JPH03230424A - 懸垂型避雷碍子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は落雷に起因する雷サージ電圧か運転中の送電
線に作用した時、雷サージ電圧を速やかに接地すると共
に、運転電圧によって生ずる続流を抑制又は限流あるい
は遮断し地絡事故を防止する懸垂型避雷碍子装置に使用
される懸垂型避雷碍子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、変電所などの碍管型避雷器などでは、酸化亜鉛素
子を主材とするバリスタ電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性が非
直線性の抵抗素子（以下単に非直線抵抗素子という）を
絶縁容器に内蔵している。

前記非直線抵抗素子の雷サージ吸収機能発現開始電圧を
ＮｍＡ　（但しＮは常用の交流電流１〜５）以上の電流
が流れ始める電圧、即ち動作開始電圧Ｖ　Ｎ’＋ｎＡと
定義した時、非直線抵抗素子の電界方向軸面の長さＨ［
１１１１１に対して、第１図の二点鎖線で示すように、 ＶＮｆｆｉＡ　／Ｈｍｍ＝　２００　　（Ｖ／ｍｍ）の
特性を備えた非直線抵抗素子が使用されていた。

又、前記非直線抵抗素子の所要全長は交流の最高使用電
圧、雷サージに対する絶縁強調特性などから与えられる
こととなる。なかでも、非直線抵抗素子の設計長さは交
流使用電圧の設定により、大きく影響を受ける。例えば
、動作開始電圧かＶ　１ｆｆｉＡ　＝　２００　（Ｖ　
／　ｍｍ）の非直線抵抗素子を用いて、懸垂碍子構造の
磁器筒部に避雷機能を付与する場合、交流最高印加電圧
をＪＥＣ２１７に従い、短時間交流過電圧（非常にまれ
に発生すると考えられる過電圧最大値）とすると、非直
線抵抗素子の使用長さは表１の通りとなる。但し符号Ｕ
ｆｆｉは各々の公称電圧Ｕにおける最高運転電圧で一般
に国内では次式によって表される。

Ｕ≦２７５ＫＶ、Ｕ□ Ｕ＝５　０　０ＫＶ　　−Ｕｌｌｌ ＵＸｌ、　　２／１．　１ ５２５ＫＶ又は５５０ＫＶ 表１ （表１中の符号には短時間過電圧に耐えるための設計定
数で、Ｖ　Ｎ＋ｎＡを基準とする補正係数）ここで、具
体例を示すと、Ｕ＝６６ＫＶでは、６８　、　８　／　
Ｋ　（ｃｍ）となり、ｋが素子の固有の特性に依存する
ため、一定ではないものの、１．０２〜１．３０程度に
なり、少くとも約５３０　ｍｍ以上の素子長さか必要と
なる。

〔発明が解決しようとする課題」 この場合、例えば、標準懸垂碍子の頭部又は筒部に５３
０ｍｍ以上の長さの素子を配置しようとすると、電気学
会技術報告（１１）部第２２０号架空送電線路の絶縁設
計要綱によれば、碍子連結個数が５個必要となり、碍子
連結長としては７３０画となる。従って、従来の碍子連
結長と同等連結長を維持しようとすると、構造的に懸垂
碍子のキャップ金具とピン金具の占める長さに制約され
、従来の碍子連結長内に納めることができないという問
題があった。

この発明の第１の目的は単位碍子の連結長を大きくする
ことなく、非直線抵抗素子を収納することができる懸垂
型避雷碍子を提供することにある。

又、この発明の第２の目的は、非直線抵抗素子を少くと
も磁器の肉厚と同等な長さまでに縮小して全体を小型化
することができる懸垂型避雷碍子を提供することにある
。

さらに、この発明の第３の目的は、非直線抵抗素子の避
雷機能を効率良く発現させることかできる懸垂型避雷碍
子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、懸垂
碍子の碍子本体に酸化亜鉛素子等の非直線抵抗素子を組
み込んでなる懸垂型避雷碍子において、前記非直線抵抗
素子のサージ吸収機能発現開始電圧を、ＮｍＡ　（Ｎは
１〜数ｍＡ）以上の電流が流れ始める電圧、即ち動作開
始電圧Ｖ　Ｎ　ｆｆ１ａとし、非直線抵抗素子の電界方
向軸面の長さをＨｍｍとすると、 Ｖ　Ｎ−、／　Ｈｎｕｎ≧３００ｖ／ｍｍの非直線抵抗
素子を碍子本体に組み込むという手段をとっている。

