JP2008130986A

JP2008130986A - 電気施設の耐雷方法

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Publication number: JP2008130986A
Application number: JP2006317359A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kudo; 剛史工藤; Toru Hirai; 徹平井
Original assignee: Otowa Electric Co Ltd
Current assignee: Otowa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】耐雷変圧器を設置した電気施設において、その耐雷変圧器の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器が破壊した場合でも、雷電流による負荷機器への波及を抑制する。
【解決手段】入力巻線２５と出力巻線２６との間に配された鉄心２７およびその鉄心２７と少なくとも出力巻線２６との間に配された静電遮蔽板２８が筐体３４に格納された耐雷変圧器２４を入力電源線２２と負荷機器２３との間に設けた電気施設の耐雷方法であって、耐雷変圧器２４を構築物２１の内部で絶縁部材４１を介して設置すると共に、静電遮蔽板２８と負荷機器２３を接地する絶縁電線４４とは別の絶縁電線４２で耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４を接地する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構築物内で耐雷変圧器を入力電源線と負荷機器との間に設置された電気施設、例えば無線中継所や高度情報化ビル、ハイテク工場などを含む全ての電気施設において、耐雷変圧器の絶縁強度を超えた雷サージから負荷機器を保護する電気施設の耐雷方法に関する。

例えば、無線中継所や高度情報化ビル、ハイテク工場などを含む全ての電気施設においては、半導体システム等の負荷機器を雷サージから保護する耐雷対策が必要である。この耐雷対策は、雷サージに弱い半導体システム等の負荷機器に対して雷撃による影響をできる限り与えないようにするエネルギー処理対策で、構築物内で入力電源線と負荷機器との間に耐雷変圧器を設置するようにしている。

図６は、電気施設の構築物１内で入力電源線２と負荷機器３との間に耐雷変圧器４を設置した耐雷対策例を示す。同図に示すように構築物１外部の柱上変圧器（図示せず）からの低圧電力を構築物１内部の複数の負荷機器３に供給する入力電源線２とそれら負荷機器３との間に耐雷変圧器４を設置している。

この耐雷変圧器４は、入力巻線５（一次巻線）と、出力巻線６（二次巻線）と、それら入力巻線５と出力巻線６間に介在した鉄心７とで主要部が構成され、例示した耐雷変圧器４では、鉄心７と出力巻線６との間に静電遮蔽板８が配置されている。また、入力巻線５の入力側電源端子９間、および出力巻線６の出力側電源端子１０間には線間避雷器１１，１２が設けられている。

この耐雷変圧器４による耐雷対策では、耐雷変圧器４の鉄心７および静電遮蔽板８の筐体接地を負荷機器３の主接地１３に接続するようにしている。この負荷機器３の主接地１３では、耐雷変圧器４の筐体１４から延びる絶縁電線１８を構築物１の近傍に打設された接地極１９に接続している。

なお、この耐雷変圧器４は、構築物１の内部で金属製筐体１４を床に直置きするようにして設置されるのが通常である。また、図中の符号１５，１６は、低圧受電設備である受電箱と開閉器盤であり、受電箱１５は構築物１の外部で入力電源線２に介挿され、開閉器盤１６は構築物１の内部で入力電源線２に介挿されている。これら受電箱１５および開閉器盤１６は、通常、Ｄ種接地されている。

図６に示す耐雷変圧器４による耐雷対策以外にも、特許文献１に開示された耐雷変圧器による耐雷対策がある。この耐雷対策では、負荷機器に接続する入力電源線と負荷機器の間に、入力巻線と出力巻線の各々に互いに絶縁され独立した静電遮蔽板を有する耐雷変圧器を設け、この耐雷変圧器の出力巻線側の静電遮蔽板を負荷機器の主接地に接続する一方、入力巻線側の静電遮蔽板を入力電源線のゼロ電位線に接続するようにしている。これにより、耐雷変圧器の入力側と出力側の電位が分離され、その耐雷変圧器の入力側からの雷電流が、その出力側に接続された負荷機器に流れるルートを遮断することができる。
特許第２７６４００８号公報

