(57)【要約】【課題】高抵抗素子に直列なギャップが外部環境の影響を受けずに安定した放電特性を得ること。【解決手段】送電線鉄塔の支持アーム５に支持された支持碍子２の上下端部間に設置された避雷要素部４であって、絶縁筒１５の内部に絶縁ガス１９とともに収容され高抵抗素子１２、直列ギャップ２０を構成する一対の放電電極２２ａ、２２ｂおよび一端を閉塞端とし他端を開放端とした金属ベローズ２１を直列接続してなる内部要素４１と、絶縁筒１５の一方の開口部を閉塞するとともに高抵抗素子１２に接続された第１の金属端板１７と、絶縁筒１５の他方の開口部を閉塞するとともに金属ベローズ２１の閉塞端を気密に固定し、かつ、当該金属ベローズ２１の内部空間を外部と連通させる排気口２４を設けた第２の金属端板１８とから構成した。【選択図】図１
2013055003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電線鉄塔の支持アームの先端部で支持碍子を介して送電線を支持し、前記支持碍子の下端部に課電側電極を取り付けて前記送電線と電気的に接続し、かつ前記支持アームの先端部から取付金具を介して避雷要素部を吊り下げ固定し、当該避雷要素部の下端部を前記課電側電極に電気的に接続してなる送電用避雷装置において、
前記避雷要素部は、絶縁筒と、当該絶縁筒の内部に絶縁ガスとともに収容され高抵抗素子、直列ギャップを構成する一対の放電電極および一端を閉塞端とし他端を開放端とした金属ベローズを直列接続してなる内部要素と、前記絶縁筒の一方の開口部を閉塞するとともに前記高抵抗素子に接続された第１の金属端板と、前記絶縁筒の他方の開口部を閉塞するとともに前記金属ベローズの閉塞端を気密に固定し、かつ、当該金属ベローズの内部空間を外部と連通させる排気口を設けた第２の金属端板とから構成されていることを特徴とする送電用避雷装置。
【請求項２】
前記高抵抗素子とそれを支えるほぼ工形の金属導体とを交互に一定間隔にて配列することを特徴とする請求項１記載の送電用避雷装置。
【請求項３】
前記高抵抗素子とそれを支える金属ばねを交互に一定間隔にて配列することを特徴とする請求項１記載の送電用避雷装置。
【請求項４】
前記金属導体と金属ばねはアルミ系金属で形成されることを特徴とする請求項２又は３記載の送電用避雷装置。
【請求項５】
前記避雷要素部の絶縁筒の内壁及び前記高抵抗素子の外側表面にダイヤモンドライクカーボン層を設けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の送電用避雷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高抵抗素子とギャップとを備えた送電用避雷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電系統において、送電鉄塔上に設置される送電用避雷器（送電用避雷装置）は雷サージ侵入防止と瞬停対策として効果を発揮している。今日の情報化社会において、停電防止を確保するためには送電系統への雷撃時に避雷装置が確実に動作することが必要である。
【０００３】
近年、処理能力を上回るサージにより避雷装置本体が万一破壊した後でも再送電する必要があるため、避雷装置本体と直列に気中ギャップ（直列ギャップ）を備えた送電用避雷装置が主流になっている。
【０００４】
以下、図４を参照して従来のギャップ付き送電用避雷装置について説明する。  
送電線１を支持する絶縁支持碍子２の上下両端部には、一対のアークホーン３（３１、３２）をアークホーンギャップＧを介して対向するようにして取り付けており、この一対のアークホーン３に雷サージによるフラッシオーバを起させることによって、アークの偏熱から絶縁支持碍子２の破壊を防ぐことができるが、アークホーン３に地絡電流が流れ続けることになる。
【０００５】
そのため、鉄塔のもう一方側に、アークホーン３より短い直列気中ギャップｇを備えた避雷要素４を並列に設けるように構成している。すなわち、この避雷要素４の上端部を取付金具６を介して絶縁支持碍子２の上端部に固定すると同時に電気的にも接続し、一方、避雷要素４の下端部には放電電極８を取り付け、この放電電極８と下側のアークホーン３２に接続された課電側電極７との間に直列気中ギャップｇを設けるように構成している。なお、５は送電線鉄塔に設けた支持アームである。
【０００６】
避雷要素４側の直列気中ギャップｇは、通常の運転電圧が印加されても放電せず、過大な雷サージ発生時に放電して避雷要素４内の高抵抗素子の電圧非線形特性により、アークの続流を遮断し瞬時停電を防止するようにしている。
【０００７】
