(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガスが充填された円筒状の碍管が設けられ、前記碍管内には複数の非直線抵抗体を積層してなる内部要素が収納され、前記碍管の軸方向両端部にはそれぞれ碍管内部と連通する連通口を有する蓋と、碍管内部のガスを前記連通口を通して取り入れるアークガイドとが配置され、前記連通口にはこれを閉じる破砕可能の放圧板が設置され、前記各アークガイドにはアークガイド内のガスを外部に放出する放圧口が前記碍管の軸方向に沿って互いに対向して形成され、前記各アークガイド内には上記碍管内部からのガスを前記放圧口に導く開口部を有するガイドが設けられた避雷器において、
前記ガイド内には前記放圧口と径方向反対側の位置にその基端部が固定され前記放圧口方向に傾斜する傾斜板を備え、
この傾斜板の放圧口側の先端部は、前記アークガイドの前記連通口が対向する面に接するように、且つ前記碍管の中心の延長線上と放圧口寄りの前記連通口の縁部の延長線上との間となるように配置されたことを特徴とする避雷器。
【請求項２】
前記アークガイドの放圧口面積を１００％とした場合に、前記蓋の連通口面積及び前記ガイドの開口部面積は５０〜１５０％となるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
【請求項３】
前記アークガイドの放圧口にシールドリングが配設されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の避雷器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛を主成分とする複数の非直線抵抗体を積層してなる内部要素を碍管内部に収納した避雷器に係り、特に、避雷器地絡時の碍管内部に発生するアークとこれに伴う高温、高圧のガス流を碍管外部へ放出し、外部閃絡させることにより、碍管の爆発飛散を防止した避雷器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、避雷器は変電所内の絶縁協調を図り、絶縁信頼性を高めるといった重要な役割を担っている。特に近年では、碍管内の内部要素として保護特性に優れた酸化亜鉛素子を用いたものが普及している。ところで、避雷器の地絡時には内部にアークが発生するが、これに伴って碍管内の温度及び圧力が急速に上昇し、碍管が破損するおそれがある。特に、碍管が磁器から構成されている碍子型の碍管である場合、碍管にひびが入る程度だけではなく、碍管が砕けて周囲に飛散する危険があった。
【０００３】
そこで従来より、高温、高圧となったガスを碍管外部へ放出し、内部アークを外部閃絡に移行させることにより爆発を防止した避雷器が提案されている。このような避雷器の従来例について、図４（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。
【０００４】
図４（ａ）は従来の避雷器の一例の縦断面図を、図４（ｂ）に一部分の平面図を示している。この避雷器１１は図４（ａ）に示すように、円筒状の碍管１３内部に内部要素１２が同心状に収納されている。内部要素１２は酸化亜鉛を主成分とする複数の非直線抵抗体を積層して構成されており、図示しない電気機器に接続されている。碍管１３は内部にガスが充填されており、碍管１３の軸方向両端部である上下各端部の開口部には上下一対の蓋１４，１４が設置されている。
【０００５】
蓋１４にはそれぞれ碍管１３内部と連通する連通口１４ａ，１４ｂが形成されている。連通口１４ａ，１４ｂはいずれも半円状であり、図４（ｂ）に示すように左右対称となっている。さらに、各蓋１４の外側には連通口１４ａ，１４ｂを閉じる破砕可能の放圧板１５と、パッキン１６と、放圧板１５を押える押え板１７とが設けられており、これらの部材により碍管１３内部の気密を保つ構造がとられている。
【０００６】
