JPH0654621B2 - 架空送電線用避雷碍子装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は懸垂碍子装置あるいは耐張碍子装置、Ｖ吊碍子
装置等の架空送電線用避雷碍子装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、送電線路に雷サージ電圧が加わったとき、その
サージ電流を速やかに放電するとともに、その後生じる
続流を遮断し地絡事故を防止する送電線用避雷碍子装置
が提案されている。この避雷碍子装置として従来、第６
図に示すように、鉄塔１の支持アーム２に支持碍子７を
介して送電線１０を支持するとともに、電圧−電流特性
が非直線性の酸化亜鉛を主材とする限流素子２０を内蔵
した避雷碍子１５を支持し、同避雷碍子１５の下端部に
取着した接地側の放電電極１８と、前記送電線１０側に
取着した課電側の放電電極１９との間に所定の放電ギャ
ップＧを設けた送電線用避雷碍子装置において、 前記支持碍子７の気中絶縁ギャップＧ_０の距離、 つまり絶縁ギャップ長Z₀と、前記放電ギャップＧの距
離、つまり放電ギャップ長Ｚとの関係が Ｚ／Z₀≦０．５ になるように、前記絶縁ギャップ長、放電ギャップ長を
設定した装置があった。（特開昭６０−２６２３１２号
公報参照） （発明が解決しようとする問題点） ところが、前記従来の避雷碍子装置においては送電線１
０に雷サージ電圧が印加されたとき、必ずしも前記放電
ギャップＧでフラッシオーバさせることができず支持碍
子の気中絶縁ギャップG₀でフラッシオーバし、従って、
地絡事故を未然に防止することができなかった。すなわ
ち、６６〜７７ＫＶの比較的低い送電電圧階級において
は前述した「Ｚ／Z₀≦０．５」なる関係で満足のいく結
果がでたが、１５４ＫＶ以上の高電圧階級の送電線路で
は実験の結果、必ずしも放電電極間のギャップでハラッ
シオーバしないことが判明した。

従来は限流素子２０を介在させた場合、それにより、放
電ギャップＧと限流素子２０とを合わせた全体のフラッ
シオーバ電圧は、限流素子２０を使用しない場合と比較
して、約２〜３割高くなると考えられていた程度で、し
かも支持碍子７側の絶縁ギャップ長Z₀と放電ギャップ長
Ｚとの寸法上の関係のみを要素としていたので、限流素
子２０固有の特性を無視する結果となり、従って、前述
したように放電ギャップＧで所望の確率（通常５０％確
率）をもってフラッシオーバが生じないと推測される。

ところで、支持碍子７側の絶縁ギャップＧ_０における雷
インパルスによるフラッシオーバ電圧をＶｇ_０とし、限
流素子２０と放電ギャップＧとを合わせた全体の雷イン
パルスによるフラッシオーバ電圧をＶｔと仮定すると、 Ｖｇ_０＞Ｖｔ の条件を満足する必要があることは、知られていた。安
全度を見て Ｖｇ_０＞１．３Ｖｔ にする必要性も実験的に知られていた。

しかしながら、前記フラッシオーバ電圧Ｖｔが実際はい
かなるものであるかは、解明されていなかった。

従来の避雷碍子装置においては限流素子２０を絶縁物と
して把握するか、導体として把握するかしかなく、この
ような前提のもとでは、適正な絶縁設計をすることがで
きないことが確認された。

この発明は上記問題が生じる原因を究明すべく、実験を
行った結果、前記フラッシオーバ電圧Ｖｔがいかなる要
素によるもるであるかが、発見され、この発見に基づい
て成されたものである。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解消するため、鉄塔の支持アーム
に支持碍子を介して送電線を支持し、同支持碍子から所
定間隔をもって接地側及び課電側の放電電極を対向配置
し、前記両放電電極のうち少なくとも一方の放電電極側
に電圧−電流特性が非直線性を有する酸化亜鉛を主材と
する限流素子を設け、さらに、前記送電線に雷サージが
侵入した場合その後の続流を遮断する機能を備えた架空
送電線用避雷碍子装置において、 前記支持碍子の気中絶縁ギャップにおける雷インパルス
・フラッシオーバ電圧をＶｇ_０とし、前記限流素子の動
作開始電圧をＶｂとし、前記限流素子を電気的に短絡し
た場合の前記気中放電ギャップにおける雷インパルス・
フラッシオーバ電圧をＶｇとした場合、 Ｖｇ_０＞Ｖｂ＋Ｖｇ となるように、前記支持碍子の気中絶縁ギャップ長及び
放電電極間の気中放電ギャップ長、限流素子の電気的特
性を設定するという手段を採っている。