ところで、前述した耐雷変圧器による耐雷対策のいずれにおいても、例えば図６に示す耐雷変圧器４が設置された電気施設に非常に大きな落雷があった場合、その構築物１の内部に設置された耐雷変圧器４に非常に大きな過電圧が加わってその耐雷変圧器４の絶縁強度を超え、耐雷変圧器４が稀に破損することがある。

この場合、耐雷変圧器４の入力電源端子９から耐雷変圧器４の筐体１４に放電する。ここで、耐雷変圧器４が構築物１の床１７に直置きされていることから、その構築物１の床１７に埋設された鉄筋（図示せず）などを通って雷電流が負荷機器３に流れることがある（図中Ａ矢印参照）。

また、耐雷変圧器４の筐体１４が負荷機器３の主接地１３に接続されていることから、その負荷機器３の主接地１３に雷電流が流れることになる（図中Ｂ矢印参照）。通常、負荷機器３は複数存在し、それら複数の負荷機器３間は接地線のみならず電源線や信号線で接続されており、雷電流が負荷機器３の主接地１３に流れた場合、負荷機器３間に電位差が発生して負荷機器３に被害が発生するという問題があった。

これに対して、放電耐量の大きな対地間避雷器を耐雷変圧器４の入力側に設置する対策方法が一般的であるが、その対地間避雷器を通過した雷電流が大地を介して負荷機器３に侵入し被害を与えるおそれがある。また、この対地間避雷器が破損した場合には耐雷変圧器４を保護する手段がなくなることになる。例えば、無人施設では対地間避雷器の復旧までに時間がかかり、その間に次の落雷が発生する可能性もあり、さらに被害発生の危険性が伴うことになる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、耐雷変圧器を設置した電気施設において、その耐雷変圧器の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器が破壊した場合でも、雷電流による負荷機器への波及を抑制し得る電気施設の耐雷方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、入力巻線と出力巻線との間に配された鉄心およびその鉄心と少なくとも出力巻線との間に配された静電遮蔽板が筐体に格納された耐雷変圧器を入力電源線と負荷機器との間に設けた電気施設の耐雷方法であって、耐雷変圧器を構築物内部で絶縁部材を介して設置すると共に、静電遮蔽板と負荷機器とを接地する絶縁電線とは別の絶縁電線で耐雷変圧器の鉄心および筐体とを接地したことを特徴とする。

なお、「鉄心と少なくとも出力巻線との間に配された静電遮蔽板」としたのは、耐雷変圧器の構成において、鉄心と出力巻線との間に配された静電遮蔽板のみならず、鉄心と入力巻線との間に配された静電遮蔽板も含むことを意味する。

本発明では、耐雷変圧器の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器が破壊した場合、耐雷変圧器の入力電源端子から耐雷変圧器の筐体に放電したとしても、耐雷変圧器を構築物内部で絶縁部材を介して設置したことにより、その絶縁部材で雷電流が構築物の鉄筋などを通って負荷機器に流れることを阻止することができる。

また、静電遮蔽板と負荷機器を接地する絶縁電線とは別の絶縁電線で耐雷変圧器の鉄心および筐体を接地したことにより、筐体に放電した雷電流を耐雷変圧器の鉄心および筐体を接地した絶縁電線に流し、その雷電流が静電遮蔽板と負荷機器を接地する絶縁電線に流れることを抑制する。

前述の構成において、静電遮蔽板と負荷機器を接地する絶縁電線とは別の絶縁電線で耐雷変圧器の鉄心および筐体を接地する場合、静電遮蔽板を負荷機器の主接地に接続すると共に、鉄心および筐体の接地極を負荷機器の接地極とは独立して設ける方法、あるいは、静電遮蔽板を負荷機器の主接地に接続すると共に、鉄心および筐体を負荷機器の主接地にその接地極付近で接続する方法のいずれかを選択すればよい。