また、碍管１３の上下各端の開口部には上下一対の碍管フランジ１８が配置されており、各碍管フランジ１８には上下一対のアークガイド１９が設置されている。これらアークガイド１９は、一例として、アルミまたはアルミ合金製の中空の略円盤状部材からなり、前記連通口１４ａ，１４ｂを通して内部に碍管１３からガスを取り入れるようになっている。アークガイド１９にはそれぞれアークガイド１９内のガスを外部に放出する放圧口１９ａが形成されている。図４（ａ）における上下の放圧口１９ａ同士は碍管１３の軸方向に沿って互いに対向するようにして水平に配置されている。
【０００７】
さらに、各アークガイド１９内には、一例として、鉄製のガイド２０が収納されている。ガイド２０は図４（ｂ）に示すように、平面形状が開口部２０ｂを有するコ字型となっており、押え板１７に対して垂直に立ち上げられている。ガイド２０の開口部２０ｂは放圧口１９ａ側に形成されており、ここからアークガイド１９内部のガスを放圧口１９ａへと導くようになっている。
【０００８】
ここで、避雷器１１が能力以上の過責務動作を行った際には、避雷器１１内部が閃絡や貫通破壊を起こし、短絡電流が流れる。そのため、碍管１３内部にはアークが発生し、碍管１３内部は高温になる。また、アークに伴って衝撃波も生じるため碍管１３内部の圧力は急激に上昇し、碍管１３内部に高温高圧のガス流が生じる。このガス流は蓋１４の各連通口１４ａ，１４ｂを通って放圧板１５を破砕し、各アークガイド１９内へと噴出する。さらに、ガス流はガイド２０の開口部２０ｂに導かれて各放圧口１９ａに向い、放圧口１９ａを抜けて外部へと放出される。
【０００９】
この時、図４（ａ）において、上側の放圧口１９ａからは下向きに放出され、下側の放圧口１９ａからは上向きにガス流が放出される。放圧口１９ａ同士は互いに対向しているので、２つのガス流は放圧口１９ａ間で衝突、合流する。この結果、放圧口１９ａ間で閉電路を形成し、碍管１３内部に発生したアークを外部閃絡へと移行させることができる。これによって、碍管１３内部の圧力が急激に上昇した場合でも、碍管１３の破損及び爆発飛散を未然に防止することが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術には次のような問題点があった。すなわち、連通口１４ａ，１４ｂを通過する時のガス流の方向は垂直方向（碍管１３の軸方向）であり、アークガイド１９の天板あるいは底板及びガイド２０の壁面に衝突しながら、アークガイド１９内では水平方向（碍管１３軸方向との直交方向）に方向転換する。そして、ガイド２０の開口部２０ｂを通過した後、再び垂直方向に方向転換して放出口１９ａに抜ける。
【００１１】
つまり、碍管１３内で発生したガス流は連通口１４ａ，１４ｂから放出口１９ａに至るまでに９０度の方向転換を２度行っている。この結果、ガス流には乱流や淀みが生じ易くなり、上下の放圧口１９ａから出る時点のガス流の流速はガス流発生当初のそれに比べて大幅に遅くなる現象が生じる。そして、放圧口１９ａからのガス流の流速が遅いと、放圧口１９ａ間で衝突、合流し難くなり、外部閃絡を発生させることが困難となっていた。
【００１２】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、地絡事故に至った場合に内部アークによる高温高圧のガス流を速やかに外部に放出し、外部閃絡への移行を確実に達成して碍管の破損を未然に防ぐことが可能な、安全性・信頼性に優れた避雷器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内部にガスが充填された円筒状の碍管が設けられ、前記碍管内には複数の非直線抵抗体を積層してなる内部要素が収納され、前記碍管の軸方向両端部にはそれぞれ碍管内部と連通する連通口を有する蓋と、碍管内部のガスを前記連通口を通して取り入れるアークガイドとが配置され、前記連通口にはこれを閉じる破砕可能の放圧板が設置され、前記各アークガイドにはアークガイド内のガスを外部に放出する放圧口が前記碍管の軸方向に沿って互いに対向して形成され、前記各アークガイド内には上記碍管内部からのガスを前記放圧口に