JP7222079B2

JP7222079B2 - 外部ギャップ付き避雷器

Info

Publication number: JP7222079B2
Application number: JP2021517389A
Authority: JP
Inventors: ルオコライネン，ハンヌ
Original assignee: Hitachi Energy Switzerland AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: US20200119528A1; JP2022501783A; EP3629430B1; US11322913B2; EP3629430A1; CN112789774A; BR112021005318A8; CA3114211C; CA3114211A1; BR112021005318A2; CN112789774B; RU2767757C1; WO2020064308A1

Description

技術分野
本発明は、外部ギャップ付き避雷器およびその送電線のインパルス保護のための方法に関する。

背景
送電塔上で電線碍子と並列に電気的に接続された外部ギャップ付き避雷器（Externally Gapped line Arrester：ＥＧＬＡ）を用いることで、雷によって誘発されるフラッシュオーバーのリスクから送電線を保護することができる。従来、ＥＧＬＡは、直列バリスタユニット（series varistor unit：ＳＶＵ）と直列な単一の外部ギャップで構成されている。雷が送電線に当たると、直列ギャップがスパークオーバーに応じた大きさになることで、ＳＶＵが導通して、電線碍子のフラッシュオーバーを引起こすことなく雷サージ電流を安全に接地に分流させることが可能となる。いくつかの理由により、ＳＶＵは過負荷になる可能性があり、さらには、ＳＶＵが非稼働中であっても線路を通電させて稼働させたままにできることが重要である。したがって、従来より、たとえばスイッチングによってインパルスが誘発された場合にスパークオーバーを生じさせるのを確実に防ぐためにギャップ間隔を十分な大きさにする必要があった。

ＥＧＬＡの直列ギャップは、スイッチングインパルスのためではなく雷インパルスのためにスパークオーバーを生じさせなければならないという矛盾する基準のせいで、適切に設計することが困難になる可能性がある。送電電圧が高くなるのに応じて、適切に設計することも困難になる。

概要
本発明の目的は、ＥＧＬＡの設計を提供することであり、ＥＧＬＡの設計は、主に、雷に対するスパークオーバーに焦点を合わせたものであり得る。

第１の局面に従うと、送電線のための外部ギャップ付き避雷器（ＥＧＬＡ）が提供される。当該ＥＧＬＡは、第１の端部および第２の端部を有するとともに、送電線と接地との間に接続されるように構成された直列バリスタユニット（ＳＶＵ）と、当該ＳＶＵの当該第１の端部に直列に接続された一次スパークオーバーギャップユニットと、当該ＳＶＵの当該第２の端部と接地との間に配置されるとともに、当該ＳＶＵの当該第２の端部に直列に接続された二次ギャップと、当該二次ギャップと並列に接続された短絡リンクデバイスと、当該短絡リンクデバイスに配置されるとともに、当該ＳＶＵが過負荷となったときに当該短絡リンクデバイスを開放するように構成された切断デバイスと、を備える。

提示されるＥＧＬＡにより、第２の直列ギャップを制御しながら追加することで、ＥＧＬＡを好適に設計することが容易となる。提示されるＥＧＬＡは、超高電圧用途に最も有用であるが、より低い電圧およびより高い電圧の用途にも使用可能である。

当該一次スパークオーバーギャップユニットは、電力周波数一時的過電圧（temporary overvoltage：ＴＯＶ）のためではなく、雷インパルスおよびスイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせるように構成され得る。

当該一次スパークオーバーギャップユニットは、ＴＯＶのためではなく、雷インパルスのためにスパークオーバーを生じさせるように構成され得る。

当該二次ギャップは、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成され得る。

当該二次ギャップは、当該一次スパークオーバーギャップとともに、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成され得る。

当該切断デバイスは、当該短絡リンクデバイスを２つの別個の部分に分離することによって当該短絡リンクデバイスを開放するように構成され得る。

当該ＥＧＬＡは、超高電圧用の寸法にされ得る。
当該短絡リンクデバイスは、当該ＳＶＵのための視覚的障害インジケータであり得る。

当該切断デバイスは、受動トリガを備えた爆発充填物を備え得る。
第２の局面に従うと、送電線に対するインパルス保護のための方法が提供される。当該方法はＥＧＬＡにおいて実行される。当該方法は、送電線と接地との間に接続されたＳＶＵが過負荷になると、当該ＳＶＵの第１の端部と当該送電線との間に直列に接続された一次スパークオーバーギャップユニットのスパークオーバーにより、切断デバイスによって短絡リンクデバイスを開放するステップを含む。当該短絡リンクデバイスは、当該ＳＶＵの第２の端部と接地との間に直列に配置された二次ギャップと並列に配置されている。