鉄心および筐体の接地極を負荷機器の接地極とは独立して設ける場合には、既設された負荷機器の接地極とは別に鉄心および筐体の接地極を新たに設ける必要があるが、静電遮蔽板を負荷機器の主接地に接続すると共に、鉄心および筐体を負荷機器の主接地にその接地極付近で接続すれば、既設された負荷機器の接地極を利用することができ、新たな接地極を設ける必要はない。

また、前述の構成において、鉄心および筐体を接地する絶縁電線を管路内で配線することが望ましい。このようにすれば、新設された負荷機器に対してその負荷機器の接地を、鉄心および筐体を接地する絶縁電線に誤って接続することを未然に防止できる。

さらに、前述の構成において、耐雷変圧器の入力側で入力電源線に介挿された低圧受電設備の筐体を大地に対して絶縁させることが望ましい。このようにすれば、低圧受電設備での放電を防止することができ、雷電流が耐雷変圧器および負荷機器に流れることを阻止できる。

本発明によれば、耐雷変圧器の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器が破壊した場合、耐雷変圧器の入力電源端子から耐雷変圧器の筐体に放電したとしても、耐雷変圧器を構築物内部で絶縁部材を介して設置したことにより、その絶縁部材で雷電流が構築物の鉄筋などを通って負荷機器に流れることを阻止することができる。

その結果、耐雷変圧器の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器が破壊した場合でも、雷電流による負荷機器への波及を抑制することができ、耐雷変圧器の絶縁強度を超える雷サージに対して負荷機器を確実に保護することができてその実用的価値は大きい。

本発明に係る電気施設の耐雷方法の各実施形態を図１〜図５に示して説明する。以下の各実施形態では、例えば、無線中継所や高度情報化ビル、ハイテク工場などを含む全ての電気施設において、半導体システム等の負荷機器２３を雷サージから保護するため、構築物２１内で入力電源線２２と負荷機器２３との間に耐雷変圧器２４を設置した耐雷対策例を詳述する。

図１〜図５に示す各実施形態は、電気施設としての構築物２１の内部に半導体システム等の複数の負荷機器２３が設置され、構築物２１の外部の柱上変圧器（図示せず）からの低圧電力を各負荷機器２３に供給する入力電源線２２とそれら負荷機器２３との間に耐雷変圧器２４を設置した構成を具備する。

この耐雷変圧器２４は、入力巻線２５（一次巻線）と、出力巻線２６（二次巻線）と、それら入力巻線２５と出力巻線２６間に介在した鉄心２７とで主要部が構成され、鉄心２７と出力巻線２６との間に静電遮蔽板２８（シールド板）が配置されている。なお、耐雷変圧器２４としては、鉄心２７と出力巻線２６との間に配された静電遮蔽板２８のみならず、鉄心２７と入力巻線２５との間に配された静電遮蔽板３８を有する構成についても適用可能である。

また、入力巻線２５の入力側電源端子２９間、および出力巻線２６の出力側電源端子３０間には線間避雷器３１，３２が設けられている。前述した入力巻線２５、出力巻線２６、鉄心２７、静電遮蔽板２８および線間避雷器３１，３２からなる内部構成部品は金属製筐体３４に格納されている。

さらに、図中の符号３５，３６は、低圧受電設備である受電箱と開閉器盤であり、受電箱３５は構築物２１の外部で入力電源線２２に介挿され、開閉器盤３６は構築物２１の内部で入力電源線２２に介挿されている。

図１〜図５の各実施形態では、耐雷変圧器２４を構築物２１の内部で絶縁部材４１を介して設置している。従来の耐雷変圧器４の場合（図６参照）、構築物１の内部で金属製筐体１４を床１７に直置きしていたのに対して、本発明の実施形態における耐雷変圧器２４の場合、構築物２１の床３７に絶縁部材４１を配設し、その絶縁部材４１の上に耐雷変圧器２４の金属製筐体３４を載置する。

