JPH08148311A - ポリマー形避雷器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＦＲＰよりなる耐圧絶縁筒内にＺｎＯ素子を
収容して形成したポリマー形避雷器において、内部コロ
ナ発生時のコロナによる耐圧絶縁筒内の気体および構成
部材が分解され有害物質が生成されるのを防止すること
を目的とする。 【構成】 耐圧絶縁筒１の内壁に無機質層２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力用避雷器に関し、特
にポリマー形避雷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力用避雷器は、一般に酸化亜鉛を主成
分とした非直線抵抗素子（以下、ＺｎＯ素子と略称す
る）を磁器製の碍管内に定格電圧に応じた枚数を重ね合
わせ、絶縁棒等を使用した締付手段で締め付けて碍管中
央部に固定支持し、碍管の上下を密封して、内部に乾燥
空気やＮ₂ガス等を封入して構成されている。

【０００３】この碍管は磁器製であるため、脆くこわれ
やすいため、肉厚を厚く形成してある。従って、大型と
なり、且つ重量も増し、また、複数段の笠を有するた
め、製作も難しい等の課題があった。

【０００４】そこで、最近は、機械的に脆い磁器製の碍
管に代えて、機械的強度に優れ、耐熱性，耐圧性のある
繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと略称）により、
耐圧絶縁筒を使用し、その外周に複数段の笠部を有する
耐候性の良いＥＰＤＭ（ＥＰゴム）やシリコン（ゴム）
等のゴム外被で被覆した、所謂、ポリマー形避雷器の開
発が進められている。

【０００５】図４はかかるポリマー形避雷器の一例の要
部断面図で、ＦＲＰから成る耐圧絶縁筒１１の中に、Ｚ
ｎＯ素子１２が複数枚積み重ねて収容され、その上部を
電極１３を介して圧接ばね１４で押圧して固定してい
る。

【０００６】１５は閉塞板、１６は放圧板で、閉塞板１
５の中央には孔が設けられていて、その孔を放圧板１６
で塞ぎ、これら閉塞板１５と放圧板１６とで、耐圧絶縁
筒１１の上下端を気密に閉塞し、且つ、内部圧が上昇し
たとき、放圧板１６を裂いて放圧する。

【０００７】１７はゴム外被で、耐候性のよいＥＰゴム
又はシリコーンゴム等から成り、耐圧絶縁筒１１の外周
を被覆し、外表面には、沿面距離を長くするための複数
の笠部１７ａを有する。

【０００８】なお、図４において、１８は上下のフラン
ジ、１９は上下のキャップ、２０は端子、２１はベース
を示している。

【０００９】このポリマー形避雷器は、磁器製の碍管を
使用した避雷器に対して次の利点を有する。

【００１０】（１）小形、軽量にできる。

【００１１】ＦＲＰの耐圧絶縁筒１１は高強度のものが
得られるため、円筒の直径および耐圧絶縁筒の肉厚を薄
くでき、また、ＥＰゴムやシリコーンゴムで外被をモー
ルド形成する場合でも笠部１５ａ，胴部１５ｂの肉厚が
薄くできる。

【００１２】また、同一の漏洩距離を確保する場合、笠
部の出張りも大きくでき、笠部肉厚が薄いため、笠のピ
ッチも小さくできるので、碍管全長が短くなる。

【００１３】（２）取り扱いが容易になる。

【００１４】磁器製の碍管は、硬い物にぶっつけるな
ど、ちょっとした衝撃が加わると、笠部が欠けたりする
ため、組立，輸送，据付時に細心の注意を払う必要があ
り、保護部材も必要としたが、ポリマー形避雷器の外被
はゴム質であるため、局部的に衝撃が加わっても一時的
に変形するだけで、永久的な破損は生じない。また、小
形軽量と相俟って取り扱いが非常に楽になる。

【００１５】（３）安全性が高い。

【００１６】避雷器は、万一責務を超える大きな雷や、
高い交流過電圧が印加されると、ＺｎＯ素子が破壊する
場合がある。破壊すると、電気的には短絡状態となるた
め、系統の故障電流が碍管内部をアーク電流として流
れ、内部の構成要素がアークの高温でガス化して内部圧
力が上昇する。

【００１７】この圧力を放圧するため、通常は、碍管上
下に、碍管の内圧強度より低い圧力で動作する放圧板が
設けてあるが、しかし、磁器製の碍管の場合は、内部の
アークによる高温で、熱歪みを生じて破壊する場合があ
る。即ち、磁器製の碍管は、内圧力と熱歪みの２種のス
トレスに耐えなければならない。

【００１８】一般的には、故障電流が系統の遮断器によ
り遮断される迄の０．１〜０．２秒間の内圧上昇には耐
えた後、内圧が低下した後に熱歪みによる破壊が生じる
ので、爆発飛散することは少ないが、内圧が残っている
状態で、熱破壊が生じると、爆発状態となり、周囲の機
器、人体に大きな危害を与える恐れがある。

