WO2011083772A1 - 避雷器 - Google Patents
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- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
- H01C7/12—Overvoltage protection resistors
Definitions
- Embodiment of this invention is related with the lightning arrester provided with the nonlinear resistor which has a zinc oxide as a main component, and is provided in a transmission line, a power station, a substation, etc.
- a lightning arrester using a zinc oxide element has excellent characteristics such as voltage / current non-linearity, discharge tolerance characteristics, and chemical stability.
- high-performance lightning arresters with significantly improved protection characteristics have been developed and applied to protect gas-insulated switchgears and transformers installed in power plants and substations from abnormal voltages.
- Such a lightning arrester includes a tank type lightning arrester filled with sulfur hexafluoride gas excellent in insulation performance, an insulator type lightning arrester filled with nitrogen and air, and a polymer type lightning arrester.
- the tank type arrester can be significantly downsized by applying sulfur hexafluoride gas as the insulation medium, as with other switchgear equipment, thereby reducing the installation area of substation equipment, etc. Etc. (see, for example, Patent Document 1).
- FIG. 3 The configuration of a conventional tank type lightning arrester will be described with reference to FIG.
- a lightning arrester internal element 1 in which zinc oxide elements 2 are stacked in series is coaxially arranged with a ground tank 5 in a ground tank 5 vertically arranged with an insulating gas 3 made of sulfur hexafluoride gas. It is stored and arranged in.
- One end (upper end portion in FIG. 3) of the lightning arrester internal element 1 in the axial direction is connected to a substation bus (not shown) via a high voltage side conductor 6 supported by an insulating spacer 4.
- a shield 7 is arranged on the high voltage side of the lightning arrester internal element 1 for equalizing the voltage sharing related to the zinc oxide element 2, and a ground potential portion is connected to the low voltage side of the lightning arrester internal element 1. ing.
- the present invention has been made in response to such a conventional situation, and an object of the present invention is to reduce the environmental load and to suppress the electric field of the high electric field portion and to withstand various electrical stresses. It is to provide a lightning arrester that can.
- One aspect of the lightning arrester of the present invention includes: a lightning arrester internal element in which a plurality of non-linear resistors are stacked; a cylindrical insulation container that contains the lightning arrester internal element and contains an insulating gas; and A high-voltage side conductor provided at one end portion so as to be exposed in the insulating container and electrically connected to the lightning arrester internal element, and the exposed surface of the high-voltage side conductor And an insulating resin layer covering at least a boundary portion between the insulating container and the inner surface of the insulating container.
- the longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the lightning arrester which concerns on embodiment The longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the lightning arrester which concerns on other embodiment.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a schematic configuration of a lightning arrester 100 according to an embodiment.
- a lightning arrester 100 according to this embodiment includes a cylindrical lightning arrester internal element 1 formed by stacking a plurality of cylindrical zinc oxide elements 2 that are non-linear resistors in series. Yes.
- the lightning arrester internal element 1 is accommodated coaxially with the insulating container 8 in the central portion of the insulating container 8 formed in a cylindrical shape.
- the insulating gas 3 having a lower global warming coefficient than the sulfur hexafluoride gas is accommodated inside the insulating container 8.
- this insulating gas 3 for example, nitrogen, carbon dioxide, or dry air can be used.
- the insulating container 8 is made of an insulating resin such as a silicone resin or an epoxy resin.
- a conductive paint 9 is applied to the outside of the insulating container 8 and plays the same role as a grounded container in a conventional tank type lightning arrester.
- a lid 12 provided with a pressure relief device 11 is provided at one end (lower end in FIG. 1) of the insulating container 8.
- the lid 12 keeps the airtightness in the insulating container 8, and even if the lightning arrester internal element 1 is destroyed due to overloading and the internal pressure of the insulating container 8 rises, the pressure relief device 11 causes the insulating container 8 to rise. The gas in 8 is released and the pressure rise is reduced, so that no explosive scattering occurs.
- the high-voltage side conductor 6 is embedded in the other end of the insulating container 8 (upper end in FIG. 1).
- the high voltage side conductor 6 is electrically connected to a GIS (gas insulated switchgear) connection conductor 13 and is electrically connected to a switchgear and a transformer (not shown) via the GIS connection conductor 13. .
- GIS gas insulated switchgear
- One end (upper end in FIG. 1) of the lightning arrester internal element 1 in the axial direction is electrically connected to the high voltage side conductor 6.
- the lightning arrester internal element 1 is electrically connected to a switching device or a transformer (not shown) via the high-voltage side conductor 6 and the GIS connection conductor 13.
- the low pressure side (lower end in FIG. 1) of the lightning arrester internal element 1 penetrates the insulating container 8 in an airtight manner and is electrically connected to the ground potential portion.
