(57)【要約】【課題】非直線抵抗要素群の電圧分担を適正に均一化すると共に、電界も最適なタンク形避雷器を提供する。【解決手段】絶縁媒体を封入した接地タンクに非直線抵抗要素群を収納し、その高圧側に略円筒状シールドを配設し、略円筒状シールドの低圧側に接続支持体を介して略半球形状シールドを接続したタンク形避雷器において、略円筒状シールド６の先端を非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の８５％〜９０％の高さに配置し、略半球形状シールド１０の先端を非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の４０％〜５０％の高さに配置する。略半球形状シールド１０と接地タンク３の中心線との最短距離“Ｒ３”を接地タンク３の半径“Ｒ１”の３５％〜４５％に設定し、略半球形状シールド１０と接地タンク３の最短距離“Ｒ２”を接地タンク３の半径“Ｒ１”の２５％以上に設定し、略半球形状シールド１０の球面部の半径“Ｒ４”を接地タンク３の半径“Ｒ１”の２０％以上に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁媒体を封入した接地タンクに、非直線抵抗体を直列に積み重ねて形成された非直線抵抗要素群を収納し、この非直線抵抗要素群の高圧側に略円筒状シールドを配設し、低圧側に大地電位部を接続し、前記略円筒状シールドの低圧側に接続支持体を介して略半球形状シールドを接続したタンク形避雷器において、
前記略円筒状シールドの先端が、前記非直線抵抗要素群の全高の８５％〜９０％の高さに配置され、前記略半球形状シールドの先端が、前記非直線抵抗要素群の全高の４０％〜５０％の高さに配置され、前記接地タンクの中心と前記略半球形状シールドの内面との最短距離が、接地タンクの半径の３５％〜４５％に設定されていることを特徴とするタンク形避雷器。
【請求項２】
前記略半球形状シールドと接地タンクの最短距離が、接地タンクの半径の２５％以上に設定され、前記略半球形状シールドの球面部の半径が、接地タンクの半径の２０％以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のタンク形避雷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を収納したタンク形避雷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛素子を使用した避雷器は、電圧電流直線性、放電耐量特性、化学的安定性などの優れた特性を有することから、従来の直列ギャップと炭化ケイ素非直線性抵抗体を使用した避雷器に代わって広く普及している。そして、近年では、２７５ｋＶ，５００ｋＶなどの高電圧系統において、さらに保護特性に優れた避雷器が開発され、適用されるに至っている。
【０００３】
また、この種の避雷器は、常時印加されている系統電圧での平均ストレス（課電率）を高くして使用される傾向にあり、長期信頼性を確保するために、個々の酸化亜鉛素子の分担電圧を均一にする電圧分担均一化技術の開発が特に重要になっている。また、ＧＩＳの据え付け面積縮小化の観点から、避雷器にも縮小化の要求があり、高電界で適用される傾向がある。
【０００４】
従来のタンク形避雷器を、図２を参照して説明する。図２に示すように、酸化亜鉛素子を直列に積み重ねた非直線抵抗要素群１が、ＳＦ6ガスなどの絶縁性の優れた絶縁媒体２を封入した接地タンク３内に収納され、接地タンク３と同軸状に配置されている。この非直線抵抗要素群１の軸方向の一端（図中、上端部）は、絶縁スペーサ４で支持された高圧側導体５を介して、図示しない変電所母線に接続されている。
【０００５】
このタンク形避雷器は、特許文献１に開示されているように、非直線抵抗要素群１の高圧側に略円筒状シールド６が配設され、非直線抵抗要素群１の低圧側に大地電位部が接続されている。また、略円筒状シールド６の低圧側には、接続支持体７を介して、２個の略半球形状シールド１０が配置され、これにより、非直線抵抗要素群１の酸化亜鉛素子に係る電圧分担の均一化を図っている。
【特許文献１】特許第３２８３１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構成を有するタンク形避雷器においては、略円筒状シールド６及び略半球形状シールド１０の高さ方向の位置及び径方向の位置が重要となり、位置がずれると電位分布も大幅に悪化するという問題点があった。
【０００７】
このような問題点の生じる理由を、図３（ａ），（ｂ）及び図４を参照して次に説明する。ここで、図３（ａ），（ｂ）は電位分布制御を示す説明図であり、図２と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。非直線抵抗要素群１の電位分布を完全に均一にするためには、接地電位である接地タンク３へ流れる充電電流に等しい電流を高圧側のシールドから流してやれば良い。従って、まず、次の式（１）及び（２）が成立する。
【０００８】
（数１）
Ｃ（ｘ）・ｄｘ［１−Ｖ（ｘ）］＝Ｃｓ（ｘ）・ｄｘ・Ｖ（ｘ）…（１）
Ｖ（ｘ）＝１−ｘ…（２）
【０００９】
ここで、Ｃ（ｘ）は、位置ｘにおける高圧シ―ルドと酸化亜鉛素子間のキャパシタンスであり、Ｃｓ（ｘ）は、位置ｘにおける酸化亜鉛素子と接地電位間のキャパシタンスである。続いて、前記の式（１）及び（２）を整理すると次の式（３）が得られる。
