(57)【要約】【課題】機械的強度に優れ、かつ、組み立て作業性を改善するとともに、低コスト化を実現できる避雷器を得ること。【解決手段】酸化亜鉛素子１が軸方向に複数積層された酸化亜鉛素子ブロック１ａと該酸化亜鉛素子ブロック１ａの一端に配置された押圧ばね２とを含む直列体１ｂと、直列体１ｂを軸方向に挟む一対の端子電極３ａ，３ｂと、直列体１ｂの周囲に軸方向に沿って配置され、一対の端子電極３ａ，３ｂを所定の軸方向荷重が付勢された状態で固定する複数の絶縁ロッド４と、直列体１ｂと絶縁ロッド４とを含む内部要素１ｃの周囲を被覆して一体化するシリコーンゴム７と、を備え、一対の端子電極３ａ，３ｂは、絶縁ロッド４の端部を挿入する複数の絶縁ロッド取付穴３２が穿孔され、各絶縁ロッド４は、両端部を絶縁ロッド取付穴３２に貫通させ、一対の端子電極３ａ，３ｂと各絶縁ロッド４とが樹脂モールドされ固着されている。【選択図】図１
2011233819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧非直線抵抗体が軸方向に複数積層された電圧非直線抵抗体ブロックと該電圧非直線抵抗体ブロックの一端に配置された押圧ばねとを含む直列体と、
前記直列体を軸方向に挟む一対の端子電極と、
前記直列体の周囲に軸方向に沿って配置され、前記一対の端子電極を所定の軸方向荷重が付勢された状態で固定する複数の絶縁ロッドと、
前記直列体と前記絶縁ロッドとを含む内部要素の周囲を被覆して一体化する絶縁外被体と、
を備え、
前記一対の端子電極は、前記絶縁ロッドの端部を挿入する複数の絶縁ロッド取付穴が穿孔され、前記各絶縁ロッドは、両端部を前記絶縁ロッド取付穴に貫通させ、前記一対の端子電極と前記各絶縁ロッドとが樹脂モールドされ固着されていることを特徴とする避雷器。
【請求項２】
前記一対の端子電極は、前記絶縁ロッド取付穴の円周方向に係止溝が形成され、前記係止溝にＯリングが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
【請求項３】
下部端子電極と上部端子電極と内部要素とを少なくとも備える避雷器を、組立冶具を用いて組み立てる製造方法であって、
前記内部要素は、電圧非直線抵抗体と、押圧ばねと、複数の絶縁ロッドとを含み、
前記組立冶具は、対向配置された上板および下板と、前記避雷器に所定の軸方向荷重を付勢するジャッキとを含み
前記下部端子電極の各絶縁ロッド取付穴に前記各絶縁ロッドの一端を挿入して樹脂モールドして固着する工程と、
前記各絶縁ロッドの他端を上にして前記下部端子電極を前記組立冶具の下板に設置する工程と、
前記下部端子電極上の前記各絶縁ロッド間に前記電圧非直線抵抗体を積層した電圧非直線抵抗体ブロックを設置する工程と、
前記電圧非直線抵抗体ブロックの上部に前記押圧ばねを設置する工程と、
前記上部端子電極の各絶縁ロッド取付穴に前記各絶縁ロッドの他端が挿入されるように、前記上部端子電極を配設する工程と、
前記組立冶具の上板と前記上部端子電極との間に前記ジャッキを挿入する工程と、
前記電圧非直線抵抗体ブロックおよび前記押圧ばねを含む直列体に、前記ジャッキにより前記下部端子電極と前記上部端子電極とを介して前記所定の軸方向荷重を付勢する工程と、
前記上部端子電極と前記各絶縁ロッドの他端とを樹脂モールドして固着する工程と、
を含む
ことを特徴とする避雷器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続された電気機器の回路に発生する開閉サージ、雷サージ等の異常電圧から保護する複数の酸化亜鉛素子を積層し、その周囲にシリコーンゴムまたは有機絶縁物等の絶縁材料を外被として被せた避雷器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所や変電所などの電力設備には、電力の安全供給の観念から優れた耐震性能が要求される。現在、気中絶縁用の避雷器では、磁器碍管を用いる碍子形避雷器が主流であるが、酸化亜鉛素子を含む内部要素を直接シリコーンゴムでモールドする避雷器は、碍子形避雷器に比べ小形・軽量化が可能であり、耐震性能・耐アーク性能に優れているため、近年、海外において適用が拡大傾向にある。
