JP3818724B2 - 低圧配電系統の雷侵入保護装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧配電系統における電力量計から需要家側の機器に対し、雷によるフラッシオーバが引き起こす絶縁破壊、またアーク続流発生による焼損事故等の保護防止対策として用いる低圧配電系統の雷侵入保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、低圧配電系統の雷保護対策には、次のようなものがある。
▲1▼耐雷形電力量計の使用:耐電圧レベルをあげてフラッシオーバを未然に防止する。
▲2▼バリスタ内蔵電子電力量計の使用:線間にバリスタを接続し、過電圧をカットする(単相3線式にのみ実施)。
▲3▼漏電遮断器の使用:漏電遮断器内部の線間にバリスタを接続する。
▲4▼家電機器の耐雷対策:需要家側の家電機器内部の線間にバリスタを接続する。
【0003】
つまり、従来の低圧配電系統における雷保護対策を大別すると、機器単体の絶縁耐力を上げて過電圧レベルを向上させ、フラッシオーバを防ぐ方法(上記▲1▼)と、バリスタを用いて過電圧をある電圧レベル以下にカットしてフラッシオーバを防ぐ方法(上記▲2▼,▲3▼,▲4▼)の2つがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法には、各々次のような問題がある。
a.過電圧レベルを上げてフラッシオーバを防ぐ方法
この方法を用いると、その耐電圧を上げた機器(例えば電力量計)のフラッシオーバを少なくすることはできるが、その機器より負荷側にある機器(例えば電力量計)には過電圧が侵入して事故を起こす恐れがある。つまり、電力会社側の機器を保護することはできるが、需要家側の被害を防ぐことはできない。
【0005】
b.バリスタを用いて過電圧をカットする方法
この方法によると、侵入してくる過電圧をすべてバリスタによってカットすることができるが、サージ耐量が決まっているため、その耐量以上の過電圧の侵入があった場合には事故の可能性が出てくる。更に、家屋内での対策であるため、火災等の危険性がある。
【0006】
そこで本発明は、上記2つの方法によらずに需要家側の機器を保護し、火災等を防止し得る雷侵入保護装置を提供しようとするものである。
【0007】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、需要家側機器に接続される低圧配電系統の電線間に接続され、雷によってこれらの電線間に侵入した過電圧から電力量計等の低圧配電機器及び需要家側機器を保護する低圧配電系統の雷侵入保護装置において、
前記電線にそれぞれ接続された針状電極の先端部を、密封された筐体内にギャップを介して対向配置し、
前記筐体は、熱を受けて不活性ガスを発生する性質の樹脂からなるケースを備え、このケース内部に消弧室を有すると共に、前記筐体の一部に肉厚を薄くした部分を設け、
前記針状電極を前記先端部に向かうに従って断面積が小さくなるように形成し、
需要家側機器の耐圧よりも低い電圧が各電極間に印加された時にこれらの電極間でフラッシオーバを発生させてアークの熱により両電極の先端部を溶融させ、両電極間のギャップの間隔を大きくしてアーク続流を遮断するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す雷侵入保護装置の外形と内部構造を示す部分断面図である。
雷侵入保護装置1は、その外殻となって一定の肉厚を有する円筒形で、熱を受けて不活性ガスを発生する性質の樹脂(例えば、ポリアセタール等)から成るケース2と、蓋状で、中心部を針状電極6a,6bが貫通すると共にケース2の両端に取り付けられる絶縁性ゴムのキャップ4a,4bとを備え、消弧室3を形成している。なお、ケース2及びキャップ4a,4bは請求項1における筐体を構成している。
【0011】
