JPH0513142A

JPH0513142A - 避雷器

Info

Publication number: JPH0513142A
Application number: JP16469991A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kayano; 好秀茅野; Nobuyuki Shimizu; 信行清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-22
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JP2744149B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐汚損形避雷器を構成するため、酸化亜鉛素子
を有する内部要素に金属管を履かせて碍子管の内長との
協調をとる場合、内部の電界ストレスを緩和させてコロ
ナ放電の発生を抑制し、絶縁劣化を抑制する。【構成】耐汚損形避雷器を形成する各避雷器単位１にお
いて、碍子管１１内の内部要素１２は、複数の酸化亜鉛
素子１８及び金属カラー１９、金属管２２、複数の仕切
板２０、及び複数の絶縁ロッド２１を有する。素子１８
と金属カラー１９は交互に積層する。内長協調用の金属
管２２は素子１８及び金属カラー１９から成る抵抗体部
分の下端側に積層する。仕切板２０は積層体の所定位置
に介挿する。仕切板２０には溝２０ａが形成してあり、
積層体をセンタリングする。絶縁ロッド２１は積層体か
ら離した位置で各仕切板２０を貫通し、積層体を軸方向
に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、避雷器に係り、特に、
酸化亜鉛素子を用いた複数個の避雷器単位を段積みにし
た避雷器における、汚損時の内部電界ストレスを緩和す
る避雷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、変電システムなどには、雷サー
ジや開閉サージから他の機器を保護するため、避雷器を
組み入れている。この避雷器としては、近年、非直線性
能に優れた酸化亜鉛素子を内部要素として用いた、ギャ
ップレス形のものが主流になっており、シンプルな構造
であり、高い信頼性を得ている。

【０００３】この酸化亜鉛素子を用いた避雷器の従来構
造を図７、８に示す。これらの図に示す構造は、段積み
にされて避雷器を構成する避雷器単位１００に関するも
のである。この避雷器単位１００は、密封した碍子管１
０１に内部要素１０２を収納する構造としている。つま
り、碍子管１０１の両端部は、パッキン１０３を介して
蓋１０４を被せ、この蓋１０４に別のパッキン１０５を
介して避圧膜１０６を置き、この避圧膜１０６を押え１
０７で挟み込んでいる。内部要素１０２は、積み重ねら
れた酸化亜鉛素子１０８をある枚数毎に仕切板１０９で
区切り、その下方に、碍子管１０１の内長との協調をと
るための金属管１１０を配設した構造を有する。さら
に、素子１０８のセンタリングと導通面の確実な密着を
図るため、複数本の絶縁ロッド１１１が素子１０８の側
面に接触した状態で仕切板１０９を貫通して配置され、
その両端がナットで固定されている。内部要素１０２の
上端側と蓋１０４の間にはバネ１１２が介挿され、内部
要素１０２がバネ１１２により強く押され、振動や部品
寸法のばらつきを吸収しつつ、確実な導通がとれるよう
になっている。この構成の避雷器単位１００は、汚損度
に応じて、碍子管１０１を長くしたり、酸化亜鉛素子１
０８の積層数及び金属管１１０の長さを増減させる。そ
して、その避雷器単位を複数個、段積みして所定の定格
電圧の避雷器を構成している。

【０００４】ところで、上述の構成の避雷器を汚損度の
高い場所で使用する場合、所定の汚損耐電圧を確保する
ために、碍子管１０１を長くして、その表面漏れ距離を
増加させる必要がある。これに対し、酸化亜鉛素子１０
８は雷サージや開閉サージに起因する過電圧を制限し、
他の変電機器の絶縁耐力以下に抑制する使命があるた
め、その積層数を増加できない。

【０００５】このため、碍子管１０１が長くなり且つ酸
化亜鉛素子１０８の積層数を増やせない以上、必然的
に、金属管１１０を長くすることにより、内部要素１０
２を碍子管１０１に収納することとなる。