この絶縁部材４１としては、木材の他、ゴム素材、ポリアセタール（ＰＯＭ）やフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）に代表される絶縁性高分子材料などを使用することが可能である。なお、図では、耐雷変圧器２４の金属製筐体３４の隅部に絶縁部材４１を介在させた場合を例示しているが、これに限らず、その金属製筐体３４の底面全面に絶縁部材を介在させるようにしてもよい。

この絶縁部材４１による耐雷変圧器２４の耐雷対策では、耐雷変圧器２４の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器２４が破壊した場合、耐雷変圧器２４の入力電源端子２９から耐雷変圧器２４の筐体３４に放電したとしても、耐雷変圧器２４を構築物２１の内部で絶縁部材４１を介して設置したことにより、耐雷変圧器２４が構築物２１の床３７からフローティングされていることから、絶縁部材４１で雷電流が構築物２１の鉄筋（図示せず）などを通って負荷機器２３に流れることを阻止することができる。

また、図１〜図５の各実施形態では、耐雷変圧器２４の出力巻線２６側の静電遮蔽板２８と負荷機器２３とを接地する絶縁電線４４とは別の絶縁電線４２で耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４とを接地している。ここで、前述の絶縁電線４２，４４としては、ビニル絶縁電線の他、ポリエチレン絶縁電線、架橋ポリエチレン絶縁ビニルシース電力ケーブル等、絶縁被覆を有する非導電性の電線が使用可能であり、裸線を非導電性電線管内に配線したものも含む。図１〜図５の各実施形態では、以下のような各種の接地構造としている。

図１に示す第一の実施形態では、耐雷変圧器２４の出力巻線２６側の静電遮蔽板２８を負荷機器２３の主接地３３に接続する。なお、この静電遮蔽板２８は、耐雷変圧器２４の金属製筐体３４とは電気的に接続されていない。一方、この負荷機器２３の主接地３３とは別に、耐雷変圧器２４の鉄心２７を筐体接地４６に接続するようにしている。耐雷変圧器２４の静電遮蔽板２８と負荷機器２３の主接地３３における絶縁電線４４は、構築物２１の近傍で接地極４５に接続され、耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４の接地における絶縁電線４２は、構築物２１の近傍で接地極４３に接続される。

この時、負荷機器２３の主接地３３における接地極４５と鉄心２７および筐体３４の接地における接地極４３とは、例えば１８０°反対方向に離隔して打設することが好ましい。また、接地極４３，４５は、外部からの雷電流の影響を抑制するために構築物２１の近傍に設けられているが、特に、接地極４５については、外部からの雷電流の影響をより確実に抑制するため、理想的には構築物２１の内部に設けることが望ましい。これは、図３および図４に示す実施形態についても同様である。

この実施形態のように、負荷機器２３の主接地３３とは別に、耐雷変圧器２４の鉄心２７を筐体接地４６に接続するようにしたことにより、耐雷変圧器２４の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器２４が破壊した場合、耐雷変圧器２４の入力電源端子２９から耐雷変圧器２４の筐体３４に放電したとしても、筐体３４に放電した雷電流を耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４を接地した絶縁電線４２に流し、その雷電流が静電遮蔽板２８と負荷機器２３を接地する絶縁電線４４に流れることを抑制でき、負荷機器２３の保護が図れる。

なお、この実施形態では、鉄心２７および筐体３４の接地極４３を負荷機器２３の接地極４５とは独立して設けている。つまり、耐雷変圧器２４の耐雷対策をとるに際して、構築物２１が既存のもので負荷機器２３の主接地３３が既に設けられている場合、既設された負荷機器２３の接地極３３とは別に鉄心２７および筐体３４の接地極４３を新たに設けることになる。この鉄心２７および筐体３４の接地極４３を新設することが容易な場合には、前述した図１の実施形態が好適であるが、鉄心２７および筐体３４の接地極４３を新設することが困難な場合には、図２に示す第二の実施形態が望ましい。