当該スパークオーバーの電圧は、ＴＯＶによってではなく、雷インパルスまたはスイッチングインパルスによって誘発され得る。

当該開放するステップは、当該短絡リンクデバイスを２つの別個の部分に分割するために切断デバイスの起動を含み得る。

当該ＥＧＬＡは、超高電圧用の寸法にされ得る。
当該方法はさらに、当該ＳＶＵの動作状態を視覚的に示すステップを含み得る。

概して、添付の特許請求の範囲で用いられる用語はすべて、本明細書において明確にそれ以外の定義がなされていない限り、当該技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「ある（ａ／ａｎ）／当該（ｔｈｅ）要素、装置、構成要素、手段、ステップなど」と言及する場合、それらはすべて、特に明記されていない限り、その要素、装置、構成要素、手段、ステップなどのうち少なくとも１つの例を言及するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書中に開示されるいずれの方法のステップも、特に明記されていない限り、開示されているのと厳密に同じ順序で実施される必要はない。

図面の簡単な説明
例示のために添付の図面を参照して、本発明を説明する。

本明細書に提示される実施形態に従ったＥＧＬＡを示す概略図である。本明細書に提示される実施形態に従ったＥＧＬＡを示す概略図である。塔型碍子に関連付けてＥＧＬＡを示す概略図である。本明細書に提示される実施形態のための方法を示すフローチャートである。

詳細な説明
ここで、本発明のいくつかの実施形態が図示されている添付の図面を参照して、本発明をより十分に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化され得るものであって、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。これらの実施形態は、むしろ、本開示が十分かつ完全になされ得るように、かつ本開示により本発明の範囲を当業者に十分に伝え得るように、例として提供されるものである。以下の説明全体を通じて、同様の番号は同様の要素を指している。

外部ギャップ付き避雷器（ＥＧＬＡ）における電極間の物理的エアギャップ間隔または衝突距離は、所与のインパルスに対する臨界フラッシュオーバー電圧（critical flashover voltage：ＣＦＯ）を部分的に定義している。加えて、ギャップ電極の形状または形態も何らかの役割を果たしており、これは、所与のサージまたはインパルスに対するフラッシュオーバーの確率に寄与するいわゆる「ギャップ係数」を定義している。ＥＧＬＡの直列バリスタユニット（ＳＶＵ）が機能していないときにＥＧＬＡがスイッチングサージのためにフラッシュオーバーするのを確実に防ぐために、高いギャップ係数を有する大きなギャップ間隔が必要とされる可能性がある。しかしながら、スイッチングインパルスのための高いギャップ係数を伴った十分な間隔は、その他の場合に雷インパルスのために適切に動作させるのに必要な特定の構成では達成することができない可能性がある。二次ギャップを直列に追加することにより、ＳＶＵが機能していないときにのみ、雷インパルスに対処するように一次ギャップを容易に設計することができるとともに、導入された二次ギャップにより、規定された大きさのスイッチングインパルスをフラッシュオーバーなしで処理することも可能となるだろう。ギャップ係数は、２つ以上のギャップを直列に備えることによって改善され得る。

スイッチングによって誘発されるより大きいインパルスに耐えるために、ＥＧＬＡのスイッチングインパルス耐圧（switching impulse withstand voltage：ＳＩＷＶ）／基本スイッチングレベル（basic switching level：ＢＳＬ）を高めるための手段として、ＳＶＵの状態に応じて二次直列ギャップが追加される。これは、超高電圧用途のために重要であるが、より低い電圧の用途にも有用であり得る。

二次直列ギャップを制御しながら追加することにより、ＳＶＵが機能していないときにのみ、一次直列ギャップを、雷インパルス、スイッチングインパルス、および電力周波数一時的過電圧（ＴＯＶ）に対処するように設計することができる。二次ギャップを導入することにより、規定の大きさのスイッチングインパルスに抵抗して、かつ、故障したＳＶＵの場合に、電線絶縁のフラッシュオーバーなしで、性能を向上させることが可能になるだろう。一次直列ギャップは、たとえば、通常の保守点検時に雷インパルスおよびスイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせるように設計されている可能性がある。なぜなら、ＳＶＵが機能していないときに、二次直列ギャップが、一次ギャップとともに、スイッチングインパルスのためのスパークオーバーを防止し得るからである。二次直列ギャップはまた、一次ギャップを考慮することなく、スイッチングインパルスのためのスパークオーバーを防止するように設計されてもよい。

