JP2951046B2 - 気中放電間隙を備えた避雷碍子装置 - Google Patents

気中放電間隙を備えた避雷碍子装置

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JP2951046B2 JP14899791A JP14899791A JP2951046B2 JP 2951046 B2 JP2951046 B2 JP 2951046B2 JP 14899791 A JP14899791 A JP 14899791A JP 14899791 A JP14899791 A JP 14899791A JP 2951046 B2 JP2951046 B2 JP 2951046B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は送電線路に雷撃が発生
した場合にその雷サージ電流を大地に放電するととも
に、その後に生じる運転電圧に対応する続流電流を気中
放電間隙の絶縁強度及び非直線抵抗素子の抵抗値の復元
により抑制遮断して地絡事故を防止することができる気
中放電間隙を備えた避雷碍子装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、送電線を支持する鉄塔の電線支
持碍子装置においては、鉄塔本体の側部に水平に支持し
た支持アームに接地側の上部連結金具を介して懸垂碍子
連よりなる支持碍子が吊下され、この支持碍子の下端部
には課電側の下部連結金具及び電線クランプを介して送
電線が支持されている。又、鉄塔の支持アームには雷サ
ージ電流に続く運転電圧に基づく続流電流を限流抑制す
るための条件を備えた電圧−電流特性が非直線性の抵抗
素子を内蔵した避雷碍子が装着されている。この避雷碍
子には課電側の下部連結金具に支持した放電電極と所定
の気中放電間隙をもって対向する接地側の放電電極が支
持されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の避雷碍子装置に
おいては、気中放電間隙の間隙長及び避雷碍子の抵抗素
子の動作開始電圧等の電気的特性は、適用する電圧階級
に応じて以下のように設定されている。気中放電間隙の
間隙長は、運転条件下での異常上昇電圧や遮断器の開閉
に伴い生じる開閉サージ電圧によりフラッシオーバーし
ないように、かつ雷サージ電流が侵入した場合にはこの
部分で確実にフラッシオーバーし、並設の碍子装置を雷
サージから保護するように設定されている。
【0004】又、抵抗素子の電気的特性は、前述した続
流電流を気中放電間隙の絶縁特性と、抵抗素子の抵抗値
の復元により限流抑制遮断できるように、波高値1〜2
A電流域での抵抗素子の動作開始電圧VnAが1線地絡時
の健全相上昇電圧VS と等しいかそれ以上の電圧に設定
されている。すなわち、このことは雷サージを処理する
際の運転電圧の最大値を健全相上昇電圧VS と考えてい
ることを示している。又、この1〜2Aの電流値は実験
的に求められたものである。すなわち、想定された開閉
サージ電圧に耐えるよう設定された気中放電間隙長と抵
抗素子を組合わせたとき、続流を確実に遮断できるとこ
ろの抵抗素子に流れる電流の上限値である。この電流値
を上回ると続流遮断の状況が不安定さを増し、ついには
続流を遮断できなくなる。
【0005】さらに、詳述すると雷サージ電流に続く続
流電流の遮断特性上から、避雷碍子が雷サージを処理す
る際に加わる最大の電圧、すなわち電線路の大地に対す
る通常の運転電圧Vo のK倍となる1線地絡時の健全相
上昇電圧をVS とすると、抵抗素子の動作開始電圧VnA
は、
【0006】
【数3】VnA≧VS (ここで;VS =K×VO ) のように設定されている。ここで、Kは抵抗リアクトル
接地系統である一般的な22〜154kVの線路におい
ては√3、直線接地系統である一般的な187kV以上
の線路においては、1.3が用いられる。さらに具体的
に言えば線路の公称電圧、線路最高電圧、対地電圧
o 、健全相上昇電圧VS は、表1の通りである。
【0007】
【表1】
【0008】上記のように設定した避雷碍子装置におい
て、課電寿命特性と関連の強い波高値1〜2mA電流域
