(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】
(24)【登録日】2022-07-08
(45)【発行日】2022-07-19
(54)【発明の名称】機器直結型端末の雷保護装置
(51)【国際特許分類】
H02G 13/00 20060101AFI20220711BHJP
H01T 4/00 20060101ALI20220711BHJP
H01T 4/10 20060101ALI20220711BHJP
【FI】
H02G13/00 040
H01T4/00 A
H01T4/10 B
(21)【出願番号】P 2018155179
(22)【出願日】2018-08-22
【審査請求日】2021-07-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000141060
【氏名又は名称】株式会社関電工
(74)【代理人】
【識別番号】100100516
【氏名又は名称】三谷 惠
(72)【発明者】
【氏名】関 健一
(72)【発明者】
【氏名】土田 崇
(72)【発明者】
【氏名】杉原 裕征
(72)【発明者】
【氏名】岡 信哉
(72)【発明者】
【氏名】関岡 昇三
【審査官】神田 太郎
(56)【参考文献】
【文献】実開昭58-15427(JP,U)
【文献】実開昭63-145285(JP,U)
【文献】実開昭54-155133(JP,U)
【文献】実開昭56-126133(JP,U)
【文献】特開平10-284214(JP,A)
【文献】特開2016-194266(JP,A)
【文献】特開昭61-199336(JP,A)
【文献】特開2000-50494(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02G 13/00
H01T 4/00
H01T 4/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーブルの両端部に配置された機器直結型端末の近傍に落雷時のケーブルの落雷電流を大地に流す避雷器を有し、前記ケーブルの両端部の前記機器直結型端末のうちの片方の機器直結型端末側で前記ケーブルのシールドを接地した片端接地の機器直結型端末の雷保護装置において、
前記ケーブルのシールドを非接地としたシールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に取り付けられた絶縁部材と、
前記絶縁部材に搭載され前記シールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に電気的に接続された第1放電電極と、
前記絶縁部材に搭載され前記ケーブルのシールドに電気的に接続された第2放電電極とを備えたことを特徴とする機器直結型端末の雷保護装置。
【請求項2】
前記第1放電電極及び前記第2放電電極の形状は球形であることを特徴とする請求項1記載の機器直結型端末の雷保護装置。
【請求項3】
前記第1放電電極及び前記第2放電電極の形状は針形又は棒形であることを特徴とする請求項1記載の機器直結型端末の雷保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ケーブルの両端部の機器直結型端末のうちの片側の機器直結型端末側のケーブルのシールドのみを接地した片端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置に関する。
【背景技術】
【0002】
機器直結型端末はケーブルを各種機器に直結するために使用されるケーブル端末である。従来型の端末(気中端末)に比べて省スペース及び施工性の向上を目指した端末であり、新エネルギー発電等の新エネルギー発電所で使用される例が多い。このような省スペースで施工性の向上を図った機器直結型端末は、今後広範囲の電気設備で使用されることが予想される。機器直結型端末は、サイズ小型化のために絶縁筒の半導電性の表面を接地して使用される。機器直結型端末におけるケーブルのシールド(銅遮蔽層)の接地方式は、損失低減のために片端接地方式が採用されることがある。片端接地方式はケーブルの両端部の機器直結型端末のうちの片側のみの機器直結型端末側のケーブルのシールドを接地する方式である。
【0003】