- the high-voltage-side conductor 6 embedded in the insulating container 8 is electrically connected to the upper end of the lightning arrester internal element 1, and is placed on the lower side so as to surround the upper end of the lightning arrester internal element 1 with a space therebetween. Extends towards. Therefore, an exposed surface from which the high-voltage side conductor 6 is exposed is formed on the ceiling surface inside the insulating container 8 and the upper inner wall surface continuous with the ceiling surface.
- the high-voltage side conductor 6 configured in this way also plays a role of controlling voltage sharing along the axial direction of the lightning arrester internal element 1.
- the electric field stress is very high at the boundary between the exposed surface of the high voltage side conductor 6 and the inner side surface (inner wall) of the insulating container 8. For this reason, when a high voltage is applied, there is a high possibility that dielectric breakdown will occur in this portion.
- the insulating gas 3 is not sulfur hexafluoride gas but nitrogen, carbon dioxide, dry air, or the like, the risk increases.
- the insulating resin layer 10 is disposed so as to cover at least the boundary portion between the exposed surface of the high voltage side conductor 6 and the inner wall of the insulating container 8.
- the insulating resin layer 10 can be made of, for example, a silicone resin, an epoxy resin, or the like.
- the insulating resin layer 10 is formed by filling the insulating resin between the inner wall of the insulating container 8 and the lightning arrester internal element 1 at the upper end portion of the insulating container 8. Therefore, the outer peripheral surface of the high voltage side portion of the lightning arrester internal element 1 is covered with the insulating resin layer 10.
- the insulating resin layer 10 only needs to be disposed so as to cover at least the boundary portion between the exposed surface of the high-voltage-side conductor 6 and the inner wall of the insulating container 8, for example, a lightning arrester 100a shown in FIG.
- the insulating resin layer 10 a may be annularly disposed along the boundary portion between the exposed surface of the high voltage side conductor 6 and the inner wall of the insulating container 8.
- the insulating resin layer 10 a can be formed by coating the insulating resin along the boundary portion between the exposed surface of the high voltage side conductor 6 and the inner wall of the insulating container 8.
- the lightning arrester 100 and the lightning arrester 100a configured as described above, even if nitrogen, carbon dioxide, or dry air, which has a lower warming coefficient than the sulfur hexafluoride gas, is used as the insulating gas 3,
