JP2013247160A - Arrestor - Google Patents
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Abstract
【課題】雷インパルス耐電圧試験時の絶縁容器のフラッシュオーバーを抑制し、避雷器の信頼性を高める。
【解決手段】避雷器は、複数個直列に積層された酸化亜鉛を主成分とする非線形抵抗素子1と、積層された非線形抵抗素子1の両端部に配置された一対の電極端子2と、非線形抵抗素子1の外周に沿って配置され一対の電極端子2を連結する絶縁支持物31と、を含む内部要素を絶縁容器4内に収納して構成される。絶縁支持物31は、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を絶縁材料に充填して構成される。
【選択図】図1
An object of the present invention is to suppress the flashover of an insulating container during a lightning impulse withstand voltage test and improve the reliability of a lightning arrester.
A lightning arrester includes a non-linear resistance element 1 mainly composed of zinc oxide stacked in series, a pair of electrode terminals 2 disposed at both ends of the stacked non-linear resistance element 1, and a non-linear resistance. An internal element including an insulating support 31 arranged along the outer periphery of the element 1 and connecting the pair of electrode terminals 2 is housed in an insulating container 4. The insulating support 31 is configured by filling an insulating material with a powder having a non-linear characteristic of electric resistance.
[Selection] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、電力系統に接続され過電圧から電気機器を保護する避雷器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a lightning arrester that is connected to a power system and protects electrical equipment from overvoltage.
避雷器は、電力系統において雷サージや開閉サージ等の過電圧が発生した場合に、系統の施設や機器の絶縁を過電圧から保護するものである。避雷器は一般的に、絶縁容器の内部に酸化亜鉛を主成分とする非線形抵抗素子を複数個直列に積層して収容し、両端に電極端子を固定した構造となっている。 The lightning arrester protects the insulation of the facilities and equipment of the system from the overvoltage when an overvoltage such as a lightning surge or a switching surge occurs in the power system. Generally, a lightning arrester has a structure in which a plurality of nonlinear resistance elements mainly composed of zinc oxide are stacked in series inside an insulating container and electrode terminals are fixed at both ends.
この非線形抵抗素子は正常な電圧下においては絶縁特性を示す。しかし、電力系統に落雷等によって過電圧が発生し、電圧の大きさが所定値を越えると導電性を示すものである。そのため、過電圧が発生した場合には、避雷器を通して放電電流が流れて、過電圧が制限される。そして、電圧が正常状態に復帰すると直ちに放電が停止し、元の絶縁状態に戻る。 This non-linear resistance element exhibits an insulation characteristic under a normal voltage. However, when an overvoltage is generated in the power system due to a lightning strike or the like and the voltage exceeds a predetermined value, it exhibits conductivity. Therefore, when an overvoltage occurs, a discharge current flows through the lightning arrester, and the overvoltage is limited. Then, as soon as the voltage returns to the normal state, the discharge stops and the original insulation state is restored.
ところで、避雷器の絶縁容器は、耐電圧規格に基づいた電圧に耐えられる耐電圧性能を備える必要がある。そのため、絶縁容器の内部から非線形抵抗素子を取り外して雷インパルス耐電圧試験が実施され、絶縁容器には耐電圧試験相当の過電圧が印加される。 By the way, the insulating container of the lightning arrester needs to have a withstand voltage performance capable of withstanding a voltage based on the withstand voltage standard. Therefore, the non-linear resistance element is removed from the inside of the insulating container and a lightning impulse withstand voltage test is performed, and an overvoltage equivalent to the withstand voltage test is applied to the insulating container.
しかしながら、非線形抵抗素子が無い状態では、高圧側の電極端子の角部に電界が集中し、絶縁容器内面の電界強度が高くなり絶縁破壊やフラッシュオーバーを引き起こす可能性がある。そのため、絶縁容器は絶縁寸法に余裕を持たせ、雷インパルス耐電圧試験時に必要とされる耐電圧性能が確保できるようにしていた。 However, in the absence of the non-linear resistance element, the electric field concentrates on the corner of the high-voltage side electrode terminal, and the electric field strength on the inner surface of the insulating container increases, which may cause dielectric breakdown or flashover. For this reason, the insulating container has an allowance in the insulation dimension so that the withstand voltage performance required during the lightning impulse withstand voltage test can be secured.
