(57)【要約】【課題】雷サージ閃絡特性を圧下させることなく、ＺｎＯ素子が破壊された故障時においても平均値＋２σに耐える開閉サージ電圧特性を持たせることができる避雷碍子装置を提供する。【解決手段】碍子連の課電側金具及び接地側金具のそれぞれの一端に、ＺｎＯ素子の先端に直列ギャップ電極を備えた避雷ホーンを直列ギャップ長Ｚ２を持たせて取り付けるとともに、それぞれの他端側には碍子連ホーンを、絶縁協調に適した間隔Ｚ１を持たせて取り付けた１１０〜１５４ｋＶ送電用の避雷碍子。本発明は、この課電側の直列ギャップ電極を球状電極とし、接地側の直列ギャップ電極を棒状電極とした点に特徴がある。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１１０〜１５４ｋＶ送電用の碍子連の課電側金具及び接地側金具のそれぞれの一端に、ＺｎＯ素子の先端に直列ギャップ電極を備えた避雷ホーンを直列ギャップ長Ｚ２を持たせて取り付けるとともに、それぞれの他端には碍子連ホーンを絶縁協調に適した間隔Ｚ１を持たせて取り付けた避雷碍子において、課電側の直列ギャップ電極を球状電極とし、接地側の直列ギャップ電極を棒状電極としたことを特徴とする避雷碍子装置。
【請求項２】
球状電極の直径を、接地側の棒状電極の先端部の曲率直径の２〜４倍であり、かつ直列ギャップ長Ｚ２の５〜１２％の範囲とした請求項１記載の避雷碍子装置。
【請求項３】
直列ギャップ長Ｚ２をホーン間隔Ｚ１の６０％以下とした請求項１記載の避雷碍子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、碍子連と平行に避雷ホーンを取り付けた避雷碍子装置に関するものであり、特に１１０〜１５４ｋＶ送電用の避雷碍子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−９３２５６号公報
【０００３】送電用の碍子装置を雷などの異常電圧によるフラッシオーバ事故から保護するために、碍子連の課電側金具及び接地側金具のそれぞれに碍子連ホーン取り付けた碍子装置は周知である。これらの碍子連ホーンのホーン間隔Ｚ１は、電圧階級に応じた碍子連結長との絶縁協調を取れるように設定されている。しかしこのような従来のアークホーンには、フラッシオーバに伴う続流を積極的に遮断する機能はない。
【０００４】そこで上記の特許文献１に示すように、アレスタ機能を持つＺｎＯ素子を内蔵させた避雷ホーンを従来のアークホーンと並列に取り付け、雷サージ電圧を受けたときには避雷ホーンを通じて雷サージ電流を流し、商用周波の続流は遮断するようにした避雷碍子装置が既に実用化されている。
【０００５】このような避雷碍子装置においては、雷サージ電圧を受けたときに確実に避雷ホーンを通じて電流が流れるように、避雷ホーン間の直列ギャップ長Ｚ２は、絶縁協調を考慮した碍子連ホーンのホーン間隔Ｚ１よりも小さく設定されている。このためＺｎＯ素子が健全な間は問題がないが、雷撃によりＺｎＯ素子が破壊されて避雷ホーンとしての機能を失って導体化した場合には、ホーン間隔Ｚ１よりも小さい直列ギャップ長Ｚ２が残り、避雷ホーンが修理されるまでこの直列ギャップ長Ｚ２だけで商用周波の運転電圧はもとより開閉サージ電圧に耐える必要がある。
【０００６】一般に送電線の開閉サージ耐電圧特性は、開閉サージ電圧平均値＋３σに耐えることが要求されている。避雷碍子装置においてはＺｎＯ素子が正常であればこの要求を満足している。しかし、ＺｎＯ素子が破壊した場合は碍子連のホーン間隔Ｚ１との絶縁協調を考慮して設定した直列ギャップ長Ｚ２のみでは、この要求を十分満たすことが困難なため、これまでの運用例では開閉サージ電圧平均値＋３σの発生確率とＺｎＯ素子の破壊故障の重畳確率が非常に小さいとの考え方から、ＺｎＯ素子破壊故障時の開閉サージ耐電圧を平均値＋２σ程度としている。開閉サージ電圧の平均値μを２．２５倍、標準偏差σを０．３５倍とする抵抗リアクトル接地方式の一般値を採用するとμ＋２σ＝２．９５倍となり、１５４ＫＶ送電線においては１５４ＫＶ×（１．１５／１．１）×（√２／√３）×２．９５倍×１．１の耐電圧に関する一般式から、４２７ＫＶの開閉サージ電圧を受けても直列ギャップ長Ｚ２で放電しないようにする必要がある。
