(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電柱の腕金に装着される高圧クランプがいしに隣接して設けられることにより、前記高圧クランプがいしを介しての雷害を極小化する限流装置において、
接地側導電用電極および非接地側導電用電極を外側に露出させて樹脂モールドで被覆絶縁と固着を施した限流素子と、
前記高圧クランプがいしと所定の間隔のギャップを有し、前記非接地側導電用電極に接続された招弧電極と、
前記限流素子と並列に形成された所定の間隔のギャップを有し、前記接地側および非接地側の導電用電極に接続された外部電極を備え、
前記外部電極は、前記腕金に装着される高圧クランプがいし側に位置するように固定され、かつ、配電線路に対して略直角となるように配置される構成を有してなることを特徴とする限流装置。
【請求項２】
前記外部電極は、前記ギャップを介して対称形状で形成される構成の請求項第１項記載の限流装置。
【請求項３】
前記限流素子は、前記腕金に固定された固定用台座に取付金具を介して前記接地側導電用電極を固定することによって前記腕金に固定された構成を有する請求項第１項記載の限流装置。
【請求項４】
前記固定用台座は、先端が前記高圧クランプがいしの基部に接触することにより前記招弧電極の前記ギャップを前記所定の間隔に設定するスペーサを有する構成の請求項第３項記載の限流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雷侵入時に高圧クランプがいし部での閃絡によって発生したＡＣ続流を防いで停電を極小化する限流装置に関し、特に、限界を越えた雷電流の侵入による破壊および飛散を防止する限流装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の高圧クランプがいしは、絶縁被覆電線の絶縁体を除去して露出された導体を把持し、その外周を熱容量の大なるクランプ金具で被った構成を有している。ここで、雷が侵入すると、露出された導体を被うクランプ金具と腕金との間で放電して絶縁被覆電線の断線を防止する。しかし、雷が侵入して異相間で放電が生じると、ＡＣ続流が発生するので、変電所の遮断機が動作して停電になるという問題があった。
【０００３】
これを解決するために、耐雷ホーンが開発されている。耐雷ホーンは、限流素子の非接地側導電用電極と高圧クランプがいしとの間に招弧ギャップを設け、限流素子の接地側導電用電極を腕金に固定した構成のものがある。ここで、雷が侵入すると、招弧ギャップが放電して限流素子を通じて雷電流を放流し、弁効果によってＡＣ続流を遮断し、変電所遮断機の作動を防ぎ停電を防止している。
【０００４】
しかし、この耐雷ホーンは、性能限界を超えた雷電流が侵入することにより破壊して飛散することがあるため、公衆安全面に欠けるとともに破損した限流装置を交換する必要があり、保守点検に手間を要するという問題がある。
【０００５】
これを解決するため、配電線路や機器保護用の限流装置において、限流素子の限界を越える雷電流に対して、外部ギャップを設けて放電するようにしたものが種々提案されている。送電用の懸垂型避雷がいし等では、限流素子を内蔵したがいしを必要個数連結した限流装置において、限界を越える雷電流が侵入してきた場合、その電流による制限電圧によって両端に設けられたアーキングホーンを通じて放電するようにしたものがあるが、これら多数個連結して構成されているアーキングホーン間距離はバラツキが生じる。従って、当該限流素子の限界性能近傍の電流で確実に放電をさせるためには当該限流素子の限界性能の１／４程度しか有効活用できないという問題があった。また、アーキングホーンを通じて放電すると接地事故となり、変電所が動作をして停電するという問題もあった。
【０００６】