近年、他の電気機器と同様に、避雷器にもコンパクト化が要求されている。避雷器をコンパクト化するためには、絶縁容器や電極端子も縮小化を免れず、必要とされる絶縁寸法を確保することが難しくなる。この場合、非線形抵抗素子の無い状態で雷インパルス耐電圧試験を行うと、電極端子の角部に電界が集中して、耐電圧より低い電圧でフラッシュオーバーを引き起こし、必要とされる耐電圧性能を維持できない問題が生じる。 In recent years, as with other electrical devices, lightning arresters are required to be compact. In order to make the lightning arrester compact, it is difficult to reduce the size of the insulating container and the electrode terminal, and it is difficult to ensure the required insulating dimensions. In this case, if a lightning impulse withstand voltage test is performed without a nonlinear resistance element, the electric field concentrates at the corners of the electrode terminals, causing a flashover at a voltage lower than the withstand voltage, and achieving the required withstand voltage performance. An unsustainable problem arises.
この場合、絶縁容器の内部に非線形抵抗材料を塗布して電界集中を緩和させる方法もあるが、非線形抵抗材料を均一に塗布することは難しく、コンパクト化した避雷器において十分な耐電圧性能を容易に得ることができなかった。 In this case, there is a method of relaxing the electric field concentration by applying a non-linear resistance material inside the insulating container, but it is difficult to apply the non-linear resistance material uniformly, and it is easy to achieve sufficient withstand voltage performance in a compact lightning arrester. Couldn't get.
本実施形態は、上述のような問題を鑑みてなされたものである。すなわち、コンパクト化した避雷器においても、雷インパルス耐電圧試験時に電極角部への電界集中によるフラッシュオーバーを抑制し、絶縁容器の耐電圧性能を正常に試験し、信頼性の高い避雷器を提供することを目的とする。 The present embodiment has been made in view of the above problems. In other words, even in a compact lightning arrester, to suppress flashover due to electric field concentration at the electrode corner during a lightning impulse withstand voltage test, to normally test the withstand voltage performance of the insulating container, and to provide a highly reliable lightning arrester With the goal.
上記の目的を達成するために、本実施形態の避雷器は、複数個直列に積層された酸化亜鉛を主成分とする非線形抵抗素子と、積層された非線形抵抗素子の両端部に配置された一対の電極端子と、非線形抵抗素子の外周に沿って配置され一対の電極端子を連結する絶縁支持物と、を含む内部要素を絶縁容器内に収納して構成される。絶縁支持物は、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を絶縁材料に充填して構成される。 In order to achieve the above object, the lightning arrester of the present embodiment includes a plurality of non-linear resistance elements mainly composed of zinc oxide stacked in series and a pair of non-linear resistance elements disposed at both ends of the stacked non-linear resistance elements. An internal element including an electrode terminal and an insulating support member that is disposed along the outer periphery of the nonlinear resistance element and connects the pair of electrode terminals is housed in an insulating container. The insulating support is configured by filling an insulating material with a powder having a characteristic of non-linear electrical resistance.
以下、避雷器の実施形態について添付図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図1に示すように、本実施形態に係る避雷器は、筒状の絶縁容器4に内部要素が収納されている。内部要素として、酸化亜鉛を主成分とする非線形抵抗素子1が複数個直列に積層されている。この非線形抵抗素子1の積層体の両端部には一対の電極端子2が配置されている。一対の電極端子2は、具体的には、上側の高圧側電極端子2aと、下側の接地側電極端子2bである。一対の電極端子2は、固定ユニット3を介して非線形抵抗素子1の積層体に固定されている。
Hereinafter, an embodiment of a lightning arrester will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the lightning arrester according to the present embodiment has an internal element housed in a cylindrical
固定ユニット3は、図2に示すように、一対の円板状の導電板32,33と、これらを連結して支持する複数の柱状の絶縁支持物31とから構成される。上側の導電板32は高圧側電極端子2aと非線形抵抗素子1の積層体の上端の間に配置され、双方に固定されている。下側の導電板33は、接地側電極端子2bと非線形抵抗素子1の積層体の下端の間に配置され、双方に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