【０００７】この要求に応えるためには、直列ギャップ長Ｚ２を十分に大きくすればよい。しかし直列ギャップ長Ｚ２を大きくすることは、雷サージ電圧を受けたときに確実に避雷ホーンを通じて電流を流すという本来の目的には反することとなる。特に１５４ＫＶの既設送電線の絶縁設計が他の電圧階級に比べて過酷な条件にあることから、これまでの避雷碍子装置の運用例ではＺｎＯ素子破壊故障時の開閉サージ電圧はμ＋１σとされてきた。このように矛盾する要求を同時に満たす設計は容易ではないため、特開２００２−９３２５６号公報に示した構造を１５４ｋＶ等の電圧階級に適用することは、これまで実現されていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来の問題点を解決し、雷サージ電圧を受けたときに確実に避雷ホーンを通じて雷サージ電流を流すことができ、また雷撃によりＺｎＯ素子が破壊された故障時においても平均値＋２σに耐える開閉サージ電圧特性を持たせることができる避雷碍子装置を提供するためになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために本発明者は検討を重ねた結果、雷インパルスと開閉サージインパルスとの特性差に着目し、避雷ホーンの先端に設けられる直列ギャップ電極の形状を工夫すれば、前記の矛盾する要求を同時に満たす設計が可能となることを究明した。
【００１０】本発明はこの知見に基いてなされたものであり、１１０〜１５４ｋＶ送電用の碍子連の課電側金具及び接地側金具のそれぞれの一端に、ＺｎＯ素子の先端に直列ギャップ電極を備えた避雷ホーンを直列ギャップ長Ｚ２を持たせて取り付けるとともに、それぞれの他端側には碍子連ホーンを、絶縁協調に適した間隔Ｚ１を持たせて取り付けた避雷碍子において、課電側の直列ギャップ電極を球状電極とし、接地側の直列ギャップ電極を棒状電極としたことを特徴とするものである。
【００１１】なお球状電極の直径を、接地側の棒状電極の先端部の曲率直径の２〜４倍であり、かつ直列ギャップ長Ｚ２の５〜１２％の範囲とすることが好ましい。また絶縁協調性の向上のためには、直列ギャップ長Ｚ２をホーン間隔Ｚ１の６０％以下とすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明を１５４ｋＶ送電用の碍子連に適用した実施形態を示す図であり、１は碍子連、２は碍子連１を鉄塔アームに固定するための接地側金具、３は碍子連１の下端に送電線を取り付けるための課電側金具である。なお本発明の避雷碍子装置は、１１０ｋＶ送電用にも適用することができる。
【００１３】接地側金具２の一端にはホーン取付金具４を介して避雷ホーン５が取り付けられており、その他端には碍子連ホーン６が取り付けられている。また課電側金具３の一端にはホーン取付金具７を介して避雷ホーン８が取り付けられており、その他端には碍子連ホーン９が取り付けられている。碍子連ホーン６と碍子連ホーン９とは、従来と同様にその電圧階級における絶縁協調に適した間隔Ｚ１を持たせて対向設置されており、１５４ｋＶの場合には標準絶縁間隔１３００ｍｍ、ホーンギャップでの換算値は１２０８ｍｍである。
【００１４】避雷ホーン５、８はともにＺｎＯ素子の先端に直列ギャップ電極１０、１１を備えたものであり、本体部分の外周は絶縁被覆１２により完全に覆われている。なお避雷ホーン５、８の両側にはＬ字状のアークガイド１３、１３を設け、過大な雷サージを受けた場合にはアークガイド１３、１３間で放電させてＺｎＯ素子の破壊を防止するとともに、万一のＺｎＯ素子破壊時の地絡・短絡電流による本体放圧時には、アーク電流をアークガイド１３、１３間に瞬時に移行させ本体の被アークダメージを少なくし爆発飛散防止をすることとなっている。
【００１５】本発明の避雷碍子装置は、課電側の避雷ホーン８の直列ギャップ電極１１を電界緩和特性に優れた球状電極とし、接地側の避雷ホーン５の直列ギャップ電極１０を棒状電極とした点に特徴がある。これらの直列ギャップ電極１０、１１間に、直列ギャップ長Ｚ２が形成されている。このように課電側を球状電極とし、接地側を棒状電極とした理由は下記の通りである。
【００１６】雷インパルス閃絡電圧は直列ギャップ長Ｚ２の影響を受けるものの、電極形状の影響をほとんど受けないことが知られている。従って雷インパルス閃絡電圧に関しては、本発明のように課電側を球状電極とし接地側を棒状電極としても、従来のように双方を棒状電極としてもほとんど変わらない。しかし開閉サージインパルスは電極形状の影響を受け易く、課電側の直列ギャップ電極１２を球状電極として電界緩和を図ることにより、開閉サージ耐電圧を大幅に向上させることができる。この理由により、課電側を球状電極とし接地側を棒状電極とすれば、雷インパルス閃絡電圧特性に影響を及ぼすことなく、開閉サージ耐電圧のみを向上させることができる。