又、請求項２記載の発明は前記第２の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明において、懸垂碍子の磁器又は
硝子等によって構成される碍子本体の肉厚をＴｍｍとし
た場合、 Ｈｍｍ≦Ｔｍｍ としている。

さらに、請求項３記載の発明は、前記第３の目的を達成
するため、請求項１又は請求項２において、内蔵される
非直線抵抗素子と、これを内蔵する碍子本体の内壁との
隙間に、硝子等の無機絶縁材あるいはエポキン樹脂、シ
リコン樹脂等の有機絶縁材を充填するか、又はＳＦ　６
．　ＣＯ２、Ｎ２等の絶縁性気体を大気圧以上に封入す
るという手段をとっている。

〔作　用〕

請求項１記載の発明は、懸垂碍子笛部の非直線抵抗素子
の単位長さ当たりの動作開始電圧を３００　Ｖ　／　ｍ
ｍと等しいか、それ以上に設定したので、単位碍子当た
りにおける非直線抵抗素子の長さを短くすることかでき
る。従って、懸垂碍子連か揺動しても素子収納部分同士
かぶつかりあうことか無く、それを避けるため連結金具
長を長くしたり複雑な配置構成をとる必要か無くなる。

請求項２記載の発明は、碍子本体の肉厚と同等の長さを
有する非直線抵抗素子長さにすることにより、既製の懸
垂碍子に容易に組み込むことかできる。

さらに、請求項３記載の発明は、非直線抵抗素子を懸垂
碍子の頭部又は、笛部に内蔵させるに素子と碍子本体の
内壁との間の隙間に高い絶縁性を有する絶縁媒体を充填
することにより、素子に雷サージ電流を吸収放電させた
場合に生ずる素子の電界方向長さの制限電圧に対して、
素子外側面でのフラッジオーバを防止、あるいは抑制を
図ることができ、懸垂型避雷碍子として構造的に要求さ
れる短い素子長を用いても、良好な避雷機能を発現させ
ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明を具体化した一実施例を第１図〜第６図
に基づいて説明する。

（第一発明） 第３図に示すように、碍子本体ｌの笛部２の裏面には同
心状に複数のひだ部３が一体に形成され、笛部２の中央
上面には頭部４か一体に形成され、該頭部４の外側面に
はセメント５を介してキャップ金具６が嵌合固定されて
いる。又、前記頭部４の内部にはピン金具７の上部が挿
入されセメント５により固定されている。このピン金具
７の下端部は下側に位置する懸垂碍子のキャップ金具６
の嵌合凹部６ａに取り外し可能に嵌合される。

前記笛部２には一体状に取付筒部８か等角度隔てて２箇
所に形成され、両数付筒部８内には第２図に示すように
電圧−電流特性か非直線性の酸化亜鉛を主材とする非直
線抵抗素子９が収容されている。前記取付筒部８の上下
両端部にはテーパ状の斜面８ａが形成され、該斜面には
上部内側封止電極１０及び下部内側封止電極１１かそれ
ぞれ硝子等の接着剤１２により接着されている。又、前
記非直線抵抗素子９と上部内側封止電極１０との間には
中間電極１３が介在されている。

