特許 6623158 サージ避雷器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6623158

(24)【登録日】2019年11月29日

(45)【発行日】2019年12月18日

(54)【発明の名称】サージ避雷器

(51)【国際特許分類】

   H01T 4/12 20060101AFI20191209BHJP

【ＦＩ】

   H01T4/12 A

【請求項の数】5

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-537285(P2016-537285)

(86)(22)【出願日】2014年8月27日

(65)【公表番号】特表2016-533015(P2016-533015A)

(43)【公表日】2016年10月20日

(86)【国際出願番号】EP2014068186

(87)【国際公開番号】WO2015028516

(87)【国際公開日】20150305

【審査請求日】2016年2月25日

【審判番号】不服2017-17669(P2017-17669/J1)

【審判請求日】2017年11月29日

(31)【優先権主張番号】102013109393.0

(32)【優先日】2013年8月29日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴＤＫ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベルナー，フランク

(72)【発明者】

【氏名】ホフマン，ロベルト

【合議体】

【審判長】 平田 信勝

【審判官】 大町 真義

【審判官】 尾崎 和寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開平３−６２４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０３７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０４２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１２００５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８８１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５２９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−１２４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２１３１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７０３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−９３９９３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01H 1/00-89/10

H01T 1/00-23/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サージ避雷器（１）であって、
少なくとも１つの絶縁体（５）と、２つの電極（７、１３）とにより形成されたガス気密放電空間（３）を備えていて、
前記電極（７、１３）は、前記放電空間（３）中に伸張していて、互いに対して電極間距離（Ｌ）を有し、かつ、前記絶縁体内壁（２３）までの距離（ａ）を有し、
前記電極間距離（Ｌ）は、前記距離（ａ）の２倍に等しいか、または、前記距離（ａ）の２倍より小さく、
前記電極（７、１３）はそれぞれ、前記絶縁体（５）の端面側に配置されている基部領域（１１、１７）と、前記放電空間（３）中に伸張する自由端部（９、１５）とを有し、
前記自由端部（９、１５）はピン形状で形成されており、
前記電極間距離（Ｌ）は、８ｍｍと１６ｍｍとの間であり、前記距離（ａ）は、５ｍｍと９ｍｍとの間であって、
前記サージ避雷器（１）の放電空間（３）は、窒素を含む充填ガス、または、窒素および水素を有する充填ガスを有し、
前記放電空間（３）には着火片がない、サージ避雷器（１）。

【請求項2】

前記基部領域（１１、１７）はディスク形状で形成されている、請求項１に記載のサージ避雷器（１）。

【請求項3】

前記基部領域（１１、１７）は、前記絶縁体端面に配置されたその領域と、前記自由端部（９、１５）との間に、１つまたは複数の隆起部（１９）を有し、前記隆起部は、少なくとも部分的に周回するように配置されている、請求項１または２に記載のサージ避雷器（１）。

【請求項4】

前記絶縁体（５）は中空円筒形状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のサージ避雷器（１）。

【請求項5】

前記サージ避雷器（１）の応答電圧は１０ｋＶ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のサージ避雷器（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

サージ避雷器は、電気ケーブルおよび電気機器中の危険なまたは望ましくない過電圧を制限する機能を持つ。これにより、過電圧によるケーブルおよび機器の損傷を回避できる。

【背景技術】

【0002】

ガスを充填したサージ避雷器は、ガスアレスタとも称されるが、これは、ガス放電が自身で着火することにより、ガスアレスタ中の過電圧を引き下げるサージ避雷器である。このサージ避雷器は、アーク放電のガス物理的原理にしたがって作動するが、避雷器の応答電圧（短く、応答電圧または着火電圧と称する）に達した後、ナノ秒以内で、ガス気密の放電空間中でアークを形成する。アークの電流容量が高いことにより、過電圧が効果的に短絡する。従来のガスアレスタは、通常、応答電圧が７０Ｖ〜数キロボルトであり、したがってその採用領域が限られていた。従来、応答電圧が最大１０ｋＶまでのガスを充填したサージ避雷器が存在する。