の動作開始電圧VnmA を対地電圧V0 に対して抵抗素子
の電圧−電流特性曲線を示す図1の従来例1のようにV
nmA <V0 としたり、あるいは従来例2のようにVnmA
>V0 とする設計が考えられる。前者の設計の場合にお
いては通常の運転状況下で接地側及び課電側の放電電極
の間に鳥などが、針金あるいは導電性を有するテープ等
を介在させて両放電電極を短絡させたような場合、前述
したように抵抗素子の動作開始電圧VnmA <VOに設定
しているため、対地電圧Vo による抵抗素子部の課電率
ε、つまり印加電圧VoMAX=√2×VO を1〜2mA電
流域における動作開始電圧VnmA で除算した値(ε=V
OMAX/VnmA )が100%を越えるような状況が生じ
る。
【0009】このような状況が生じると、運転電圧Vo
により漏れ電流が増加し前記抵抗素子が熱的に絶縁破壊
に至る場合があった。このような状況は避雷碍子装置の
本来の機能に係る特性ではないが、適用面では十分予測
される状況であることから防止することが望ましい事項
である。次に、後者の設計においては前者の設計の問題
点が生じることはなくなるが、抵抗素子の枚数が増える
ことから、気中放電間隙との組合せ、すなわち避雷碍子
装置としての雷インパルスフラッシオーバー電圧が上昇
し、並設碍子装置との絶縁協調特性が低下する事態を引
き起こしていた。
【0010】この発明は前述した問題を解消するために
提案されたものであって、その目的は気中放電間隙が針
金等により短絡されたような異常時において、避雷碍子
内の抵抗素子が運転電圧により絶縁破壊して故障に至る
のを防止することができるとともに、雷インパルスフラ
ッシオーバー電圧を低下させ、並設碍子装置に対する絶
縁協調特性を向上することができる各特性の調和を計っ
た気中放電間隙を備えた避雷碍子装置を提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、電圧−電流特性が非直線性の抵抗素子を内
蔵する避雷碍子を送電線路に装着し、該避雷碍子の課電
側と送電線側との間に気中放電間隙を設けた避雷碍子装
置において、前記避雷碍子の抵抗素子の特性を、雷サー
ジ電流に続く続流電流の遮断特性上から、抵抗素子の1
〜2A電流域の動作開始電圧をVnA、送電線路の一線地
絡時の健全相上昇電圧をVS とすると、
【0012】
【数4】VnA≧VS となるように設定するとともに、抵抗素子の課電寿命上
から、1〜2mA電流域の動作開始電圧をVnmA 、線路
の通常状態での対地電圧をV0とすると、
【0013】
【数5】VnmA ≒V0 の関係が成立するように設定するという手段をとってい
る。
【0014】
【作用】この発明は1〜2A電流域における抵抗素子の
動作開始電圧VnAを一線地絡時の健全相上昇電圧VS
等しいかそれ以上としたことで、雷サージ電流に続いて
流れようとする続流電流を確実に遮断できる。又、1〜
2mA電流域の動作開始電圧VnmA を対地電圧Vo の値
と同等に設定したことにより、気中放電間隙が針金等に
より短絡された場合にも漏れ電流が異常に増加して抵抗
素子が破壊されることはない。
【0015】さらに、1〜2mA電流域における動作開
始電圧VnmA は雷インパルスに対するフラッシオーバ電
圧と密接な関係がある。すなわち、避雷碍子装置として
の雷インパルスフラッシオーバ電圧は、気中放電間隙部
単独のフラッシオーバ電圧に抵抗素子部の影響が加算さ
れたものとして表される。ここで、その影響をバイアス
電圧と呼称すると、そのバイアス電圧は実験的にほぼ動
作開始電圧VnmA に等しいことが明らかとなっている。
このことから、動作開始電圧VnmA を対地電圧Vo に比
較して大きく設定した避雷装置と、本発明のように実用
上可能な下限値に等しく設定した小さな抵抗素子を用い
た避雷装置と比較すると、本発明の方が雷インパルスフ
ラッシオーバー電圧が低下し、このため、同一長さの気
中放電間隙長を有する装置でも並設される碍子装置に対
する絶縁協調特性が向上する。
【0016】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に基づいて説明する。図2に示すように、鉄塔の支持ア
ーム1には接地側の連結金具2を介して懸垂碍子3を複