さらに、前記取付筒部８の上下両端部にはキャップ状の
上部外側封止電極１４及び下部外側封止電極１５がパツ
キン１６を介して嵌合されカシメ等により固定されてい
る。前記上部内側封止電極１０と外側封止電極１４との
間には、バネ受けを兼用する電極金具１７．１８及びコ
イル状のバネ１９．２０が介装されている。又、前記画
電極金具１７．１８の間には導電板２１が介在されてい
る。これらの電極金具１７．１８、コイル状のバネ１９
．２０及び導電板２１は、下部内側封止電極１１と下部
外側封止電極１５との間にも介装されている。

前記上下の外側封止電極１４．１５は、第３図に示すよ
うに、リート線２２．２３によりキャップ金具６とピン
金具７にそれぞれ電気的に接続されている。又、前記キ
ャップ金具６の段差部には雨上部外側封止電極１４と対
応してアーク捕捉板２４が水平方向にボルト２５により
支持されている。

前記素子９と取付筒部８との間の密閉空間には、ＳＦ６
ガスがゲージ圧力で０　、　２　ｋｇ　／　ｃｒｌの圧
力で封入されている。そして、密閉空間を高絶縁化し、
雷サージ電流が素子９の外側沿面をフラッジオーバーす
るのを防止している。前記取付筒部８の端面を斜面８ａ
としたのは、内側封止電極１０．１１の電位傾度を緩和
して、コロナ放電を防止し、ＳＦ６ガスの化学分解によ
る絶縁低下を防止するためである。

次に、本発明の要部である非直線抵抗素子９の電気的特
性の設定について説明する。

従来の懸垂碍子連結長を変えることなく、笛部２に非直
線抵抗素子９を組込むためには、素子の所要長さを縮小
する必要かあり、これを行うに動作開始電圧を向上させ
ることに着目し、この発明では動作開始電圧Ｖ　Ｎ＋ｎ
Ａ　、非直線抵抗素子の電界方向軸面の長さＨｍｍで割
算した（　Ｖ　Ｎｆｆ１Ａ　／　Ｈｍｍ　）か３００　
Ｖ／ｍｍ以上の特性を有する非直線抵抗素子９か必要と
なることを見出した。

懸垂碍子は使用状態では、第４図に示すようにキャップ
金具６とピン金具７か可動構造になっており、風、電線
等の荷重変動及び横振れ等の振動により傾斜する。笛部
に素子９を内蔵した標準懸垂碍子を連結して使用した場
合、公称電圧６６ＫＶを例にすると、各碍子の連結部の
回動により、その回動角度θが大きくなると、取付筒部
８の端部、つまり封止電極１４．１５か接触あるいはぶ
つかり合うこととなる。取付筒部８の全長をＬｍｍとす
ると、第５図の平面図に示すように懸垂碍子がＡ、Ｂ、
Ｃの各矢印方向へ揺動した場合、取付筒部８が衝突する
回動角度θがそれぞれ異なり、第６図の関係にあること
かわかった。なお、取付筒部８と碍子の中心との離隔距
離は１０８ｍｍ、取付筒部８の外径は９０＋ｎｍ、等径
は２５４ｍｍの標準懸垂碍子を使用した。このグラフか
ら明らかなように、Ｂ方向に揺動した場合に最も前記衝
突か生じ易くなる。

取付筒部８の構造を前述の構造にした場合、素子９の端
面から封止電極１４．１５外部面までの距離を３　ｍｍ
とすると、許容できる素子の長さは（Ｌ３）ｍｍとなる
。

次に、碍子連結個数をＰ個とすると、公称電圧６６ＫＶ
の場合、Ｐ＝５となり、碍子全連結長内における素子の
全長Ｈｚは、 Ｈｚ　＝ｐ×（Ｌ　　３）　ｍｍ ｍｍ５（Ｌ−３）となる。

そして、交流最高印加電圧Ｕ５を短時間過電圧を使用電
圧として設計電圧とした場合、許容される素子の単位長
さ当たり動作開始電圧ＶＮＩＩＩ＾は次式によって得ら
れる。