消弧室3内部には、その先端部11a,11bに向かうに従って断面積が小さくなるように形成された前記針状電極6a,6bが同一線上に対向して配置されている。ここで、先端部11a,11b間にはギャップ7が形成されている。また、針状電極6a,6bのキャップ4a,4bに固定されている部分には、各々ケーブル5a,5bが一体に接続されている。これらのケーブル5a,5bは、単相2線式の各動力線または単相3線式の動力線及び架空共同地線にそれぞれ接続される。
【0012】
図2は図1のA部拡大図である。針状電極6aと針状電極6bとの間隔(絶縁距離)であるギャップ7は、雷による過電圧が侵入した場合、需要家(負荷)側の機器(図示省略)の耐圧よりも低い電圧でフラッシオーバが発生するように数mmに設定されている。このように設定されたギャップ7は、結果としてフラッシオーバを意図的に発生させることになり、それ以上の過電圧が機器に加わることを防止することになる。
【0013】
図3はキャップ4bの断面を示した要部拡大断面図で、図4は図3のIV方向矢視図である。
キャップ4bの消弧室3の内部には、前述のように針状電極6bが中心に貫通して、これを支持している平面状の底部4cが形成されている。この底部4cには、断面がV字状の溝部4eが針状電極6bを中心として同心円状に凹設されている(図4)。溝部4eの最下端(図の右側)は、キャップ4bの外表面に肉薄しているので、この部分の底部4cとゴムキャップ4bの外表面との間は、わずかな肉厚を残して形成されていることになる。
なお、上述の溝部4eは、キャップ4bでなくキャップ4aに設けても良く、またキャップ4a,4bの双方に設けても良い。
【0014】
図5〜図7は、本実施形態でのフラッシオーバ前後のギャップ7の状態を示した図で、図5はフラッシオーバが発生する前の針状電極6a,6bとそれによって形成されるギャップ7の状態を示した図である。
図5のギャップ7は、針状電極6a,6bの先端部11a,11bが正常に保たれている状態で、これがギャップ7の正規の間隔(初期設定)である。
当然のことながら、ギャップ7が大きい場合には、抵抗が増加するのでフラッシオーバが発生する電圧(フラッシオーバ電圧値、以下この名称を用いる)が高くなり、逆にギャップ7が小さい場合には、抵抗が小さくなるのでフラッシオーバ電圧値も低くなる。
【0015】
図6は雷侵入保護装置にフラッシオーバ及びアークが発生してギャップ7が広がった状態を示す図である。
図5のような状態で、雷侵入保護装置1にギャップ7で設定したフラッシオーバ電圧値以上の過電圧(需要家側機器の耐圧よりも低い電圧)が侵入した場合にフラッシオーバが発生する。このとき、ギャップ7を形成する針状電極6a,6bは、先端部11a,11bに向かうに従って先細りに形成されているので、フラッシオーバ後に発生したアークの熱によって針状電極6a,6bの先端部11a,11bを溶かしてギャップ7(絶縁距離)が大きくなり、アーク抵抗が増加して瞬時にアーク続流遮断が行える。
【0016】
このアーク続流は、通常の電力量計等で発生した場合、3相3線式210V系統の例で、2000A前後で20msec〜50msec程度継続する。このため、電力量計の焼損及び需要家側のキャッチヒューズの溶断等を引き起こし、停電事故の原因となるので、本実施形態によるアーク続流の遮断機能は極めて有効である。
【0017】
図7は消弧室3の放圧によるアークの消弧を模式的に描いた図である。
消弧室3内では、アークが発生した場合、このときの熱によってケース2内部に不活性ガスが発生し圧力が上がる。
この圧力上昇が一定の値に達するとキャップ4a,4bは、その溝部4eの部分の肉厚が薄くなっているので、この部分から破裂し、消弧室3内部の圧力上昇を一気に放圧することになる。図において、矢印はこのときの気体の流れの向きを示したものである。このことによって、発生したアークは、放圧時の気体の流れによって一気に消弧され、図6で示した、針状電極6a,6bの先端部11a,11bの熱による溶融でギャップ7が広がることと相俟って消弧作用を促進させ、アーク続流をより確実に遮断できる構成になっている。
【0018】