図6は、片端接地方式の機器直結型端末の説明図である。ケーブル14の両端部には機器直結型端末12a、12bが配置される。そして、機器直結型端末12a、12bはブッシング11を介してそれぞれリングメイン等の機器に接続される。ケーブル14は、心線、絶縁体、シールド、外皮で形成され、心線15a、15bの外周に絶縁体16a、16bが施され、さらに、絶縁体16a、16bの外周にシールドが施され、シールドに半導電性テープ17a、17bが巻回され、半導電性のスペーサ18a、18bで保持されている。機器直結型端末12a、12bの絶縁筒13a、13bの端部は、半導電性の封止部19a、19bで封止されてケーブル14のシールドに接続されたシールド接地線20a、20bも引き出されている。
【0004】
一方、機器直結型端末12a、12bの近傍には、機器直結型端末12a、12bに隣接して落雷時のケーブル14の落雷電流を大地に流す避雷器21a、21bが配置され、避雷器21a、21bの接地端子部22a、22bは接地線23a、23bで接地されている。避雷器21a、21bは共にケーブルの心線とシールドとの間に接続され、心線に落雷があった場合は接地に雷電流を放流し、逆に接地に落雷があったとき場合は心線を介して反対側の接地に雷電流を放流し、心線とシールドとの間の電位差を抑制する役割を持つ。
【0005】
また、機器直結型端末12a、12bの絶縁筒13a、13bも接地線24a、24bで接地されている。さらに、ケーブル14の両端部の機器直結型端末12a、12bのうち、一方の機器直結型端末12aの封止部19aから引き出されたシールド接地線20aが接地され、他方の機器直結型端末12bの封止部19bから引き出されたシールド接地線20bは非接地となっている。これにより、
図6では、機器直結型端末12aがケーブル14のシールドを接地とした機器直結型端末、機器直結型端末12bがケーブル14のシールドを非接地とした機器直結型端末である片端接地方式を形成している。
【0006】
ここで、このような片端接地方式のシールド非接地状態にした機器直結型端末12bの絶縁筒13bとシールドとの間に、半導電性テープ17bが存在するため、シールド非接地の機器直結型端末12bの絶縁筒13bは高抵抗接地した状態となっている。この状態で落雷により接地電位が上昇すると、避雷器21a、21bが存在するにもかかわらずケーブル14の損傷に至る場合があることを発明者等は突き止めた。すなわち、絶縁筒13bの電圧は落雷により上昇した接地電位となり、ケーブル14の非接地のシールドは、機器直結型端末12aのシールドにて接地されていることから、ケーブル14の非接地シールド電位はシールド接地の機器直結型端末12aのシールド電位(0V)である。
【0007】
このことから、絶縁筒13bの接地線の接続箇所とケーブル14の非接地のシールドとの間に電位差が生じ沿面放電が生じる。この場合、煤が発生するが、煤が発生していても外部からは確認できない。この煤により、ケーブルの絶縁抵抗が徐々に劣化し、最終的にはケーブル端末における地絡故障に至りケーブル14が焼損する。この落雷時における非接地のシールドとケーブル端末との間の放電及びケーブル焼損は、機器直結型端末固有の問題である。すなわち、機器直結型端末12a、12bは小型化のために絶縁筒13a、13bの表面を半導電性にして接地して使用するが、このことより落雷時に発生する沿面放電がケーブル14の損傷の原因となる。従来型の気中端末ではこのような問題は生じなかった。
【0008】
そこで、その対策としては、
図7に示すように、シールドを接地していないシールド非接地の機器直結型端末12b側において、低圧用避雷器(SPD)25をケーブル14の非接地のシールドと接地との間に採用することが考えられる。すなわち、シールド接地線20bに低圧用避雷器25を介して接地する。この低圧用避雷器25を採用したことが有効であることはインパルス試験により検証した(非特許文献1参照)。なお、
図7では、
図6と同一要素には同一符号を付している。
【0009】
また、
図8に示すように、ケーブル14のシールドを両端接地にして、落雷時にシールドと絶縁筒13aとの間に発生する電圧を抑制することが考えられる。すなわち、シールドを接地しているシールド接地の機器直結型端末12a側に加え、シールドを接地していないシールド非接地の機器直結型端末12b側においてもシールド接地線20bを接地する。なお、
図8では、
図6と同一要素には同一符号を付している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0010】