【００１９】これに対し、ポリマー形避雷器の機械的強
度を受け持つＦＲＰによる耐圧絶縁筒は熱歪みによる破
壊はないので、内圧のみを考慮すればよく、爆発飛散は
勿論、崩れ落ちることもなく安全性が極めて高い。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ポリマー形避雷器は、
上記のような数々の優れた利点を有するが、しかし、電
力用避雷器として使用した場合、新たな課題として内部
コロナが発生し、避雷器の諸特性に悪影響を及ぼすこと
が判明した。

【００２１】即ち、図５はコロナ発生のメカニズムを説
明するための断面図で、ゴム外被１７の表面が塩分等で
汚損されると、ゴム外被１７の表面の電位と、内部に収
容されているＺｎＯ素子１２の電位の間に差が生じ、耐
圧絶縁筒１１の内壁とＺｎＯ素子１２の外周の間で内部
コロナＣが発生する。

【００２２】図６は、この電圧差の説明図を示し、縦軸
にゴム外被の高さ（Ｈ）をとり、横軸に電位をとり、接
地側を０とし、高圧側を１００％とした場合である。

【００２３】同図の実線はゴム外被１７の表面が清浄
で、乾燥している時の表面の電位分布、点線はＺｎＯ素
子の電位分布、一点鎖線はゴム外被１７の上半分が汚損
したときの電位分布を示している。

【００２４】このように、ゴム外被の表面が乾燥してい
る時は、外被表面とＺｎＯ素子の電位差はＥ₁程度と小
さいため内部コロナは発生しない。

【００２５】一方、ゴム外被の表面の上半分が汚損さ
れ、下半分が乾燥している場合は、Ｅ₂のように大きな
電位差が生じ、耐圧絶縁筒の内壁とＺｎＯ素子間で内部
コロナが発生する。

【００２６】また、塩害汚損時等には、図７に示すよう
に、ゴム外被の表面の一部が、他の部所より早く乾燥し
て、乾燥帯（ドライバンド）ＤＢが発生することがあ
る。このドライバンドに大きな電圧が印加され、これが
フラッシュオーバ（Ｆ）する。このとき、パルス状の電
流Ｉが碍管とＺｎＯ素子間のストレイの静電容量Ｃ_Sと
ＺｎＯ素子の静電容量Ｃ_Bを通して流れ、碍管内の空間
を放電してＺｎＯ素子に流れ込み、内部コロナと同様
に、避雷器の特性に悪影響を及ぼす。

【００２７】また、耐圧絶縁筒の高強度の特性を生かす
と、碍管の内径は磁器製の碍管より小さくでき、碍管内
壁とＺｎＯ素子間の空間距離を狭くする。このため、内
部コロナは従来より一層発生し易くくなっている。

【００２８】内部コロナが発生すると、碍管内部の封入
気体及び内部の構成部材がコロナにより分解され、有害
な物質が生成され、ＺｎＯ素子の絶縁特性を低下させた
り、内部の金属を腐食させたりする。また内部構成部材
自体もコロナにより分解・変質して絶縁性低下の恐れが
あり、避雷器の特性および寿命に悪影響を及ぼす。

【００２９】磁器製の碍管の場合は、碍管内壁のコロナ
による分解は殆どなく、絶縁性低下の問題は少なかった
が、有機物から成るＦＲＰによる耐圧絶縁筒を使用した
場合は、分解生成物も多く、またカーボンが分解により
生成され絶縁性の低下を来す等、磁器製の碍管では考え
られなかった新たな問題が発生した。

【００３０】このようにポリマー形避雷器を小形化して
実用化する上で、コロナ対策が最大の課題となってい
る。

【００３１】以上の点に鑑み本発明は、ポリマー形避雷
器の数々の利点を生かし、且つ、最大の課題であるコロ
ナ対策を施した此の種の避雷器を提供することを目的と
するものである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、１個又は複数個のＺｎＯ
素子と、該ＺｎＯ素子に通電する上，下部電極を繊維強
化プラスチックから成る耐圧絶縁筒内に収容し、この耐
圧絶縁筒の外周にゴム外被を設けてなる避雷器におい
て、前記耐圧絶縁筒の内壁に無機質層を設けて、コロナ
により耐圧絶縁筒が分解するのを防止する。

【００３３】上記の無機質層は、無機材をプラズマ溶射
によりコーティングして形成してもよく、また、セラミ
ック塗料を塗布して形成してもよく、更に、薄いセラミ
ック板を内筒状にして耐圧絶縁筒の内壁に挿入して形成
してもよい。

【００３４】

【作用】本発明は上記のように、ＦＲＰよりなる耐圧絶
縁筒の内壁に無機質層を形成してあるので、耐圧絶縁筒
の内壁とＺｎＯ素子間で大きな電位差が生じてコロナが
発生しても、耐圧絶縁筒の内壁は無機質層であるため、
コロナによる分解は生じない。