低圧回路の電子機器保護用サージ吸収器等では、限流素子の両端に外部ギャップを設け、当該限流素子の限界を越える雷電流が侵入してきた場合、その制限電圧により外部ギャップを通じて放電するようにしたものがあるが、当該限流素子の持つ性能を有効活用するためには外部ギャップ間距離を微小調整する必要があり、この調整が極めて難しいことから安定した放電性能を得るために当該限流素子に直列に抵抗を挿入し、この抵抗による電圧降下と限流素子の制限電圧の両方を活用したもの等がある。しかしながら、これらは電圧を抑制して機器を保護する装置において直列抵抗による電圧降下分が加算されるため、保護効果面で問題があり、実用化には至っていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の耐雷ホーン等の限流装置においては、性能限界を越える雷電流が侵入してきたとき、破損することなく高い安全性を備え、事故後の保守点検を低減することのできる限流装置を提供するためには、限流素子の持っている性能の数分の１しか活用できないという問題があった。
従って、本発明の目的は、この限流素子が持っている性能を有効に活用することができる限流装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を実現するため、電柱の腕金に装着される高圧クランプがいしに隣接して設けられることにより、前記高圧クランプがいしを介しての雷害を極小化する限流装置において、接地側導電用電極および非接地側導電用電極を外側に露出させて樹脂モールドで被覆絶縁と固着を施した限流素子と、前記高圧クランプがいしと所定の間隔のギャップを有し、前記非接地側導電用電極に接続された招弧電極と、前記限流素子と並列に形成された所定の間隔のギャップを有し、前記接地側および非接地側の導電用電極に接続された外部電極を備え、前記外部電極は、前記腕金に装着される高圧クランプがいし側に位置するように固定され、かつ、配電線路に対して略直角となるように配置される構成を有してなる限流装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記した目的を実現するため、樹脂モールド等による前記限流素子の沿面絶縁効果によって得られた放電耐量が向上した部分の電流による制限電圧により放電するようにした限流装置を提供する。
【００１０】
本発明の限流装置において、外部電極は、ギャップを介して対称形状で形成されることが好ましい。限流素子は、腕金に固定された固定用台座に取付金具を介して接地側導電用電極を固定することによって腕金に固定された構成とすることが好ましい。固定用台座は、先端が高圧クランプがいしの基部に接触することにより招弧電極のギャップを所定の間隔に設定するスペーサを有することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の限流装置を示し、腕金４０に固定される高圧クランプがいし３０に隣接して限流装置１０が設けられている。
【００１２】
限流装置１０は、所定の電流耐量特性を有する限流素子（例えば、ＺｎＯ素子）１と、限流素子１を介して配置される一対の導電用電極２Ａ，２Ｂと、限流素子１および導電用電極２Ａ，２Ｂを包囲する絶縁と固着を目的とした樹脂モールド３と、高圧クランプがいし３０との間に所定のギャップＬ1 を形成するように設けられる招弧用電極４と、一対の導電用電極２Ａ，２Ｂに接続されて所定の間隔のギャップＬ2 を形成する一対の外部電極５Ａ，５Ｂを有する。
【００１３】
外部電極５Ａ，５Ｂは、ナット６Ａ，６Ｂによって限流装置１０の電極２に固定されており、更に、高圧クランプがいし３０から限流装置１０を所定の距離で配置する位置決め部７Ａを有する固定用台座金具７と、限流装置１０を腕金４０に固定するコの字形状の取付金具８がナット６Ｂによって限流装置１０を固定している。取付金具８はボルト９Ａにワッシャ９Ｂを介してナット９Ｃを締結することにより腕金４０に固定される。
【００１４】
高圧クランプがいし３０は、碍子３１の上方に上部金具３２を有し、上部金具３２の電線支持部３２ａに電線２０（絶縁体が局部的に除去されている）を配置してボルト３３Ａおよびナット３３Ｂで止め金具３４を締結することにより電線２０を固定している。また、碍子３１の下方に下部金具３５を有し、下部金具３５および腕金４０を貫通したボルト３１Ａに２つのナット３６を締結することによって高圧クランプがいし３０を固定している。