導く開口部を有するガイドが設けられた避雷器において、ガイド内には前記放圧口と径方向反対側の位置にその基端部が固定され前記放圧口方向に傾斜する傾斜板を備え、この傾斜板の放圧口側の先端部は、前記アークガイドの前記連通口が対向する面に接するように、且つ前記碍管の中心の延長線上と放圧口寄りの前記連通口の縁部の延長線上との間となるように配置されたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、避雷器地絡時に碍管内部にアークが発生し、碍管内に高温高圧のガス流が生じると、このガス流が蓋の連通口を通って放圧板を破り、アークガイド内に流入してガイドの傾斜板に衝突する。そして、ガス流は傾斜板によりガイドの開口部方向に案内され、連通口を抜けた直後のガス流と合流しつつ、放圧口へとスムーズに流れる。このように請求項１の発明では、ガス流は連通口を抜けて放圧口に至るまで円滑に流れることができ、乱流や淀みの発生を抑えることができる。したがって、ガス流は減速することなく放圧口から高速で吹き出すことができ、ガス流同士は確実に合流する。これにより、碍管内部のアークを外部閃絡へ容易に移行させることができ、碍管の破損を未然に防ぐことが可能となる。また、傾斜板の先端部が、碍管の中心の延長線上を超えていることにより、連通口を抜け出たガス流のうち少なくとも半分は傾斜板に直接当たるため、傾斜板は十分な量のガス流を開口部側へと案内することができ、乱流や淀みの発生を確実に抑えることができる。また、ガス流の大部分が直接アークガイドの天板（底板）に衝突することがないため、アークガイドに過大な負荷が加わることもなく、アルミやアルミ合金などの軽量の部材でアークガイドを形成した場合でも十分な耐久性を確保できる。
【００１５】
さらに、傾斜板の先端部は連通口における放圧口寄りの縁部の延長線上を超えることがないので、連通口全体を塞ぐほど傾斜板が倒れ過ぎない。このため、連通口を抜け出たガス流が非常に急角度の傾斜板に衝突することはなく、連通口から開口部側へのガス流の方向転換をスムーズに行うことができる。また、傾斜板を上記のような配置構成とした場合、連通口からのガス流が傾斜板あるいはアークガイドの天板（底板）の片方にだけ大量且つ高速でぶつかることがない。したがって、部材への衝突エネルギーも小さくなり、アークガイドや傾斜板に変形や損傷が生じるおそれがなく、安全性が高い。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の避雷器において、前記アークガイドの放圧口面積を１００％とした場合に、前記蓋の連通口面積及び前記ガイドの開口部面積は５０〜１５０％となるように形成されたことを特徴としている。
この請求項２の発明によれば、蓋の連通口及びガイドの開口部の大きさを放圧口の１．５倍以下に抑えるので、放圧口の大きさに対して連通口やガイドの開口部が大きくなり過ぎない。したがって、放圧口からの流出量よりも多量のガス流が放圧口に流れ込んで過大な圧力が集中してガイドアークの破損を招くといったことがなく、ガス流を放圧口から速やかに噴射させることができる。
【００１７】
また反対に、蓋の連通口及びガイドの開口部の大きさを放圧口の半分以上は確保するので、連通口及び開口部から放圧口に対して十分な量のガス流を供給することができる。この結果、放圧口から噴射されるガス流量の低下を防ぐことができ、外部閃絡を確実に達成することができる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の避雷器において、前記アークガイドの放圧口にシールドリングが配設されたことを特徴としている。