しかしながら、図４で示す従来のギャップ付き送電用避雷装置は、以下に述べる技術的な課題を抱えている。送電線１が強風等により揺れた場合、絶縁支持碍子２の下端部に設けられている課電側電極７の振動によって放電電極８と課電側電極７との間の直列ギャップｇの長さが変動するため、あらかじめ定めた所要の放電特性が確保されない惧れがある。そればかりでなく、鳥獣により直列ギャップｇが短絡するリスクも高い。さらに、過大な雷サージ発生時には避雷要素４内の高抵抗素子の温度が上昇し、高抵抗素子の熱暴走と破壊に至ることがある。
【０００８】
この課題に対処する技術として、図５で示すように、直列ギャップｇを形成する一対の電極９ａ、９ｂをＳＦ６ガス１０とともに絶縁容器１１内に封入し、更にこの絶縁容器１１を高抵抗素子１２と直列にして絶縁碍管１３内部に収納することにより、直列ギャップｇを気中に露出させないようにした送電用避雷装置も考えられている。絶縁碍管１３は碍子あるいはゴム等により形成され、また、一対の電極９ａ、９ｂを収納する絶縁容器１１はセラミック、ガラス等により形成され、その一部に伸縮自在なベローズ１１ａを設けている。電極９ａは、高抵抗素子１２に接続される固定電極として、電極９ｂはベローズ１１ａを介してフレキシブル導体１４に接続される可動電極として機能している。この図５の送電用避雷装置によれば、図４の送電用避雷装置のように、強風等の影響で直列ギャップｇの長さが変わることなく、常時一定の長さの直列ギャップを維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１７５４９号公報
【特許文献２】特開平７−２９４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した図５で示す従来技術では、一対の電極９ａ、９ｂを絶縁容器１１内に対向させて外気と遮断する構造のため、絶縁容器１１内に封入されているＳＦ６ガス１０が電極９ａ、９ｂ間の放電によって急激に膨張し、これによってベローズ１１ａが急激に伸長すると、絶縁容器１１を収納している絶縁碍管１３内の圧力が急激に上昇し、場合によっては送電用避雷装置が爆発し、その構成部品が飛散する虞がある。
【００１１】
また、高抵抗素子１２は、ＳＦ６ガス１０とは絶縁容器１１によって隔離されているので、ＳＦ６ガス１０で冷却することができない。このため、高抵抗素子が過大な雷サージ電流によって発熱しても有効に冷却することができず、極端な場合には高抵抗素子の破壊に至る虞がある。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した課題に鑑み、直列ギャップが外部環境の影響を受けずに安定した放電特性を得ることができ、かつ、高抵抗素子に過大な雷サージ電流が流れても有効に冷却して高抵抗素子の破壊を防止するようにした送電用避雷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、送電線鉄塔の支持アームの先端部で支持碍子を介して送電線を支持し、前記支持碍子の下端部に課電側電極を取り付けて前記送電線と電気的に接続し、かつ前記支持アームの先端部から取付金具を介して避雷要素部を吊り下げ固定し、当該避雷要素部の下端部を前記課電側電極に電気的に接続してなる送電用避雷装置において、前記避雷要素部は、絶縁筒と、当該絶縁筒の内部に絶縁ガスとともに収容され高抵抗素子、直列ギャップを構成する一対の放電電極および一端を閉塞端とし他端を開放端とした金属ベローズを直列接続してなる内部要素と、前記絶縁筒の一方の開口部を閉塞するとともに前記高抵抗素子に接続された第１の金属端板と、前記絶縁筒の他方の開口部を閉塞するとともに前記金属ベローズの閉塞端を気密に固定し、かつ、当該金属ベローズの内部空間を外部と連通させる排気口を設けた第２の金属端板とから構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る送電用避雷装置を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は避雷要素部の断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る避雷要素部の断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る避雷要素部の断面図。
【図４】従来例の直列ギャップ付き送電用避雷装置を示す概略図。
【図５】他の従来例の放電部を内蔵する送電用避雷装置の避雷要素部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
なお、各図を通して同一の部品、同一の部材に関しては同一符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
（構成）