【０００６】このように構成された、汚損地域向けの段
積み避雷器の内部断面のモデルを図９（ａ）に示し、そ
の避雷器の汚損有り、無しのときの電圧分担特性の比較
を図９（ｂ）に示す。図９（ａ）は３段積み避雷器を示
すもので、酸化亜鉛素子１０８は各避雷器単位１００内
の上方に突き上げて積層し、その下方には非常に長い金
属管１１０を配設し、耐汚損形の避雷器を形成してい
る。酸化亜鉛素子１０８は、浮遊静電容量の影響によ
り、上段側になるほど、避雷器単位１００の分担電圧が
多くなる。このため、上段、中段、下段の避雷器単位１
００，…，１００では、上段側になるほど、酸化亜鉛要
素１０８の積層数を多くして、グレードを付けると共
に、３段構成の最上部にシールドリング１１３を図示の
如く取り付け、電圧分担を均一化させている。

【０００７】図９（ｂ）は上述の３段積みの避雷器の電
圧分担を示すもので、縦軸は同図（ａ）の避雷器の高さ
を、横軸は電圧Ｖの割合を表している。図中、実線Ａ，
Ｂは汚損の無い状態若しくは汚損している場合でも、碍
子表面が乾燥している状態のもので、実線Ａは酸化亜鉛
素子１０８の電圧分担を、実線Ｂは碍子管１０１の電圧
分担である。つまり、汚損の影響が無い状態では碍子表
面のインピーダンスが高いため、各電圧分担Ａ，Ｂは避
雷器単位１００内の素子１０８の積層数に比例する。ま
た、金属管１１０と碍子管下部の金属部１１４が同電位
となる。碍子管１０１は上下の金属部１１４、１１４間
の磁器部分で電圧を分担するので、金属管１１０が長い
場合には、上段の避雷器単位１００における抵抗体部分
１１５の最下部と碍子管１０１との間に最大の電位差Ｖ
ｅを生じる。

【０００８】一方、図９（ｂ）中、破線Ｃ，Ｄは汚損の
影響を受けた状態を示すもので、破線Ｃは酸化亜鉛素子
１０８の電圧分担、破線Ｄは碍子管１０１の電圧分担で
ある。碍子管１０１の表面が平等に汚損すると、今度は
碍子管表面のインピーダンスが低くなるため、各避雷器
単位１００の電圧分担は碍子管１０１の表面漏れ距離に
比例している。つまり、各避雷器単位１００の碍子管１
０１の構成が同一であるならば、最大の電位差Ｖｅは内
部素子数の最も少ない、下段の避雷器単位１００におけ
る抵抗体部分１１５の最下部と碍子管１０１との間に生
じる。

【０００９】汚損が不平等の場合、碍子管表面のインピ
ーダンスもアンバランスになるため、そのインピーダン
スが高いほど分担電圧が多くなる。このとき、抵抗体部
分１１５の最下部と碍子管１０１との間に生じる電位差
Ｖｅは、不平等汚損の程度如何によって、非常に大きな
値になる可能性がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、耐汚損
形避雷器は通常、積層した酸化亜鉛素子（群）１０８の
下側に挿入する金属管１１０が非常に長くなることか
ら、抵抗体部分１１５の最下部と碍子管１０１との間に
大きな電位差Ｖｅを生じ、この電位差Ｖｅにより内部の
電界ストレスが増加してしまう。

【００１１】一般に、電界ストレスＥは、次式で計算で
きる。

【００１２】Ｅ＝ｆ（Ｖｅ／ｄ_o） ……（１）ここで、ｆは電界係数であり、電極と誘電体の位置関係
等によって決まる数値、ｄ_oは酸化亜鉛素子と絶縁ロッ
ドとの間のギャップ長（図８参照）である。

【００１３】この電界ストレスＥを前述した図７、８の
構成について考察する。前述した構成では、内部素子１
０８と絶縁ロッド１１１とを接触させているが、絶縁ロ
ッド１１１は軸方向両端で固定されているから、酸化亜
鉛素子１０８の積層時のずれや径のばらつきにより、実
際には、素子１０８の側面との間に微小なギャップがｄ
_oが存在する。絶縁ロッド１１１は所定の絶縁性能と機
械的強度を必要とするため、その材料としてはＦＲＰ
（繊維強化プラスチック）などの比誘電率＝５〜６の絶
縁材料が選定される。このように、素子１０８の側面に
微小ギャップｄ_oを有して絶縁ロッド１１１が配設され
ると、電界係数ｆも大きな値をとることから、（１）式
で計算される電界ストレスＥが大きくなって、微小ギャ
ップｄ_o部分に電界が集中してしまう。