この請求項３の発明によれば、シールドリングを配設したことで避雷器の通常使用時における放圧口での電界が緩和され、避雷器外部における部分放電の発生を抑制することができる。また、碍管内部に発生したガス流を放圧口から噴射する際には、ガス流にて放圧口から簡単にシールドリングを溶断することができる。この時、溶断箇所からは金属蒸気が生じるため、これが導電体となり外部閃絡をいっそう容易に達成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）の一例について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。なお、図４に示した従来例と同一または相当部分に関して同一符号を付して説明は省略する。
【００２０】
（１）第１の実施形態
（１−１．構成）
第１の実施形態は請求項１及び請求項２を包含しており、図１中、（ａ）は第１の実施形態に係る避雷器の縦断面図、（ｂ）はその要部平面図である。図に示すようにアークガイド１９内のガイド２０には、放圧口１９ａと径方向反対側（図１（ａ）の右側）の位置に傾斜板２０ａが設けられている。傾斜板２０ａは放圧口１９ａ方向に直線的に傾斜するように構成されている。
【００２１】
すなわち、コ字型をしたガイド２０の内側において、開口部２０ｂと向い合う面を傾斜させ、この面を挟む平行な両面に溶接することによって傾斜板２０ａをガイド２０と一体的に形成させている。傾斜板２０ａの材料としては、強度及び融点が高いため鉄が好適であり、中でも強度性に優れた圧延鋼板が望ましい。特に、従来技術で説明したようにガイド２０を鉄製のものとした場合には、傾斜板２０ａを鉄製とすれば、ガイド２０に傾斜板２０ａを溶接する際の溶接強度に優れている。また、傾斜板２０ａの厚さ寸法に関しては３ｍｍ以上が望ましく、３ｍｍ以上の厚さであれば、強度的にも、また、高温・高圧のガス流に対する耐熱性の点からも、種々の電圧階級に適用可能である。
【００２２】
次に、傾斜板２０ａの配置構成について図２の拡大図を用いて説明する。以下の説明では傾斜板２０ａにおいて放圧口１９ａ寄りの端部を先端部（図２の左側端部）、放圧口１９ａと径方向反対側の端部を基端部（図２の右側端部）とする。傾斜板２０ａの先端部は、アークガイド１９の天板（底板）に接しており、碍管１３中心の延長線上Ｌ１を超えて、連通口１４ａにおける放圧口１９ａ寄りの縁部の延長線上Ｌ２に至るまでの間に配置されている。なお、図２では延長線上Ｌ１を超えた直後の状態と、延長線上Ｌ２に至った状態とを示している。一方、傾斜板２０ａの基端部は、連通口１４ｂにおける放圧口１９ａと径方向反対側の縁部付近に固定されている。
【００２３】
さらに、放圧口１９ａ、連通口１４ａ，１４ｂ及びガイド２０の開口部２０ｂの開口面積は次のような関係を有している。すなわち、第１の実施形態では、アークガイド１９の放圧口１９ａの面積を１００％とした場合に、蓋１４の連通口１４ａ，１４ｂの面積及びガイド２０の開口部２０ｂ面積は５０〜１５０％の範囲内であり、望ましくは、放圧口１９ａの開口面積を１００％とした場合に、連通口１４ａ，１４ｂの開口面積の和が１００％、ガイド２０の開口部２０ｂの開口面積が７０〜９５％となるようにそれぞれ形成されている。
【００２４】
（１−２．作用効果）
以上の構成を有する第１の実施形態において、避雷器１１の地絡時に内部要素１２に短絡電流が流れると、碍管１３内部にはアークが発生して高温高圧のガス流が生じる。このガス流は各蓋１４の各連通口１４ａ，１４ｂを通って各放圧板１５を破砕し、各アークガイド１９内に配置したガイド２０へと流入する。ここで、ガス流は傾斜板２０ａに衝突し、傾斜面に沿ってガイドの開口部２０ｂ側に案内される。
【００２５】
傾斜板２０ａに案内されたガス流は連通口１４ａ，１４ｂを抜けた直後のガス流ともスムーズに合流し、ガス流の方向転換に際して乱流や淀みが生じることがない。したがって、ガイド２０内のガス流は減速することなく開口部２０ｂを抜け、放圧口１９ａから勢い良く外部に噴射することができる。その結果、放圧口１９ａからのガス流同士は放圧口１９ａ間で衝突、合流し、確実な閉電路形成が可能となる。これにより、碍管１３内部のアークを上下の放圧口１９ａ間で外部閃絡へ容易に移行させることができる。このような第１の実施形態によれば、碍管１３の爆発飛散を未然に防ぐことができ、安全性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００２６】