ＶＮｆｆｉＡ≧ｖ’２ＸＬＪｓ　／ＰＸ　（Ｌ−３）　
Ｘｋ（Ｋ　Ｖ　ｐｅａｋ／　ｍｍ〕 ≧（４２Ｘ　７２　Ｘ　１／Ｊ３）　ｋｚ　／　５ｘ（
［、−３）Ｘｋ 但し、ｋ２＝２．３４ 本式でＬ　＝　６７　ｍｍとし、ｋを１．０２とした場
合、 ＶＮＩＩＩＡ≧０．　４０３　　ＣＫＶ、、、ｈ／ｍｍ
）となり、ｋを１．３０とした場合、 ＶＮＩＩＩＡ≧０　、　３１６　　’　ＣＫ　Ｖｐ、、
に／ｍ＋＋＋３必要となることがわかった。

このケースは、短時間過電圧を設計電圧とした場合であ
り、−線地絡時の健全相運転電圧の対地電圧上昇値を設
計電圧にする場合があり、Ｕ、の値を定めるためのに２
は、表２の値が一般に用いられる。

表２ そこで、本例では、Ｕ＝６６ＫＶのケースについて表２
に従い、ｋ２−ｆ３を適用すると、Ｖ　ＮＩＩＩＡ≧（
４２ｘ　７２　ｘ　ｌ／４３）　ｋ２／　５ｘ（Ｌ−３
）ｘｋ ≧０．３　　［ＫＶ、、、に／ｍ＋＋＋］但しＬ＝６７
ｍｍ ２−ｆ３ に＝１．　０２ となることかわかった。

以上詳述したように、第一発明は素子の動作開始電圧を
３００Ｖ≠ の長さを所定長さに押さえて、規定寸法の懸垂碍子に組
み込むことかできる。

（第二発明） 第一発明が懸垂碍子の封止電極の接触等を回避する手段
として素子長を縮めることを着想とし、素子９の動作開
始電圧ＶＮｆｆｉＡを高くするとの発明に到ったもので
あるか、第二発明はこれを着想とし、前記回動作用によ
る影響を全く受けぬようにするため、懸垂碍子の筒部２
又は頭部４を構成する碍子本体ｌの肉厚以下の素子長に
することにより、達成できるとの発明に至ったものであ
り、この場合、素子９の動作開始電圧ＶＮｆｆｉＡは、
以下のように設定される。

公称電圧が６６ＫＶ用の場合、筒部２に素子９を埋め込
んだ第７図を例にして説明すると、筒部２の絶縁層は磁
器であり、その肉厚ｔは２０ｍｍである。そして、この
構造を可能とする素子９の動作開始電圧Ｖ　Ｎｆｆ１Ａ
は次式によって得られる。

Ｖ　Ｎ＋ｎＡ≧［（ｖ’２　ＸＵ、　）／　（ＰＸｋ）
］　　Ｘ　１／ｌ≧（ｒ２ｘ７２ｘ　（１／Ｊ３）Ｘｉ
（２／（５Ｘｋ）］　Ｘ　１／ｌ ≧Ｉ　　ＣＫＶｐ、、に／ｍ＋ｎ） 但しｋｚ　＝％’３　　　ｋ＝　１．　０２となる。本
例ではＵ、を−線地絡時の健全相上昇電圧を用いること
とし、ｋ２をｆ３としたか、実施例１と同様に短時間過
電圧上昇係数を用いれば、ＶＮ□は前記値より、高い値
を必要とする。

なお、本実施例では、磁器碍子の場合について示したが
、硝子碍子あるいは有機碍子の場合についても実施する
ことができる。又、第８図に示すように、頭部４に素子
９を組み込んでもよい。