（作用） 今、送電線に雷サージ電圧が印加されると、そのサージ
電流は気中放電ギャップをフラッシオーバして源流素子
へ流れ、支持アームから鉄塔へ至り、大地に放電され
る。このとき、支持碍子側の気中絶縁ギャップの雷サー
ジ・フラッシオーバ電圧Ｖｇ_０が、限流素子の動作開始
電圧Ｖｂと素子を短絡して得られる直列気中放電ギャッ
プのみの雷サージ・フラッシオーバ電圧Ｖｇを加えた電
圧Ｖｔよりも大きいので、雷サージ電流は気中絶縁ギャ
ップではフラッシオーバしないで、放電ギャップで確実
にフラッシオーバする。この結果、避雷碍子装置の雷サ
ージ電流処理に対する信頼性が高まり、かつ合理的な設
計によって鉄塔の小型化が図られる。

（実施例） 以下、この発明を具体化した一実施例を第１図〜第５図
に基づいて説明する。

第５図に示すように、鉄塔に接着した支持アーム２の先
端部には連結金具３が固着され、同連結金具３にはＵク
レビスリンク４及びホーン取付金具５を介して懸垂碍子
６を直列に連結してなる支持碍子７が路線方向及び同直
交方向へ揺動可能に支持されている。前記支持碍子７の
下端部のホーン取付金具８には連結リンク９及び電線ク
ランプ１１を介して送電線１０が支持されている。前記
ホーン取付金具５，８には、支持碍子７の沿面閃絡の損
傷を軽減するためのアーキングホーン１２，１３が装着
され、両アーキングホーンの間に所定の気中絶縁ギャッ
プＧ_０（絶縁ギャップ長Ｚ_０）を設けている。

前記支持アーム２の先端部には導体よりなる取付ブラケ
ット１４がボルトにより横方向に固定され、同ブラケッ
ト１４の先端部には避雷碍子１５がその接地側の電極金
具１６をもってボルトにより垂下固定されている。又、
避雷碍子１５下端部の課電側の電極金具１７には、ホー
ン状をなす接地側の放電電極１８が支持されている。

一方、前記ホーン取付金具８にはほぼ路線方向にホーン
状をなす課電側の放電電極１９がボルトにより片持ち支
持され、同放電電極１９と前記放電電極１８との間には
所定の気中放電ギャップＧ（放電ギャップ長Ｚ）が設け
られている。

前記避雷碍子１５は、ＦＲＰ等の耐張材料により円筒状
に形成された耐圧絶縁筒（図示略）と、その内部に収容
された電圧−電流特性が非直線性の酸化亜鉛（ＺｎＯ）
を主材とする限流素子２０と、前記耐圧絶縁筒の両端部
に嵌合固定したキャップ状をなす課電側及び接地側の前
記電極金具１７，１６と、さらに耐圧絶縁筒の外周に設
けたゴムモールド２１とにより形成されている。なお、
前記避雷碍子１５の両電極金具１７，１６にはゴムモー
ルド２１の沿面閃絡時の損傷を軽減するためのアーキン
グリング（図示略）が設けられている。

ここで、本発明の避雷碍子装置が創作されるに至った経
緯について説明する。

前記支持碍子７の気中絶縁ギャップ長Ｇ_０と、雷インパ
ルスによるフラッシオーバ電圧Ｖｇ_０との関係は、第２
図に示すように絶縁ギャップ長Ｚ_０が増大するほど前記
フラッシオーバ電圧Ｖｇ_０が直線的に増加することは従
来知られている。

又、第３図に示すように限流素子２０を短絡した状態に
おける前記両放電電極１８，１９の放電ギャップ長Ｚ
と、放電ギャップＧ間の雷インパルス・フラッシオーバ
電圧Ｖｇとの関係をみた場合、放電ギャップ長Ｚが増加
すると、前記フラッシオーバ電圧Ｖｇも比例して直線的
に増加することも従来知られている。

さらに、限流素子２０を単独でみた場合、その素子２０
に流れる電流Ｉｂと、同素子２０の動作開始電圧Ｖｂ
（雷インパルスに関係なく個々の限流素子２０により決
定される電圧）との関係を示すと、第４図に示すよう
に、電流Ｉｂが一定の領域、例えば１mmＡ〜２０mmＡの
第一のターニング領域を越えると数１０Ａ〜数ＫＡの第
二のターニング領域の大電流域までは、前記動作開始電
圧Ｖｂがほぼ一定となり、さらに電流Ｉｂが第二のター
ニング領域を越えると再びこの電圧Ｖｂが増大すること
も従来知られていることである。