- the possibility of dielectric breakdown occurring at the boundary between the exposed surface of the high-voltage side conductor 6 and the inner wall of the insulating container 8 where the electric field stress becomes very high when a voltage is applied can be greatly reduced. That is, the dielectric breakdown level in the high electric field part can be increased. This makes it possible to withstand various electrical stresses, and the lightning arrester can be made smaller and lighter.
- a zinc oxide varistor powder having a high electric field relaxation effect may be mixed in the insulating resin.
- the zinc oxide varistor powder is mixed in the insulating resin, the dielectric breakdown level can be further increased by the electric field relaxation effect.
- the lightning arrester 100 and the lightning arrester 100a even if nitrogen, carbon dioxide, or dry air having a lower global warming coefficient than the sulfur hexafluoride gas is used as the insulating gas 3, a high electric field can be obtained.
- the dielectric breakdown level at the site can be ensured, and the environmental load can be reduced by not using sulfur hexafluoride gas.
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Abstract
非直線抵抗体を複数積層した避雷器内部要素と、避雷器内部要素を収容するとともに、内部に絶縁性ガスを収容した筒状の絶縁容器と、絶縁容器の一方の端部に、絶縁容器内に露出する露出面が形成されるように設けられ、避雷器内部要素と電気的に接続された高電圧側導体と、高電圧側導体の露出面と絶縁容器の内側面との境界部を少なくとも覆う絶縁性樹脂層とを具備した避雷器。
Description
本発明の実施形態は、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を備え、送電線、発電所、変電所等に設けられる避雷器に関する。
酸化亜鉛素子を使用した避雷器は、電圧電流非直線性、放電耐量特性、化学的安定性などの優れた特性を有する。近年では、保護特性を大幅に向上した高性能避雷器が開発され、発電所や変電所などに設置されるガス絶縁開閉装置や変圧器などを異常電圧から保護するために適用されている。
このような避雷器としては、絶縁性能に優れた六フッ化硫黄ガスを封入したタンク形避雷器、窒素や空気を封入した碍子形避雷器、及びポリマー形避雷器などがある。
この中でタンク形避雷器については、絶縁媒体として六フッ化硫黄ガスを適用することにより他の開閉装置機器と同様に大幅な小形化が可能となり、これによって、変電所設備等の設置面積の縮小等に大きな効果を上げてきた（例えば、特許文献１参照。）。
一方、近年の世界的な環境問題への関心の高まりから、温暖化係数が二酸化炭素の２３９００倍である六フッ化硫黄への規制が本格化しており、代替ガスを用いた変電機器や絶縁ガスを用いない変電機器の研究が各機関で進められている。
従来のタンク形避雷器の構成を図３を参照して説明する。図３に示すように酸化亜鉛素子２を直列に積み重ねた避雷器内部要素１が、六フッ化硫黄ガスからなる絶縁性ガス３を封入した垂直配置の接地タンク５内に、接地タンク５と同軸状に収納、配置されている。この避雷器内部要素１の軸方向の一端（図３中上端部）は、絶縁スペーサ４で支持された高電圧側導体６を介して、図示しない変電所母線に接続されている。このタンク形避雷器は、避雷器内部要素１の高圧側に酸化亜鉛素子２に係る電圧分担の均一化を図る為のシールド７が配設され、避雷器内部要素１の低圧側に大地電位部が接続されている。
上記のように絶縁特性に優れた六フッ化硫黄ガスについては、環境負荷の低減の観点からその使用を控えることが望ましい。しかしながら、六フッ化硫黄ガスを用いない場合、各部位の電界強度が非常に高くなり運転電圧や異常電圧が侵入してきた際に絶縁破壊を起こしてしまい、系統事故に繋がる可能性が高いという問題がある。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、その目的は、環境負荷の低減を図ることができるとともに、高電界部の電界を抑制可能であり、各種の電気的ストレスに耐えることのできる避雷器を提供することにある。
本発明の避雷器の一態様は、非直線抵抗体を複数積層した避雷器内部要素と、前記避雷器内部要素を収容するとともに、内部に絶縁性ガスを収容した筒状の絶縁容器と、前記絶縁容器の一方の端部に、前記絶縁容器内に露出する露出面が形成されるように設けられ、前記避雷器内部要素と電気的に接続された高電圧側導体と、前記高電圧側導体の前記露出面と前記絶縁容器の内側面との境界部を少なくとも覆う絶縁性樹脂層とを具備したことを特徴とする。
以下、実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る避雷器１００の概略構成を模式的に示す縦断面図である。同図に示すように、本実施形態に係る避雷器１００は、非直線抵抗体である円柱状の酸化亜鉛素子２を複数直列に積層して構成された円柱状の避雷器内部要素１を具備している。
避雷器内部要素１は、円筒状に形成された絶縁容器８の中央部に、絶縁容器８と同軸的に収容されている。また、絶縁容器８内の内部には、六フッ化硫黄ガスに比べて温暖化係数の低い絶縁性ガス３が収容されている。この絶縁性ガス３としては、例えば、窒素又は二酸化炭素又は乾燥空気のいずれか等を用いることができる。
絶縁容器８は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂から構成されている。絶縁容器８の外側には、導電性の塗料９が塗布されており、従来のタンク形避雷器における接地容器と同等の役割を果たすようになっている。