図２に示す第二の実施形態では、耐雷変圧器２４の出力巻線２６側の静電遮蔽板２８を負荷機器２３の主接地３３に接続する。なお、この静電遮蔽板２８は、耐雷変圧器２４の金属製筐体３４とは電気的に接続されていない。一方、耐雷変圧器２４の鉄心２７を筐体３４に接続し、その筐体接地４７を負荷機器２３の主接地３３にその接地極４５付近で接続する。耐雷変圧器２４の静電遮蔽板２８と負荷機器２３の主接地３３における絶縁電線４４は、構築物２１の近傍で接地極４５に接続され、耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４の接地における絶縁電線４２は、負荷機器２３の主接地３３の接地極４５付近でその絶縁電線４４に接続される。

このようにすれば、前述したように耐雷変圧器２４の耐雷対策をとるに際して、構築物２１が既存のもので負荷機器２３の主接地３３が既に設けられている場合、既設された負荷機器２３の接地極３３を利用することができ、新たな接地極を設ける必要はない。なお、既設の接地極４５は、外部からの雷電流の影響を抑制するために構築物２１の近傍に設けられているが、外部からの雷電流の影響をより確実に抑制するため、理想的には構築物２１の内部に設けることが望ましい。これは、図５に示す実施形態についても同様である。

この実施形態の場合も、負荷機器２３の主接地３３とは別に、耐雷変圧器２４の鉄心２７を筐体３４に接続し、その筐体接地４７を負荷機器２３の主接地３３にその接地極４５付近で接続したことにより、耐雷変圧器２４の絶縁強度を超える雷サージにより耐雷変圧器２４が破壊した場合、耐雷変圧器２４の入力電源端子２９から耐雷変圧器２４の筐体３４に放電したとしても、筐体３４に放電した雷電流を耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４を接地した絶縁電線４２に流し、その雷電流が静電遮蔽板２８と負荷機器２３を接地する絶縁電線４４に流れることを抑制でき、負荷機器２３の保護が図れる。

図３に示す第三の実施形態は、出力巻線２６側のみならず、入力巻線２５側にも静電遮蔽板３８（シールド板）を有する耐雷変圧器２４の場合を例示する。このような耐雷変圧器２４が設置されている場合、耐雷対策の一つとして、入力巻線２５側の静電遮蔽板３８を入力電源線２２のゼロ電位線に接続することも有効である。これにより、耐雷変圧器２４の入力側と出力側の電位が分離され、その耐雷変圧器２４の入力側からの雷電流が、その出力側に接続された負荷機器２３に流れるルートを遮断することができる。

なお、この実施形態は、図１に示す第一の実施形態における耐雷対策に、入力巻線２５側の静電遮蔽板３８を入力電源線２２のゼロ電位線に接続する耐雷対策を付加したものであるが、図２に示す第二の実施形態の耐雷対策にも付加することができる。なお、図１の第一の実施形態および図２の第二の実施形態における耐雷対策についての構成および作用効果は、図３の第三の実施形態でも同様であるため、その重複説明は省略する。

また、図４および図５は本発明の第四および第五の実施形態で、図４に示す第四の実施形態は図１の第一の実施形態に適用した例であり、図５に示す第五の実施形態は図２の第二の実施形態に適用した例である。

これら図４および図５の第四および第五の実施形態では、耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４を接地する絶縁電線４２を管路４８，４９内で配線する。この耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４を接地する絶縁電線４２が挿通された管路４８，４９としては、絶縁電線４２を保護する目的から、例えば合成樹脂製の可撓電線管の他、ビニル電線管などを使用することが可能である。可撓性を有する管路４８，４９とすれば、絶縁電線４２の引き回しが容易となる。

このように、耐雷変圧器２４の鉄心２７および筐体３４を接地する絶縁電線４２を管路４８，４９内で配線すれば、構築物２１内で負荷機器２３を新設するに際してその負荷機器２３の接地を行う作業において、鉄心２７および筐体３４を接地する絶縁電線４２に、新設の負荷機器２３の接地線を誤って接続することを未然に防止でき、作業上での安全性を確保することができる。

