JPS6024544B2 - 避雷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非直線特性の優れた抵抗体を利用したギャッ
プレスの密閉形避雷装置に係り、特に内部の電位分布を
改善することができる逐電装置に関するものである。

従来のこの種の装置の一例を第１図に示し説明すると、
図において、１は接地タンクで、この接地タンク１の内
部２には、高絶縁耐力を有するガス、例えばＳＦ６が詰
められている。

３は非直線特性の優れた抵抗体で、例えば酸化亜鉛暁結
体の積層体より構成されている。

４は高圧側リード線の役目をする導体、５はこの導体４
を支える絶縁物スベーサである、８は抵抗体３と導体４
の接続を兼ねたシールド、日は抵抗体３の全長、Ｄは抵
抗体３の内径、Ｄｏは接地タンク１の内径である。

このような構成の避雷装置において、まず、導体４は保
護すべき機器の高圧端子に結ばれており、雷などにより
入釆するサージは抵抗体３を通してアースされる。つぎ
に、抵抗体３として用いられる酸化亜鉛焼結素子の電圧
−電流特性の一例を第２図に示し説明すると、第２図は
横軸に電流Ａ、縦軸に電圧Ｖをとって表わした第１図の
動作説明図である。このような広範囲に亘る定電流特性
により、前記のサージに対する端子電圧の上昇は低く抑
えられる。ここで、第２図の実線イは直流または大電流
サージに対する特性曲線を示すが、交流電圧がこのよう
な素子に印加された場合の電圧−電流特性は、電流およ
び電圧ともピークで考えて、第２図の破線口で示すよう
に、小電流領域において直流電圧に対するものとは違っ
てくる。これは、素子が静電容量を有しているためであ
り、酸化亜鉛暁縞体素子はじめその他の非直線抵抗体に
おいても共通した特性である。なお、ハはサージを示す
。そして、ある程度以上高い交流電圧に対しては電圧・
電流特性は実線イに示す直流のものと同じとなる。すな
わち、第２図において、電圧Ｖｏ以上では交流・直流共
大略同一の曲線に乗るが、電圧ｙｏ以下では両者が食違
ってくる。ここで、酸化亜鉛競結体素子においては、こ
の電圧Ｖｏに対する電流値は通常１肌Ａ以上である。Ｖ
ｐは常規対地雷圧のレベルである。しかしながら、交流
の避電器においては、常時、交流の線路電圧が非直線抵
抗体に印加される。

そして、この常規対地電圧は後述する素子の寿命の関係
から、電圧Ｖｏより低い電圧、例えば第２図にＶｐとし
て示されたレベルに選ばれる。このような低い交流電圧
に対しては、素子は殆んど完全なコンデンサとして動作
するので、次のような問題をひき起す。すなわち、第１
図の構造において、非直線特性の優れた抵抗体３と接地
タンク１の間には浮遊容量が存在し、これを考慮すると
、前記の常規対地電圧Ｖｐ（第２図参照）のような低い
交流電圧に対しては、第３図に示すような等価回路によ
り、非直線抵抗体の電位分担が論じられる。

第３図において、印ま第１図に示す抵抗体３の全長、ｘ
は考えている点までの高圧端からの距離、ｄｘは以下の
微分計算をするための微分距離、Ｋ／ｄｘは長さｄｘの
部分の素子の静電容量、Ｃｄｘは長さ舷の部分が接地タ
ンク１との間に持つ静電容量、ｖ（文）は全電圧Ｖに対
する距離ｘの点における非道線抵抗体の電位である。そ
して、これらの間にはＶ（Ｘ）‐ＣｄＸ＝誌〔巻）‐ｄ
Ｘ‐器Ｘ〕ｄＸの関係が存在し、ＣおよびＫがｘによら
ず一定と考えて、これを整理すると帯２＝長Ｖ（Ｘ） が得られる。