【００１０】
（数２）
Ｃ（ｘ）／Ｃｓ（ｘ）＝（１／ｘ）−１…（３）
【００１１】
さらに、図４は、この式（３）を表現するグラフであり、言い換えれば、理想状態のキャパシタンス分布を示すグラフである。すなわち、このような式（３）及び図３（ａ），（ｂ）に示すキャパシタンス分布を満足するようなシールド形状を実現することにより、たとえ酸化亜鉛素子自体にキャパシタンスがなくても、非直線抵抗要素群１の軸方向に沿って均一な電圧分担が得られることになる。
【００１２】
ところが、図２における避雷器において、Ｃ（ｘ）は略円筒状シールド６及び略半球形状シールド１０の高さ方向の位置及び直径方向の位置によって決定されるため、理想配置からずれた場合は、Ｃ（ｘ）が理想的な値から大きくずれてしまい、電位分布が乱れてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、略半球形状シールド１０の位置が非直線抵抗要素群１に近いと、非直線抵抗要素群１と略半球形状シールド１０間の電界が高くなり、避雷器の動作時に、その間でフラッシオーバする恐れがある。
【００１４】
また、近年では、避雷器接地タンクの縮小化の要求も高まっているため、接地タンクと高圧シールドの距離が接近するため、もっとも電界の高い略半球形状シールド１０の電界が高くなり、耐電圧試験など、高電圧が印加されるとフラッシオーバする恐れがあるという問題点があった。
【００１５】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、非直線抵抗要素群の電圧分担を適正に均一化すると共に、電界も最適なタンク形避雷器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、絶縁媒体を封入した接地タンクに、非直線抵抗体を直列に積み重ねて形成された非直線抵抗要素群を収納し、この非直線抵抗要素群の高圧側に略円筒状シールドを配設し、低圧側に大地電位部を接続し、前記略円筒状シールドの低圧側に接続支持体を介して略半球形状シールドを接続したタンク形避雷器において、前記略円筒状シールドの先端が、前記非直線抵抗要素群の全高の８５％〜９０％の高さに配置され、前記略半球形状シールドの先端が、前記非直線抵抗要素群の全高の４０％〜５０％の高さに配置され、前記接地タンクの中心と前記略半球形状シールドの内面との最短距離が、接地タンクの半径の３５％〜４５％に設定されていることを特徴とする。
【００１７】
上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、略円筒状シールド及び略半球形状シールドの設置位置が最適となるので、容易に電位分布の均一化を図ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタンク形避雷器において、前記略半球形状シールドと接地タンクの最短距離が、接地タンクの半径の２５％以上に設定され、前記略半球形状シールドの球面部の半径が、接地タンクの半径の２０％以上に設定されていることを特徴とする。
上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、略半球形状シールドと接地タンクとの距離、略半球形状シールドの球面部の半径が最適となるので、電界上問題のない避雷器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、非直線抵抗要素群の電圧分担を適正に均一化すると共に、電界も最適なタンク形避雷器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明によるタンク形避雷器の実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図２に示した従来例と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００２１】
（１）構成
本実施形態においては、図１に示すように、複数の酸化亜鉛素子（非直線抵抗体）を直列に積み重ねて形成された非直線抵抗要素群１が、ＳＦ6ガスなどの絶縁性に優れた絶縁媒体２を封入した接地タンク３内に収納されている。非直線抵抗要素群１の軸方向の一端（図中、上端部）は、絶縁スペーサ４で支持された高圧側導体５を介して、図示しない変電所母線等に接続されている。また、非直線抵抗要素群１の低圧側は大地電位部に接続されており、非直線抵抗要素群１の高圧側には略円筒状シールド６が配設され、この略円筒状シールド６の低圧側には接続支持体７が配設されている。
【００２２】
接続支持体７は、例えば棒状導体，リング状導体，リード線などで構成され、配設する本数は適宜選択しうるが、対称な位置に配設されるのが望ましい。この接続支持体７を介して２つの略半球形状シールド１０が略円筒状シールド６の低圧側に接続されている。
【００２３】
また、前記略半球形状シールド１０は、球面部と球面部の端部が円弧から成る椀状とされ、略半球形状シールド１０の円弧部は前記非直線抵抗要素群１に対向し、略半球形状シールド１０の球面部は夫々接地タンク３と対向するように非直線抵抗要素群１の周囲に対称に配置されている。
【００２４】