【０００３】
酸化亜鉛素子の周囲にシリコーンゴムまたは有機絶縁物等の絶縁材料を外被として被せた避雷器の基本構造は、積層された酸化亜鉛素子の周囲に、例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の絶縁ロッドを配置し、酸化亜鉛素子の両端末に置かれた端子電極で絶縁物を固定したものである。このような構造の避雷器では、シリコーンゴムまたは有機絶縁物等の絶縁材料はそれ自体が十分な剛性を持たないため、ＦＲＰ等の絶縁ロッドで避雷器としての機械的強度を持たせている。従来、端子電極と絶縁ロッドとを固定する技術としては、例えば下記特許文献１などが存在する。
【０００４】
特許文献１に示された技術では、端子電極の各ロッド装着穴に絶縁ロッドを挿通し、絶縁ロッドに引張り応力を掛けた状態で、各ロッド装着穴をかしめて電極と絶縁ロッドとを圧着して固定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７０４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された技術では、かしめが抜ける方向の引張力を絶縁ロッドと端子電極間の摩擦力で受けているので、絶縁ロッドと電極との固定がゆるむ可能性がある。この絶縁ロッドの抜けを防止するため、かしめ部分に予め接着剤を塗布する必要があり、組み立て工数が多くなり組み立てに時間がかかる、という問題があった。
【０００７】
また、絶縁ロッドと電極とを固定する方法としては、電極および絶縁ロッドに止め具取り付け穴を設け、ボルトやねじ等で固定する方法もあるが、穴あけ加工やネジ加工した部分が破壊の起点となることが多く、機械的強度が低下する、という問題があった。また、ボルトやねじ等の部品が必要であり、それらのボルトやねじ等を締め付ける作業が必要となるため、コストが高く、組み立て工数が多くなる、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機械的強度に優れ、かつ、組み立て作業性を改善するとともに、低コスト化を実現することが可能な避雷器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、電圧非直線抵抗体が軸方向に複数積層された電圧非直線抵抗体ブロックと該電圧非直線抵抗体ブロックの一端に配置された押圧ばねとを含む直列体と、前記直列体を軸方向に挟む一対の端子電極と、前記直列体の周囲に軸方向に沿って配置され、前記一対の端子電極を所定の軸方向荷重が付勢された状態で固定する複数の絶縁ロッドと、前記直列体と前記絶縁ロッドとを含む内部要素の周囲を被覆して一体化する絶縁外被体と、を備え、前記一対の端子電極は、前記絶縁ロッドの端部を挿入する複数の絶縁ロッド取付穴が穿孔され、前記各絶縁ロッドは、両端部を前記絶縁ロッド取付穴に貫通させ、前記一対の端子電極と前記各絶縁ロッドとが樹脂モールドされ固着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の避雷器によれば、機械的強度に優れ、かつ、組み立て作業性を改善するとともに、低コスト化を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態にかかる避雷器の一構成例を示す縦断面図である。
【図２】図２は、実施の形態にかかる避雷器を、組立冶具を用いて組み立てる要領の一例を示す組立分解縦断面図である。