【００１５】
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面を示し、取付金具８は、腕金４０を挟持する側片の一方が外側に折り曲げられたボルト支持部８Ａを有する。ボルト支持部８Ａは、Ｌ字型に曲げられたボルト９Ａの端部９Ｄを軸ｇを中心として回動自在に支持しており、限流装置１０を装着するときは、ボルト９Ａの先端を回動させて位置Ａに配置することにより取付金具８に広い開口部を付与し、腕金４０との干渉を防止する。限流装置１０の装着後は、ボルト９Ａの先端を回動させてもう一方の側片に形成された切り欠き部（後述）に挿入し、ワッシャ９Ｂおよびナット９Ｃによって固定する。
【００１６】
図２（ｂ）は、取付金具８に形成された切り欠き部８Ｂを示し、前述したボルト９Ａの回動方向に応じて取付金具８に切り欠きを設けている。
【００１７】
限流装置１０を腕金４０に装着するには、予め取付金具８に限流装置１０および固定用台座金具７をナット６Ｂによって固定する。そして、ボルト９Ａが装着時に腕金４０と干渉しないように位置Ａに回動させておき、腕金４０の上方から取り付け金具８を装着する。装着後、固定用台座金具７の位置決め部７Ａを高圧クランプがいし３０の下部金具３５に当接させて限流装置１０を位置決めする。この位置決めによって限流装置１０に固定されている招弧用電極４と高圧クランプがいし３０の間に所定の招弧距離でギャップＬ1 が形成される。位置決め後、ボルト９Ａを位置Ａから回動させて取付金具８の切り欠き部８Ｂに挿入し、ワッシャ９Ｂおよびボルト９Ｃによって固定する。
【００１８】
図３は、高圧クランプがいし側より見た限流装置１０を示し、一対の外部電極５Ａ，５Ｂは雷の極性の影響を避けるために対称的な形状で形成されており、外部電極５Ａ，５Ｂが高圧クランプがいし側に位置するように配置される。図３では、説明を簡単にするために高圧クランプがいしを図示省略している。
【００１９】
以下、本発明の限流装置の動作を図４〜図８を参照しながら説明する。
図４（ａ）は、限流装置１０の装柱状態を示し、電柱５０に止め金具５１とナット５３の締結に基づいて腕金４０が固定されており、腕金４０と止め金具５１は電柱５０を貫通するボルト５２をナット５３で固定することによって脱落を防止している。腕金４０には所定の間隔で固定された高圧クランプがいし３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を介して電線２０ａ（外相），２０ｂ（中相），および２０ｃ（内相）が支持されている。限流装置１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は高圧クランプがいし３０に隣接して装着されており、中相の電線２０ｂに隣接して設けられる限流装置１０は外相側の腕金４０に装着されている。
【００２０】
図４（ｂ）は、電線の延長方向から見た限流装置１０の装柱状態を示し、電線２０ａ，２０ｂ、および２０ｃに落雷すると、雷サージに基づく雷電流が高圧クランプがいし３０から招弧用電極４に放電する。このことにより高圧クランプがいし３０の表面を伝わるアーク長が短くなり、高圧クランプ３０の熱的な損傷が抑制される。
【００２１】
招弧用電極４に放電した雷電流が誘導雷程度の電流レベルであるとき、雷電流は限流装置１０に内蔵されている限流素子１および導電用電極２Ｂを介して腕金４０へ放流される。
【００２２】
招弧用電極４に放電した雷電流が限流素子１の性能限界を超える電流レベルであるとき、雷電流は外部電極５Ａ，５Ｂを介して腕金４０へ放流されるとともに続流アークをギャップＬ1 およびＬ2 によって遮断して系統の正常状態を維持する。このことにより性能限界を超えた雷電流による限流素子１の破壊が防止される。
【００２３】
