JP2006344851A - 避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】避雷器としての所要の曲げ強度を確保しつつ、放圧性能にも優れ、かつ製造コストを低減できる避雷器を得る。
【解決手段】酸化亜鉛素子１を囲む弧状断面を有する複数の雨樋状絶縁物２を酸化亜鉛素子１の周囲に配設し酸化亜鉛素子１を囲む共通の筒状構成体ＴＡを形成するとともに、複数の雨樋状絶縁物２を筒状構成体ＴＡの周方向において互いに所定の間隔を保持して設け、かつ、複数の雨樋状絶縁物２の両端部を酸化亜鉛素子１の両端部に設けられた端子部６Ａ，６Ｂにそれぞれ固定するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、避雷器、特に、電力系統に接続された電気機器の回路に発生する開閉サージ、雷サージ等の異常電圧から保護する複数の酸化亜鉛素子を積層し、その周囲にシリコーンゴムまたはポリマー等の絶縁材料からなる絶縁部材を外被として被せた避雷器に関する。

酸化亜鉛素子の周囲にシリコーンゴムまたはポリマー等の絶縁材料からなる絶縁部材を外被として被せた避雷器の従来の構造としては大きく分けて２種類ある。酸化亜鉛素子の周囲を絶縁筒で覆ったもの（例えば、特許文献１および特許文献２参照）と酸化亜鉛素子の周囲に板状の絶縁物（例えば、ＦＲＰ等）を数本配置したもの（例えば、特許文献３参照）の２種類である（以下、前者を絶縁筒方式、後者を絶縁板方式と呼ぶ）。
これらの避雷器に共通するのは、積層された酸化亜鉛素子の周囲に絶縁筒または板状絶縁物を配置し、酸化亜鉛素子の両端末に置かれた電極で絶縁筒または板状絶縁物をネジ等を用いて固定している点であるが、避雷器の放圧機構が根本的に異なる。絶縁筒方式では、絶縁筒外周部に円形、長円形、スリット形状の穴または薄肉部を設け、避雷器内部に万一短絡電流が流れた場合に発生する内部の圧力を速やかに放出させるための機能をそれらの穴部に持たせているのに対し、絶縁板方式では、絶縁板同士を間隔を空けて配置し、その間隙から内部圧力を放出させるようにしている。

特開２００３−２９７６０８号公報（図２−４、第３頁） 特開平６−１３９８５８号公報（図１−２、第３頁） 特開２００１−２９１６０６号公報（図１−２、第４−６頁）

絶縁筒方式の場合、避雷器としての曲げに対する機械的強度が強く、避雷器内部圧力放出時に絶縁筒内面に加わる圧力を絶縁筒外周面に設けた穴部から放出させることにより軽減させ、爆発的な飛散を防ぎ、放圧性能に優れるが、絶縁筒に複雑な形状の加工を加えるため製造コストが高いという短所がある。特に製造コストは絶縁筒の厚みに依存するため、機械的強度あるいは放圧性能を向上させようとするあまり絶縁筒の厚みを増やし過ぎると、絶縁筒自体の製造コストが非常に高くなるという問題がある。
一方、絶縁板方式の場合、製造コストが安い反面、曲げに対する機械的な強度は絶縁筒方式に比べると劣るという短所がある。このため、避雷器の内部圧力が上昇した場合に絶縁板に無理な力が負荷されると、最悪絶縁板が折れたり、絶縁板を固定しているネジと共に絶縁板が吹き飛んだりする可能性がある。これを防止するために絶縁板の厚みを増やすと、結果的に絶縁板の製造コストが上がり、絶縁板を採用する場合の最大のメリットである製造コストの安さが引き出せなくなる。
このように、絶縁筒方式にせよ、絶縁板方式にせよ、機械的強度と製造コストの面で互いにどちらか一方のメリットを有しているが、機械的強度を向上させ、かつ製造コストも安くという条件を同時に満足させることは困難であった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、避雷器としての所要の曲げ強度を確保しつつ、放圧性能にも優れ、かつ製造コストを低減できる避雷器を得ようとするものである。