【図３】図３は、絶縁ロッドの端部を樹脂モールドした場合と圧着金具でかしめた場合との比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる避雷器を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、実施の形態にかかる避雷器の一構成例を示す縦断面図である。図１に示すように、中心部に電圧非直線抵抗体として機能する酸化亜鉛素子１が複数積層された酸化亜鉛素子ブロック１ａが配置されている。この酸化亜鉛素子ブロック１ａの一端に押圧ばね２が縮めた状態で配置され、酸化亜鉛素子ブロック１ａと押圧ばね２とによって直列体１ｂが構成されている。直列体１ｂの下方に下部端子電極３ａ、上方に上部端子電極３ｂが配置され、下部端子電極３ａおよび上部端子電極３ｂとの間には、直列体１ｂの周囲に配設された複数の絶縁ロッド４が橋架してある。以下、電圧非直線抵抗体の積層方向を「軸方向」という。
【００１４】
下部端子電極３ａおよび上部端子電極３ｂは、それぞれ直列体１ｂの周囲に絶縁ロッド４を挿入するための絶縁ロッド取付穴３２が同一円周上に軸方向と平行に貫通して複数個穿孔されている。絶縁ロッド取付穴３２は、下部端子電極３ａおよび上部端子電極３ｂの直列体１ｂと接する接合面側から所定の位置までの内径は、絶縁ロッド４の直径より僅かに大きく形成されている。この部分を以下「小径部」という。一方、接合面から所定の位置以降の内径は、接合面側の内径よりさらに大きく形成されている。この部分を以下「大径部」という。絶縁ロッド取付穴３２の小径部には、円周方向に係止溝３３が形成され、その係止溝３３には、内径が絶縁ロッド４の直径より僅かに小さいＯリング５が配設されている。また、上部端子電極３ｂの絶縁ロッド取付穴３２の大径部には、軸方向と垂直に樹脂注入孔３４が穿孔されている。
【００１５】
絶縁ロッド４の端部は、絶縁ロッド取付穴３２の小径部から挿入され、Ｏリング５を貫通して絶縁ロッド取付穴３２の大径部に突出している。この突出部と絶縁ロッド取付穴３２の大径部との間に注型樹脂６が注入され、各端子電極３ａおよび３ｂと絶縁ロッド４とが固定されている。なお、注型樹脂６の材質としては、例えば、エポキシ樹脂あるいはウレタン樹脂が好適である。また、Ｏリング５は、注型樹脂６が注入された際に、絶縁ロッド取付穴３２の小径部と絶縁ロッド４との隙間から注型樹脂６が漏れるのを防止する。なお、注型樹脂６の粘性が高い場合等、絶縁ロッド取付穴３２の小径部と絶縁ロッド４との隙間から注型樹脂６が漏れる虞のない場合や、注型樹脂６の漏れを許容できる場合は、Ｏリング５および係止溝３３を省略することも可能である。そして、直列体１ｂと絶縁ロッド４とを含む内部要素１ｃの周囲を覆うように、絶縁外被体として機能するシリコーンゴム７でモールドすることによって一体化されて実施の形態にかかる避雷器が構成されている。
【００１６】
つぎに、実施の形態にかかる避雷器を組み立てる際に使用する組立冶具について、図２を参照して説明する。図２は、実施の形態にかかる避雷器を、組立冶具を用いて組み立てる要領の一例を示す組立分解縦断面図である。ここで、各端子電極３ａおよび３ｂを含めた避雷器の軸方向の高さは、所定の軸方向荷重がかかった状態で規定されている。つまり、絶縁ロッド４の両端部が絶縁ロッド取付穴３２の大径部に突出する長さは、所定の軸方向荷重がかかった状態で規定される。したがって、図２に示すように、組立冶具８は、上記した所定の軸方向荷重がかかった状態で規定された避雷器の高さとジャッキ９の高さと補助板８ｄの厚さとを加算した間隔で、上下板８ａおよび８ｂが対向配置され、複数の支持棒８ｃで固定される。
【００１７】