しかも、第１の実施形態では、傾斜板２０ａの先端部が、碍管１３の中心の延長線上を超えているので、傾斜板２０ａは、２つある連通口１４ａ，１４ｂのうちの片方である連通口１４ｂを覆っている。つまり、連通口１４ａ，１４ｂを抜け出たガス流のうち少なくとも半分は傾斜板２０ａに直接当たることになり、傾斜板２０ａは十分な量のガス流を開口部２０ｂ側へと案内することができ、乱流や淀みの発生を確実に抑えることができる。また、ガス流の大部分が直接アークガイド１９の天板（底板）に衝突することがないため、アークガイドに過大な負荷が加わることもなく、アルミやアルミ合金などの軽量の部材でアークガイドを形成した場合でも十分な耐久性を確保できる。
【００２７】
また、傾斜板２０ａの先端部は連通口１４ａにおける放圧口１９ａ寄りの縁部の延長線上を超えることがないので、連通口１４ａ，１４ｂ全体を塞ぐほど傾斜板２０ａが倒れ過ぎない。このため、連通口１４ａ，１４ｂを抜け出たガス流が非常に急角度の傾斜板２０ａに衝突することはなく、連通口１４ａ，１４ｂから開口部２０ｂ側へのガス流の方向転換をスムーズに行うことができる。
【００２８】
さらに、傾斜板２０ａを上記のような配置構成とした場合、連通口１４ａ，１４ｂからのガス流が傾斜板２０ａあるいはアークガイド１９の天板（底板）の片方にだけ大量且つ高速でぶつかることがない。したがって、部材への衝突エネルギーも小さくなり、アークガイド１９や傾斜板２０ａに変形や損傷が生じるおそれがなく、安全性が高い。
【００２９】
また、第１の実施形態においては、蓋１４の連通口１４ａ，１４ｂの開口面積の和と、アークガイド１９の放圧口１９ａの開口面積とを等しくし、両者の間に位置するガイド２０の開口部２０ｂの大きさを両者の７０〜９５％程度と僅かに小さく設定している。つまり、連通口１４ａ，１４ｂから出たガス流はガイド２０の開口部２０ｂで少し遮られる。したがって、ガイド２０内の空間は蓄圧室の役割を果すことになり、ガイド２０内の圧力は放圧口１９ａ部分よりも高くなるため。開口部２０ｂを通過したガス流は、上下２つの放圧口１９ａより高速で吹き出されることになり、上下の放圧口１９ａからのガス流の先端が互いに接近しやすくなるので、外部閃絡の達成が容易となる。
【００３０】
ところで、第１の実施形態では、アークガイド１９の放圧口１９ａの面積を１００％とした場合に、蓋１４の連通口１４ａ，１４ｂの面積及びガイド２０の開口部２０ｂ面積は５０〜１５０％の範囲内と止めている。これにより、放圧口１９ａに対して適切な大きさの連通口１４ａ，１４ｂ及び開口部２０ｂを確保することが可能となっている。すなわち、連通口１４ａ，１４ｂ及び開口部２０ｂの大きさが放圧口１９ａの５０％を下回ると、放圧口１９ａに対しガス流を十分に供給することが難しくなる。また反対に、連通口１４ａ，１４ｂ及び開口部２０ｂの大きさが放圧口１９ａの１５０％を上回れば、連通口１４ａ，１４ｂ及び開口部２０ｂから放圧口１９ａに対して過度にガス流が集中し、アークガイド１９が破損する原因となる。
【００３１】
このような放圧口１９ａへのガス流の不足及び過剰といった事態はいずれの場合にせよ、放圧口１９ａからのガス流の流速及び流量を低下させることになり、外部閃絡は生じ難くなる。そこで第１の実施形態では、放圧口１９ａに対して連通口１４ａ，１４ｂの開口部２０ｂの大きさを上記の範囲に限定することで、放圧口１９ａからガス流が高速且つ多量に流れることが可能となり、容易に外部閃絡を実現することができる。
【００３２】
（２．第２の実施形態）
（２−１．構成）
第２の実施形態は請求項３に対応しており、図３に示すようにアークガイド１９の放圧口１９ａの外周部にシールドリング２１が配設されたことに特徴がある。シールドリング２１はアークガイド１９の肉厚寸法よりも薄い厚さ寸法であり、低融点で、且つ金属蒸気の発生し易いアルミ系合金、望ましくはアルミマグネシウム合金からなる。
【００３３】
（２−２．作用効果）