【文献】電気学会研究会資料、高電圧研究会HV-18-8、45頁~50頁「機器直結型端末のシールド接地方式と改善策」、一般財団法人電気学会、2018年1月18日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところが、シールドを接地していないシールド非接地の機器直結型端末12b側において、低圧用避雷器21を非接地シールドと接地と間に採用する場合は、低圧用避雷器21は高価であり、低圧用避雷器21の取り付けには取付器具であるDINレールや被覆電線及びそれを収納する線ぴ(ダクト)が必要になるためにコストがかかる。
【0012】
加えて機器直結型端末12を収納する機器収容箱内は狭隘であり、かつ低圧避雷器21の取付スペースや取付自体を考慮していない設計であることが多いことから、実際に機器収容箱内に低圧用避雷器21を取付ける作業は容易でない場合がある。さらには、機器収容箱内で充電運転中には安全の確保の面から該当する機器収容箱の扉を開けられないことから、低圧用避雷器21が複数回の雷撃を受けたことで故障し故障表示が出ても、これを常時監視できず、落雷時に低圧避雷器が故障していると落雷から機器直結型端末12を保護できなくなる恐れがある。このように、低圧用避雷器21を機器収納箱内に新たに取り付ける雷保護対策は、機器直結型端末の長所である省スペース及び施工性の向上を阻害する要因となる。
【0013】
一方、ケーブルのシールドを両端接地にすることで、落雷時にシールドと絶縁筒との間に発生する電圧を抑制することができるが、この場合は、シールドに常時電流が流れることからシールドでの損失が発生すると共に、ケーブルの心線(導体)に流れる電流も制限を受け、事故電流が分散し的確な事故検知の妨げとなる恐れがある、
本発明の目的は、ケーブルのシールドを片端接地した機器直結型端末を落雷時発生する電位差から保護でき、しかも低圧用避雷器を設置する場合に比べ、簡易な構成で施工性がよい機器直結型端末の雷保護装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
請求項1の発明に係る機器直結型端末の雷保護装置は、ケーブルの両端部に配置された機器直結型端末の近傍に落雷時のケーブルの落雷電流を大地に流す避雷器を有し、前記ケーブルの両端部の前記機器直結型端末のうちの片方の機器直結型端末側で前記ケーブルのシールドを接地した片端接地の機器直結型端末の雷保護装置において、前記ケーブルのシールドを非接地としたシールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に取り付けられた絶縁部材と、前記絶縁部材に搭載され前記シールド非接地の機器直結型端末の近傍の前記避雷器の接地端子部に電気的に接続された第1放電電極と、前記絶縁部材に搭載され前記ケーブルのシールドに電気的に接続された第2放電電極とを備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項2の発明に係る機器直結型端末の雷保護装置は、請求項1の発明において、前記第1放電電極及び前記第2放電電極の形状は球形であることを特徴とする。
【0016】
請求項3の発明に係る機器直結型端末の雷保護装置は、請求項1の発明において、前記第1放電電極及び前記第2放電電極の形状は針形又は棒形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
請求項1の発明によれば、ケーブルのシールドを非接地としたシールド非接地の機器直結型端末の近傍の避雷器の接地端子部に絶縁部材を取り付け、絶縁部材に第1放電電極及び第2放電電極を搭載し、第1放電電極はシールド非接地の機器直結型端末の近傍の避雷器の接地端子部に電気的に接続し、第2放電電極はケーブルのシールドに電気的に接続するだけであるので、低圧避雷器自体が不要で、かつ機器収容箱に低圧用避雷器を取り付ける加工も不要であり雷保護装置が簡易にかつ省スペースで構成できる。落雷時に第1放電電極と第2放電電極との間で放電させるので、機器直結型端末の沿面放電を防止し機器直結型端末を保護することが可能となる。
【0018】
請求項2の発明によれば、第1放電電極及び第2放電電極の形状は球形であるので、第1放電電極と第2放電電極との間での放電が安定し易くなり、同じ放電開始電圧である場合には、第1放電電極と第2放電電極との間隔を狭くでき小型化を図れる。
【0019】
請求項3の発明によれば、第1放電電極及び第2放電電極の形状は針形又は棒形であるので、第1放電電極と第2放電電極との間で放電が始まり易くなり、同じ放電開始電圧である場合は第1放電電極と第2放電電極との間隔を狭くできさらに小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【
