(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁電線からなる架空線路において、電力ケーブル相当の絶縁を有する絶縁電線を二つ折りして２本の絶縁電線を沿わせた構造に形成された避雷装置本体の導体露出側と二つ折りされた絶縁被覆側の一方を碍子接地側に接続し、前記導体露出側と絶縁被覆側の他方を前記架空線路に設けた放電電極側に配置すると共に、前記架空線路の絶縁被覆を前記放電電極の針電極により予め貫通破壊したことを特徴とする沿面放電型避雷装置。
【請求項２】
裸線からなる架空線路において、電力ケーブル相当の絶縁を有する絶縁電線を二つ折りして２本の絶縁電線を沿わせた構造に形成された避雷装置本体の導体露出側と二つ折りされた絶縁被覆側の一方を碍子接地側に接続し、前記導体露出側と絶縁被覆側の他方を前記架空線路に配置することを特徴とする沿面放電型避雷装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の沿面放電型避雷装置の外側に、両端あるいは片端を開放した絶縁チューブを被せ、前記避雷装置の一方の片端を架空線路、他方の片端を碍子の接地側に接続したことを特徴とする沿面放電型避雷装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の沿面放電型避雷装置の絶縁電線の内側に、両端あるいは片端を開放した絶縁チューブを挟み、前記避雷装置の絶縁被覆側にある絶縁チューブ開放端に電線接続側電極を挿入し、前記避雷装置の一方の片端を架空線路、他方の片端を碍子の接地側に接続したことを特徴とする沿面放電型避雷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空線路において、支持碍子の近傍で起こる雷サージによる絶縁電線の断線及び電力系統の瞬時停電を防止する沿面放電型避雷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁電線の断線は、支持碍子付近の絶縁被覆が、雷サージによって破壊され、多相フラッシオーバから支持碍子を固定している金属製アームを介してＡＣ続流に移行し、ＡＣ短絡電流が、前記破壊箇所に集中して流れるため、アーク熱により絶縁電線の導体が蒸発し、断線するというメカニズムで発生している。また、電力系統の瞬時停電は、雷サージにより支持碍子がフラッシオーバし、地絡電流が継続するため発生している。断線及び瞬時停電を防止するためには、雷サージによって放電路が形成された後、その放電路に沿って起こるＡＣ短絡電流や地絡電流への移行をなくすことが重要である。
断線及び瞬時停電防止のための現在最も一般的な対策はＺｎＯ素子の設置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＺｎＯ素子の設置には大きな費用を必要とする。また、雷の架空線路直撃により、ＺｎＯ素子が焼損するケースがあり、完全な対策ではない。そこで本発明が解決しようとする課題は、架空線路の耐雷対策コストの低減を図るため、ＺｎＯ素子を用いない、安価な断線及び瞬時停電防止対策を行うことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の沿面放電型避雷装置は、絶縁電線あるいは裸線からなる架空線路において、電力ケーブル相当の絶縁を有する絶縁電線を二つ折りして形成された避雷装置本体の導体露出側と絶縁被覆側の一方を碍子接地側に接続し、前記導体露出側と絶縁被覆側の他方を前記架空線路に設けた放電電極側に配置すると共に、前記架空線路の絶縁被覆を前記放電電極の針電極により予め貫通破壊しておくこと、架空線路が裸線の場合は、前記架空線路に直接配置することを特徴とする。
【０００５】
また、本発明の沿面放電型避雷装置は、絶縁電線あるいは裸線からなる架空線路において、背後電極のある絶縁表面を有することで、フラッシオーバ性能を高めた避雷装置本体、あるいはフラッシオーバ経路の周囲に両端あるいは片端を開放した絶縁チューブを設けることで、ＡＣ消弧性能を高めた避雷装置本体、あるいは、その両方を複合し、フラッシオーバ性能及びＡＣ消弧性能を高めた避雷装置本体を架空線路と碍子接地側間に設置することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