図１は第１の実施形態に係る送電用避雷装置を示し、特に（ａ）は全体構成図、（ｂ）は避雷要素部の断面図である。  
まず、図１（ａ）を参照して本実施形態による送電用避雷装置の全体構成について説明する。
【００１７】
送電線１は、絶縁支持碍子２を介して送電線鉄塔の支持アーム５の先端部に支持されている。この絶縁支持碍子２の上端部および下端部間に一対のアークホーン３（３１、３２）を取り付けている。
【００１８】
また、絶縁支持碍子２から見てアークホーン３の設置位置とは反対側の支持アーム５の先端部で取付金具６を取り付け、これに対向するように支持碍子２の下端部に課電側電極７を取り付けている。そして、取付金具６と課電側電極７との間に避雷要素４を取り付けることにより、支持アーム５によって避雷要素部４および送電線１を吊り下げ固定している。
【００１９】
次に、図１（ｂ）を参照して避雷要素４について説明する。  
本実施形態に係る避雷要素４は、後述する内部要素４１を収納した耐圧絶縁筒１５と、この耐圧絶縁筒１５の外周を被覆する高分子外被１６と、耐圧絶縁筒１５の上端開口部、下端開口部をそれぞれ閉塞するように設けられた第１の金属端板１７、第２の金属端板１８とから構成されている。
【００２０】
そして耐圧絶縁筒１５内部にはＳＦ６等の絶縁ガス１９を封入するとともに、複数個集中配置された高抵抗素子１２、直列ギャップ２０および一端を閉塞端、他端を開放端に形成された金属ベローズ２１とからなる内部要素４１を電気的に直列接続して收納されている。
【００２１】
これらの内部要素４１のうち、高抵抗素子１２の一端は上部に位置する第１の金属端板１７に接続され、他端は直列ギャップ２０を構成する一方の放電電極である接地側放電電極２２ａを接続固定している。そして、直列ギャップ２０の他方の放電電極である課電側放電電極２２ｂは、金属ベローズ２１の閉塞端に接続固定されている。
【００２２】
この金属ベローズ２１の閉塞端は、通常時において耐圧絶縁筒１５の内壁面に例えばネジ込み固定されたストッパー２３に当接してこの位置よりも上方に移動できないようになっている。したがって、この金属ベローズ２１の閉塞端に固定された課電側放電電極２２ｂも同様に、通常時においてストッパー２３よりも上部に移動できないようになっている。
【００２３】
一方、金属ベローズ２１の開放端は、下部に位置する第２の金属端板１８に対して溶接で気密に固定されている。そして、第２の金属端板１８の開放端部との溶接箇所よりも内径側に位置する部分、例えば、第２の金属端板１８のほぼ中心部には金属ベローズ２１の内部空間を外部に連通する排気口２４を設けている。このため、金属ベローズ２１の内部空間には、金属ベローズ２１の圧縮および復元の際に、排気口２４を通して空気が出入りすることができるようになっている。
【００２４】
（作用効果）
次に、本実施形態の作用効果を説明する。  
内部要素４１の高抵抗素子１２と金属ベローズ２１とは、避雷要素４の上下端部に設けた第１の金属端板１７および第２の金属端板１８によってそれぞれ位置が固定されるため、高抵抗素子１２の下端に固定された接地側放電電極２２ａと、金属ベローズ２１の上端に固定された課電側放電電極２２ｂとの間の放電間隔は一定値に保持でき、たとえ電線１が風などで振動したとしても直列ギャップ２０の長さが変動することはない。
【００２５】
また、放電ギャップは避雷要素４の耐圧絶縁筒１５に内蔵されるので、鳥獣による直列ギャップ２０の短絡は防止することができる。すなわち、放電ギャップ２０は外部環境の影響を受けないので、安定的な放電特性を得ることが可能となる。
【００２６】
さらに、金属ベローズ２１の内部は、下側の第２の金属端板１８に設けた排気口２４によってのみ外部と通気することができるので、万一、放電時に耐圧絶縁筒１５内に高温高圧ガスが発生したとしても、その高温高圧ガスによって金属ベローズ２１は第２の金属端板１８側に向けて圧縮され、金属ベローズ２１内部の空気は排気口２４から外部に排気される。このことにより耐圧絶縁筒１５の内部圧力が放圧されるので、避雷装置４の爆発・飛散を防止することができる。
【００２７】
また、金属ベローズ２１が圧縮される同時に、接地側放電電極２２ａおよび課電側放電電極２２ｂ間の直列ギャップ２０長が広がるため、アークが早期に消弧し、続流を抑制遮断することができる。さらにまた、耐圧絶縁筒１５の内壁面にストッパー２３を設置しているので、金属ベローズ２１が復元した時に課電側放電電極２２ｂは所定の位置より上に移動しないように制限される結果、直列ギャップ２０の長さは変動することはない。またさらに、耐圧絶縁筒１５内に封入される絶縁ガス１９は消弧性能を持つので、続流に対して抑制効果が期待でき、過大な雷サージ電流が流れても、絶縁ガス１６の優れた熱伝導性能を利用して素子の熱集中と破壊を防止できる。
【００２８】