さらに、図１〜図５に示す各実施形態において、耐雷変圧器２４の入力電源線２２には、構築物２１の外部に低圧受電設備としての受電箱３５が介挿され、構築物２１の内部に低圧受電設備としての開閉器盤３６が介挿されている。従来の耐雷対策においては（図６参照）、これら受電箱１５および開閉器盤１６を筐体接地（Ｄ種接地）させているのに対して、各実施形態では、これら受電箱３５および開閉器盤３６の筐体を大地に対して絶縁させている。つまり、受電箱３５および開閉器盤３６の筐体を絶縁性材料で構成する。その絶縁性材料としては、ＦＲＰの他、ＡＢＳ樹脂やポリカーボネート樹脂などが好適である。

このように、低圧受電設備である受電箱３５および開閉器盤３６の筐体を大地に対して絶縁させるようにすれば、受電箱３５あるいは開閉器盤３６での放電を防止することができ、雷電流が耐雷変圧器２４および負荷機器２３に流れることを阻止できる。

つまり、従来のように受電箱１５あるいは開閉器盤１６を筐体接地した場合であると（図６参照）、雷サージにより受電箱１５あるいは開閉器盤１６に非常に大きな過電圧が加わると、その内部部品から筐体へ放電し、この放電により入力電源線２に雷電流が流れる。また、受電箱１５あるいは開閉器盤１６の筐体への放電ばかりでなく、その筐体接地から入力電源線２への放電によっても入力電源線２に雷電流が流れることになる。この雷電流により耐雷変圧器４が破壊すれば、雷電流が負荷機器３に流入して被害を及ぼすことになる。

そこで、図１〜図５の実施形態のように、受電箱３５および開閉器盤３６の筐体を大地に対して絶縁させることにより、受電箱３５あるいは開閉器盤３６での放電を防止することができ、入力電源線２２に過大な雷電流が流れることもなくなるので、その雷電流が耐雷変圧器２４および負荷機器２３に流入することを阻止できる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る電気施設の耐雷方法の第一の実施形態を示す概略構成図である。本発明の第二の実施形態を示す概略構成図である。本発明の第三の実施形態を示す概略構成図である。本発明の第四の実施形態を示す概略構成図である。本発明の第五の実施形態を示す概略構成図である。電気施設の耐雷方法の従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

２１構築物
２２入力電源線
２３負荷機器
２４耐雷変圧器
２５入力巻線
２６出力巻線
２７鉄心
２８静電遮蔽板
３３主接地
３４筐体
３５受電箱（低圧受電設備）
３６開閉器盤（低圧受電設備）
４１絶縁部材
４２，４４絶縁電線
４３，４５接地極
４８，４９管路

Claims

入力巻線と出力巻線との間に配された鉄心およびその鉄心と少なくとも出力巻線との間に配された静電遮蔽板が筐体に格納された耐雷変圧器を入力電源線と負荷機器との間に設けた電気施設の耐雷方法であって、前記耐雷変圧器を構築物内部で絶縁部材を介して設置すると共に、前記静電遮蔽板と負荷機器を接地する絶縁電線とは別の絶縁電線で耐雷変圧器の鉄心および筐体を接地したことを特徴とする電気施設の耐雷方法。
前記静電遮蔽板を負荷機器の主接地に接続すると共に、鉄心および筐体の接地極を負荷機器の接地極とは独立して設けた請求項１に記載の電気施設の耐雷方法。
前記静電遮蔽板を負荷機器の主接地に接続すると共に、鉄心および筐体を負荷機器の主接地にその接地極付近で接続した請求項１に記載の電気施設の耐雷方法。
前記鉄心および筐体を接地する絶縁電線を管路内で配線した請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気施設の耐雷方法。
前記耐雷変圧器の入力側で入力電源線に介挿された低圧受電設備の筐体を大地に対して絶縁させた請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気施設の耐雷方法。