【0003】

実効電圧領域が３ｋＶｒｍｓ〜３６ｋＶｒｍｓ（単位の後にある「ｒｍｓ」の末尾は、実効値であることを示す）である中圧変圧器を、例えば落雷時に生じうる過電圧から保護するために、金属酸化物製のバリスタと、エアスパークギャップとの直列回路を具備したサージ避雷器を採用しうるが、これは、例えばＣＡ２０２７２８８号中に記載されている。開いたエアスパークギャップの欠点は、応答電圧が環境条件に依存することである。この効果を緩和するために、エアスパークギャップを適切な方策により保護せねばならず、これは、現在まで、十分達成されていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスを充填したサージ避雷器は、上述の目的のために採用されないが、この理由は、相応の高い応答電圧を有する避雷器が利用可能ではないからである。

【0005】

本発明の目的は、これに代わって、高電圧の保護のために使用可能であるサージ避雷器を提供することである。この種のサージ避雷器は、中圧変圧器を保護するのに適切であるべきである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、特許請求項１の特徴を備えたサージ避雷器により達成される。
このサージ避雷器は、少なくとも１つの絶縁体と、２つの電極とにより形成されたガス気密放電空間を具備していて、電極は、放電空間中に伸張している。これらは、互いに対して電極間距離を有し、かつ、絶縁体内壁までの壁までの距離を有し、この電極間距離は、この壁までの距離の２倍に等しいか、または、この壁までの距離の２倍より小さい。

【0007】

放電空間は、ガス気密的に閉じられた中空空間であり、絶縁体内壁と、電極とにより絶縁体の端面で境をなしている。電極は絶縁体の端面をハーメチック的に閉じる。これは、硬ろうを用いた真空気密結合により行われうる。

【0008】

この種のサージ避雷器の利点は、ガス気密サージ避雷器の応答電圧が、環境条件に依存しない点である。

【0009】

このサージ避雷器は、応答電圧が高い場合でも機能する。これは、電極間距離と壁までの距離との割合についての幾何学的予設定により達成される。この電極間距離は、壁までの距離の２倍に等しく、または、壁までの距離の２倍よりも小さい。したがって、電極間距離Ｌと壁までの距離ａとについて、Ｌ≦２×ａの式が成り立つ。サイズに関するこの規則性により、高い応答電圧と、信頼性のある着火挙動を備えたサージ避雷器を提供することができ、作動交流電圧においてすでに望ましくない着火が回避される。

【0010】

サイズに関するこの規則性を守ることにより、放電は、電極間の間隙を介してのみ行われる。規定されていない着火および絶縁体内壁に沿って延在する横放電は回避される。したがって、着火は、所定の応答電圧を上回った後に信頼性を持って生じる。電圧が小さい場合および壁放電における誤着火は回避される。とりわけ、最後に述べた態様は、着火片、とりわけ絶縁体内壁に沿って着火片が省かれる場合に、該当する。

【0011】

サージ避雷器を上述の形態にすることにより、より有利な場合には着火片を省くことにより支援されて、作動交流電圧をかけた際にすでに、例えば１０ｋＶｒｍｓ〜３０ｋＶｒｍｓの実効電圧領域中で、ガス放電路の望まない着火を確実に回避する。

【0012】

避雷器の応答電圧Ｕｄｃは、明らかに作動電圧Ｕａｃの最大値を上回っている。以下の式の関係性Ｕｄｃ＞Ｕａｃ×ｓｑｒｔ（２）×１．２が該当し、ここで、ｓｑｒｔ（２）は２の平方根である。したがって、例えば１０ｋＶの作動交流電圧について、避雷器の応答電圧は約１７ｋＶとなる。

【0013】

ある有利な実施形態では、電極はそれぞれ、絶縁体上の端面側に配置されている基部領域と、放電空間中に伸張する自由端部とを有する。基部領域は、絶縁体の端面上に載置可能である。あるいは、この基部領域は、少なくとも部分的に絶縁体中で、その端面に沈んでいることができる。

【0014】

この種の電極は、一体的に形成されていることができ、または、２つ以上の互いに連結された部品を具備することができる。後者の場合には、双方の電極領域に対する異なる要件に関して材料の最適化が可能になる。これらの領域は、通常の連結方法により、例えば溶接またはろう着により、互いに連結可能となる。