また、ケース2やキャップ4a,4bが破裂するような予想以上の急激な圧力上昇が起こった場合等には、溝部4eの部分からキャップ4bが破断して飛散する。これはギャップ7が広がる方向なので、針状電極6a,6bが近づいて接触するといった危険性はなく安全である。
【0019】
なお、この溝部4eは、上記安全性が達成できるならば、キャップ4a,4bの外側に設けても良く、またケース2の内側又は外側に設けても良い。更に、溝部ではなく、第2実施形態で述べるように凹部を用いてその部分の肉厚を薄くしても同様の効果を奏する。
【0020】
図8は本実施形態の雷侵入保護装置1を実際の動力線に適用した例を示す実体図である。
雷侵入保護装置1は、電柱10に高架されている2本の動力線12a,12bと、1本の架空共同地線13との間に各々設置される。すなわち、雷侵入保護装置1は、動力線12aと架空共同地線13の間に1本と、動力線12bと架空共同地線13との間に1本設置される。動力線12a,12bには、各々引き込み線15a,15bが接続され、キャッチヒューズ17を経由して需要家側の機器(図示省略)に接続されている。このキャッチヒューズ17は、需要家側事故発生時、その過電流により溶断し、需要家側の機器への過大な電圧の侵入を防いで保護するものである。雷の場合は、雷侵入保護装置1がキャッチヒューズ17より低い電圧でバイパス動作的にフラッシュオーバして溶断し、需要家側の機器への過大な電圧の侵入を防いで保護する。
【0021】
なお、本実施形態の単相3線式のみならず、第2実施形態として3相3線式にも使用することも可能である。
図9はこの雷侵入保護装置を実際の動力線に適用した例を示す実体図である。
3本の動力線18a,18b,18cには、箱状の立方体形状をした雷侵入保護装置20がケーブル21a,21,21cによって接続されている。
【0022】
図10は本発明の第2実施形態である雷侵入保護装置20の内部構造を示す断面図である。
この雷侵入保護装置20は、内部の空間を消弧室25とし、一辺が50mm程度の立方体から成る前述と同様の熱を受けて不活性ガスを発生する性質の樹脂製ケース26を有している。ケーブル21a,21b,21cは、ケース26を貫通し、このケース26と一体に固定されている。消弧室25内には、第1実施形態の針状電極6a,6bと同様に形成された針状電極27a,27b,27cが各々、ケーブル21a,21b,21cと接続されている。ケース26内での針状電極27a,27b,27cは、それぞれの先端部28a,28b,28cに一定の間隔(絶縁距離)を持たせたギャップ30を形成するように固定されている。
【0023】
この雷侵入保護装置20に過電圧が侵入したときの機器の保護動作を説明する。
先ず、ギャップ30は、需要家側の機器の耐圧よりも低い電圧値でフラッシオーバが発生するように設定されているので、雷等による過電圧が侵入した場合、先端部28a,28b,28cにフラッシオーバが発生して、需要家側の機器を保護する。
【0024】
次に、アーク続流については、ギャップ30を形成する先端部28a,28b,28cは、先端に向かうに従って断面積を小さくした針状としているので、第1実施形態の場合と同様に、発生したアークの熱によって先端部28a,28b,28cは溶かされる。この結果、ギャップ30の間隔(絶縁距離)が大きくなり、アーク抵抗が増加することによって瞬時にアーク続流が遮断される。
【0025】
消弧作用については更に、アークの発生に伴って消弧室25内の気体が熱せられ、ケース26内部に不活性ガスが発生し圧力が上昇する。この圧力上昇を逃すため、ケース26の1箇所に肉厚を薄くした凹部(図示省略)を設け、一定の圧力でこの凹部が破壊するように構成し、一気に消弧室25の内部圧力を放圧できる構造となっている。このため、発生したアークは、気体の強い流れによって消されることになる。従って、前述したアークの熱によって先端部28a,28b,28cが溶かされることによりギャップ30の間隔(絶縁距離)が大きくなることと共に、アークの消弧作用を一層促進させ、より確実にアーク続流を遮断できる。