以上述べたように、本実施形態によれば、直列ギャップの放電特性が安定でき、送電用避雷装置の動作性能を向上することができる。
【００２９】
［第２の実施形態］
（構成）
図２は第２の実施形態に係る避雷要素部の断面図である。  
本実施形態は、第１の実施形態の図１（ｂ）に示した高抵抗素子１２を複数個集中配置する代わりに、高抵抗素子１２とそれを支える「工」形の金属導体２５とを交互に一定間隔にて配列するようにしたことを特徴とする。この場合の内部要素４２は、複数個の高抵抗素子１２、高抵抗素子１２の間に介挿される金属導体２５、直列ギャップ２０および一端を閉塞端、他端を開放端に形成された金属ベローズ２１とから構成される。
【００３０】
なお、本実施形態による避雷要素部４の放電特性が複数個の高抵抗素子１２を集中配置した図１の場合と同等となるように、高抵抗素子１２自体の耐圧を高めるとか、「工」形金属導体２５を介挿した分だけ避雷要素部の全長を長くする。前記「工」形の金属導体２５は、軽量化と内部での熱拡散を良好なものとするため、アルミ系金属で形成される。
【００３１】
（作用効果）
次に、本実施例の作用効果を説明する。  
本実施形態は第１の実施形態と同様の効果を奏することに加えて、過大な雷サージ電流が流れたときは、高抵抗素子１２に発生した熱はアルミ系金属導体２５に良く伝わるので、高抵抗素子の熱集中と破壊をさらに良好に防止することができる。また、金属導体２５を「工」形構造としているため、軽量化にも寄与することができる。
【００３２】
［第３の実施形態］
（構成）
図３は第３の実施形態に係る避雷要素部の断面図である。  
本実施形態は、第２の実施形態で採用した「工」形構造の金属導体２５の代わりに、金属ばね２６を採用したものである。この場合の内部要素４３は、複数個の高抵抗素子１２、高抵抗素子１２の間に介挿される金属ばね２６、直列ギャップ２０および一端を閉塞端、他端を開放端に形成された金属ベローズ２１とから構成される。
【００３３】
なお、本実施形態の避雷要素部４の放電特性が図２の場合と同じになるように、高抵抗素子１２の耐圧とか避雷要素部の全長を長くする等の配慮がなされていることは勿論である。前記金属ばね２６は、「工」形構造の金属導体２５と同様に軽量化と内部での熱拡散を良好なものとするためにアルミ系金属で形成される。
【００３４】
（作用効果）
本実施形態は第１の実施形態と同様の効果を奏することに加えて、万一、過大な雷サージ電流が流れた場合も金属ばね２６に熱が良く伝導するため、高抵抗素子１２の熱集中と破壊をさらに防止できる。放電時に避雷要素４内の圧力が上昇することによって金属ばね２６が収縮して直列ギャップ２０がもっと広がり、アークが早期に消弧し、続流を抑制遮断することができる。
【００３５】
［第４の実施形態］
本実施形態は、特に図を引用しないが、以上述べた第１ないし第３の実施形態の避雷要素部の一部にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を施すことを特徴とするものである。
【００３６】
ダイヤモンドライクカーボン層を施す避雷要素部４の一部とは、例えば、耐圧絶縁筒１５の内壁及び高抵抗素子１２の外側表面である。  
プロセス条件を選定して適宜作製されたＤＬＣは、硬度が高く、耐薬品性が高くて腐蝕に強く、ガス透過性が低く、しかも電気絶縁性が高いといった共通の特性を持っていることが知られている（例えば、特開２００８−２５１７１５号公報参照）。
【００３７】
このような特性を有するＤＬＣ層を、耐圧絶縁筒１５の内壁及び高抵抗素子１２の外側表面に形成することによって、万一、水分と水蒸気が高分子外被１６を透過しても、水分が避雷要素部４内部の湿度に影響することを確実に防ぐことができる。また、直列ギャップ２０の放電発生時に耐圧絶縁筒１５の耐圧力強度を増強することができ、また一対の放電電極２２ａ、２２ｂの金属蒸気と分解ガスへのバリヤー機能も備えることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…送電線、２…絶縁支持碍子、３（３１、３２）…アークホーン、４…避雷要素、４１，４２，４３…内部要素、５…支持アーム、６…取付金具、７…課電側電極、１２…高抵抗素子、１５…耐圧絶縁筒、１６…高分子外被、１７…第１の金属端板、１８…第２の金属端板、１９…絶縁ガス（ＳＦ６）、２０…直列ギャップ、２１…ベローズ、２２ａ…接地側放電電極、２２ｂ…課電側放電電極、２３…ストッパー、２４…排気口、２５…金属導体、２６…金属ばね。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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