この発明に係る避雷器では、非線形素子を囲む弧状断面を有する複数の絶縁部材を前記非線形素子の周囲に配設し前記非線形素子を囲んで設けられる共通の筒状構成体を形成するとともに、前記複数の絶縁部材を前記筒状構成体の周方向において互いに所定の間隔を保持して設け、かつ、前記複数の絶縁部材の両端部を前記非線形素子の両端部に設けられた端子部にそれぞれ固定するようにしたものである。

この発明によれば、避雷器としての所要の曲げ強度を確保しつつ、放圧性能にも優れ、かつ製造コストを低減できる避雷器を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１から図６までについて説明する。図１は実施の形態１における避雷器の全体構成を示す縦断面図である。図２は実施の形態１における構成を示す絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の模式図である。図３は実施の形態１に示した雨樋状絶縁物を酸化亜鉛素子の周囲に配置したときの横断面図を示したものである。図４は実施の形態１における構成を示す断面図で、雨樋状絶縁物を電極部で固定する手段を表した横断面図である。図５は実施の形態１における雨樋状絶縁物間の間隙から圧力の上昇したガスが放出される様子を模式的に表した横断面図である。図６は実施の形態１における雨樋状絶縁物の間隔を雨樋状絶縁物の本数に依らず一定とすることを説明した横断面図である。

この発明による実施の形態１における避雷器の全体構成を示す図１において、負性非直線抵抗素子としての酸化亜鉛素子１からなる非線形素子は、シリコンゴムまたはポリマー等のモールド材などで構成された耐候性容器ＷＳに収納された形でシリコンゴムまたはポリマー等のモールド材などで被覆（ただし化学的に結合）されている。酸化亜鉛素子１と耐候性容器ＷＳを構成するシリコンゴムまたはポリマー等のモールド材との間には筒状構成体ＴＡを構成する複数の雨樋状絶縁物２が配設されている。
雨樋状絶縁物２の両端部は、それぞれ酸化亜鉛素子１の両端部に設けられた端子部６Ａ，６Ｂにネジ３で固着される。

この発明による実施の形態１における雨樋状絶縁物２からなる絶縁物形状を示す図２において、この雨樋状絶縁物２からなる絶縁物はもともとは２点鎖線による仮想線で示す絶縁筒ＴＳとして製作されたものであり、軸方向に均等分割し、すなわち幅を揃え分割して雨樋状絶縁物２とする。
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、分割数は２〜４本とし、使用する酸化亜鉛素子１の直径に応じて使い分ける。例えば、直径の小さな素子を使用する場合は分割数を少なくしたものを、直径の大きな素子を使用する場合は分割数を多くしたものを使用する。
雨樋状絶縁物２の外周部には両方の端部に近いところの２箇所に穴部４が設けられている。この穴部４は雨樋状絶縁物２を固定するために使用される。すなわち、雨樋状絶縁物２を酸化亜鉛素子１の周囲に配置し、酸化亜鉛素子１の両端末に配置した電極部６Ａ，６Ｂでネジ３を用いて雨樋状絶縁物２を固定する。その様子を図４に示す。

雨樋状絶縁物２は酸化亜鉛素子１の周囲に配置される。図５に示す通り、避雷器内部に万一短絡電流が流れた場合に発生する内部の圧力をその空間から速やかに放出させ、酸化亜鉛素子１を含む避雷器内部要素が外部に飛び出したり、爆発的な飛散を起さないようにしている。
図５（ａ）は雨樋状絶縁物２が４本の場合の内部圧力の放出方向ＢＤを示すものであり、図５（ｂ）は雨樋状絶縁物２が３本の場合を、図５（ｃ）は雨樋状絶縁物２が２本の場合を示すものである。
なお、内部圧力上昇時には雨樋状絶縁物２を外部に押し出そうとする力が加わり、ネジ３に過大な負荷が加わるため、雨樋状絶縁物２の固定を確実にする必要がある。そこで、雨樋状絶縁物２の内径は酸化亜鉛素子１の外径に合わせるようにし、密着度を高める。