雷撃時に雷インパルス電圧のみを避雷装置沿面の一定距離で放電させ、ＡＣ電流を遮断し、断線及び瞬時停電を防止する。ＡＣ電流の遮断特性、避雷装置と碍子の放電特性、雷インパルス電圧の極性の違いが沿面放電特性に与える影響及びその解消法、必要絶縁厚さ等を調査し、経済性、作業性などの実現性を考慮し、沿面放電型避雷装置を発明した。
【０００７】
請求項１，２の避雷装置は、背後電極の効果により、碍子よりも早く避雷装置沿面で放電させることを特徴としている。また、絶縁電線で挟まれた空間は対地との電界の影響を受けにくい構造となっており、沿面放電の極性効果を低減し、放電特性を向上させている。
【０００９】
請求項３，４は、背後電極のある放電をチューブ内で行うことにより、沿面放電特性とＡＣ消弧性能を向上させ、避雷性能の向上とコンパクト化が図れることを特徴としている。
【００１０】
１．試験概要
絶縁電線、絶縁チューブの絶縁性能、沿面放電による制限電圧を求めるための実験を行った。基本的な試験概要を図１に示す。被覆２付き絶縁電線１をピン碍子３で支持し、直径１．２ｍｍの銅バインドで固定した。そこから７５ｃｍ離れた箇所に鉄釘を刺して放電電極４とした。絶縁電線１の片端からインパルスジェネレータ５により雷インパルス電圧（１．２／５０μｓ）を波高値を変えて印加し、そのとき大地間に発生する電圧（制限電圧）を、沿面放電又は貫通破壊が起こるまでの時間と合わせて電圧計６で測定した。絶縁電線単独（碍子なし）の特性を調べる場合は、碍子３を銅バインドで短絡して実験した。また、絶縁被覆そのものの絶縁性能を求める場合は、鉄釘を取り付けず、沿面放電をさせない状態で試験を行った。
【００１１】
２．試験結果
絶縁電線単独の場合と沿面放電電極を設けた場合それぞれの絶縁被覆が貫通破壊しない最高印加電圧（以下最高印加電圧と言う）と絶縁被覆厚さの関係を図２に示す。これによると、絶縁電線単独に比べ沿面放電電極を設けた場合は、より大きな電圧まで印加でき、沿面放電が絶縁被覆にかかる電圧を抑制していることが分かる。またその効果は、絶縁被覆厚さが大きいほど、また、負極性電圧（電線導体が負、接地側が正となる電圧）の方が顕著であることが分かる。負極性電圧印加時には、最高印加電圧が絶縁被覆厚さも４ｍｍ以上で急激に大きくなり、印加電圧６，２００ｋＶでも貫通破壊することはなかった。沿面放電による絶縁被覆の制限電圧を図３に示すが、碍子と複合しない場合の制限電圧は、印加電圧に関係なく１２０〜１８０ｋＶの範囲で分散していることから、ある一定レベルの絶縁性能を持った絶縁電線は、印加電圧を上げても貫通破壊しない可能性が高いと思われる。碍子と複合した場合の制限電圧は、２００〜３００ｋＶに分散するが、これは、碍子との複合により沿面放電までの時間が長くなり、その間に絶縁被覆にかかる電圧が大きくなるためと思われる。
【００１２】
沿面放電における印加電圧の極性の影響を、より詳細に調べるために、沿面放電の電圧・時間特性（図４）及び、印加電圧とフラッシオーバまでの時間の関係（図５）を求めた。正極性の場合、負極性に比べかなり大きな電圧が発生することが分かる（図４）。
【００１３】
また、正極性は負極性に比べ、フラッシオーバまでに長い時間を要しており（図５）、正極性沿面放電が負極性に比ベスムースに行われないことが推測される。正極正沿面放電は．フラッシオーバまでに時間がかかるために発生電圧が大きくなり（図４）、最高印加電圧が小さくなるものと思われる（図２）。
【００１４】
実用化を考えた場合、この極性の影響は無視できないため、極性の影響を解消する二つの手法（図６，７）を発明しその効果を実験により確認した。正極性沿面放電の場合、電線表面の電界の影響で、空間の自由電子が拘束され、沿面放電の進展に寄与できないことが考えられるため、電線表面の電界を緩和するようにした。
【００１５】
＜第１試験例＞
図６は第１試験例の構成を示す断面図であり、電界緩和用絶縁電線７を大地との間に絶縁電線１に密着して敷設するようにした。この電界緩和用絶縁電線７の両端導体部８は、碍子３の位置から７５ｃｍの箇所で絶縁電線１の導体に接続し、絶縁カバー９で絶縁したものである。
【００１６】
＜第２試験例＞
図７は第２試験例の構成を示す断面図であり、絶縁電線１の大地側に、接地側背後電極用絶縁電線１０を敷設し、導体が絶縁されていない一端導体部１１は碍子３の接地端子に接続し、導体が絶縁された他端は絶縁物１２で絶縁電線１と絶縁している。碍子３と絶縁物１２との距離は７５ｃｍとした。
【００１７】