数個直列に連結してなる支持碍子4が吊下されている。
この支持碍子4の下端部には課電側の連結金具5及び電
線クランプ6を介して送電線7が支持されている。
【0017】一方、前記支持アーム1には取付アダプタ
8が支持され、該アダプタ8には避雷碍子9が吊下固定
されている。この避雷碍子9は電圧−電流特性が非直線
性の酸化亜鉛を主材とする抵抗素子10を内蔵してい
る。又、前記抵抗素子10は図示しない耐圧絶縁筒に収
容され、絶縁筒の両端部には接地側及び課電側の電極金
具11,12が嵌合されている。又、前記耐圧絶縁筒の
外周部にはゴム等の絶縁外被13がモールド成形されて
いる。さらに、前記課電側の電極金具12には前記課電
側の連結金具5に支持した課電側の放電電極14と所定
の気中放電間隙Gをもって対向する接地側の放電電極1
5が支持されている。
【0018】なお、前記連結金具2,5、電極金具1
1,12には、懸垂碍子連4及び避雷碍子9の沿面フラ
ッシオーバー時の損傷を軽減すためのアークホーン16
〜19が支持されている。次に、前記抵抗素子10の電
気的特性の設定方法を図1に基づいて説明する。前記避
雷碍子9の抵抗素子10の1A〜2A電流域における動
作開始電圧VnAを雷サージ電流に続く続流電流の遮断特
性上から、線路の一線地絡時の健全相上昇電圧をVS
すると、
【0019】
【数6】VnA≧VS となるように抵抗素子10の特性を設定している。ここ
で、VnAはVS にできるだけ近い値に設定することが、
雷サージ電流通電時の制限電圧を低減し避雷碍子の気中
絶縁長あるいは避雷碍子の課電側と並設碍子装置の接地
側や塔体との気中絶縁長をそれぞれ短縮する意味から必
要である。なお、ここで制限電圧とは雷サージ電流が避
雷碍子を流れた際にオームの法則により示されるところ
の抵抗素子部の抵抗により生じる電圧降下である。
【0020】又、抵抗素子10の課電寿命上から、つま
り、気中放電間隙Gが針金等により短絡された異常な使
用状況下でも抵抗素子10が破壊されるのを防止するた
め、前記抵抗素子10の1〜2mA電流域における動作
開始電圧VnmA を線路の対地電圧Vo に対して、
【0021】
【数7】VnmA ≒Vo の関係が成立するように、前記抵抗素子10の特性を設
定している。なお、前記両動作開始電圧VnA及びVnmA
は、長期的に機能を発現し続けるためいずれも製造上の
バラツキと、使用中に繰返される雷サージ処理により生
じるサージ劣化による低下分を見込んだ設計上の下限値
である。従って、製造初期の値は当然この値より大きく
設計される。この値は一般に5〜20%以内である。
【0022】又、上述の1〜2mA電流域,1〜2A電
流域の1mA, 1Aは、避雷碍子に広く用いられる直径
46mm(断面積16.61cm2 )程度の抵抗素子に
対応する値、又、2mA, 2Aは断面積がほぼ2倍とな
る直径65mm(33.17cm2 )程度の素子に対応
する値である。すなわち、素子径が変わっても電流密度
をほぼ同一とする考えである。電流密度は概ねmA域で
は0.060(mA/cm2 )、A域では0.060
(A/cm2 )のようになる。
【0023】次に、前記のように構成した送電線用避雷
碍子装置について、その作用を説明する。今、図2にお
いて、雷撃による雷サージ電流が送電線7に侵入する
と、課電側の放電電極14から気中放電間隙Gをフラッ
シオーバーして接地側の放電電極15へ流れ、その後電
極金具12から抵抗素子10を流れ、電極金具11、取
付アダプタ8、及び鉄塔の支持アーム1ほ経て大地に放
電される。又、その後生じる運転電圧に基づく続流電流
は、気中放電間隙G及び抵抗素子10の抵抗値の復元に
より限流抑制遮断され、地絡事故が防止される。
【0024】この発明の実施例では、抵抗素子の特性を
続流遮断特性、課電寿命と絶縁協調特性の3特性とを関
連させ最も好ましい形で設定した。前述したように前記
避雷碍子9の抵抗素子10の1〜2A電流域における動
作開始電圧をVnA、線路の一線地絡時の健全相上昇電圧
をVS とすると、
【0025】
【数8】VnA≧VS となるように抵抗素子10の特性を設定したので、続流
遮断が確実に行われる。又、針金等により接地側及び課
電側の放電電極15,14間が短絡された場合には、送