また、雨樋状絶縁物２の間隔は任意でよいが、雨樋状絶縁物２の本数を変えることにより期待される放圧機能が異なることのないように、図６に示す通り、雨樋状絶縁物２の間隔Ｌは使用する雨樋状絶縁物２の本数に依らず一定とする。放圧試験の結果から間隔Ｌは１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度とするのが良いことが確認されている。雨樋状絶縁物２の本数を増やした場合には所要の間隔Ｌが確保できなくなることから、雨樋状絶縁物２の幅を短縮する。

この発明による実施の形態１では、絶縁筒ＴＳから切り出して雨樋状絶縁物２を作り出していることから加工に要するコストは高くなるが、雨樋状絶縁物２の配置に間隔を設け、雨樋状絶縁物２に圧力の上昇したガスを放出させる弱点部を設けなくても良いことから、絶縁筒ＴＳそのものへの加工費がなくなり、相対的に製造コストの低減が可能となる。また、絶縁板と異なり、酸化亜鉛素子１の径に沿って内面が滑らかになっているため、酸化亜鉛素子１との密着性が高まり、酸化亜鉛素１子の両端末にある電極部６Ａ，６Ｂとの固定も容易で、結果的に絶縁板と比較して曲げに対する機械的強度が高くなる。

この発明による実施の形態１によれば、酸化亜鉛素子１からなる非線形素子を囲む弧状断面を有する雨樋状絶縁物２からなる複数の絶縁部材を前記酸化亜鉛素子１からなる非線形素子の周囲に配設し前記酸化亜鉛素子１からなる非線形素子を囲んで設けられる共通の筒状構成体ＴＡを形成するとともに、前記雨樋状絶縁物２からなる複数の絶縁部材を前記筒状構成体ＴＡの周方向において互いに所定の間隔を保持して設け、かつ、前記雨樋状絶縁物２からなる複数の絶縁部材の両端部を前記酸化亜鉛素子１からなる非線形素子の両端部に設けられた端子部６Ａ，６Ｂにそれぞれネジ３による固着により固定するようにしたので、避雷器としての所要の曲げ強度を確保しつつ、放圧性能にも優れ、かつ製造コストを低減できる避雷器を得ることができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図７について説明する。図７は実施の形態２における絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

この発明による実施の形態２における雨樋状絶縁物の構成を示す図７は、図２に示す実施の形態１の発展形の構成を示すものである。実施の形態１の構造に加えて、圧力の上昇した内部ガスをよりスムーズかつ速やかに放出させるために、雨樋状絶縁物２に雨樋状絶縁物２の固定用穴部４とは別に圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを設けたものである。圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂの加工を容易にし製造コストを低減させるため、圧力放出用穴部５の形状は円形とし、この圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを絶縁筒ＴＳの中心軸線と平行する軸線ＡＬ上に設けられた雨樋状絶縁物２の固定用穴部４と同一軸線上に設ける。

この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、前記雨樋状絶縁物２からなる複数の絶縁部材の両端部に固定用穴部４を設けるとともに、前記固定用穴部４と同一軸線ＡＬ上に圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを設けたので、避雷器としての所要の曲げ強度を確保しつつ、優れた放圧性能を確保でき、かつ、製造コストを低減できる避雷器を得ることができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図８について説明する。図８は実施の形態３における絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態２における構成と同一の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