【００１４】また、汚損状態又は汚損の無い状態におい
ても、図９（ｂ）に示した電位差Ｖｅはコロナ開始電圧
を上回る電界ストレスとなる可能性があった。このよう
に電界ストレスが増大すると、内部コロナが発生し易く
なる。内部コロナが発生すると、絶縁ロッド１１１の沿
面が軸方向に劣化し、沿面地絡に至ってしまう可能性が
あった。

【００１５】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたもので、耐汚損形として酸化亜鉛素子群の
下方に、碍子管の内長との協調をとるための金属管を取
り付けた構造であっても、内部の電界ストレスを減少さ
せてコロナ放電の発生を抑制し、これにより絶縁劣化を
抑制できるようにした避雷器を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、複数個の酸化亜鉛素子を積層した酸化亜
鉛素子群と、この酸化亜鉛素子群の積層方向の一方の端
部に設けた金属管と、上記酸化亜鉛素子群の所定位置に
挿入すると共に上記素子群と金属管から成る要素の両端
部に設けた複数の導電性の板体と、この複数の板体を貫
通して配置され上記要素及び板体全体を固定する絶縁ロ
ッドとを有して内部要素を形成し、この内部要素を、両
端を金属製フランジで密封した磁器製の碍子管内に収納
して避雷器単位を形成し、この避雷器単位の複数個を直
列に段積みにした構造を備えた避雷器において、前記酸
化亜鉛素子の積層間の所定位置に金属製スペーサを挿入
すると共に、前記板体には、前記内部要素を成す積層体
の積層方向の位置を固定するガイド部を設け、前記絶縁
ロッドを上記積層体から一定の気中距離を隔てた位置で
上記板体に貫通させている。

【００１７】

【作用】本発明では、酸化亜鉛素子及びスペーサ、金属
管、板体から成る一連の積層体は、板体に設けたガイド
部に係止されて位置決めされ、センタリングが的確に行
われる。この状態で、複数の酸化亜鉛素子の間に金属製
スペーサを挿入することにより、各素子が積層方向に分
散し、抵抗体部分が長くなるから、電圧分担域も積層方
向に広がる。これにより、抵抗体部分の下端部の位置が
スペーサを挿入しない場合よりも下がり、その下端部の
位置と碍子管との電位差が小さくなる。また、絶縁ロッ
ドは積層体のセンタリングの役目から解放され、専ら積
層体の積層方向の固定を担う。つまり、絶縁ロッドは積
層体から十分離れて板体を貫通するので、絶縁ロッドと
素子との電界係数が小さくなる。このように、電位差が
低下し、且つ、電界係数も小さくなるので、避雷器内部
の電界ストレスが下がり、コロナ放電による絶縁劣化も
抑制される。また軸方向の沿面せん絡も防止でき、耐汚
損特性も向上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６に基づ
き説明する。

【００１９】酸化亜鉛素子を用いた避雷器単位１の構造
を図１〜図３に示し、その避雷器単位１を段積みにした
耐汚損形避雷器２の構造を図４に示す。

【００２０】まず、避雷器単位１について説明する。こ
の避雷器単位１は、金属製フランジで密封した碍子管１
１に内部要素１２を収納する構造としている。つまり、
碍子管１１の両端部は、パッキン１３を介して蓋１４を
被せ、この蓋１４に別のパッキン１５を介して避圧膜１
６を置き、この避圧膜１６を押え１７で挟み込んでい
る。

【００２１】内部要素１２は、避雷器単位１の定格電圧
に見合う所定複数枚の酸化亜鉛素子１８を積層する構造
を有するが、各酸化亜鉛素子１８の間には、金属製スペ
ーサとしての金属カラー１９を挿入している。この金属
カラー１９は、酸化亜鉛素子１８と同形状に形成されて
いる。このように素子１８と金属カラー１９とを交互に
積層した積層体を、所定枚数毎に円盤状の板体としての
仕切板２０で区切っている。