【００１７】本発明者が電極形状について実験を行なった結果、球状電極の径が大きくなるほど電界緩和特性が向上するが、その反面、表面に水滴などが付着するとその部分に局部的な電界集中が生じ、電界緩和効果が損なわれ易いことがわかった。また実際の避雷碍子装置ではＺ１、Ｚ２は大きく変えることはできないので、球状電極の径にも自ずから制約がある。従って球状電極の径には最適範囲があり、接地側の棒状電極の先端部の曲率直径の２〜４倍で、直列ギャップ長Ｚ２の５〜１２％の範囲が最適範囲であることを確認した。
【００１８】図２のグラフは、接地側の棒状電極の先端部の曲率直径を１９ｍｍの一定値とし、課電側の球状電極の直径を２０〜１００ｍｍの間で変化させたときの開閉サージ耐電圧を測定した結果である。棒状電極の先端部の曲率直径の２〜４倍に相当する３８〜７６ｍｍの範囲で、μ＋１．５σをクリアでき棒状電極に比べ特性向上できることが示されている。球状電極の直径が小さいと電界緩和効果が低下し、大きすぎても表面に水滴などが付着した場合に電界緩和効果が損なわれるためと考えられる。
【００１９】図３のグラフは、直列ギャップ長Ｚ２と開閉サージ耐電圧との関係を示すものである。このグラフに示されているように、従来の双方を棒状電極とした従来品ではμ＋２σをクリアするために７３０ｍｍの直列ギャップ長Ｚ２を必要としていたのに対し、本発明のように課電側を球状電極とすれば、直列ギャップ長Ｚ２を７００ｍｍとしてもμ＋２σをクリアすることができる。このように本発明によれば、必要な開閉サージ耐電圧を維持しつつ直列ギャップ長Ｚ２を従来品よりも短くできるため、雷サージ電圧を受けたときにはより確実に雷サージ電流を避雷ホーンを通じて流すことができる。また碍子装置全体のコンパクト化を図ることもできる。
【００２０】前記した課電側の球状電極の好ましい直径は、この直列ギャップ長Ｚ２＝７００ｍｍのほぼ５〜１２％に相当する。この理由により、請求項２に記したように球状電極の直径を接地側の棒状電極の先端部の曲率直径の２〜４倍であり、かつ直列ギャップ長Ｚ２の５〜１２％の範囲とすることが好ましいものとした。
【００２１】また前記したように、碍子連ホーン６と碍子連ホーン９とは１５４ｋＶの場合には絶縁協調に適した間隔Ｚ１＝１３００ｍｍを持たせて対向設置されている。絶縁協調特性の観点から、直列ギャップ長Ｚ２をホーン間隔Ｚ１の６０％以下とすることが好ましく、直列ギャップ長Ｚ２＝７００ｍｍではＺ２／Ｚ１＝０．５４となる。
【００２２】棒状電極の先端部の曲率直径が１９ｍｍ、課電側の球状電極の直径が５０ｍｍ、直列ギャップ長Ｚ２が７００ｍｍであるとき、絶縁協調特性は統計的手法を用いた場合、標準絶縁間隔１３００ｍｍに対して１．８９σ（協調失敗確率２．９４％）、碍子連ホーン間隔１３００ｍｍに対して３．４６σ（協調失敗確率０．０３％）となり、協調失敗することなく送電線に適用できることが確認された。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の避雷碍子装置は雷インパルスと開閉サージインパルスとの特性差に着目し、課電側の直列ギャップ電極を球状電極とし、接地側の直列ギャップ電極を棒状電極としたものである。これにより本発明の避雷碍子装置は、雷サージ電圧を受けたときに確実に避雷ホーンを通じて雷サージ電流を流し続流を遮断することができ、また雷撃によりＺｎＯ素子が破壊された故障時においても平均値＋２σに耐える開閉サージ電圧特性を持たせることができる。さらに絶縁協調特性の点でも問題はなく、全体の直列ギャップ長Ｚ２を短くすることにより、全体の小型化にも寄与することができるなど多くの利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形Ｔ雷を示す正面図である。
【図２】課電側の球状電極の直径と開閉サージ耐電圧との関係を示すグラフである。
【図３】直列ギャップ長Ｚ２と開閉サージ耐電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  碍子連、２  接地側金具、３  課電側金具、４  ホーン取付金具、５  避雷ホーン、６  碍子連ホーン、７  ホーン取付金具、８  避雷ホーン、９  碍子連ホーン、１０  直列ギャップ電極、１１  直列ギャップ電極、１２  絶縁被覆、１３  アークガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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