こねを境界条件ｖ（０）＝Ｖ、ｖ（Ｈ）＝０ のもとに解くと が求まる。

この抵抗体の電位分布ｖ（ｘ）は第４図ａの実線イに示
すような形となり、破線口で示すリニアな電位分布とは
異なる。そして、上の式から分るように、リニアな電位
分布からの“ずれ”は抵抗体の長さが長くなるほど大き
くなる。この結果、抵抗体内部の電界Ｅ（ｘ）＝〔ｄｖ
（ｘ）／■〕 は第４図ｂの実線イに示すように著しく不均一となる。

そして、最大の電界は高圧側（ｘ＝０）で生じ、その点
の電界Ｅｍａｘは平均電界Ｅａｖに比べて極めて高くな
る。このような状況のもとでは、非直線抵抗体のうちの
高圧側に近い部分では、第２図に示した常規対地雷圧の
Ｖｐのレベルよりも過電圧状態となっている。このよう
な過電圧が常時素子に印加されると、一般に素子は電気
的に劣化してゆく。第５図は酸化亜鉛素子の電圧−寿命
曲線の一例を示す特性図である。

図において、曲線イは高温度を示したもであり、曲線口
は低温度を示したものである。図から明らかなように、
電圧がＶｏに近付くにしたがって急速に寿命が短くなる
。したがって、従釆の遊雷装置の構成法においては、常
規対地電圧の高圧側に片寄り、その部分の非直線抵抗体
が急速に劣化して行くという欠点があった。本発明は以
上の点に鑑み、このような問題を解決すると共にかかる
欠点を除去すべくなされたもので、その目的は避電装層
の側面より高電圧導体を接続できる構造にできるため、
ガス絶縁変電所における母線および避雷装置の接続に必
要な折れ曲がり部分などを省略することができ、この部
分のコストを大幅に低減せしめることができ、また、簡
単な内部構造で、常時の交流電圧における抵抗体の電位
分布を一様にすることができるので、装置の寿命を著し
く長からしめ得ると共に高信頼度の避雪装置を得ること
ができ、さらに、分圧用のコンデンサを付加する必要か
ないので、避雷装置の縮小化を図ることができる避電装
層を提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明は、接地タンク
と、この接地タンクの側面に絶縁支持された高電圧導体
と、この高電圧導体と上記接地タンク内壁との間に電気
的に直列に挿入されかつ高圧側と低圧側の少くとも２つ
のユニットに分割した非直線抵抗体と、上記高電圧導体
に接続された高圧側のユニットの高電圧側に設けられた
第１のシールドと、上記接地タンクに直接接続された低
圧側のユニットの高電圧側に設けられた第２のシールド
と、上記高圧側のユニットの低電圧側と上記低圧側のユ
ニットの高電圧側を接続する接続導体とを備え、かつ上
記高圧側のユニットの上記低圧側のユニットに対し倒立
させて上記第１および第２のシールドを対向させ上記低
圧側のユニットと上記高圧側のユニットとの間およびそ
の低圧例のユニットと上記高電圧導体との間に静電容量
を有するように配置してなるようにしたものである。