招弧用電極４に放電した雷電流が直撃雷による１００ＫＡを超える電流レベルであるとき、雷電流は外部電極５Ａ，５Ｂを介して腕金４０へ放流される。３相配電線に直撃雷が落雷する場合、各線に均等に分流せずに何れかの１相に雷電流の約７５％が集中することがシミュレーション計算によって知られている。図４（ａ）の電線２０ａ（外相）に前述した高レベルの雷電流が侵入した場合、限流装置１０ａの外部電極５Ａ，５Ｂを介した放電が生じるとともに、限流装置１０ｂも同様の放電が生じるので腕金４０を介して異相間短絡となるので変電所の遮断機が作動して配電線路が停電となるが、この場合でも雷電流による限流素子１の破壊が防止される。ｄ1 およびｄ2 は招弧用電極４に放電した続流アークであり、続流アークｄ1 およびｄ2 が生じたときの電磁力に基づいてｅ1 およびｅ2 に示す経路で続流アークが負荷側に速やかに移行するので、高圧クランプがいし３０および電線２０のアークによる熱的な損傷を軽減でき、続流アークに曝された後の再使用が可能になる。
【００２４】
図５は、１／４０μｓの波形における限流素子１の電流耐量特性を示し、電流ｘ2 （４０ＫＡ）以下の電流、例えば、ｘ1 （０＜ｘ1 ＜ｘ2 ）が限流素子１の耐量保証ゾーンａである。また、電流ｘ2 から電流ｘ3 までが限界ゾーンｂである。このｘ2 領域に達するまでに限流素子１から外部電極５Ａ，５Ｂに放電移行が行われる。電流ｘ2 を越えると限流素子１を介さずに全て外部電極５Ａ，５Ｂで放電が行われる。電流ｘ3 以上は限流素子１の破壊ゾーンｃである。
【００２５】
図６は、外部電極５Ａ，５Ｂと限流素子１の動作協調を示し、雷電流ｘ1 によって生じる限流素子１の制限電圧Ｖ1 以下の不動作ゾーンでは転流は行われず、雷電流は限流素子１を通じて放流される。雷電流ｘ1 によって生じる制限電圧Ｖ1 から雷電流ｘ2 によって生じる制限電圧Ｖ2 までの転流ゾーンでは雷電流を外部電極５Ａ，５Ｂを介して速やかに大地に放流するとともに引き続いて流れる地絡電流は招弧ギャップＬ1 と外部ギャップＬ2 によって遮断される。この転流ゾーンは外部ギャップＬ2 のギャップ長によって変化する。このギャップ長は限流素子１の制限電圧Ｖ1 と制限電圧Ｖ2 の差ΔＶ（Ｖ2 −Ｖ1 ）に基づいて決定される。雷電流ｘ2 によって生じる制限電圧Ｖ2 以上の動作ゾーンでは、限流素子１の性能限界を超えているので全て外部電極５Ａ，５Ｂを介して雷電流を速やかに大地に放流させる。
【００２６】
図７(a),(b) は、外部電極５Ａ，５Ｂのギャップ長Ｌ2 及びＬ2 ’が限流素子１の高さのバラツキ幅を吸収できる寸法裕度を持ったモールド用金型と限流素子１の両端に位置する導電用電極２Ａ，２Ｂにより、常に、限流素子１の高さｈ2 及びｈ2 ’にそれぞれ比例した長さとなることを示す図で、図７(a) は限流素子１の高さｈ2 が高い場合、図７(b) は限流素子１の高さｈ2 ’が低い場合である。即ち、ギャップ長を微調整することなく、常に、限流素子１の持つ性能にマッチングした放電特性を得ることができるようにした構成となっている。
【００２７】
図８は、絶縁目的の外、限流素子１と導電用電極２Ａ，２Ｂの固定を目的として施された樹脂モールド３等による従来と本発明の沿面絶縁効果の差を示す具体例である。
一般的に外部ギャップＬ2 へ安定して放電移行させるための電圧差ΔＶ（図６参照）は４ＫＶ以上必要としている。従来はこの４ＫＶ以上のΔＶを得るためには、３０数ＫＡ（４／１０μｓ）の限界放電耐量を有する限流素子においては、放電開始移行点（Ａ）は１０ＫＡ未満、放電移行終了点（Ｂ）は２５ＫＡ以上に設定することが必要となり、本来、この限流素子が有する雷サージ吸収性能の１／３程度しか有効活用できない。本発明では、限界放電耐量が樹脂モールド３等による沿面絶縁効果によって３０数ＫＡから５０ＫＡ（４／１０μｓ）まで向上した限流素子を用い、向上した性能部分の電流による制限電圧を有効に活用したもので、放電開始移行点（Ｃ）は３０ＫＡ、放電移行終了点（Ｅ）を４０ＫＡに設定することにより大電流域における制限電圧の立ち上がり特性を有効に利用して、安定してギャップＬ2 へ放電移行させるための大きなΔＶを得ることができるようにしている。この場合は、