この発明による実施の形態３における雨樋状絶縁物の構成を示す図８は、図７に示す実施の形態２の変形例を示すものである。
絶縁筒ＴＳからの切り出し本数が少なく、結果的に雨樋状絶縁物２の本数が少ない場合、雨樋状絶縁物２の幅が大きくなるため（雨樋状絶縁物２の間の隙間を一定にするため幅が大きくなる）、雨樋状絶縁物２の固定を強化する必要が生じる可能性がある。そこで、そのような場合には雨樋状絶縁物２の固定用穴部を複数個設ける。図８は例えばその穴を上下３箇所設けて固定用穴部４Ａ，４Ｂ，４Ｃとした例である。固定用穴部４Ａ，４Ｂ，４Ｃの中心は加工の簡便性を考慮し、筒状体ＴＳ周方向の同一直線上に等間隔に配置する。なお、この実施の形態の場合には、圧力放出用の穴部５Ａ，５Ｂを３つある雨樋状絶縁物２の固定用穴部４Ａ，４Ｂ，４Ｃの中央付近に設け、圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを絶縁筒ＴＳの中心軸線と平行する軸線ＡＬ上に設けられた固定用穴部４Ｂと同一軸線上に設けている。

この発明による実施の形態３によれば、実施の形態２における構成において、前記雨樋状絶縁物２からなる複数の絶縁部材の両端部に複数の固定用穴部４Ａ，４Ｂ，４Ｃを設けるとともに、前記固定用穴４Ａ，４Ｂ，４Ｃの内の固定用穴４Ｂと同一軸線ＡＬ上に圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを設けたので、固定部を補強することにより避雷器としての所要の曲げ強度を確実に保持しつつ、放圧性能にも優れ、かつ製造コストを低減できる避雷器を得ることができる。

実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図９について説明する。図９は実施の形態４における絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態３における構成と同一の構成を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

この発明による実施の形態４における雨樋状絶縁物の構成を示す図９は、図８に示す実施の形態３の変形例を示すものである。
この実施の形態４では、図８に示す実施の形態３における圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂの形状を、円形から、図９に圧力放出用穴部１５として示すように長円形（楕円形）に変更したものである。
実施の形態１から実施の形態３までに述べた構造を、積層された酸化亜鉛素子１の周囲をシリコーンゴムまたはポリマー等で被せた避雷器のうち、低い系統電圧に使用されるものに適用する場合には放圧機能強化用穴部５でも良いが、高い系統電圧に使用される避雷器に適用する場合、一般に低い系統電圧に比べ短絡電流が大きくなり、発生する内部圧力が増加するため、圧力放出をスムーズかつ速やかにする必要があり、放出面積を増やすことが望まれる。そのため、円形から長円形にすることで放出面積を増やし、放圧機能を向上させた。

この発明による実施の形態４によれば、実施の形態２または実施の形態３における構成において、前記圧力放出用穴部を図９に示す圧力放出用穴部１５のように長円形（楕円形）にしたので、避雷器としての所要の曲げ強度を確保しつつ、放圧性能をより確実に向上でき、かつ、製造コストを低減できる避雷器を得ることができる。

この発明による実施の形態では、次の（１）項から（４）項までに記載した構成が提案されている。
（１）絶縁筒ＴＳを軸方向に複数本切り出して雨樋状絶縁物２を作り、各々の雨樋状絶縁物２について、積層された酸化亜鉛素子１の両端末に置かれた電極部６Ａ，６Ｂでネジ３を用いて固定できるように端部に近い箇所に穴部４をあけ、所要の放圧性能を確保するため、適当な間隔をあけて雨樋状絶縁物２を配置したことを特徴とする避雷器。
（２）圧力放出機能を向上させるため、雨樋状絶縁物固定用穴部４とは別に、固定用穴部４と同一軸上に圧力放出用穴部５を設けたことを特徴とする避雷器。
（３）雨樋状絶縁物２の固定のため複数の穴を設け、かつ雨樋状絶縁物固定用穴部４とは別に、固定用穴４と同一軸上に圧力放出用穴部５を設けたことを特徴とする避雷器。
（４）放圧機能を大幅に向上させるため、内部上昇圧力を放出させる穴部５を円形ではなく、長円形（楕円形）にしたことを特徴とする避雷器。