上記した組立冶具８を使用して、実施の形態にかかる避雷器を組み立てる工程について説明する。まず、各絶縁ロッド４の一端を下部端子電極３ａの各絶縁ロッド取付穴３２に挿入し、各絶縁ロッド４の所定の長さの一端部を絶縁ロッド取付穴３２の大径部に突出させ、下部端子電極３ａの各絶縁ロッド取付穴３２の大径部側の開口部が上になるようにして注型樹脂６を注入し、各絶縁ロッド４の一端と下部端子電極３ａとを樹脂モールドして固着させる。つぎに、各絶縁ロッド４を固着した下部端子電極３ａを、各絶縁ロッド４の他端が上になるように、組立冶具８の下板８ａ上に設置する。その下部端子電極３ａ上の各絶縁ロッド４間に酸化亜鉛素子１を積層した酸化亜鉛素子ブロック１ａを設置し、またその上部に押圧ばね２を設置して直列体１ｂを構成する。さらにその上部に、各絶縁ロッド４の他端が上部端子電極３ｂの各絶縁ロッド取付穴３２に挿入されるように、上部端子電極３ｂを配設する。なお、図２に示す例では、下板８ａは、下部端子電極３ａの各絶縁ロッド取付穴３２と相対的な位置が一致した複数の突起部を設け、その複数の突起部と下部端子電極３ａの各絶縁ロッド取付穴３２に注入した注型樹脂６の乾燥面とを接触させて保持するようにしているが、突起部を設けず、下板８ａと下部端子電極３ａとを直接接触させて保持するようにしてもよい。
【００１８】
つぎに、上部端子電極３ｂと上板８ｂとの間に補助板８ｄとジャッキ９とを挿入し、ジャッキ９によって所定の軸方向荷重をかける。上述した通り、各端子電極３ａおよび３ｂを含めた避雷器の軸方向の高さは、所定の軸方向荷重がかかった状態で規定されている。したがって、ジャッキ９によって所定の軸方向荷重をかけたときに、絶縁ロッド取付穴３２の大径部に各絶縁ロッド４の所定の長さの他端部が突出する。この突出部と絶縁ロッド取付穴３２の大径部との間に樹脂注入孔３４から注型樹脂６を注入し、上部端子電極３ｂと各絶縁ロッド４とを固着する。なお、図２では、上部端子電極３ｂの絶縁ロッド取付穴３２の大径部に穿孔された樹脂注入孔３４から注型樹脂６を注入するようにしているが、補助板８ｄに樹脂注入孔を設けることも可能である。また、ジャッキ９による軸方向荷重が安定にかけられる場合は、補助板８ｄはなくてもよい。
【００１９】
つぎに、実施の形態にかかる避雷器の各端子電極３ａおよび３ｂと各絶縁ロッド４との機械的強度について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、絶縁ロッド４の直径をＤ＝１０（ｍｍ）、絶縁ロッド４の両端部が絶縁ロッド取付穴３２の大径部に突出する長さをｌ＝１０（ｍｍ）とすると、絶縁ロッド４の円周方向の樹脂固着面積Ａは、
Ａ＝πＤｌ≒３１４．１（ｍｍ２）      ・・・（１）
となる。絶縁ロッド４の本数をｎ＝４本とし、組立時にジャッキ９によってＦ１＝１０００（Ｎ）の軸方向荷重をかけた場合、組立後の定常状態で絶縁ロッド４の１本あたりにかかる応力σ１は、
σ１＝Ｆ１／（Ａ＊ｎ）＝１０００／（３１４．１＊４）≒０．８（Ｎ／ｍｍ２）
・・・（２）
となる。
【００２０】
一方、軸方向と垂直にＦ２＝１０００（Ｎ）の曲げ荷重がかかる場合、各端子電極３ａおよび３ｂ間の距離をＬ＝３７５（ｍｍ）とすると、避雷器の受けるモーメントＭは、
Ｍ＝Ｆ２＊Ｌ＝１０００＊３７５＝３７５０００（Ｎ・ｍｍ）    ・・・（３）
となり、中心軸から各絶縁ロッド４までの距離をｒ＝１７．５（ｍｍ）とすると、絶縁ロッド４の１本あたりに作用する引張り荷重ｆは、
ｆ＝Ｍ／（ｒ＊ｎ）＝３７５０００／（１７．５＊４）≒５３６０（Ｎ）
・・・（４）
となる。このとき、絶縁ロッド４の１本あたりにかかる応力σ２は、
σ２＝ｆ／Ａ＝５３６０／３１４．１≒１７．０６（Ｎ／ｍｍ２）  ・・・（５）
となり、定常状態でかかる応力σ１の約２０倍以上の応力がかかることとなる。つまり、避雷器の機械的な規格値として、Ｆ２＝１０００（Ｎ）の耐曲げ荷重が必要である場合は、（５）式に示す応力σ２が絶縁ロッド４の１本あたりの許容応力、つまり、絶縁ロッド４の１本あたりで許容すべき応力となる。
【００２１】