送電線のためのＥＧＬＡの実施形態が、図１を参照して示されている。送電線は送電塔によって電線碍子を介して支持されている。ＥＧＬＡは、送電線と送電塔との間に配置されており、電線碍子と電気的に並列である。ＥＧＬＡは、ＳＶＵ_１の第１の端部と送電線との間に一次スパークオーバーギャップを備える。ＥＧＬＡはさらに、ＳＶＵ_１の第２の端部と接地との間に（送電塔を介して）二次ギャップを備える。ＳＶＵ_１、一次スパークオーバーギャップおよび二次ギャップは直列に接続されている。ＥＧＬＡはまた、二次ギャップと並列に接続された短絡リンクデバイス３と、短絡リンクデバイス３に配置された切断デバイス４とを備える。

ＳＶＵ_１は、フレキシブルリンクを介して直列に接続された３つのバリスタ１ａ、１ｂ、および１ｃを備える。しかしながら、直列バリスタの数は、送電線の送電電圧に応じて適合され得る。

一次スパークオーバーギャップは、一次スパークオーバーギャップユニット８によって提供される。一次スパークオーバーギャップユニット８は懸垂碍子５を備えており、その端部にギャップ電極２ａおよび２ｂを有する。雷インパルスおよびＴＯＶのみ設計を考慮することで、懸垂碍子およびギャップ電極についての仕様の選択が当業者にとって簡単明瞭となる。

二次ギャップは懸垂碍子６にわたっている。一次スパークオーバーギャップおよび二次ギャップにわたってスイッチングインパルスを引起こさないよう設計を考慮することで、当業者にとって、懸垂碍子についての仕様の選択が簡単明瞭となる。

短絡リンクデバイス３は、ＳＶＵ_１の第２の端部と接地との間の導電接続である。これは、たとえば、ワイヤ、ケーブル、チェーン、導体、ロッド、チューブ、リンク機構、または電流を通すのに適した他の手段の形態であってもよい。

切断デバイス４は、予め定められた過負荷電流で動作をトリガするように構成されている。切断デバイス４は、たとえば、受動トリガを備えた爆発充填物を備えていてもよい。

短絡リンクデバイス３はさらに、ＳＶＵ_１のための動作状態インジケータとして用いられてもよい。ＳＶＵ_１の過負荷後には、切断デバイス４は、短絡リンクデバイス３のワイヤを２つの別個の部分に分離してしまっているだろう。その後、これら２つの別個の部分は、それぞれ、ＳＶＵ_１および接地から真っ直ぐに垂下することとなる。ＳＶＵ_１がもはや意図したように動作可能ではないことを観察するために、間隔を空けて、さらには地面または大気中から容易に視認可能となるだろう。切断デバイス４は、短絡リンクデバイス３の中間に配置されるものとして示されているが、他の変形例では、短絡リンクデバイス３の別の部分に配置されてもよい。これは、たとえば、ＳＶＵ_１の近くに配置されてもよく、その結果、短絡リンクデバイス３が送電塔に沿って垂下することとなるか、または、たとえば、送電塔の近くに配置され、その結果、短絡リンクデバイス３がＳＶＵ_１から垂下することとなるだろう。

ＥＧＬＡが使用中に取付けられるように構成される送電線は、超高電圧送電線であってもよい。ＥＧＬＡが使用中に取付けられるように構成される接地は、送電線のための送電塔であってもよい。

送電線のためのＥＧＬＡの実施形態が図２を参照して提示される。送電線は送電塔によって電線碍子を介して支持されている。ＥＧＬＡは、送電線と送電塔との間に配置されており、電線碍子と電気的に並列である。ＥＧＬＡは、ＳＶＵ_１の第１の端部と送電線との間に一次スパークオーバーギャップを備える。ＥＧＬＡはさらに、（送電塔を介して）ＳＶＵ_１の第２の端部と接地との間に二次ギャップを含む。ＳＶＵ_１、一次スパークオーバーギャップ、および二次ギャップは直列に配置されている。ＥＧＬＡはまた、二次ギャップと並列な短絡リンクデバイス３と、短絡リンクデバイス３に配置された切断デバイス４とを備える。