【0015】

この自由端部はピン形状で形成可能である。ピン形状の自由端部は、縦方向に延び、例えば実質的に円筒形状、とりわけ正円筒形状である。基部領域は実質的にディスク形状で形成されていて、これにより、絶縁体の端面を閉じ、したがってガス気密放電空間を形成する。ディスク形状の基部領域は、その底面の長さまたは幅と比較すると、高さは低い。このディスクは、丸い、またはこれ以外の底面形状、例えば矩形の形状を有しうる。

【0016】

ある実施形態では、基部領域は、絶縁体端面に配置された領域と、自由端部との間に、１つまたは複数の隆起部を有し、この隆起部は、周回するように配置されていて、放電空間の方向に伸張している。この種の隆起部は、円形の高い部分として形成可能である。複数の隆起部も考えることができるが、これらは、自由端部の周りで周回路に沿って、例えば円に沿って配置されている。これらの隆起部により、組み立て時に、電極を絶縁体の端面に位置付け、端面側の開口に入り込ませることが可能になる。

【0017】

絶縁体は、中空円筒形状、とりわけ中空正円筒形状でありえ、これにより、製造が単純化されうる。

【0018】

放電空間はガスで充填されている。過電圧は、ガス放電自身が着火することにより引き下げられる。放電空間の充填ガスは、絶縁ガスとして機能する窒素または窒素と水素との気体混合物を有しうる。

【0019】

この種のサージ避雷器では、１０ｋＶを上回る、とりわけ１５ｋＶを上回る、応答電圧が可能となる。

【0020】

電極間距離は８ｍｍと１６ｍｍとの間でありえ、壁までの距離は５ｍｍと９ｍｍとの間でありえる。このサイズにすることにより、高い応答電圧が可能になる。

【0021】

このサージ避雷器の有利である構成は、従属請求項の対象物である。
上述のシステムを、以下に、実施形態に基づいてより詳細に説明する。

【0022】

以下の図面は、等尺度であると理解されるべきではなく、むしろ、個々のサイズが、拡大、縮小または、歪んで提示されている可能性がある。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】サージ避雷器のある実施形態の斜視図である。

【図2】このサージ避雷器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、サージ避雷器１の斜視図である。このサージ避雷器は、中空円筒形状の絶縁体５を有する。その端面には、第１の電極７と第２の電極１３とが配置されていて、これらが、サージ避雷器１の内側で、ガス気密放電空間として機能する中空空間の境をなしている。

【0025】

図１中では、ガス気密放電空間を形成するために絶縁体を閉じている電極７、１３の基部領域１１、１７のみを見ることができる。

【0026】

図２は、図１で図示されたサージ避雷器１の縦軸２１に沿った断面図である。
このサージ避雷器１は、ガス気密放電空間３を具備し、これは、中空正円筒形状の絶縁体５と、その端面に配置された第１および第２の電極７、１３とから形成される。絶縁体５は、穴または凹部を備えたこれ以外の形状でもありえる。これは、非導電性材料製、例えばセラミック製である。

【0027】

第１および第２の電極７、１３は、それぞれ、ディスク形状の基部領域１１、１７と、放電空間３中に突出する自由端部９、１５とを有し、その結果、自由端部９、１５は、絶縁体５に囲まれた空間中に突出する。中空空間がガス気密的に閉じられているように、基部領域１１、１７は絶縁体５と連結されている。基部領域１１、１７の外側を介して、サージ避雷器１の外部との接触が行われる。

【0028】

自由端部９、１５は、基部領域１１、１７の中央に配置されている。これらの自由端部は、放電空間３中に突出していて、互いに対して配向されている。これらの自由端部９、１５間でガス放電が行われる。自由端部９、１５は、ピン形状で形成されている。この実施形態では、これらの自由端部は正円筒形状で構成されている。これ以外の形状、例えば円錐形状も考えられる。この実施形態では、自由端部９、１５は、頭部領域１０、１６を有し、この中で自由端部は面取りされている。この種の頭部領域１０、１６のこれ以外の構成では、これ以外の形状、例えば、頂点、縁部または段部などで断面が小さくなっている。

