み込んで素子１ａ、
ｌｂ、１ｃの熱暴走を防止できても、素子１ａ、Ｉｂ、
Ｉｃは劣化するため取り替えの必要があった。

この発明は従来の欠点に鑑みてなされたものであり、素
子１ａ、１ｂ、１ｃの塩度を検知し、素子１ａ、ｌｂ、
Ｉｃが熱暴走にさしかかったとき、避雷装置を線路より
切り離し、常淵冷却後再び線路と避雷装置とを接続し、
素子１ａ、１ｂ、Ｉｃの熱破壊を防止すると同時に、素
子１ａｔ１ｂｔ１ｃの特性を回復させ、避雷装置の長寿
命化、安定化を目的としたものである。

現在においては何故素子１ａ、１ｂ、１ｃの劣化、回復
が起こるのかはよく解明されていないが、実１験の結果
次のことが明らかになった。

（１）一度劣化した素子１ａ、１ｂ、１ｃを常温中に長
期間（２〜３ケ月）放置しても劣化は回復しない。

（２）一旦劣化した素子１ａ、１ｂ、１ｃの塩度を上昇
していくと、所定塩度（１８０℃〜２５０℃）で熱刺激
電流が現われる。

（３）熱刺激電流が流れて所定温度迄上昇した後、冷却
した素子１ａ、１ｂ、１ｃの特性を測ると特性は回復し
ていた。

このように冷却して素子１ａｐｌｂｐ１ｃの特性が回復
する場合の前記所定塩度を回復塩度という。

この塩度は素子Ｉａ、１ｂ、 １ｃの種類により若干具
なるが２０００Ｃ〜４００℃である。

（４）素子１ａ、１ｂ、Ｉｃの塩度が４５０°Ｃ以上に
なると非回復性の劣化が起る。

以上の結果から、劣化した素子１ａ、Ｉｂ、Ｉｃは素子
１ａ、１ｂ 、Ｉｃの内部に電荷が捕獲されており、熱
処理により捕獲電荷が自由になって特性が回復すると考
えられる。

この発明はこの点に着目し、熱処理を素子１ａ、Ｉｂ、
Ｉｃ自体の通電発熱で行うようにしたものである。

即ち、劣化した素子１ａ、ｌｂ、ｌｃ（直径６０ｍｍ、
厚み２４ｍｍの酸化亜鉛素子うに交流電流１００ｍＡを
流し、素子１ａ、Ｉｂ、１ｃの湿度が３００℃になった
ときに電流を切り、冷却後素子１ ａ ＋ １ ｂｔｌ
ｃの特性を測定すると、素子１ａ、１ｂ、１ｃの特性が
回復したことが確認された。

また特性の回復した素子１ａ、１ｂ、ｌｃは熱暴走に到
るまでの所要時間も元に戻っていることが確認された。

この発明はこれらの素子１ａ、１ｂ、１ｃについて見出
された特性を利用して従来の欠点を改良したものである
。

以下図面に従いこの発明を説明する。

第４図はこの発明に係る電力用避雷装置の一実施例を示
す断面図である。

図中第１図に対応する部分には対応する符合を付してい
る。

第４図において、酸化亜鉛焼結体素子１ａ、１ｂ、１ｃ
は３個連続して接合され１体に構成されている。

金属ブロック電極２ａ 、２ｂは１体に構成された酸化
亜鉛焼結体素子１ａ、ｌｂ、Ｉｃの両端に取り付けられ
ており、金属ブロック電極２ａは線路側端子３ａに接続
され、金属ブロック電極２ｂは後述の制御器付開閉器箱
７を介して接地側端子３ｂに接続されている。

磁器がい管容器４ａは酸化亜鉛焼結体素子１ａ、ｉｂ、
ｉｃと金属ブロック電極２ａ 、２ｂとを収容しており
、磁器がい前蓋４ｂによって密閉されている。

ばね５は金属ブロック電極２ａと磁器がい前蓋４ｂとの
間に装着され、酸化亜鉛焼結体素子１ ａ ｐ １ ｂ
、１ ｃて金属ブ吊ツク２ａ 、２ｂとを押圧固定し
ている。

第１のシリコンＰＮ接合素子６ａは磁器がい管容器４ａ
の内壁に取り付けられている。

このシリコンＰＮ接合素子６ａは酸化亜鉛焼結体素子（
以下素子と称する）Ｉａ、ｌｂ、１ｃの湿度が上昇する
につれて素子１ａ、ｌｂ、１ｃの発する赤外線を受けて
゛抵抗が下りこれによって素子１ａ、ｌｂ、Ｉｃの湿度
が６０°Ｃ以上の場合を検出するためのものである。