この発明による実施の形態では、絶縁筒ＴＳを軸方向に複数本（使用する酸化亜鉛素子１の直径に依り２〜４本程度）切り出し、雨樋状絶縁物２を作る。積層された酸化亜鉛素子１の両端末に置かれた電極部６Ａ，６Ｂで固定できるように、この雨樋状絶縁物２の端部に近い箇所に固定用穴部４をあける。切り出して得られた複数の雨樋状絶縁物２間には適当な間隔を設け、その空間から避雷器内部に万一短絡電流が流れた場合に発生する内部の圧力を速やかに放出させる。なお、雨樋状絶縁物２の固定を確実にするために、雨樋状絶縁物２の内径は酸化亜鉛素子１の外径に合わせ、密着度を高める。所要の放圧性能を確保するため、雨樋状絶縁物１間の間隔Ｌは雨樋状絶縁物１の本数に依らず一定とする。このため、雨樋状絶縁物１の本数を増やす場合は、雨樋状絶縁物１の幅を縮小することで調整する。
上記とは別の手段として、放圧機能を向上させるため、雨樋状絶縁物２の固定用穴部４とは別に雨樋状絶縁物２の沿面に圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを設ける。この圧力放出用穴部５は雨樋状絶縁物２の固定用穴部５の傍に、かつ固定用穴部４と同一軸上にあける。なお、雨樋状絶縁物２の本数が少ない場合、雨樋状絶縁物２の幅が大きくなるため、固定を強化させる必要が生じる可能性がある。そこで、雨樋状絶縁物２の固定用穴部を固定用穴部４Ａ，４Ｂ，４Ｃのように複数個設ける。
その他の手段として、上記を組み合わせることもある。すなわち、雨樋状絶縁物２の本数が少ない場合に、雨樋状絶縁物２の固定のため複数の固定用穴部４Ａ，４Ｂ，４Ｃを設け、かつ雨樋状絶縁物２の沿面に圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを設け放圧機能を向上させる例、放圧機能を大幅に向上させる効果を狙い、内部圧力を放出させる圧力放出用穴部５Ａ，５Ｂを円形ではなく、図９に示す圧力放出用穴部１５のように長円形（楕円形）にする例、等である。

この発明による実施の形態１における避雷器の全体構成を示す縦断面図である。 この発明による実施の形態１における構成を示す絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。 この発明による実施の形態１における雨樋状絶縁物を酸化亜鉛素子の周囲に配置したときの横断面図を示したものである。 この発明による実施の形態１における構成を示す横断面図で、雨樋状絶縁物を電極部で固定する手段を表したものである。 この発明による実施の形態１における雨樋状絶縁物間の間隙から圧力の上昇したガスが放出される様子を模式的に表した横断面図である。 この発明による実施の形態１における雨樋状絶縁物の間隔を雨樋状絶縁物の本数に依らず一定とすることを説明した横断面図である。 この発明による実施の形態２における構成を示す絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。 この発明による実施の形態３における構成を示す絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。 この発明による実施の形態４における構成を示す絶縁筒の一部を切り出して作った雨樋状絶縁物の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 酸化亜鉛素子、２ 雨樋状絶縁物、３ ネジ、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 固定用穴部、５Ａ，５Ｂ 圧力放出用穴部、６Ａ，６Ｂ 電極、１５ 圧力放出用穴部。

Claims (4)

1. 非線形素子を囲む弧状断面を有する複数の絶縁部材を前記非線形素子の周囲に配設し前記非線形素子を囲んで設けられる共通の筒状構成体を形成するとともに、前記複数の絶縁部材を前記筒状構成体の周方向において互いに所定の間隔を保持して設け、かつ、前記複数の絶縁部材の両端部を前記非線形素子の両端部に設けられた端子部にそれぞれ固定するようにしたことを特徴とする避雷器。
2. 前記複数の絶縁部材の両端部に固定用穴部を設けるとともに、前記固定用穴部と同一軸線上に圧力放出用穴部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
3. 前記複数の絶縁部材の両端部に複数の固定用穴部を設けるとともに、前記固定用穴部と同一軸線上に圧力放出用穴部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
4. 前記圧力放出用穴部を長円形にしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の避雷器。
   

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