電界緩和用絶縁電線７を用いる手法では、図８に示す通り、正極性沿面放電においても負極性並みの電圧・時間特性を示す様になり、沿面放電がスムースに行われるよう改善できた。接地側背後電極用絶縁電線１０を用いる手法では、負極性印加時には絶縁電線（本線）１表面をフラッシオーバするが、正極性印加時には接地側背後電極用絶縁電線１０表面をフラッシオーバする。これにより、正極性印加時に８５４ｋＶで貫通破壊していた絶縁電線４ｍｍが、負極性同様６，２００ｋＶ印加しても貫通破壊しなくなった。
【００１８】
＜実規模模擬配電線による直撃雷実験＞
１．実験概要
模擬配電線に、本手法による各種対策を施し、大型インパルスジェネレータ（最大発生電圧１２ＭＶ）で発生させた雷インパルス大電流（最大電流１７ｋＡ，１．５／１１μｓ）を印加し、必要距離（７５ｃｍ）を沿面放電できるか確認した。
２．実験結果
【００１９】
試験結果を表１に示す。
【表１】
0003752106.tif 000002
【００２０】
この試験結果から、７５ｃｍの沿面放電に必要な絶縁厚さに関し、雷インパルス電流波高値１７ｋＡ程度（発生頻度約３０％）の雷撃電流に対して、次のことが言える。
（１）架空地線有りのケースは電力ケーブル絶縁厚さ４ｍｍ以上、架空地線なしのケースは電力ケーブル絶縁厚さ６ｍｍ以上により貫通破壊することなく沿面放電可能。
（２）雷の極性を解消する手法を用いることにより、必要厚さを架空地線有りのケースで絶縁電線被覆厚さ３ｍｍ以上、架空地線なしのケースで電力ケーブル絶縁厚さ４ｍｍ以上に低減できる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。図９は本発明の沿面放電型避雷装置の実施例の構造を示すものであり、図１０はその詳細を示すものである（いずれも架空線路が絶縁電線の場合）。図中、１は絶縁電線、２は被覆、３はピン碍子、４は放電電極、１３はピン碍子３のボルト部（高圧アーム）、１４は避雷装置本体、１５は露出導体部、１６は絶縁被覆部、１７は露出導体部１５同士を接続する接続金具、１８は露出導体部１５の疲労断線を防止する補強カバー、１９は放電電極４と絶縁被覆部１６とを保持し、この箇所の絶縁を補強する絶縁・保持カバーである。
【００２２】
避雷装置本体１４は、電力ケーブル相当の絶縁を有する絶縁電線を二つ折りしたものであり、これにより、片端は導体が露出した露出導体部１５であり、他端は絶縁した絶縁被覆部１６となっている。２本の露出導体部１５は接続金具１７で一つに接続し、ピン碍子３の接地側、例えばボルト部１３に接続する。絶縁被覆部１６側は絶縁電線１に取り付けた放電電極４に絶縁・保持カバー１９で固定する。このとき、放電電極４の針電極により絶縁電線１を予め貫通破壊しておく。
【００２３】
本実施例において、絶縁電線１に雷過電圧が発生すると、放電電極４とピン碍子３のボルト部（高圧アーム）１３間に設置した沿面放電型避雷装置本体１４の沿面フラッシオーバが発生する。しかし、ＡＣ短絡には移行しないため、絶縁電線の断線も瞬停も発生しない。
【００２４】
なお、図９及び図１０の実施例では、架空地線が絶縁電線の場合であるが、架空線路が裸線の場合は、避雷装置本体１４の絶縁被覆部１６側を架空線路に直接配置するものとする。
【００２７】
図１１は本発明の請求項３に対応する第２実施例を示すものであり、図９及び図１０の第１実施例の沿面放電型避雷装置本体１４の外側に、両端あるいは片端を開放した絶縁チューブ２３を被せたものである。避雷装置本体１４の一方の片端を架空線路（絶縁電線１）、他方の片端をピン碍子３の接地側（ボルト部１３）に接続することは、第１実施例と同様である。
【００２８】
図１２は本発明の請求項４に対応する第３実施例を示すものであり、第１実施例の沿面放電型避雷装置本体１４の絶縁電線の内側に、両端あるいは片端を開放した絶縁チューブ２４を挟み、避雷装置本体１４の絶縁被覆１６側にある絶縁チューブ２４開放端に電線接続側電極２５を挿入したものである。避雷装置本体１４の一方の片端を架空線路（絶縁電線１）、他方の片端をピン碍子３の接地側（ボルト部１３）に接続することは、第１実施例と同様である。
【００３０】
以上の第２〜第３実施例によれば、背後電極のある放電をチューブ内で行うことにより、沿面放電特性とＡＣ消弧性能を向上させ、避雷性能の向上とコンパクト化が図れることを特徴としている。
【００３１】
本発明の沿面放電避雷器のギャップ長Ｌgを求める実験を次のように行った。
（１）ギャップ長最大値（Ｌgmax）
雷インパルス電流１７ｋＡの本線直撃において、ピン碍子がスパークオーバしないギャップ長最大値（Ｌgmax）を求める。
【００３２】