第２のシリコンＰＮ接合素子６ｂは磁器かい管容器４ａ
の内壁に取り付けられ、素子１ａ。

１ ｂ ｐ １ ｃの湿度が上昇するにつれて素子１ａ
＋１ｂ、１ｃの発する赤外線を受けて抵抗が下がり、こ
れによって素子１ａ、１ｂ、Ｉｃの湿度が３００°Ｃ以
上の場合を検出するためのものである。

開閉装置７は金属ブロック電極２ｂと接地側端子３ｂと
の間に設置され、第１、第２のシリコンＰＮ接合素子６
ａ 、６ｂ並びに交流電源接続端子８，８′に接続され
ており、その制御回路は第５図に示す如くである。

第５図は開閉装置７の一実施例を示す電気結線図である
。

図中第４図に対応する部分には対応する符号を付してい
る。

第５図において、線路接続端子１０は金属ブロック電極
２ｂに接続され、線路接続端子１０′は接地側端子３ｂ
に接続される。

主開閉器１１のメイク接点１１ａは線路接続端子１０．
１０’間に接続されており、その継電器１１Ｌはサイリ
スタ１２と直列に接続され、交流電源接続端子８，８′
間に接続されている。

交流電源１３は交流電源接続端子８，８′間に印加され
、その電圧（ｉｏｏｖ）は抵抗１４とダイオード１５と
コンデンサ１６との直列回路によって分圧されている。

サイリスク１２の制御電極は抵抗１７を介してダイオー
ド１５とコンデンサ１６との接続点に接続されている。

第１のトランジスタ１８のコレクタは抵抗１９を介して
ダイオード１５とコンデンサ１６との接続点に接続され
、第１のシリコンＰＮ接合素子６ａは第１のトランジス
タ１８のコレクタ・ベース間に抵抗１９を介して接続さ
れている。

補助開閉器２０の継電器巻線２ＯＬは第１のトランジス
タ１８のエミッタと交流電源接続端子８′間に接続され
ている。

可変抵抗２１は第１のトランジスタ１８のベースと交流
電源接続端子８′間に接続され、第４図に示す素子１ａ
、１ｂ、１ｃの湿度が６０℃以上になると、第１のトラ
ンジスタ１８が導通ずるように調整されている。

第２のトランジスタ２２のコレクタはサイリスタ１５の
制御電極に接続され、抵抗１７を介してダイオード１５
とコンデンサ１６との接続点に接続されている。

第２のトランジスタ２２のエミッタは交流電源接続端子
８′に接続されている。

第２のシリコンＰＮ接合素子６ｂは第２のトランジスタ
２２のコレクタ・ベース間に抵抗１７を介して接続され
ており、また可変抵抗２３は第２のトランジスタ２２の
ベースと交流電源接続端子８′間に接続され、第４図に
示す素子１ａ、ｌｂ、Ｉｃの湿度が３００℃以上になる
ときに第２のトランジスタ２２が導通ずるように調整さ
れている。

補助開閉器２０のブレイク接点２０ｂは第２のトランジ
スタ２２のベースと交流電源接続端子８′間に接続され
ている。

サイリスタ１２に並列に抵抗２４と抵抗２５との直列回
路が接続されており、サイリスタ１２の陽極と陰極間の
電圧を分圧している。

第２のトランジスタ２２のベースは抵抗２６とダイオー
ド２７とを介して抵抗２４と抵抗２５との接続点に接続
されている。

抵抗２６とダイオード２７との接続点と交流電源接続端
子８′との間には、平滑用のコンデンサ２８が接続され
ている。

なお、サイリスタ１２が導通状態の場合、サイリスタ１
２の陽極と陰極間にかかる順方向電圧は小さく（約ＩＶ
）、この順方向電圧を抵抗２４と抵抗２５とで分圧する
。

この分圧された順方向電圧はダイオード２７で整流され
、コンデンサ２８で平滑されて、抵抗２６を介して第２
のトランジスタ２２のベースに印加される。

従って、第２のトランジスタ２２のベース・エミッタ間
に印加される電圧は０．６Ｖ以下、つまり第２のトラン
ジスタ２２が不導通状態となる値となるように設定され
ている。