図1】本発明の実施形態に係る機器直結型端末の雷保護装置の説明図。
【
図2】本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の一例を示す説明図。
【
図3】本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の他の一例を示す説明図。
【
図4】本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の別の他の一例を示す説明図。
【
図5】本発明の実施形態に係る機器直結型端末の施工手順の説明図。
【
図6】ケーブルのシールドを片端接地し機器直結型端末を落雷から保護する片端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置の従来の一例の説明図。
【
図7】ケーブルのシールドを片端接地し機器直結型端末を落雷から保護する片端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置の従来の他の一例の説明図。
【
図8】ケーブルのシールドを両端接地し機器直結型端末を落雷から保護する両端接地方式の機器直結型端末の雷保護装置の従来の別の他の一例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図1は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の雷保護装置の説明図である。本発明の実施形態に係る機器直結型端末の雷保護装置は、
図6に示した従来例に対し、ケーブルのシールド非接地の機器直結型端末12b側の避雷器21bの接地端子部22bに雷保護装置26を追加して設けたものである。
図6と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【0022】
図1において、ケーブルのシールド非接地の機器直結型端末12b側の避雷器21bの接地端子部22bには雷保護装置26が設けられている。雷保護装置26は、絶縁部材27、第1放電電極28、第2放電電極29から構成される。絶縁部材27は避雷器21bの接地端子部22bに取り付けられ、絶縁部材27には第1放電電極28及び第2放電電極29が搭載されている。第1放電電極28は接続線30で接地端子部22bを介して接地線23bに電気的に接続され、第2放電電極29は接続線31で電気的にシールド接地線20bに接続されている。
【0023】
シールド接地線20bは接地されていない。なお、ケーブル14の非接地のシールドは、遠方のシールド接地の機器直結型端末12aのシールドに接続されていることから、ケーブル14の非接地シールド(シールド接地線20b)の電位はシールド接地の機器直結型端末12aのシールド電位(0V)である。一方、シールド非接地の機器直結型端末12bの絶縁筒13bの電位は、接地線24bが接続された大地の接地電位である。
【0024】
ここで、このような片端接地方式のシールド非接地の機器直結型端末12bに落雷が発生すると落雷により接地電位が上昇し、シールド非接地の機器直結型端末12bの絶縁筒13bとシールドとの間には上昇した接地電位が印加されるが、本発明の実施形態では雷保護装置26により、この印加電圧を抑制する。すなわち、雷保護装置26は、落雷時にシールド非接地の機器直結型端末12bの絶縁筒13bとシールドとの間に印加される電圧が沿面放電開始電圧になる前に、第1放電電極28と第2放電電極29との間で放電開始させ機器直結型端末を保護する。
【0025】
図2は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の一例を示す説明図であり、
図2(a)は絶縁部材の斜視図、
図2(b)は第1放電電極及び第2放電電極の斜視図、
図2(c)は絶縁部材に第1放電電極及び第2放電電極を搭載した状態の斜視図である。
【0026】
図2(a)において、絶縁部材27は直角に配置された第1絶縁板32と第2絶縁板33とを有しL字型に形成されている。第1絶縁板32には避雷器21bの接地端子部22bを貫通する貫通孔34が設けられ、この貫通孔34に避雷器21bの接地端子部22bが挿通することで絶縁部材27は避雷器21bの接地端子部22bに取り付けられる。第2絶縁板33には、第1放電電極28を取り付けるための第1取付穴35が設けられ、また、第2放電電極29を取り付けるための第2取付穴36が設けられている。
【0027】