絶縁支持物31は、図3に示すように、絶縁材料に電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を充填した非線形抵抗材料により構成される。電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末としては、例えば、酸化亜鉛や炭化珪素が挙げられる。絶縁材料は、ポリエチレンやポリブタジエン等の樹脂又は繊維強化プラスチック(FRP)が挙げられる。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、絶縁支持物31の両端には金属ネジ34が差し込まれている。この金属ネジ34を導電板32,33に設けられた固定金具に接続することにより、固定ユニット3が組み立てられる。
As shown in FIG. 4,
絶縁支持物31を構成する非線形抵抗材料は、低電界においては絶縁性を示すが、一定以上の電界になると導電率が急激に上昇して、導体と近い導電率になる。この非線形抵抗材料により構成された絶縁支持物31の導電率特性を、図5のグラフに示す。印加電圧によって絶縁支持物31に発生する電界が図中の電界E1より低い場合は、導電率は1E−13程度に保たれ、絶縁性を示している。電界E1になると、導電率が急激に上昇して、その後は導電率1E−1という導体に近い導電率を保ち続ける。この導電率が急激に上昇する電界E1を発生させる電圧を、動作開始電圧という。
The non-linear resistance material constituting the
絶縁支持物31の動作開始電圧は、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末の充填量によって変化する。本実施形態において、絶縁支持物31の動作開始電圧が絶縁容器4のフラッシュオーバー電圧よりも低くなるように充填量が決定される。
The operation start voltage of the
(作用)
本実施形態の避雷器は、次のように作用する。雷インパルス耐電圧試験は、上述したように絶縁容器4の内部に非線形抵抗素子1が無い状態で行われる。従来の避雷器においては、避雷器に電圧が印加されると、高圧側電極端子2aの角部21に電界が集中するため、図6(a)に示すように角部21付近の等電位線が密となっている。この角部21への電界の集中により、絶縁容器4はフラッシュオーバーを引き起こしやすくなり、必要とされる耐電圧性能を維持できなくなる。
(Function)
The lightning arrester of the present embodiment operates as follows. The lightning impulse withstand voltage test is performed in a state where the
ここで、本実施形態の避雷器においては、絶縁支持物31は、低電界においては絶縁性を示すが、動作開始電圧を超えると導電性を示すものである。そして動作開始電圧は絶縁容器4のフラッシュオーバー電圧よりも低くなるように設定されている。したがって、絶縁支持物31は絶縁容器4がフラッシュオーバーに達する前に導電性となり、高圧側電極端子2aの角部21に集中していた電界は、柱状の絶縁支持物31に沿って避雷器の内部へ拡散される。すなわち、図6(b)に示すように、角部21付近の等電位線8は疎に分布することとなる。これによって、絶縁容器4のフラッシュオーバーが抑制される。
Here, in the lightning arrester of the present embodiment, the
(効果)
(1)以上詳述したように、本実施形態の避雷器は、複数個直列に積層された酸化亜鉛を主成分とする非線形抵抗素子1と、積層された非線形抵抗素子1の両端部に配置された一対の電極端子2と、非線形抵抗素子1の外周に沿って配置され一対の電極端子2を連結する絶縁支持物31と、を含む内部要素を絶縁容器4内に収納して構成される。絶縁支持物31は、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を絶縁材料に充填して構成される。
(effect)
(1) As described in detail above, the lightning arrester of the present embodiment is disposed at both ends of the
このように、絶縁支持物31を非線形抵抗材料で構成することによって、非線形抵抗素子1が無い状態で行われる雷インパルス耐電圧試験において、過電圧印加時に角部21の電界を緩和し、電界をより均一に分布させることができる。これによって、絶縁容器4のフラッシュオーバーを抑制し、絶縁容器4の耐電圧性能を正常に試験することができる。このため、コンパクトで信頼性の高い避雷器を提供することができる。
In this way, by configuring the insulating
(2)さらに、絶縁支持物31は、その動作開始電圧が絶縁容器4のフラッシュオーバー電圧より低くなるように構成されている。そのため、電極端子2の角部21に電界が集中し絶縁容器4にフラッシュオーバーが発生する前に絶縁支持物31が導電性となるため、確実にフラッシュオーバーを抑制することができる。
(2) Furthermore, the insulating
(3)また、一対の電極端子2は、それぞれ導電板32,33を介して非線形抵抗素子1の両端部に固定される。絶縁支持物31は、その両端に金属ネジ34が差し込まれ、この金属ネジ34を介して一対の導電板32,33に連結されている。このような構成によって、絶縁材料のみから構成された絶縁支持物を備えた従来の避雷器に対しても、本実施形態の非線形抵抗材料で構成される絶縁支持物31に取り換えることで、本実施形態の避雷器を容易に提供することができる。
(3) The pair of electrode terminals 2 are fixed to both ends of the
(第2の実施形態)
(構成)
次に第2の実施形態について、図7及び図8を参照して説明する。
なお、この第2の実施形態では、前述の第1実施形態とは異なる点のみを説明し、前述の第1の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
(Constitution)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
第1の実施形態では、絶縁支持物31を、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を絶縁材料に充填して構成していた。本実施形態では、絶縁支持物35は樹脂又は繊維強化プラスチック(FRP)等の絶縁材料で構成される。そして絶縁支持物35の周面には、図7に示すように、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を樹脂に充填して作製された、非線形抵抗樹脂36が被覆されている。電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末は、第1の実施形態と同様に、酸化亜鉛や炭化珪素が挙げられる。粉末の充填量は、絶縁支持物35の動作開始電圧が絶縁容器4のフラッシュオーバー電圧よりも低くなるように決定される。
In the first embodiment, the insulating
非線形抵抗樹脂36が被覆された絶縁支持物35は、第1の実施形態の絶縁支持物31と同様に作用する。すなわち、絶縁支持物35は低電界においては絶縁性を示すが、絶縁容器4がフラッシュオーバーに達する前に導電性を示し、高圧側電極端子2の角部21に集中していた電界は、絶縁支持物35に沿って避雷器の内部へ拡散される。
The insulating
このように、絶縁支持物35は従来通り絶縁材料で構成し、周面のみを非線形抵抗材料で被覆した構成とすることで、材料コストを削減することができる。さらには既設の絶縁材料のみからなる絶縁支持物についても、非線形抵抗樹脂36を被覆することで同様の効果を得ることができる。
As described above, the insulating
非線形抵抗樹脂36を被覆する範囲については、図7(a)に示すように、絶縁支持物35の全面を被覆するか、あるいは図7(b)に示すように上側端部付近、すなわち高圧側電極端子2a近傍のみを覆うようにしても良い。
As for the range covering the