【００２２】仕切板２０は導電性部材で成り、図３に示
すように、その中央部の上面、下面夫々に穿設された、
素子１８及び金属カラー１９を受ける凹状の溝２０ａ、
２０ａ（ガイド部）を有すると共に、その溝２０ａの周
囲の位置に後述する絶縁ロッド２１を貫通させる複数の
貫通孔を有する。この貫通孔の位置は、絶縁ロッド２１
と積層体との間の十分な気中距離を確保できる位置に設
定されている。

【００２３】この仕切板２０は酸化亜鉛素子１８と金属
カラー１９とを積層した最下部にも配設し、その下方に
は、碍子管１１の内長との協調をとるため、金属管２２
を配設する。この一連の積層体の両端にも仕切板２０、
２０を夫々配設し、全部の仕切板２０，…，２０の貫通
孔に絶縁ロッド２１を通した状態で、その両端をナット
で固定することにより、内部要素１２を形成している。

【００２４】このように形成された内部要素１２は、下
側の蓋１４の金属ベース２３上に載置され、上側の蓋１
４と内部要素上端部との間にはバネ２４が介挿されてい
る。このバネ２４により、内部要素１２に圧縮荷重を与
え、碍子管１１内部に固定して収容している。

【００２５】この避雷器単位１は、図４に示すように、
３段積みにして所定の定格電圧の避雷器２を構成してい
る。なお、図４中、符号３２はシールドリングであり、
符号３３は碍子管金属部を、符号３４は抵抗体部分を夫
々示す。

【００２６】次に、本実施例の作用効果を説明する。

【００２７】酸化亜鉛素子１８と金属カラー１９が交互
に積層されているため、内部要素１２を構成する抵抗体
部分３４（図４参照）が、同一定格電圧であっても、金
属カラー１９を用いない従来のものよりも長くなる。つ
まり、各避雷器単位１において、電圧を分担する距離
（高さ）範囲が碍子管１１の下方に延びると共に、碍子
管１１の内長との協調をとる金属管２２が短くて済む。
この金属管２２は、碍子管下部の金属部３３（図４参
照）と同電位である。

【００２８】また、素子１８と金属カラー１９の積層体
は、各仕切板２０の溝２０ａによりセンタリングされ、
且つ、バネ２４により内部要素１２全体が押さえられて
いるので、絶縁ロッド２１，…，２１を積層体の周面に
接触させなくても、位置ずれを起こすことはない。これ
により、導通面も十分に確保される。

【００２９】以上の状況を踏まえて、図５、６に基づき
本実施例の電圧分担特性を説明する。図５は碍子管１１
の汚損が無いときの電圧分担特性を、図６は碍子管１１
が汚損され、その影響を受けたときの電圧分担特性を示
すもので、縦軸及び横軸のとり方は前述した図９（ｂ）
と同一である。図中、実線Ａ，Ｂ及び破線Ｃ，Ｄ並びに
電位差Ｖｅの定義付けも図９（ｂ）と同一であり、比較
し易いように同図のものをそのまま模写している。

【００３０】図５における一点鎖線Ｅは汚損の影響が無
いときの、酸化亜鉛素子１８、即ち抵抗体部分３４の電
圧分担特性であり、図６における二点鎖線Ｆは汚損時の
抵抗体部分３４の電圧分担特性である。実際には、素子
１８が電圧を分担し、金属カラー１９は電圧を分担しな
いため、特性曲線Ｅ，Ｆは階段状に変化するものである
が、概略、図示の特性として差し支え無い。

【００３１】前述したように、各避雷器単位１における
抵抗体部分３４が金属カラー１９の挿入によって下方に
延びていることから、特性曲線Ｅ，Ｆにおける各碍子管
１１の分担電圧Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃に到達する各点も従来
の特性（図９（ｂ））に比べ夫々、グラフ上で下方に移
動している。このため、碍子管１１と抵抗体部分３４の
電位差Ｖｆとなり、従来の電位差Ｖｅに比べて、Ｖｅ＞
Ｖｆと小さくなる。

【００３２】さらに、各絶縁ロッド２１は素子１８及び
金属カラー１９の積層体から十分離れて位置するため、
それらの間の距離ｄ_o（図２参照）が大きくなる。つま
り、誘電体が電極から遠ざかるのと等価であり、電界係
数ｆは小さくなる。このように、電位差Ｖｅ＞Ｖｆ、ギ
ャップｄ_o：大、及び、電界係数ｆ：小となるので、前
記（１）式から電界ストレスＥは従来構造よりも小さく
なる。