サイリスタ１２が非導通状態の場合、サイリスタ１２の
両端にかかる順方向電圧は大きく（約電源電圧１００Ｖ
）、この順方向電圧を抵抗２４と抵抗２５とで分圧する
。

この分圧された順方向電圧はダイオード２７で整流され
、コンデンサ２８で平滑されて、抵抗２６を介して第２
のトランジスタ２２のベースに印加される。

従って第２のトランジスタ２２のベース・エミッタ間に
印加される電圧が０，６■以上、つまり第２のトランジ
スタ２２が導通状態になるように、抵抗２４と抵抗２５
とコンデンサ２８と抵抗２６の値は調整されている。

次にこの動作を第６図を用いて説明する。

第６図は第５図の動作説明図で、１１は素子Ｉａ、１ｂ
、Ｉｃを流れる漏洩電流を示し、１ｔは素子１ａ、Ｉｂ
、ｌｃの発生する温度を示し、１８は第１のトランジス
タ１８の導通（ＯＮ）、不導通（ＯＦＦ）状態を示し、
２２は第２のトランジスタ２２の導通（ＯＮ）、不導通
（ＯＦＦ）状態を示し、１２はサイリスタ１２の導通（
ＯＮ）、不導通状態（ＯＦＦ）を示す。

今、第６図に示す時刻ｔ。

においては、素子Ｉａ、１ｂ、ｌｃが発する温度は第６
図１１に示すように６０℃以下であるため、第１、第２
のトランジスタ１８、２２は第６図１８，２２に示すよ
うに不導通状態となる。

このためサイリスク１２の制御電極には抵抗１４とダイ
オード１５とコンデンサ１６とで定められる分圧電圧が
印加され、第６図１２に示すように導通状態となり、主
開閉器１１の継電器巻線１１Ｌを付勢してメイク接点１
１ａを図中の実線の如く閉じる。

このため漏洩電流は第６図１１に示すように素子１ ａ
ｙｌｂｙｌｃを流れ続ける。

次に第６図に示す時刻ｔ１ においては、素子１ａ、１
ｂ、１Ｃが発する湿度は第６図１ｔに示すように６０℃
以上となり、第１のトランジスタ１８は第６図１８に示
すように導通状態になり、第２のトランジスタ２２は第
６図２２に示すように不導通状態を持続している。

従って補助開閉器２０の継電器巻線２０Ｌは付勢され、
そのブレイク接点２０ｂは点線で示すように開くが、第
２のトランジスタ２２は可変抵抗２３により不導通状態
を持続する。

このためサイリスタ１２も第６図１２に示すように導通
状態を持続し、素子１ａ、１ｂ、１ｃの漏洩電流は第６
図１１に示すように流れ続ける。

次に第６図に示す時刻゛ｔ２においては、素子１ａ、Ｉ
ｂ、１ｃが発する温度は第６図１ｔに示すように３００
°Ｃ以上となり、第２のトランジスタ２２は第６図２２
に示すように導通状態になる。

このためサイリスタ１２の制御電極の電位は低くなり、
サイリスタ１２は第６図１２に示すように不導通状態と
なる。

サイリスタ１２が不導通状態になると主開閉器巻線１１
Ｌは消勢され、メイク接点１１ａは点線に示すように開
くため、素子１ａ、Ｉｂ、１ｃを流れる漏洩電流は第６
図１１に示すように零になる。

次に第６図に示す時刻ｔ３においては、素子１ａ＋１ｂ
、１ｃが冷却される過程で素子１ａ、１ｂ、１ｃが発す
る温度は第６図１ｔに示すように６０〜６００℃の間に
なる。

このとき第１のトランジスタ１８は第６図１８に示すよ
うに導通状態を持続するため、補助開閉器２０の継電器
巻線２０Ｌは付勢され続け、そのブレイク接点２０ｂは
点線で示すように開放し続ける。

従って素子１ａ、Ｉｂ。１ｃの発する温度が３００℃以
下となると、ＰＮ接合素子６ｂの逆方向抵抗が増大し、
第２のトランジスタ２２のベース・エミッタ間の電位を
下げようとする。

しかし第２のトランジスタ２２のベース・エミッタ間の
電圧は、可変抵抗２３と抵抗２６、コンデンサ２８、ダ
イオード２７、抵抗２４と抵抗２５によって決まる。

このため一旦不導状態となったサイリスタ１２は、その
陽極と陰極間にほぼ電源電圧に等しい電圧が印加される
。

この電圧が抵抗２４と抵抗２５とによって分圧され、ダ
イオード２７により整流され、コンデンサ２８により平
滑化されて抵抗２６を介して第２のトランジスタ２２の
ベースに印加される。