図３は、絶縁ロッドの端部を樹脂モールドした場合と圧着金具でかしめた場合との比較図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、いずれの場合も絶縁ロッドの直径をＤ＝１０ｍｍ、樹脂の固着部分および圧着金具でかしめた部分の長さをｌ＝１０ｍｍとし、図中の矢印の方向に押し抜き荷重を加えた例を示している。図３（ｃ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した例における各５サンプル分の極限応力および各５サンプルの極限応力の平均値を示している。ここで、極限応力とは、樹脂モールド部あるいは圧着金具によるかしめ部が変形あるいは破壊しない極限の応力を示している。
【００２２】
図３（ｃ）に示すように、絶縁ロッドの端部を圧着金具でかしめた場合の極限応力は、いずれのサンプルも（５）式に示す許容応力σ２に達せず、安全率（＝極限応力／許容応力）は、約０．２〜０．３程度となる。つまり、絶縁ロッドの一端を圧着金具でかしめるだけでは、Ｆ２＝１０００（Ｎ）の曲げ荷重に対して機械的強度が不足することとなる。
【００２３】
一方、絶縁ロッドの端部を樹脂モールドした場合の極限応力は、いずれのサンプルも（５）式に示す許容応力σ２を満たし、安全率は約２．０〜２．４程度となる。つまり、絶縁ロッドの端部を樹脂モールドした場合は、絶縁ロッドの端部を圧着金具でかしめた場合の約１０倍程度の安全率となり、Ｆ２＝１０００（Ｎ）の曲げ荷重に対しても十分な機械的強度を有している。
【００２４】
以上のように、本発明の実施の形態にかかる避雷器によれば、下部端子電極および上部端子電極に軸方向に貫通して穿孔された複数個の絶縁ロッド取付穴に絶縁ロッドを貫通させ、絶縁ロッド取付穴と絶縁ロッドとの間に注型樹脂を注入して、下部端子電極および上部端子電極と絶縁ロッドとを固定するようにしたので、ボルトやねじ等の止め具部品が不要であり、絶縁ロッドに止め具取り付け穴を設ける等の穴あけ加工やネジ加工等の機械加工も不要となるため、機械的強度に優れ、かつ、組み立て作業性を改善するとともに、低コスト化を実現することができる。
【００２５】
また、絶縁ロッド取付穴の円周方向に形成した係止溝に、内径が絶縁ロッドの直径より僅かに小さいＯリング５を配設するようにしたので、注型樹脂が注入された際に、絶縁ロッド取付穴と絶縁ロッドとの隙間から注型樹脂が漏れるのを防止することができる。
【００２６】
なお、以上の説明においては、電圧非直線抵抗体の一例として酸化亜鉛素子を使用したが、電圧非直線抵抗体の種類によって、本発明を限定されるものではない。また、碍子の材料である絶縁外被体の種類、注型樹脂の材質、さらに絶縁ロッドの材質についても、それらの種類により本発明を限定されるものではない。また、絶縁ロッドの本数は４本で図示したが、３本、あるいは５本以上であっても、本発明の実施の形態に示した構成が適用できるのは言うまでもない。さらに、押圧ばねはコイルばねで図示したが、皿ばね等他のばねを使用しても、本発明の実施の形態に示した構成が適用できるのは言うまでもない。
【００２７】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明にかかる避雷器は、機械的強度に優れ、かつ、組み立て作業性を改善するとともに、低コスト化を実現できる発明として有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１  酸化亜鉛素子
１ａ  酸化亜鉛素子ブロック
１ｂ  直列体
１ｃ  内部要素
２  押圧ばね
３ａ  下部端子電極
３ｂ  上部端子電極
３２  絶縁ロッド取付穴
３３  係止溝
３４  樹脂注入孔
４  絶縁ロッド
５  Ｏリング
６  注型樹脂
７  シリコーンゴム
８  組立冶具
８ａ  下板
８ｂ  上板
８ｃ  支持棒
８ｄ  補助板
９  ジャッキ
【図１】
2011233819.tif 000003
【図２】
2011233819.tif 000004
【図３】
2011233819.tif 000005