【0029】

この実施形態では、基部領域１１、１７は、放電空間３中に突出するリング形状の周回する隆起部１９を有し、これは、絶縁体の端面に配置されている領域と、自由端部９、１５との間に配置されている。あるいは、絶縁体内壁２３に周回して配置された、複数の丸い、線形状またはこれ以外の形状の隆起部１９も考えられる。この隆起部１９ないし複数の隆起部により、組み立て時に、電極７、１３を絶縁体５の端面に精確に位置付けることが可能となる。隆起部１９は、自由端部９、１５のように遠くまで放電空間中に達しない。この種の隆起部１９は、例えば打ち抜きにより形成可能である。

【0030】

電極７、１３は金属製であることが可能であるが、基部領域１１、１７と自由端部９、１５とについて、異なる材料を使用可能である。これにより、様々な電極領域とそれらの機能に関して材料の最適化が可能となる。

【0031】

この実施形態では、絶縁体３も、電極７、１３も、とりわけそれらの自由端部９、１５も、サージ避雷器１の縦軸２１の周囲で回転対称に形成されている。これに加えて、この実施形態は、鏡面対称である。とりわけ隆起部１９および／または基部領域１１、１７が、その形状ないしその底面に関して回転対称ではないことが可能である。基部領域１１、１７が、角のあるまたは一方側が平坦である底面を備えていることが考えられ、これにより、構成部材の組み立てを容易にすることができる。

【0032】

電極７、１３の自由端部９、１５の端面間で、電極間距離Ｌが定義されていて、これは、この実施形態では、縦軸２１に対して平行に延在している。自由端部９、１５は、絶縁体内壁２３への壁までの距離ａを有する。壁までの距離ａは、自由端部９、１５の外側と、隣接する絶縁体内壁２３との間の距離である。この実施形態では、この距離は、縦軸２１に垂直の方向で延在する。電極間距離Ｌは、壁までの距離ａの２倍に等しく、または、少なくとも壁までの距離ａの２倍よりも小さく、したがって、Ｌ≦２×ａであるように選択されている。この条件は、直径が縦軸２１に沿って変動する自由端部９、１５および／または絶縁体５においても、基部領域との連結箇所または基部領域への移行部を越えた箇所での壁までの距離ａが様々である場合について、ならびに、好ましくは自由端部の頭部領域中で、満足されるべきである。

【0033】

サージ避雷器のさらなる特性値は、その高さＨ（これは、電極７、１３の基部領域１１、１７の外側間を計測したサイズである）、および、その直径Ｄ（これは、絶縁体５の外径に相当する）である。

【0034】

この種のサージ避雷器１の外径Ｄは、例えば３０ｍｍ〜３６ｍｍでありえ、高さＨは２２ｍｍ〜３６ｍｍでありえる。電極間距離Ｌは、８ｍｍと１６ｍｍとの間でありえ、壁までの距離ａは、５ｍｍと９ｍｍとの間でありえる。

【0035】

この種のガスを充填したサージ避雷器１の応答電圧は、１７ｋＶ〜３４ｋＶでありえ、１０ｋＶｒｍｓ〜２０ｋＶｒｍｓの作動交流電圧において適切に採用される。充填ガスは、窒素または窒素と水素とを含む気体混合物を含みうる。

【0036】

この種のサージ避雷器は、ＩＥＣ６００９９−１の規格によれば、１０ｋＡおよび８／２０μ秒の２２インパルス、１００ｋＡおよび４／１０μ秒の２パルス、ならびに、２５０Ａおよび２０００μ秒の２０インパルスの負荷容量を有する。

【0037】

これらの実施および実施形態の特徴は、組み合わせ可能であることに注意されたい。

【符号の説明】

【0038】

１ サージ避雷器
３ 放電空間
５ 絶縁体
７、１３ 電極
９、１５ 自由端部
１０、１６ 頭部領域
１１、１７ 基部領域
１９ 隆起部
２１ 縦軸
Ｌ 電極間距離
ａ 壁までの距離
Ｄ 直径
Ｈ 高さ

【図1】

【図2】