【0026】
なお、第1実施形態においてはケース2を円筒形状とし、第2実施形態では立方体形状としたが、どのような形状でも良いことは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、需要家側の機器の耐圧よりも低い電圧値でフラッシオーバを発生させるような間隔で針状電極を配置するので、需要家側の機器には過電圧が発生しない。従って、絶縁破壊や需要家側の機器の焼損等の被害が防止でき、火災等の危険がなくなる。
【0028】
また、本発明において、対向する複数の電極は、先端部に向かうに従って断面積が小さくなるように構成されている。このため、過電圧によるアークによって針状電極先端が融けて、前記電極間の間隔は大きくなり、アーク抵抗が増加してアーク続流を遮断する。
【0029】
更に、過電圧発生時のアークによるケース内の温度上昇によって圧力が上昇し、キャップまたはケースの肉厚を薄くした溝部・凹部が破裂し、高圧となったケース内の気体を一気に放圧できる。従って、アークは気体の強い流れによって消され、より確実にアーク続流を遮断することができる。
【0030】
上述のように、本発明によれば、設定された過電圧以上の電圧が機器に侵入することはないので、需要家側の機器の被害を防ぎ、火災を防止する。また、アーク続流が起きないので、需要家側のキャッチヒューズの溶断等はなく、停電事故を防止できる。加えて、過電圧がその系統に侵入し、フラッシオーバ及びそれに伴うアークが発生した場合、この雷侵入保護装置を交換することで簡単に系統を復帰することができ、メンテナンス性を大幅に向上させることができる。
そして、この装置を設置することで、低圧配電系統全体の雷侵入保護も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の雷侵入保護装置の外形と内部構造を示す部分断面図である。
【図2】図1のA部拡大図で、消弧室の針状電極のギャップを示した図である。
【図3】キャップの断面を示した要部拡大断面図である。
【図4】図3のIV方向矢視図である。
【図5】アークが発生する前の針状電極とそれによって形成されるギャップの状態を示した図である。
【図6】針状電極の溶融によるギャップの増加を示した図である。
【図7】消弧室の放圧によるアークの消弧を模式的に描いた図である。
【図8】本実施形態の雷侵入保護装置を単相3線式の電線に適用した例を示す実体図である。
【図9】3相3線式の電線に適用した他の実施形態の雷侵入保護装置の例を示す実体図である。
【図10】図9に示す雷侵入保護装置の内部構造を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
1,20 雷侵入保護装置
2,26 ケース
3,25 消弧室
4a,4b キャップ
4c 底部
4e 溝部
5a,5b,21a,21b,21c ケーブル
6a,6b,27a,27b,27c 針状電極
7,30 ギャップ
11a,11b,28a,28b,28c 先端部
Claims (1)
- 需要家側機器に接続される低圧配電系統の電線間に接続され、雷によってこれらの電線間に侵入した過電圧から電力量計等の低圧配電機器及び需要家側機器を保護する低圧配電系統の雷侵入保護装置において、
前記電線にそれぞれ接続された針状電極の先端部を、密封された筐体内にギャップを介して対向配置し、
前記筐体は、熱を受けて不活性ガスを発生する性質の樹脂からなるケースを備え、このケース内部に消弧室を有すると共に、前記筐体の一部に肉厚を薄くした部分を設け、
前記針状電極を前記先端部に向かうに従って断面積が小さくなるように形成し、
需要家側機器の耐圧よりも低い電圧が各電極間に印加された時にこれらの電極間でフラッシオーバを発生させてアークの熱により両電極の先端部を溶融させ、両電極間のギャップの間隔を大きくしてアーク続流を遮断することを特徴とする低圧配電系統の雷侵入保護装置。
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