しかしながら、前述した第２図〜第４図に示す三つの法
則の間には、実際の避雷碍子装置においてそれらがいか
なる関係にあるかは、全く究明されていなかった。

そこで、放電ギャップＧをもつ限流素子２０側の全体の
雷インパルス・フラッシオーバ電圧Ｖｔはどのように決
定されるのかを把握するために、実験してみたところ、
第１図に示すデータを得た。このグラフから放電ギャッ
プ長Ｚを大きくすると全体の雷インパルス・フラッシオ
ーバ電圧Ｖｔが直線的に増大することが判明した。

従来においても放電ギャップ長Ｚを増加していくと、前
記電圧Ｖｔが増加するだろうと推測することは可能であ
ったが、本発明ではこれが実際にどのように増加するか
を実験的に検証して、そのなかに重要な法則が存在する
ことに想到して創作されたのである。すなわち、第１図
のグラフに示す事実は、動作開始電圧Ｖｂがほぼ一定の
領域においては、この動作開始電圧Ｖｂに対し放電ギャ
ップＧの雷インパルス・フラッシオーバ電圧Ｖｇを加え
たものが全体の雷インパルス・フラッシオーバ電圧Ｖｔ
とほぼ等しいという法則を発見したのである。

そこで、本願発明者等は以上の実験検証の結果発見した
法則をもとに、限流素子２０それ自体の前記動作開始電
圧Ｖｂに対し放電ギャップＧでの雷インパルス・フラッ
シオーバ電圧Ｖｇを加えた電圧より、支持碍子７側の雷
インパルス・フラッシオーバ電圧Ｖｇ_０を大きくすれ
ば、すなわち、 Ｖｇ_０＞Ｖｂ＋Ｖｇ なる関係が成立するように、放電ギャップ長Ｚ、絶縁ギ
ャップ長Ｚ_０を設定すれば、実際の装柱状態において、
雷サージ電流が装置に侵入した場合、放電ギャップＧで
所定の確率で確実にフラッシオーバさせることが可能で
あることに想到したのである。

換言すれば、本願発明は限流素子２０の動作開始電圧Ｖ
ｂという要素を導入し、かつその動作開始電圧Ｖｂと気
中放電ギャップＧのフラッシオーバ電圧Ｖｇとの関係に
おいて、動作開始電圧Ｖｂが一種のスイッチ、として作
用することに着目したものであり、限流素子２０を端に
絶縁物又は導体として把握する従来の考え方とは根本的
に異なるものである。

次に、本願発明が実験の結果正しいことが、次の事実に
より証明された。

支持碍子７の絶縁ギャップ長Ｚ_０を約７９０mmとし、放
電ギャップ長Ｚを約４５０mmとし、 Ｚ／Ｚ_０＞０．５の関係が成立する装置において次の結
果が得られた。すなわち、動作開始電圧Ｖｂを約１２０
ＫＶとすると、支持碍子７の雷インパルスフラッシオー
バ電圧Ｖｇ_０が４９０ＫＶとなり、限流素子短絡時の放
電ギャップＧの雷インパルスフラッシオーバ電圧Ｖｇが
約２９０ＫＶであるから、 Ｖｇ_０−Ｖｇ＝２００ＫＶ となり、この２００ＫＶに動作開始電圧Ｖｂ（１２０Ｋ
Ｖ）を加えると、３２０ＫＶとなる。このフラッシオー
バ電圧３２０ＫＶは前記フラッシオーバ電圧Ｖｇ_０（４
９０ＫＶ）よりも小さいから、 Ｖｇ_０≧Ｖｂ＋Ｖｇ の条件を満足する。この避雷碍子装置について、実験し
たところ、雷インパルス電圧の５０％フラッシオーバ確
率の電圧から実験的に可能なその１０倍の高電圧の領域
まで放電ギャップＧ側でフラッシオーバが９９％以上の
高い確率で発生することがわかった。

反対に、従来例においては、Ｚ／Ｚ_０が５０％で限流素
子２０の動作開始電圧Ｖｂが１３０ＫＶの条件では、実
験の結果、放電ギャップＧでフラッシオーバが生じた
が、Ｚ／Ｚ_０が同じ５０％で動作開始電圧Ｖｂが２１０
ＫＶのときには、支持碍子７の絶縁ギャップＧ_０で閃絡
が生じた。