【００３５】よって、分解による避雷器の諸特性に対し
て悪影響を及ぼすことはない。

【００３６】また、ポリマー形避雷器の有する利点も害
なうことはない。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す一実施例に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例の要部断面図を示
す。なお、図４と同一部分又は相当部分には、これと同
じ符号を付して説明を省略する。

【００３８】しかして、本発明は内部コロナ対策として
碍管を構成するＦＲＰよりなる耐圧絶縁筒１１の内壁に
無機質層２を形成し、コロナが発生しても耐圧絶縁筒１
が分解されないようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００３９】無機質層２の形成方法としては、例えば、
アルミナ粉末を高温のプラズマで溶かし、耐圧絶縁筒１
の内壁に溶射するプラズマ溶射によるコーティング方
法。

【００４０】また、耐圧絶縁筒１の内壁にセラミック塗
料を塗布する方法がある。

【００４１】セラミック塗料は、近年、抵抗器等の電子
部品のコーティング材としてアルミナを主成分とするも
のが実用化されており、これを使用する。硬化条件も１
８０℃、５ｍｉｎ程度とＦＲＰの耐熱性に合致する。若
干有機材が含まれるが、大部分は無機質材であり、コス
ト的に安く、コロナ対策として実用性が高い。

【００４２】図２の無機質層２は、これらのプラズマ溶
射によるコーティング方法、又はセラミック塗料を塗布
する方法で形成したものである。

【００４３】図３は他の実施例で、セラミック板２′を
円筒状にして耐圧絶縁筒１の内壁に挿入して無機質層２
を形成したものである。

【００４４】セラミック板２′は、０.２〜０.５ｍｍ程
度の薄いシート状のものを使用する。セラミック板材
も、この程度に薄いと、弾性が得られ、この弾性により
耐圧絶縁筒１の内壁に密着できる。

【００４５】この場合、耐圧絶縁筒１の内壁とセラミッ
ク板２′との間に微小な隙間が残るが、あらかじめ内壁
にシリコーングリースを塗布しておけば、その隙間を埋
めることができる。

【００４６】なお、無機質層は、必ずしも耐圧絶縁筒１
の内壁全体に設ける必要はなく、大きな電位差の発生す
る確率の高い部分、例えば、ＺｎＯ素子に対向する部分
にのみ設けてもよい。

【００４７】図４は、耐圧絶縁筒１１の上，下に放圧板
を設けて、内部圧が上昇したとき、この放圧板を裂いて
放圧するようにしたものであるが、放圧板を設けること
なく、耐圧絶縁筒の肉厚を適宜選定して、避雷器の内部
に高温、高圧のアークが発生して内部圧が上昇したと
き、耐圧絶縁筒およびゴム外被を部分的に高圧ガスで裂
き、その裂け目から内圧を放圧するようにしてもよい。

【００４８】本発明はこのいずれのものにも適用できる
ことは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】本発明は以上のように、耐圧絶縁筒を有
機質から成るＦＲＰで形成しても、その内壁に無機質層
を施してあるので、コロナが発生しても、耐圧絶縁筒内
の封入気体や耐圧絶縁筒がコロナにより分解されること
がない。従って、コロナ放電による有害な物質の生成に
よりＺｎＯ素子の絶縁特性を低下させたり、内部の金属
を腐食させたり、内部構成部材を変質させることがない
ため、信頼性の高いポリマー避雷器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図。

【図２】図１の要部拡大図。

【図３】本発明の他の実施例の要部斜視図。

【図４】ポリマー形避雷器の要部断面図。

【図５】内部コロナ発生のメカニズムの説明図。

【図６】避雷器の電位分布の説明図。

【図７】碍管汚損時の現象説明図。

【符号の説明】

１，１１…耐圧絶縁筒 ２…無機質層 １２…ＺｎＯ素子 １３…電極 １４…圧接ばね １５…閉塞板 １６…放圧板 １７…ゴム外被 １８…フランジ １９…キャップ ２０…端子 ２１…ベース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １個又は複数個のＺｎＯ素子と、該Ｚｎ
   Ｏ素子に通電する上，下部電極を繊維強化プラスチック
   から成る耐圧絶縁筒内に収容し、この耐圧絶縁筒の外周
   にゴム外被を設けてなる避雷器において、 前記耐圧絶縁筒の内壁に無機質層を設けたことを特徴と
   するポリマー形避雷器。
2. 【請求項２】 無機質層は、無機材をプラズマ溶射によ
   りコーティングして形成したことを特徴とする請求項１
   記載のポリマー形避雷器。
3. 【請求項３】 無機質層は、セラミック塗料を塗布して
   形成したことを特徴とする請求項１記載のポリマー形避
   雷器。
4. 【請求項４】 無機質層は、薄いセラミック板を円筒状
   にして耐圧絶縁筒の内壁に挿入して形成したことを特徴
   とする請求項１記載のポリマー形避雷器。