以下、図面に基づき本発明の実施例を詳細に説明する。

第６図は本発明による避電装層の一実施例を示す断面側
面図で、高圧導体が側面に装着された円筒槌形の接地タ
ンクの構造の避雷装置の一例を示すものである。図にお
いて、６は円筒槌形の接地タンク、７はこの接地タンク
６の側面に絶縁物スベーサ５によって絶縁支持された高
電圧導体（以下、高圧導体と略称する）、８，９は収納
する多数個の非直線抵抗体を高圧側と低圧側の２つのユ
ニットに分割した非直線抵抗体で、高圧導体７と接地タ
ンク６の内壁との間に電気的に直列に挿入されている。
１川ま中電圧導体である。また、非直線抵抗体８のユニ
ットの両端に接続部を兼ねたシールドＳａ，Ｓｂ、非直
線抵抗体９のユニットの上側に接続部を兼ねたシールド
Ｓｃがあり、このシールドＳａは高圧導体７に接続され
、また、シールドＳｂとシールド８ｃは中電圧導体１０
を介して接続されている。ここでこの中電圧導体１０は
高圧側のユニットの低圧側と低圧側のユニットの高電圧
側を接続する接続導体を構成している。そして、高圧導
体７に接続された高圧側のユニットを、他方の接地タン
ク６に直接接続された低圧側ユニットと逆向きに接続し
、低圧側ユニットと高圧側ユニットおよび高圧導体の間
の静電容量を増加させるように構成されている。すなわ
ち、高圧導体７に接続された高圧側のユニットを接地タ
ンク６に直接接続された低圧側のユニットに対し倒立さ
せてシールドＳａ，Ｓｃを対向させ上記低圧側のユニッ
トと上記高圧側のユニットとの間およびその低圧側のユ
ニットと上記高電圧導体７との間に静電容量Ｃａを有す
るように配置されている。ここで、非直線抵抗体８，９
の高圧および低圧側ユニットは、均等な長さに２分割す
る必要はなく、電圧分担などにより分割比を設定しても
よい。第７図ａ，ｂは第６図の動作説明に供する特性図
で、常時印放される電流電圧に対する非直線抵抗体の電
位分布および電界分布を示すものである。

第７図ａにおいて、実線イは非直線抵抗体の電位分布を
示し、破線口は理想的なりニアな電位分布を示す。第７
図ｂにおいて、実線イは非直線抵抗体の電界分布を示し
、破線口は平均的な電界分布を示す。つぎに第６図に示
す実施例の動作を第７図を参照して説明する。

まず、雷などによるサージに対しては、非直線抵抗体８
，９の抵抗値が低くなり、端子電圧の上昇が抑制され、
この場合、各抵抗体はほぼ等しい値となるので、各抵抗
体に加わる電圧は２分割されていてもほぼ均等になる。
これに対し、常時印加される交流電圧に対しては、微小
な電流が抵抗体を流れるのみとなる。ここで、常時交流
が印加される商用周波の電力遊雷器においては、前述し
たように、抵抗体の静電容量で決定される。第６図の実
施例では、非直線抵抗体８，９は高圧側と低圧側の２つ
のユニットに分割し、それらのシールドＳａとＳｃとを
接近させ、この間の静電容量Ｃａを大きくできるように
、非直線抵抗体８のユニットの接続を逆にしている。さ
て、このような構成を第３図に示す等価回路で説明すれ
ば、高電圧側とシールドＳｃの電位で代表される非直線
抵抗体８の分割部との間に電位分布補償用の静電容量Ｃ
ａを結ぶことと等価となる。そして、この静電容量Ｃａ
が増すと、シールドＳｃの電位は、第１図に示した配置
における場合より、高圧導体７およびシールドＳａの電
位に近付く。

すなわち、本実施例における非直線抵抗体の電位分布ｖ
（ｘ）は、第７図ａの実線イに示すような形となり、破
線口で示した理想的はリニアな電位分布にかなり近付け
られることがわかる。この場合、実線イの曲線上にハで
示す電位の山は、本実施例において特徴的に現われる静
電容量Ｃａの効果によるもので、全体の電位分布をリニ
アに近付ける効果が非常に大きい。また、本実施例にお
ける非直線抵抗体の電界分布Ｅ（ｘ）は、第７図ｂの実
線イに示すような形となり、破線口で示す平均的な電界
分布Ｅａｖにかなり近くなる。また、本実施例では、高
電圧部分のシールドＳａが接地タンク６の中央付近にあ
るため、接地タンク６内の電界分布は第１図の構造に比
して可成り緩やかなものとなり、非直線抵抗体の電位分
布も全体的に大きく改善することができる。なお、これ
らの特性図において得られる電位および電界分布は、理
想的な分布とは異なるが、この“ずれ”は、実用的には
必ずしも問題でなく、ある定められた許容範囲内であれ
ばよい。しかして、第６図の実施例に示すように、非直
線抵抗体８，９の２つのユニットの長さをほぼ等しく選
んだ場合には、シールドＳｂ，Ｓｃおよび中電圧導体１
０の電位はほぼ半分の５０％に保たれるので、シールド
Ｓａ〜Ｓｃ間、シールドＳａ〜中電圧導体１０〜接地タ
ンク６間、シールドＳｂ〜接地タンク６間の電圧はト全
対地電圧の約５０％しか加わらない。