このとき第２のトランジスタのベース・エミッタ間電圧
は０．６ｖ以上であり、ベース・エミッタ間電圧は保た
れ、第２のトランジスタ２２は第６図２２に示すように
導通状態を持続する。

従ってサイリスタ１２も第６図１２に示すように不導通
状態を持続する。

次に第６図に示す時刻ｔ４においては、素子１ａ、１ｂ
、１ｃが発する温度は第６図１１に示すように６０℃以
下になるため、第１のトランジスタ１８は第６図１８に
示すように不導通状態になる。

このため補助開閉器２０の継電器巻線２０Ｌは消勢され
、そのブレイク接点２０ｂが実線のように閉じて可変抵
抗２３を短絡するため、第２のトランジスタ２２のベー
ス・エミッタ間電圧は零となり、第２のトランジスタ２
２は第６図２２に示すように不導通状態となる。

このためサイリスク１２の制御電極の電位は上昇し、サ
イリスタ１２は第６図１２に示すように導通状態となり
、再び最初の時間ｔ。

の状態に戻る。この時すでに素子１ａ、１ｂ、１ｃは第
６図１１に示すように熱回復しており、漏洩電流も第６
図１１に示すように元通りになり、再度熱暴走にかかる
には前回と同じ時間（ｉｏ−１２）を要する。

なお、第４図及び第５図に示す実施例では、素子１ａ、
１ｂ、１ｃの温度を検出するために第１、第２のシリコ
ンＰＮ接合素子６ａ 、６ｂを用いたが、この他にサー
ミスタ、熱電対等対象調度範囲を満足に測定し得るもの
であればどのような温度測定素子でもよく、また制御器
付開閉箱７の制御回路は第５図に示す電気回路に限定さ
れるものではなく、同様の動作をするものであればどの
ような電気回路であってるよい。

以上のようにこの発明によれば、避雷器に、温度によっ
て線路の開閉を制御する開閉装置を取り付けることによ
り、酸化亜鉛焼結体素子の熱暴走による熱破壊を防ぐの
みならず酸化亜鉛焼結体素子の通電劣化をも回復させ、
再使用できる長寿命の電力用避雷装置を得ることができ
る。

さらに保護レベルの低い電力用避雷装置では、酸化亜鉛
焼結体素子の漏洩電流が増えるが、この発明によれば漏
洩電流に関係なく長寿命で安定度の高い電力用避雷装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力用避雷装置を示す断面図である。 第２図は酸化亜鉛焼結体素子の電圧電流特性を示す図で
ある。 第３図は酸化亜鉛焼結体素子の課電時間に対する電流特
性と課電時間に対する温度特性とを示す図である。 第４図はこの発明に係る電力用避雷装置の一実施例を示
す断面図である。 第５図は開閉装置の一実施例を示す電気結線図である。 第６図は第５図の動作説明図である。図において、各図
中それぞれ対応する部分には対応する符号を付しており
、１ａ、１ｂ、１ｃは酸化亜鉛焼結体素子、３ａは線路
側端子、３ｂは接地側端子、６ａ 、６ｂは第１、第２
のシリコンＰＮ接合素子、７は開閉装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 線路と天地間に接続された焼結体素子、及び前記焼
   結体素子に直列接続されると共に前記焼結体素子の発熱
   に応動する開閉装置を備え、前記焼結体素子が所定の高
   温になるさ前記開閉装置が開放するように構成したこと
   を特徴とする電力用避雷装置。 ２ 前記開閉装置は開放後前記焼結体素子が所定の低湿
   になると閉成するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電力用避雷装置。 ３ 前記開閉装置は前記低湿を測定する第１の湿度測定
   装置と前記高温を測定する第２の湿度測定装置とを備え
   、前記第２の湿度測定装置が前記所定の高温を測定する
   と前記開閉装置を開放し前記第１の湿度測定装置が前記
   所定の高温から前記所定の低湿に湿度がＴったことを測
   定すると前記開閉装置を閉成するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の電力用避雷装置。 ４ 前記焼結体素子は非直線特性を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れかに記載
   の電力用避雷装置。 ５ 前記焼結体素子は酸化亜鉛焼結体素子であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れか
   に記載の電力用避雷装置。 ６ 前記所定の高温は２００℃〜４００℃であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の何れお
   に記載の電力避雷装置。 ７ 前記所定の低湿は６０°Ｃ以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第６項の何れかに記載
   の電力用避雷装置。