一般に、高電圧で使用される避雷器１１では、高圧側金属部より部分放電を生じ易い。第２の実施形態において、避雷器１１の通常の使用状態、つまり碍管１３内部に高温高圧のガス流が生じることなく、サージが碍管１３内部の内部要素１２を通じて流れる時には、突起部分となる放圧口１９ａ先端から部分放電が生じる可能性がある。そこで、第２の実施形態では、高圧側である放圧口１９ａの外周部にシールドリング２１を配置している。これにより、放圧口１９ａにおける電界を緩和することができ、部分放電の発生を防ぐことができる。
【００３４】
また、碍管１３内部にアークが発生した場合は、放圧口１９ａよりガス流が放出されるが、この時、低融点のシールドリング２１は簡単に溶断される。アルミマグネシウム合金からなるシールドリング２１は金属蒸気が発生するため、これが上下の放圧口１９ａ間に存在することになる。したがって、この金属蒸気が導電体となり、外部閃絡をいっそう容易に達成することができる。
【００３５】
なお、第２の実施形態においては、シールドリング２１をアルミまたはアルミ合金から構成しているが、このようにすると、アークガイド１９をアルミまたアルミ合金から構成した場合に、両者の溶接が容易となるといった利点がある。
【００３６】
（３．他の実施形態）
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、各構成部材の形状や材質などは適宜変更可能であり、例えば傾斜板２０ａの材質に関しては、鉄だけではなく、熱導電性に優れている銅、もしくは銅を主成分とする銅合金、具体的には銅と亜鉛の合金である真ちゅうなどを用いても良い。この場合、厚さ寸法は３ｍｍ以上が望ましい。さらにはアルミもしくはやアルミを主成分とするアルミ合金を使用しても良く、この場合、厚さ寸法は４ｍｍ以上が望ましい。
【００３７】
前記傾斜板２１ａの傾斜角度はアークガイド１９やガイド２０の内部寸法に合せて適宜変更可能であり、傾斜面の形状に関しても直線的なものに限らず、円弧状の曲面や、「へ」字状に屈曲したものであっても良い。
【００３８】
本発明における碍管は磁器製だけではなくポリマー製であっても良い。碍管が磁器製であればその爆発及び飛散を抑制できるため、特に優れた信頼性・安全性を発揮できるが、碍管がポリマー製であってもその破損を防ぐといった作用効果に関しては同様である。
【００３９】
さらに、本発明は、ガイド部分に傾斜板を設けるという単純な構造であるので、従来の避雷器への取付も簡単であり、既存設備から本発明への移行は極めて容易である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アークガイドの放圧口と径方向反対側の位置に放圧口方向に傾斜する傾斜板を設けるといった簡単な構成により、地絡事故に至った場合に内部アークによる高温高圧のガス流を速やかに外部に放出し、外部閃絡への移行を確実に達成して碍管の破損を未然に防ぐことができ、安全性で信頼性の高い避雷器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る避雷器の縦断面図、（ｂ）は同図（ａ）で示す押え板とガイド板の平面図。
【図２】第１の実施形態における傾斜板の拡大側面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る避雷器の縦断面図。
【図４】（ａ）は従来の避雷器の縦断面図、（ｂ）は同図（ａ）で示す押え板とガイド板の平面図。
【符号の説明】
１１…避雷器
１２…内部要素
１３…碍管
１４…蓋
１４ａ，１４ｂ…連通口
１５…放圧板
１６…パッキン
１７…押え板
１８…碍管フランジ
１９…アークガイド
１９ａ…放圧口
２０…ガイド
２０ａ…傾斜板
２０ｂ…ガイドの開口部
２１…シールドリング
【図１】
0003612519.tif 000002
【図２】
0003612519.tif 000003
【図３】
0003612519.tif 000004
【図４】
0003612519.tif 000005