【００３３】そこで、本実施例によれば、避雷器２のサ
ージ吸収特性には何等支障を与えない状態で、避雷器２
内部の電界ストレスＥが緩和されることから、コロナ放
電の発生を的確に抑えることができる。したがって、コ
ロナ放電に起因した絶縁ロッド２１の沿面絶縁劣化を確
実に抑制でき、信頼性が向上すると共に汚損にも高い耐
性の避雷器を提供できる。

【００３４】なお、上記実施例においては酸化亜鉛素子
と金属カラーを交互に積層する構成としたが、本発明に
おける内部素子は必ずしもその構成に限定されるもので
はなく、例えば酸化亜鉛素子の２個置きに１個の金属カ
ラーを挿入するなど、サージ特性に応じて変えてもよ
い。また、耐汚損形避雷器を構成する避雷器単位の数は
任意である。さらに、板体としての仕切板に設けるガイ
ド部は、実施例記載のように溝構造である必要は無く、
反対に凸状であってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る避雷
器では、積層した酸化亜鉛素子の間に金属製スペーサを
挿入した内部要素とすると共に、内部要素を仕切る板体
には、その内部要素における積層体の積層方向の位置を
固定するガイド部を設け、固定用の絶縁ロッドを上記積
層体から一定の気中距離を隔てた位置で上記板板に貫通
させた構造にしたため、板体のガイド部が積層体の積層
方向の位置決を行って、積層体全体を確実にセンタリン
グできる。一方、絶縁ロッドはその位置決めの機能から
解放され、内部要素の積層方向の固定に専念でき、積層
体の側面から一定距離だけ離され、内部要素の抵抗部分
と絶縁ロッドとの間の電界係数が小さくなると共に、酸
化亜鉛素子群が担う抵抗部分が金属製スペーサの挿入に
より積層方向に延び、その抵抗部分の下端部と碍子管と
の電位差が、金属製スペーサを挿入しない場合よりも低
下することから、避雷器内部の電界ストレスが格段に低
下し、内部コロナの発生に伴う絶縁劣化が抑制された、
信頼性の高い耐汚損形の避雷器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る避雷器単位の一例を示す、一部省
略した軸方向断面図。

【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】図１中の仕切板付近の拡大断面図。

【図４】本発明に係る避雷器単位を段積みにした耐汚損
形避雷器の一例を示す、一部省略した軸方向断面図。

【図５】汚損の影響が無いときの電圧分担特性図。

【図６】汚損の影響が有るときの電圧分担特性図。

【図７】従来の避雷器単位の一例を示す、一部省略した
軸方向断面図。

【図８】図７中のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図９】従来の耐汚損形避雷器の軸方向断面構造と電圧
分担特性を説明する説明図。

【符号の説明】

１避雷器単位２耐汚損形避雷器１１碍子管１２内部要素１３パッキン１４蓋１７抑え１８酸化亜鉛素子１９金属カラー２０仕切板２０ａ溝２１絶縁ロッド２２金属管

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】複数個の酸化亜鉛素子を積層した酸化亜
鉛素子群と、この酸化亜鉛素子群の積層方向の一方の端
部に設けた金属管と、上記酸化亜鉛素子群の所定位置に
挿入すると共に上記素子群と金属管から成る要素の両端
部に設けた複数の導電性の板体と、この複数の板体を貫
通して配置され上記要素及び板体全体を固定する絶縁ロ
ッドとを有して内部要素を形成し、この内部要素を、両
端を金属製フランジで密封した磁器製の碍子管内に収納
して避雷器単位を形成し、この避雷器単位の複数個を直
列に段積みにした構造を備えた避雷器において、前記酸
化亜鉛素子の積層間の所定位置に金属製スペーサを挿入
すると共に、前記板体には、前記内部要素を成す積層体
の積層方向の位置を固定するガイド部を設け、前記絶縁
ロッドを上記積層体から一定の気中距離を隔てた位置で
上記板体に貫通させたことを特徴とする避雷器。