この絶縁容器８の一端(図１中下側端部)には、放圧装置１１を備えた蓋１２が設けられている。この蓋１２によって、絶縁容器８内の気密が保たれるとともに、万一の過責務にて避雷器内部要素１が破壊に至り絶縁容器８の内圧が上昇しても、放圧装置１１によって絶縁容器８内のガスが放出され圧力上昇が軽減されて、爆発的飛散を起こさないようになっている。
一方、絶縁容器８の他端(図１中上側端部)には、高電圧側導体６が埋設されている。この高電圧側導体６は、ＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）接続導体１３と電気的に接続されており、ＧＩＳ接続導体１３を介して、図示しない開閉装置や変圧器に電気的に接続されている。
避雷器内部要素１の軸方向の一端（図１中上側端部）は、高電圧側導体６と電気的に接続されている。そして、避雷器内部要素１は、高電圧側導体６及びＧＩＳ接続導体１３を介して、図示しない開閉装置や変圧器に電気的に接続されている。一方、避雷器内部要素１の低圧側（図１中下側端部）は、絶縁容器８を気密に貫通して大地電位部と電気的に接続されている。
絶縁容器８に埋設された上記高電圧側導体６は、避雷器内部要素１の上端と電気的に接続されるとともに、避雷器内部要素１の上端部の周囲を、間隔を設けて囲むように下側に向けて延在している。したがって、絶縁容器８内部の天井面及び天井面と連続する上部内壁面には、高電圧側導体６が露出した露出面が形成されている。このように構成された高電圧側導体６は、避雷器内部要素１の軸方向に沿った電圧分担をコントロールする役目も果たしている。
高電圧側導体６の露出面と絶縁容器８の内側面（内壁）との境界部分では、電界ストレスが非常に高くなる。このため、高電圧が加わった際に、この部分で絶縁破壊が発生する可能性が高い。特に、絶縁性ガス３として六フッ化硫黄ガスではなく、窒素、二酸化炭素、乾燥空気等を用いた場合、その危険性が高くなる。
このため、本実施形態の避雷器１００では、高電圧側導体６の露出面と絶縁容器８の内壁との境界部分を少なくとも覆うように絶縁性樹脂層１０が配設されている。この絶縁性樹脂層１０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等から構成することができる。図１に示す避雷器１００では、絶縁容器８の上端部分において、絶縁容器８内壁と避雷器内部要素１との間に絶縁性樹脂を充填することによって絶縁性樹脂層１０が形成されている。したがって、避雷器内部要素１の高電圧側部分の外周面が絶縁性樹脂層１０で覆われた状態になっている。
しかしながら、絶縁性樹脂層１０は、高電圧側導体６の露出面と絶縁容器８の内壁との境界部分を少なくとも覆うように配設されていればよく、例えば、図２に示す避雷器１００ａのように、絶縁性樹脂層１０ａを、高電圧側導体６の露出面と絶縁容器８の内壁との境界部分に沿って環状に配設してもよい。この場合、例えば、高電圧側導体６の露出面と絶縁容器８の内壁との境界部分に沿って絶縁性樹脂をコーティングすることによって、絶縁性樹脂層１０ａを形成することができる。
なお、図２に示す避雷器１００ａにおいて、上記絶縁性樹脂層１０ａ以外の部分については、図１に示した避雷器１００と同様に構成されているので、対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。
以上のように構成された避雷器１００、避雷器１００ａでは、絶縁性ガス３として、六フッ化硫黄ガスに比べて温暖化係数の低い窒素や二酸化炭素や乾燥空気を用いた場合であっても、高電圧が加わった際に電界ストレスが非常に高くなる高電圧側導体６の露出面と絶縁容器８の内壁との境界部分において絶縁破壊が発生する可能性を大幅に低減することができる。すなわち、高電界部位における絶縁破壊レベルを高めることができる。これによって、各種の電気的ストレスに耐えることが可能となり、避雷器の小形化、軽量化も図ることができる。
上記の避雷器１００、避雷器１００ａにおいて、絶縁性樹脂層１０、絶縁性樹脂層１０ａを形成する際に、絶縁性樹脂中に電界緩和効果の高い酸化亜鉛バリスター粉末を混合してもよい。このように、絶縁性樹脂中に酸化亜鉛バリスター粉末を混合すれば、電界緩和効果によりさらに絶縁破壊レベルを高めることができる。
以上説明したように、実施形態に係る避雷器１００、避雷器１００ａでは、絶縁性ガス３として、六フッ化硫黄ガスに比べて温暖化係数の低い窒素や二酸化炭素や乾燥空気を用いても、高電界部位における絶縁破壊レベルを確保することができ、六フッ化硫黄ガスを使用しないことによって環境負荷の低減を図ることができる。また、避雷器の小形、軽量化を図ることができ、避雷器自身のコスト低減は勿論のこと、避雷器を適用する変電所全体のコスト低減を図ることもできる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，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。これら新規な実施形態は，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。これら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。
Claims (6)
- 非直線抵抗体を複数積層した避雷器内部要素と、
前記避雷器内部要素を収容するとともに、内部に絶縁性ガスを収容した筒状の絶縁容器と、
前記絶縁容器の一方の端部に、前記絶縁容器内に露出する露出面が形成されるように設けられ、前記避雷器内部要素と電気的に接続された高電圧側導体と、
前記高電圧側導体の前記露出面と前記絶縁容器の内側面との境界部を少なくとも覆う絶縁性樹脂層と
を具備したことを特徴とする避雷器。 - 請求項１記載の避雷器であって、
前記絶縁容器内に収容された絶縁ガスが、窒素又は二酸化炭素又は乾燥空気のいずれかであることを特徴とする避雷器。 - 請求項１記載の避雷器であって、
前記絶縁性樹脂層中に酸化亜鉛バリスター粉末が混合されていることを特徴とする避雷器。 - 請求項２記載の避雷器であって、
前記絶縁性樹脂層中に酸化亜鉛バリスター粉末が混合されていることを特徴とする避雷器。 - 請求項１～４いずれか１項記載の避雷器であって、
前記絶縁性樹脂層は、前記絶縁容器と前記避雷器内部要素の高電圧側の部分との間に絶縁性樹脂を充填して形成されていることを特徴とする避雷器。 - 請求項１～４いずれか１項記載の避雷器であって、
前記絶縁性樹脂層は、前記高電圧側導体の前記露出面と前記絶縁容器の内側面との境界部に沿って環状に形成されていることを特徴とする避雷器。
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