ところで、実際の避雷碍子装置の絶縁設計においては、
アーキングホーン１２，１３の先端が尖っているか丸い
か等の電極形状要因により、雷インパルス・フラッシオ
ーバ電圧Ｖｇ_０が変動するので、このフラッシオーバ電
圧Ｖｇ_０に係数として０．８〜１．２の係数Ｋａを乗
じ、同様に、放電電極１８，１９の先端部の形状により
限流素子短絡時の雷インパルスフラッシオーバ電圧Ｖｇ
も変動するので、同じく０．８〜１．２の係数Ｋｃを乗
じ、さらに動作開始電圧Ｖｂに対しても限流素子２０の
もつ特性、素子の通電断面積により必要レベルとなる第
１のターニング領域を特定できぬものの、通常は１ｍＡ
の電流を流す制御電圧ＶｉｍＡに０．８〜１．２の係数
Ｋｂを乗じて設計がなされる。

又、フラッシオーバ確率は統計的な変動を有するもので
安全度を考慮して Ｖｇ_０／Ｖｔ≧１．２０ として絶縁設計が行なわれる。

なお、本発明は次のように具体化することもできる。

（１）前記実施例では避雷碍子１５を接地側に設けた
が、これを課電側に設けたり、接地側と課電側の二箇所
に設けたり、放電間隙を直列に複数箇所に設け、そこに
少なくとも一つの避雷碍子１５を直列に設けたりするこ
と。

（２）耐張碍子装置（図示略）あるいはＶ吊碍子装置に
具体化すること。

発明の効果 以上詳述したように、本発明は送電線に雷サージ電圧が
加わっても、そのサージ電流を放電ギャップ間で確実に
フラッシオーバさせて、支持碍子側の絶縁ギャップでの
フラッシオーバを防止でき、放電ギャップ長や絶縁ギャ
ップ長を最適に設定でき、装柱構造を小型化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明は放電ギャップ長とフラッシオーバ電圧
との関係を示すグラフ、第２図は絶縁ギャップ長とフラ
ッシオーバ電圧との関係を示すグラフ、第３図は放電ギ
ャップ長とフラッシオーバ電圧との関係を示すグラフ、
第４図は限流素子の電流とその動作開始電圧との関係を
示すグラフ、第５図は送電線用避雷碍子装置全体を示す
正面図、第６図は従来の送電線用避雷碍子装置を示す斜
視図である。 １……鉄塔、２……支持アーム、７……支持碍子、１０
……送電線、１２，１３……アーキングホーン、１５…
…避雷碍子、１８，１９……放電電極、２０……限流素
子、Ｇ……放電電極１８，１９の放電ギャップ、Ｇ_０…
…アーキングホーン１２，１３の絶縁ギャップ、Ｖｇ…
…放電ギャップＧでのフラッシオーバ電圧、Ｖｇ_０……
絶縁ギャップＧ_０での雷インパルス・フラッシオーバ電
圧、Ｉｂ……限流素子２０の電流、Ｖｔ……限流素子２
０と放電ギャップＧとの全体の雷インパルス・フラッシ
オーバ電圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄塔の支持アームに支持碍子を介して送電
   線を支持し、同支持碍子から所定間隔をもって接地側及
   び課電側の放電電極を対向配置し、前記両放電電極のう
   ち少なくとも一方の放電電極側にたとえば酸化亜鉛を主
   材とする電圧−電流特性が非直線性を有する限流素子等
   を直列に設け、さらに、前記送電線に雷サージが侵入し
   てフラッシオーバを生ずる場合で、その後の続流を遮断
   する機能を備えた架空送電線用避雷碍子装置において、 前記支持碍子の気中絶縁ギャップにおける雷インパルス
   ・フラッシオーバ電圧をＶｇ_０とし、前記限流素子の動
   作開始電圧をＶｂとし、前記限流素子を電気的に短絡し
   た場合の前記気中放電ギャップにおける雷インパルス・
   フラッシオーバ電圧をＶｇとした場合、 Ｖｇ_０＞Ｖｂ＋Ｖｇ となるように、前記支持碍子の気中絶縁ギャップ長及び
   放電電極間の気中放電ギャップ長、限流素子の電気的特
   性を設定したことを特徴とする送電線用避雷碍子装置。