（第三発明） 第一発明あるいは第二発明により素子９の動作開始電圧
Ｖ　Ｎ　ｔｒ　Ａを、従来の２００　Ｖ、、、７ｍｍに
比べ高く設定した結果、概念的には第１図に示す様に、
制限電圧特性つまり雷サージ電流域のバリスタ電圧がＩ
　Ｋ　Ｖ　／　ｍｍを越え、２　Ｋ　Ｖ／　ｍｍに達す
るというように全般的に高くなる弊害が生ずる。これか
雷サージ電流（ＫＡ〜数１０ＫＡ）での動作領域になる
と、素子９の外側沿面でフラッジオーバを生ずる虞があ
る。そこで、第−及び第二発明の実現を容易にするため
、素子外側沿面から、取付筒部８の内壁面までの空間の
絶縁を強化することにより、前記弊害を除去あるいは改
善したものが第三発明である。

ところで、素子９を収納する取付筒部８の密閉空間は、
従来の素子の場合、乾燥清浄な空気のゲージ圧力以下で
あっても、素子の雷サージ電流域におけるバリスタ電圧
によって生じる気体中のフラッジオーバを防止し、素子
機能を発現させることが可能であった。すなわち、理想
的平等電界下における空気の絶縁強度は、絶縁試験法ハ
ンドブック（社団法人電気学会）によれば、約２〜３Ｋ
Ｖ　／　ｍｍであり、素子端部の電極及びその近傍の電
位を有する金属等の電極構成要素によって不平等電界に
なるとしても、電気学会技術報告（同電気学会）によれ
ば、はぼ８００〜６００Ｖ／ＩｎｌＴｌの絶縁レベルを
下回ることはなく、設計裕度と電界緩和を考慮すれば、
空気の適用も充分可能であった。

しかし、本発明による高い動作開始電圧の素子を使用す
ると、前記の通り雷サージ電流域におけるバリスタ電圧
か従来の素子の５０％増し以上、すなわち１　、　８　
ＫＶ／ｍｍを越え、さらに理想的平等電界下における空
気の絶縁強度のそれをも越えることがあり得る。そのた
め、素子の避雷機能を十分に活用することなく、空気中
でフラッジオーバする。さらに、例えそれを越えないと
しても、設計裕度が少ないことによるコロナ劣化等の不
都合が生じたり、電界緩和レベルを理想モデルに近付け
る必要がある等の困難が伴う。これに対応するため、絶
縁耐力の高い材料を素子９の外側に配置することが必要
となる。

絶縁媒体としては、次のようなものがある。

ａ　酸化鉛を主成分とし融点が５００℃以下の低融点無
機硝子　　　　　　（１２Ｋ　Ｖ／ｍｍ）ｂ　前述した
ＳＦ６ガス　　（８、９Ｋ　Ｖ　／　ｍｍ）ｃｃＯ２ガ
ス　　　　　　　（３、Ｉ　Ｋ　Ｖ　／　ｍｍｄＮ２ガ
ス　　　　　　　　（３，３ＫＶ／ｍｍ）ｅ　シリコン
樹脂　　　　　（２５ＫＶ／ｍ＋ｔ）ｆ　エポキシ樹脂
　　　　　（１９ＫＶ／ｍｍ）ｇ　エチレン中プロピレ
ン・ジエチル・モノマー（２０ＫＶ／ｍｍ） （）内の数値は、平等電界を得られる電極を使用した場
合の絶縁耐力つまり交流耐電圧（実効値）を示す。又、
ガスの場合はゲージ圧力かＯｋｇ／ｃｄ、常温、気体条
件下での測定結果を示す。

又、絶縁耐力は交流の耐電圧実効値で示したが、その波
高値換算電圧を雷インパルス耐電圧と見做してもそれほ
ど差し支えない。

第三発明の実施例を第９図によって説明すると、これに
用いた素子９の制限電圧は第１図に示すように、従来の
動作開始電圧ＶＮｆｆｉＡ　＝　２００　Ｖ／Ｍの素子
に比べ１．５倍の高い制限電圧となるため、取付筒部８
の内壁と素子９外側沿面との間に、融点か５００°Ｃの
低融点無機ガラスよりなる無機絶縁層２６を充填して固
化してあり、これにより、気中絶縁に比較し高絶縁化さ
れることから、素子９の動作開始電圧をＶＮ、、、Ａ　
＝　４００　Ｖ／ｍｍに高く設定しても、素子９の外側
沿面か雷サージ電流によりフラッジオーバに至るのを未
然に防止できる。