ＳＶＵ_１は、フレキシブルリンクまたは固定リンクを介して直列に接続された３つのバリスタ１ａ、１ｂ、および１ｃを備える。バリスタの数は、送電線の送電電圧に応じて適合され得る。ＳＶＵ_１の第２の端部は、ＥＧＬＡを相対的に移動不能に真っ直ぐに垂下させたままにするために下部重り７を備えてもよい。

一次スパークオーバーギャップは、ギャップ電極２ａおよび２ｂが設けられた端部を有する懸垂碍子５を備える一次スパークオーバーギャップユニット８によって配置されている。雷インパルスおよびＴＯＶのみ設計を考慮することで、懸垂碍子およびギャップ電極についての仕様の選択が当業者にとって簡単明瞭となる。

二次ギャップは空気中に設けられている。一次スパークオーバーギャップおよび二次ギャップにわたるスイッチングインパルスを許容しないよう設計を考慮することで、エアギャップについての仕様の選択が当業者にとって簡単明瞭となる。

切断デバイス４は、予め定められた過負荷電流で動作をトリガするように構成されている。切断デバイス４は、たとえば、受動トリガを備えた爆発充填物を備えてもよい。

送電線のためのＥＧＬＡの実施形態を、図１および図２を参照して提示する。ＥＧＬＡは、第１の端部および第２の端部を有するとともに送電線と接地との間に接続されるように構成されたＳＶＵ_１と、ＳＶＵ_１の第１の端部に直列に接続される一次スパークオーバーギャップユニット８と、ＳＶＵ_１の第２の端部と接地との間に配置されるとともに、ＳＶＵ_１の第２の端部に直列に接続される二次ギャップと、二次ギャップと並列に接続される短絡リンクデバイス３と、短絡リンクデバイスに配置されるとともに、ＳＶＵ_１が過負荷となったときに短絡リンクデバイスを開放するように構成された切断デバイス４と、を備える。

一次スパークオーバーギャップユニットは、ＴＯＶのためではなく、雷インパルスおよびスイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせるように構成されてもよい。

一次スパークオーバーギャップユニットは、代替的には、スイッチングインパルスのために、さらには雷インパルスのために、スパークオーバーを生じさせないように設計されてもよい。

二次ギャップは、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成されてもよい。

二次ギャップは、一次ギャップとともに、ＳＶＵが過負荷となったときに、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成されてもよい。

切断デバイスは、短絡リンクデバイス３を２つの別個の部分に分離することによって短絡リンクデバイス３を開放するように構成された爆発充填物を備えてもよい。

ＥＧＬＡは、超高電圧、すなわち８００ｋＶを超える電圧、のための寸法にされてもよい。

短絡リンクデバイスは、ＳＶＵのための視覚的障害インジケータであってもよい。
図１および図２に関連付けて例示される実施形態は、送電線に対して並列に見た図で概略的に示されている。図３は、ＥＧＬＡの配置を、送電線に対して垂直に見た図で概略的に示す。送電線と送電塔との間に電線碍子１０が配置されており、送電線と送電塔との間に、すなわち、碍子１０に対して並列に電気的に、ＥＧＬＡが配置されている。電線碍子は、たとえば、耐張碍子または懸垂碍子であってもよい。

添付の図面では、ＥＧＬＡを送電線から下方に送電塔マストにまで配置するように例示されているが、ＥＧＬＡは、クロスアームを支持する送電線から下方に送電線にまで配置されてもよい。

送電線に対するインパルス保護のための方法についての一実施形態が、図４を参照して提示される。当該方法はＥＧＬＡにおいて実行される。当該方法は、送電線と接地との間に接続されたＳＶＵが過負荷になる（Ｓ１００）と、当該ＳＶＵの第１の端部と送電線との間に直列に接続された一次スパークオーバーギャップユニットのスパークオーバーにより、切断デバイスによって短絡リンクデバイスを開放するステップ（Ｓ１１０）を含む。当該短絡リンクデバイスは、ＳＶＵの第２の端部と接地との間に直列に配置された二次ギャップと並列に配置されている。切断デバイスは、短絡リンクデバイスに配置されている。