全面を被覆するようにすれば、避雷器内部全体に、より均一に電界を分布させることができる。図7(b)のように電極端子付近のみを覆うようにすれば、角部の電界をピンポイントで緩和させることができ、コストも削減できる。 If the entire surface is covered, the electric field can be distributed more uniformly throughout the lightning arrester. If only the vicinity of the electrode terminal is covered as shown in FIG. 7B, the electric field at the corner can be relaxed pinpointed, and the cost can be reduced.
なお、第1の実施形態と同様に絶縁支持物の端部には金属ネジ34が差し込まれているが、その連結方法としては、まず金属ネジ34をこの絶縁支持物35の両端に差し込み、その後に絶縁支持物35の周面から金属ネジ34の一部に掛けて非線形抵抗樹脂36を被覆する。これによって、金属ネジ34と絶縁支持物35とが非線形抵抗樹脂36により隙間なく連結され、隙間の発生による電界の集中の可能性を低減することができる。
As in the first embodiment, the
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1 非線形抵抗素子
2 電極端子
2a 高圧側電極端子
2b 接地側電極端子
21 角部
3 固定ユニット
4 絶縁容器
8 等電位線
31,35 絶縁支持物
32,33 導電板
34 金属ネジ
36 非線形抵抗樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記絶縁支持物は、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を絶縁材料に充填して構成されることを特徴とする避雷器。 A plurality of non-linear resistance elements mainly composed of zinc oxide stacked in series, a pair of electrode terminals disposed at both ends of the stacked non-linear resistance elements, and an outer periphery of the non-linear resistance elements A lightning arrester configured by housing an internal element including an insulating support for connecting the pair of electrode terminals in an insulating container,
The lightning arrester is characterized in that the insulating support is configured by filling an insulating material with powder having a non-linear characteristic of electric resistance.
前記絶縁支持物は絶縁材料で構成され、その周面に、電気抵抗が非線形な特性を持つ粉末を樹脂に充填してなる非線形抵抗樹脂が被覆されていることを特徴とする避雷器。 A plurality of non-linear resistance elements mainly composed of zinc oxide stacked in series, a pair of electrode terminals disposed at both ends of the stacked non-linear resistance elements, and an outer periphery of the non-linear resistance elements A lightning arrester configured by housing an internal element including an insulating support for connecting the pair of electrode terminals in an insulating container,
A lightning arrester characterized in that the insulating support is made of an insulating material, and is coated with a non-linear resistance resin formed by filling a resin with a powder having a non-linear characteristic of electric resistance on a peripheral surface thereof.
The pair of electrode terminals are fixed to both ends of the nonlinear resistance element via conductive plates, respectively, and the insulating support is connected to the pair of conductive plates via metal screws inserted at both ends. The lightning arrester according to any one of claims 4 to 7, wherein the insulating support and the metal screw are connected by covering the nonlinear resistance resin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012117988A JP2013247160A (en) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | Arrestor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012117988A JP2013247160A (en) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | Arrestor |
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Family
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013247160A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108597702A (en) * | 2018-05-24 | 2018-09-28 | 广州供电局有限公司 | Overvoltage protection device |
| CN115060936A (en) * | 2022-07-15 | 2022-09-16 | 国网福建省电力有限公司漳州供电公司 | A universal lightning arrester resistor test auxiliary device |
| CN115331904A (en) * | 2022-08-26 | 2022-11-11 | 西安西电避雷器有限责任公司 | Nonlinear metal oxide resistor disc and preparation method thereof |
-
2012
- 2012-05-23 JP JP2012117988A patent/JP2013247160A/en active Pending
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