また、前記略円筒状シールド６の先端は、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の８５％〜９０％の高さに位置し、略半球形状シールド１０の先端は、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の４０％〜５０％の高さに配置されている。言い換えれば、前記略円筒状シールド６の先端から非直線抵抗要素群１の下端までの長さ“Ｈ１”は、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の８５％〜９０％の長さに設定され、略半球形状シールド１０の先端から非直線抵抗要素群１の下端までの長さ“Ｈ２”は、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の４０％〜５０％の長さに設定されている。
【００２５】
また、略半球形状シールド１０の内面と接地タンク３の中心線との最短距離“Ｒ３”は、接地タンク３の半径“Ｒ１”の３５％〜４５％に設定されている。さらに、略半球形状シールド１０の球面と接地タンク３の内壁との最短距離“Ｒ２”は、接地タンク３の半径“Ｒ１”の２５％以上に設定され、略半球形状シールド１０の球面部の半径“Ｒ４”は、接地タンク３の半径“Ｒ１”の２０％以上に設定されている。
【００２６】
（２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態のタンク形避雷器においては、略円筒状シールド６の先端が、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の８５％〜９０％の高さに位置するように配置されているため、接地タンク３と非直線抵抗要素群１の間に生じるキャパシタンスＣｓ（ｘ）は、略円筒状シールド６の対向部においては“零”になり、理想状態にほぼ近い条件になる。
【００２７】
また、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の７５％の高さにおいては、略円筒状シールド６に完全に覆われていないものの、略円筒状シールド６が近傍にあるため、Ｃ（ｘ）／Ｃｓ（ｘ）の比が３倍にほぼ近い値になる。また、理想状態のキャパシタンス分布によれば、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の５０％の高さにおいて、Ｃ（ｘ）／Ｃｓ（ｘ）の比を１倍にする必要があるが、本実施形態においては、非直線抵抗要素群１の全高“Ｈ”の４０％〜５０％の高さには、非直線抵抗要素群１の周方向に空間部を有する略半球形状シールド１０が配置されているため、Ｃ（ｘ）／Ｃｓ（ｘ）の比を１倍に近づけることが可能となる。
【００２８】
また、接地タンク３の中心と略半球形状シールド１０の内面との最短距離“Ｒ３”を、接地タンク３の半径“Ｒ１”の３５％〜４５％に設定したことにより、非直線抵抗要素群１と略半球形状シールド１０の距離が保持できるため、非直線抵抗要素群１の略半球形状シールド１０との対向部の電界が極端に高くなることがなく、避雷器の動作時においてフラッシオーバする恐れがない。
【００２９】
さらに、略半球形状シールド１０と接地タンク３の最短距離“Ｒ２”は、接地タンク３の半径“Ｒ１”の２５％以上に設定され、且つ、略半球形状シールド１０の球面部の半径“Ｒ４”は、接地タンク３の半径“Ｒ１”の２０％以上に設定されているため、電界の緩和に必要な距離及び半径が保持でき、略半球形状シールド１０の電界が耐電圧試験時にも高電界とならず、フラッシオーバする恐れがない。
【００３０】
以上述べたように、本実施形態においては、略円筒状シールド６の先端を非直線抵抗要素群の全高“Ｈ”の８５％〜９０％の高さに配置し、略半球形状シールド１０の先端を非直線抵抗要素群の全高“Ｈ”の４０％〜５０％の高さに配置し、接地タンク３の中心と略半球形状シールド１０の内面との最短距離を、接地タンク３の半径の３５％〜４５％に設定したことにより、比較的簡単な構成で、非直線抵抗要素群の電圧分担を容易に均一化することができるタンク形避雷器を提供することができる。
【００３１】
また、略半球形状シールド１０と接地タンク３の最短距離を接地タンク３の半径の２５％以上とし、略半球形状シールド１０の球面部の半径を接地タンク３の半径の２０％以上としたことにより、耐電圧試験時にフラッシオーバすることのないタンク形避雷器を提供することができる。
【００３２】
（３）他の実施形態
本発明は、上述したような非直線抵抗要素群が単一であるタンク形避雷器に限定されるものではなく、非直線抵抗要素群が複数の並列柱からなるタンク形避雷器においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るタンク形避雷器の構成を示す断面図。
【図２】従来のタンク形避雷器の構成を示す断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）とも、電位分布制御の原理を示す説明図。
【図４】理想状態のキャパシタンス分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３４】
１…非直線抵抗要素群
２…絶縁媒体
３…接地タンク
４…絶縁スペーサ
５…高圧側導体
６…略円筒状シールド
７…接続支持体
１０…略半球形状シールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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