なお、素子９の両端面外周には仮焼磁器よりなる絶縁リ
ング２７か接合されている。

又、前記無機硝子に代えて絶縁耐力のより高いエポキシ
樹脂を使用すると、素子９の動作開始電圧をＶ　Ｎ−Ａ
　＝　５００　Ｖ　／　ｒｎｍに高く設定しても、素子
９の外側沿面か雷サージ電流によりフラッジオーバに至
るのを未然に防止でき、取付筒部８をさらに軽量、小型
化することかできる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、請求項１記載の発明は従来の懸垂
碍子の連結長を変えることなく非直線抵抗素子を組み込
むことができる効果がある。

また、請求項２記載の発明は請求項１記載の発明の効果
に加え、非直線抵抗素子を取付容器部の肉厚と同等以下
の長さにまで縮小して非直線抵抗素子を容易に組み込む
ことかできる効果があり、更に、それにより、筒部に組
み込む方式のみてなく、磁器頭部に組み込むことが可能
となり、更に小さくできる効果がある。

さらに、請求項３記載の発明は請求項１記載の発明又は
請求項２記載の発明により高くなった素子の制限電圧に
より素子の外側沿面かフラッジオーバに至るのを未然に
防止し、素子の避雷機能を有効に発現させる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は素子に流れるバリスタ電圧と電流との関係を示
すグラフ、第２図は非直線抵抗素子付近の拡大縦断面図
、第３図は懸垂型避雷碍子の半縦断面図、第４図は懸垂
碍子を連結した状態を示す半縦断面図、第５図は懸垂碍
子の平面図、第６図は懸垂碍子の可動角度と取付筒部の
全長との関係を示すグラフ、第７図及び第８図は懸垂碍
子の別例を示す半縦断面図、第９図は懸垂碍子の別例を
示す素子付近の縦断面図である。 ■・・・碍子本体、２・・・筒部、６・・・キャップ金
具、７・・・ピン金具、８・・・取付筒部、９・・・非
直線抵抗素子、Ｖ＋□＾・・・１ｍＡの電流を流すに必
要な動作開始電圧、Ｔ・・・筒部２の肉厚、Ｌ・・・取
付筒部８の全長、Ｈ・・・非直線抵抗素子の長さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、懸垂碍子の碍子本体に酸化亜鉛素子等の非直線抵抗
   素子を組み込んでなる懸垂型避雷碍子において、 前記非直線抵抗素子のサージ吸収機能発現開始電圧を、
   ＮｍＡ（Ｎは１〜数ｍＡ）以上の電流が流れ始める電圧
   、即ち動作開始電圧Ｖ＿Ｎ＿ｍ＿ａとし、非直線抵抗素
   子の電界方向軸面の長さをＨｍｍとすると、 Ｖ＿Ｎ＿ｍ＿ａ／Ｈｍｍ≧３００ｖ／ｍｍ の非直線抵抗素子を碍子本体に組み込んだことを特徴と
   する懸垂型避雷碍子。 ２、請求項１記載の発明において、懸垂碍子の磁器又は
   硝子等によって構成される碍子本体の肉厚をＴｍｍとし
   た場合、 Ｈｍｍ≦Ｔｍｍ として構成された懸垂型避雷碍子。 ３、請求項１又は請求項２において、内蔵される非直線
   抵抗素子と、これを内蔵する碍子本体の内壁との隙間に
   、硝子等の無機絶縁材あるいはエポキシ樹脂、シリコン
   樹脂等の有機絶縁材を充填するか又はＳＦ６、ＣＯ＿２
   、Ｎ＿２等の絶縁性ガスを大気圧以上に封入した懸垂型
   避雷碍子。