このため、絶縁距離を比較的短くすることができ、装置
の４・形化を図ることができる。第８図は本発明の他の
実施例を示す断面側面図である。第８図において第６図
と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。Ｂ，
，＆は棒状の小さなシールドを示し、Ｃｂ，，Ｃｂ２は
静電容量を示す。ここで、第６図と異なる点は、非直線
抵抗体８の一端に設けられ、接続部を兼ねたシールドＳ
ａおよび非直線抵抗体９の上側に設けられ、接続部を兼
ねたシールドＳｃにそれぞれ棒状の小さなシールドＢ，
，Ｂ２を付加し、このシールドＢ，＆と非直線抵抗体８
，９の間の静電容量ＣＬ，ＣＱの効果により、第７図に
示した電位分布および電界を一層均一なものとしたこと
にある。なお、このシールドＢ，，Ｂは４・さくできる
ので、支持構造は容易になる。上記実施例においては、
何れも非直線抵抗体を２つのユニットに分割した場合を
例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、さらに分割数を多くし、その各々を接続導体
で接続してもよく、数が多い程、非直線抵抗体の電位分
布をより直線的なものに近づけることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、滋電
装壇の側面より高電圧導体を後続できる構造にできるた
め、ガス絶縁変電所における母線および避電装層の接続
に必要な折れ曲がり部分などを省略することができ、こ
の部分のコストを大幅に低減せしめることができる利点
がある。

また、本発明によれば、簡単な内部構造で、常時の交流
電圧における抵抗体の電位分布を一様にすることができ
るので、装置の寿命を著しく長からしめ得ると共に高信
頼度の避電装鷹を得ることができる。さらに、分圧用の
コンデンサを付加する必要がないので、避雷装置の縮小
化を図ることができる。このように、本発明によれば、
従来のこの種の装置に比して多大の効果があり、非直線
抵抗体の電位分布を一様にした密閉形避雷装置としては
独自のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の避雷装置の一例を示す断面側面図、第２
図は第１図の動作説明に供する酸化亜鉛競給体素子の電
圧−電流特性図、第３図は第１図の等価回路図、第４図
ａ，ｂは第１図の動作説明に供する抵抗体の電位分布お
よび電界分布を示す特性図、第５図は第１図の動作説明
に供する酸化亜鉛競結素子の電圧−寿命曲線の一例を示
す特性図、第６図は本発明による避電装暦の一実施例を
示す断面側面図、第７図ａ，ｂは第６図の動作説明に供
する抵抗体の電位分布および電界分布を示す特性図、第
８図は本発明の他の実施例を示す断面側面図である。 ６・・・・・・接地タンク、７・・…・高電圧導体、８
，９・・・…非直線抵抗体、１０・・・・・・中電圧導
体。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接地タンクと、この接地タンクの側面に絶縁支持さ
   れた高電圧導体と、この高電圧導体と前記接地タンク内
   壁との間に電気的に直列に挿入されかつ高圧側と低圧側
   の少くとも２つのユニツトに分割した非直線抵抗体と、
   前記高電圧導体に接続された高圧側のユニツトの高電圧
   側に設けられた第１のシールドと、前記接地タンクに直
   接接続された低圧側のユニツトの高電圧側に設けられた
   第２のシールドと、前記高圧側のユニツトの低電圧側と
   前記低圧側のユニツトの高電圧側を接続する接続導体と
   を備え、かつ前記高圧側のユニツトを前記低圧側のユニ
   ツトに対し倒立させて前記第１および第２のシールドを
   対向させ前記低圧側のユニツトと前記高圧側のユニツト
   との間および該低圧側のユニツトと前記高電圧導体との
   間に静電容量を有するように配置してなることを特徴と
   する避雷装置。