電線7の対地絶縁は避雷碍子9のみによって保たれる
が、この実施例では前記抵抗素子10の1〜2mA電流
域の動作開始電圧VnmA 、線路の対地電圧Vo との間
に、課電率約100%において、
【0026】
【数9】VnmA ≒VO の関係が成立するように、前記抵抗素子10の特性を設
定したので、次のような作用がある。すなわち、気中放
電間隙Gが針金等により短絡された場合にも漏れ電流が
異常に増加して抵抗素子10が破壊されることはない。
【0027】なお、実験によれば、前述の異常な状態が
除去されるまでの期間を数日〜数カ月と考えた時、許容
し得る課電率の上限は約100%とみなしてよい。さら
に、1〜2mA電流域における動作開始電圧VnmA は雷
インパルスに対するフラッシオーバ電圧と密接な関係が
ある。すなわち、避雷碍子装置としての雷インパルスフ
ラッシオーバ電圧は、気中放電間隙G単独のフラッシオ
ーバ電圧に抵抗素子10の影響が加算されたものとして
表される。ここで、その影響をバイアス電圧と呼称する
と、そのバイアス電圧は実験的にほぼ動作開始電圧V
nmA に等しいことが明らかとなっている。このことか
ら、動作開始電圧VnmA を対地電圧Vo に比較して大き
く設定した避雷碍子装置と、本発明のように実用上可能
な下限値に等しく設定した小さな抵抗素子10を用いた
避雷碍子装置と比較すると、本発明の方が実験的に雷イ
ンパルスフラッシオーバー電圧が低下することが明らか
となっている。このため、同一長さの気中放電間隙長を
有する装置でも並設される碍子装置に対する絶縁協調特
性が向上する。
【0028】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、各抵抗素子の直径に対応する動作開始電
圧の設定電流を前述の値より若干変化させて具体化して
もよい。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明は気中放
電間隙が針金等により短絡されたような異常時において
も、避雷碍子内の抵抗素子の故障を防止することができ
るとともに、雷インパルスフラッシオーバー電圧を低下
し並設の碍子装置に対する絶縁協調特性を向上すること
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】抵抗素子の電圧と電流の非直線特性を示すグラ
フである。
【図2】この発明の避雷碍子装置を具体化した一実施例
を示す正面図である。
【符号の説明】
9 避雷碍子、10 抵抗素子、G 気中放電間隙、V
nA 抵抗素子の1〜2A電流域の動作開始電圧、VS
送電線路の一線地絡時の健全相上昇電圧、VnmA 抵抗
素子の1〜2mA電流域の動作開始電圧、V0 線路の
通常状態での対地電圧。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧−電流特性が非直線性の抵抗素子を
    内蔵する避雷碍子を送電線路に装着し、該避雷碍子の課
    電側と送電線側との間に気中放電間隙を設けた避雷碍子
    装置において、 前記避雷碍子の抵抗素子の特性を、雷サージ電流に続く
    続流電流の遮断特性上から、抵抗素子の1〜2A電流域
    の動作開始電圧をVnA、送電線路の一線地絡時の健全相
    上昇電圧をVS とすると、 【数1】VnA≧VS となるように設定するとともに、抵抗素子の課電寿命上
    から、1〜2mA電流域の動作開始電圧をVnmA 、線路
    の通常状態での対地電圧をV0とすると、 【数2】VnmA ≒V0 の関係が成立するように設定したことを特徴とする気中
    放電間隙を備えた避雷碍子装置。
JP14899791A 1991-06-20 1991-06-20 気中放電間隙を備えた避雷碍子装置 Expired - Lifetime JP2951046B2 (ja)

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JPH0574248A JPH0574248A (ja) 1993-03-26
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