スパークオーバーの電圧は、ＴＯＶによってではなく、雷インパルスまたはスイッチングインパルスによって誘発されてもよい。

当該開放するステップは、短絡リンクデバイスを２つの別個の部分に開放するために爆発充填物の起動を含み得る。

ＥＧＬＡは、超高電圧用の寸法にされてもよい。
本方法はさらに、ＳＶＵの動作状態を視覚的に示すステップ（Ｓ１２０）を含み得る。

以上、いくつかの実施形態を参照しながら、本発明について主に説明してきた。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、上記で開示されたもの以外の他の実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内でも同様に実現可能である。

Claims

送電線のための外部ギャップ付き避雷器（ＥＧＬＡ）であって、
第１の端部および第２の端部を有するとともに、送電線と接地との間に接続されるように構成された直列バリスタユニット（ＳＶＵ）（１）と、
前記ＳＶＵ（１）の前記第１の端部に直列に接続され且つギャップ電極（２ａ，２ｂ）が設けられた懸垂碍子（５）を備える一次スパークオーバーギャップユニット（８）によって提供された、一次スパークオーバーギャップと、
前記ＳＶＵ（１）の前記第２の端部と接地との間に接続されるとともに、前記ＳＶＵ（１）の前記第２の端部と接地との間に配置された二次ギャップと並列に接続され、前記二次ギャップと前記一次スパークオーバーギャップとが直列に配置されている、短絡リンクデバイス（３）と、
前記短絡リンクデバイスに配置されるとともに、前記ＳＶＵ（１）が過負荷となったときに前記短絡リンクデバイスを開放するように構成された切断デバイス（４）と、を備える、ＥＧＬＡ。
前記一次スパークオーバーギャップユニットは、電力周波数一時的過電圧（ＴＯＶ）のためではなく、雷インパルスおよびスイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせるように構成される、請求項１に記載のＥＧＬＡ。
前記一次スパークオーバーギャップユニットは、電力周波数一時的過電圧（ＴＯＶ）のためではなく、雷インパルスのためにスパークオーバーを生じさせるように構成される、請求項１に記載のＥＧＬＡ。
前記二次ギャップは、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のＥＧＬＡ。
前記二次ギャップは、前記一次スパークオーバーギャップユニットとともに、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のＥＧＬＡ。
前記切断デバイスは、前記短絡リンクデバイスを２つの別個の部分に分離することによって前記短絡リンクデバイスを開放するように構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載のＥＧＬＡ。
前記ＥＧＬＡは、超高電圧用の寸法にされる、請求項１から６のいずれか１項に記載のＥＧＬＡ。
前記短絡リンクデバイスは、前記ＳＶＵ（１）のための視覚的障害インジケータである、請求項１から７のいずれか１項に記載のＥＧＬＡ。
前記切断デバイスは、受動トリガを備えた爆発充填物を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載のＥＧＬＡ。
伝送ラインに対するインパルス保護のための方法であって、前記方法は外部ギャップ付き避雷器（ＥＧＬＡ）において実行され、前記方法は、
一次スパークオーバーギャップユニット（８）はギャップ電極（２ａ，２ｂ）が設けられた懸垂碍子（５）を備えるものであり、送電線と接地との間に接続された直列バリスタユニット（ＳＶＵ）（１）が過負荷になる（Ｓ１００）と、前記ＳＶＵ（１）の第１の端部と前記送電線との間に直列に接続された前記一次スパークオーバーギャップユニット（８）によって提供された一次スパークオーバーギャップのスパークオーバーにより、
切断デバイスによって短絡リンクデバイスを開放するステップ（Ｓ１１０）を含み、前記短絡リンクデバイスは、前記ＳＶＵ（１）の第２の端部と接地との間に直列に配置された二次ギャップと並列に配置されている、方法。
前記スパークオーバーの電圧は、電力周波数一時的過電圧（ＴＯＶ）によってではなく、雷インパルスまたはスイッチングインパルスによって誘発される、請求項１０に記載の方法。
前記二次ギャップは、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成される、請求項１０または１１に記載の方法。
前記二次ギャップは、前記一次スパークオーバーギャップユニットとともに、スイッチングインパルスのためにスパークオーバーを生じさせないように構成される、請求項１０または１１に記載の方法。
前記開放するステップは、前記短絡リンクデバイスを２つの別個の部分に分割するために切断デバイスの起動を含む、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法。
前記ＥＧＬＡは、超高電圧用の寸法にされる、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の方法。
前記ＳＶＵ（１）の動作状態を視覚的に示すステップ（Ｓ１２０）をさらに含む、請求項１０から１５のいずれか１項に記載の方法。