ΔＶ＝Ｅ点−Ｃ点＝３７ＫＶ−３２ＫＶ≒５ＫＶ＞４ＫＶ（従来）
となり、併せて、限流素子の基本性能の１００％活用を実現している。
【００２８】
上記した限流装置によると、限流素子１に接続される一対の導電用電極２に外部電極５Ａ，５Ｂを設けて構成される限流装置１０を高圧クランプがいし３０に隣接して設けてあり、ｘ1 までの雷電流に対しては全て限流素子１を通じて放流する。また、限流素子１の限界性能ｘ2 を越える過大な雷電流に対しても外部電極５Ａ，５Ｂに放電移行し、速やかに大地に放流して破壊を生じないようにしている。また、招弧用電極４と高圧クランプがいし３０との間の招弧ギャップＬ1 を固定用台座７による位置決めに基づいて形成するので、安定した招弧特性が得られている。限界を越える過大な雷電流が侵入してきた場合、外部電極５Ａ，５Ｂを通じての放電は１相だけでなく他相も放電をし異相間短絡となって過大な続流アークが生じるが、限流装置を電線２０に対して直角になるように腕金上に配置したことによって、本限流装置部で発生した続流アークは電線２０に流れる電流による電磁力によって速やかに負荷側に移行させることができるため、高圧クランプがいし３０や電線２０の熱的な損傷を抑制して再使用を可能とし、事故後の保守点検を低減することができる。また、本装置の装着によって架空地線等の落雷防止装置が不要となり、コストダウンが図れる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の限流装置によると、限流素子の持っている性能を有効に活用しているため、同一形状で比較をした場合、従来の外部ギャップ方式に対して数倍の雷電流を限流素子を通じて放流することができるようになり雷電流に対する保護範囲が大幅に広くなっている。また、限流素子の性能限界を超えた雷電流に対しては、外部ギャップを介して大地に放流するようにしたため、限界を超えた雷電流が侵入しても破損することなく、高性能で高い安全性を備え、事故後の保守点検を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の限流装置を示す説明図。
【図２】本発明の実施の形態の限流装置を示す説明図。
【図３】本発明の実施の形態の限流装置を示す説明図。
【図４】本発明の実施の形態の限流装置の装柱状態を示す説明図。
【図５】限流素子の電流耐量特性を示す説明図。
【図６】限流素子と外部電極の動作協調を示す説明図。
【図７】本発明の限流素子の高さ寸法、バラツキの吸収を示す説明図。
【図８】従来と本発明の沿面絶縁効果の差を示す説明図。
【符号の説明】
１，限流素子
２Ａ，導電用電極
２Ｂ，導電用電極
３，絶縁モールド
４，招弧用電極
５Ａ，外部電極
５Ｂ，外部電極
６Ａ，ナット
６Ｂ，ナット
７，固定用台座金具
７Ａ，位置決め部
８，取付金具
８Ａ，ボルト支持部
８Ｂ，切り欠き部
９Ａ，ボルト
９Ｂ，ワッシャー
９Ｃ，ナット
９Ｄ，端部
１０，限流装置
１０ａ，限流装置
１０ｂ，限流装置
１０ｃ，限流装置
２０，電線
２０ａ，電線
２０ｂ，電線
２０ｃ，電線
３０，高圧クランプがいし
３０ａ，高圧クランプがいし
３０ｂ，高圧クランプがいし
３０ｃ，高圧クランプがいし
３１，碍子
３２，上部金具
３３Ａ，ボルト
３３Ｂ，ナット
３４，止め金具
３５，下部金具
３６，ナット
４０，腕金
５０，電柱
５１，止め金具
５２，ボルト
５３，ナット
【図１】
0004060915.tif 000002
【図２】
0004060915.tif 000003
【図３】
0004060915.tif 000004
【図４】
0004060915.tif 000005
【図５】
0004060915.tif 000006
【図６】
0004060915.tif 000007
【図７】
0004060915.tif 000008
【図８】
0004060915.tif 000009