【表２】
0003752106.tif 000003
この実験結果から、６号碍子の保護と絶縁チューブ厚さ６ｍｍ以下を考慮し、Ｌgmax＝３０ｃｍとする。
【００３３】
（２）チューブ内径とギャップ長最小値（Ｌgmin）
チューブ内径の影響を確認する。チューブ長１ｍ、両端開放で実験を実施した。供試品：ＥＰＲ４．８φ、ガラス６φ、塩化ビニル１２φ、アクリル１８φ。その結果を図１３に示す。図１３の結果から、Ｌgminは６φ以上において断面積に比例して長くなり、内径が小さい場合（４．８φ）には、Ｌgminは大きくなることがわかる。
【００３４】
（３）ＡＣ移行時の状況
ＡＣ移行時の状況を観察した。ＡＣ短絡に移行した場合（１２φ、ギャップ長２５ｃｍ）においても、短絡電流は半波以下で消弧し、系統に及ぼす影響は小さい。また、再送電も良好で、再被雷時も半波以下で消弧可能であるため、保護失敗時に供給支障事故に至る心配はないものと判断できる。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、下記の効果を奏する。
（１）沿面放電型避雷装置の放電開始電圧は、碍子のそれよりも低いため、架空線路の絶縁性能に関係しない。（既設設備の状態に関係なく対策可能）
（２）碍子と複合する構造でないため、制限電圧を低く抑えられる。（１０号絶縁以下と推定される）
（３）２本の絶縁電線を沿わせた構造により、電線表面の電界が緩和された空間を有しており、架空線路に発生する雷過電圧の極性に関係なく、安定したフラッシオーバが起こる。
（４）通り箇所だけでなく、引き留め箇所にも適用可能である。
（５）取り付けの作業性が良好である。
（６）沿面放電型避雷装置内部の導体を細くし、ヒューズとして使用することにより、沿面放電失敗（貫通破壊）時にもＡＣ続流を遮断可能である。
（７）ＺｎＯ素子に比べ、耐雷対策のコスト低減が可能である。
（８）ＺｎＯ素子のように放電耐量の制限がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  沿面放電特性調査試験の概要図である。
【図２】  被膜厚さと貫通破壊しない最高印加電圧の関係を示す特性図である。
【図３】  印加電圧と制限電圧の関係を示す特性図である。
【図４】  沿面放電の電圧時間特性図である。
【図５】  印加電圧とフラッシオーバまでの時間の関係を示すグラフである。
【図６】  本発明の第１試験例を示す断面図である。
【図７】  本発明の第２試験例を示す断面図である。
【図８】  沿面放電の電圧時間特性図である。
【図９】  本発明の第１実施例を示す概要図である。
【図１０】  本発明の第１実施例の詳細図である。
【図１１】  （ａ）は本発明の第２実施例を示す概要図、（ｂ）はその左側面図、（ｃ）はその右側面図である。
【図１２】  （ａ）は本発明の第３実施例を示す概要図、（ｂ）はその左側面図、（ｃ）はその右側面図である。
【図１３】  本発明実施例におけるチューブの断面積とギャップ長最小値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  絶縁電線、２  被覆、３  ピン碍子、４  放電電極、５  インパルスジェネレータ、６  電圧計、７  電界緩和用絶縁電線、８  電界緩和用絶縁電線の両端導体部、９  絶縁カバー、１０  接地側背後電極、１１  接地側背後電極の一端導体部、１２  絶縁物、１３  ボルト部、１４  避雷装置本体、１５  露出導体部、１６  絶縁被覆部、１７  接続金具、１８  補強カバー、１９  絶縁・保持カバー、２３  絶縁チューブ、２４  絶縁チューブ、２５  電線接続側電極
【図１】
0003752106.tif 000004
【図２】
0003752106.tif 000005
【図３】
0003752106.tif 000006
【図４】
0003752106.tif 000007
【図５】
0003752106.tif 000008
【図６】
0003752106.tif 000009
【図７】
0003752106.tif 000010
【図８】
0003752106.tif 000011
【図９】
0003752106.tif 000012
【図１０】
0003752106.tif 000013
【図１１】
0003752106.tif 000014
【図１２】
0003752106.tif 000015
【図１３】
0003752106.tif 000016