図2(b)に示すように、第1放電電極28及び第2放電電極29の頭部の形状は球形に形成されている。これは、放電が安定し易い形状とするためである。これにより、第1放電電極28及び第2放電電極29の放電開始電圧が同じである場合には、第1放電電極と第2放電電極との間隔を狭くでき小型化を図れる。
【0028】
図2(c)に示すように、絶縁部材27の第1取付穴35に第1放電電極28を差し込んで固定し第1放電電極28を絶縁部材27に搭載し、同様に、絶縁部材27の第2取付穴36に第2放電電極29を差し込んで固定し第2放電電極29を絶縁部材27に搭載する。これにより、第1放電電極28及び第2放電電極を搭載した絶縁部材27が構成される。
【0029】
以上の説明では、頭部が球形の第1放電電極28及び第2放電電極29をL字型の絶縁部材27に搭載した場合について説明したが、第1放電電極28及び第2放電電極29の頭部の形状は球形に代えて針形や棒形であってもよい。その場合、絶縁部材27はL字型の絶縁部材27に代えてコ字型の絶縁部材27とする。
【0030】
図3は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の他の一例を示す説明図である。この他の一例は、
図2に示した一例に対し、絶縁部材をコ字型に形成し第1放電電極及び第2放電電極の頭部の形状を針形としたものである。
図3(a)はコ字型の絶縁部材の斜視図、
図3(b)は針形の第1放電電極及び第2放電電極の斜視図、
図3(c)はコ字型の絶縁部材に針形の第1放電電極及び第2放電電極を搭載した状態の斜視図である。
【0031】
図3(a)において、絶縁部材27は直角に配置された第1絶縁板32と第2絶縁板33と第3絶縁板38とを有しコ字型に形成されている。第1絶縁板32には避雷器21bの接地端子部22bを貫通する貫通孔34が設けられ、この貫通孔34に避雷器21bの接地端子部22bが挿通することで絶縁部材27は避雷器21bの接地端子部22bに取り付けられる。第2絶縁板33には第1放電電極28を取り付けるための第1取付穴35が設けられ、また、第3絶縁板38には第2放電電極29を取り付けるための第2取付穴36が設けられている。
【0032】
図3(b)に示すように、第1放電電極28及び第2放電電極29の頭部の形状は針形に形成されている。これは、放電が安定し易い形状とするためである。また、
図3(c)に示すように、絶縁部材27の第2絶縁板33の第1取付穴35に第1放電電極28を差し込んで固定し第1放電電極28を絶縁部材27に搭載し、同様に、絶縁部材27の第3絶縁板38の第2取付穴36に第2放電電極29を差し込んで固定し第2放電電極29を絶縁部材27に搭載する。これにより、針形の第1放電電極28と第2放電電極29とが向かい合う状態で、第1放電電極28及び第2放電電極が絶縁部材27に搭載される。針形の第1放電電極28と第2放電電極29とが向かい合う状態であるので、球形である場合に比較し、さらに小型化を図ることができる。
【0033】
図4は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の構成要素の別の他の一例を示す説明図である。この別の他の一例は、
図2に示した一例に対し、絶縁部材をコ字型に形成し第1放電電極及び第2放電電極の頭部の形状を棒形としたものである。
図4(a)はコ字型の絶縁部材の斜視図、
図4(b)は棒形の第1放電電極及び第2放電電極の斜視図、
図4(c)はコ字型の絶縁部材に棒形の第1放電電極及び第2放電電極を搭載した状態の斜視図である。
【0034】
この場合も、
図3に示した第1放電電極及び第2放電電極の頭部の形状を針形とした場合と同様に、棒形の第1放電電極28と第2放電電極29とが向かい合う状態であるので、球形である場合に比較し、さらに小型化を図ることができる。
【0035】
このように、第1放電電極28と第2放電電極29との形状が針形や棒形である場合は、球形である場合に比較し、さらに小型化を図ることができる。また、第1放電電極28及び第2放電電極29ごとに異なる形状としてもよい。形状を変化させることによって、第1放電電極28及び第2放電電極29に発生する放電開始電圧を調整し、絶縁筒13bとシールドとの間に発生する沿面放電開始電圧に合わせることができる。
【0036】
図5は本発明の実施形態に係る機器直結型端末の施工手順の説明図であり、
図5(a)はシールド非接地の機器直結型端末およびその近傍の避雷器の接地端子部の概略図、
図5(b)は
図5(a)の避雷器の接地端子部に本発明の実施形態の雷保護装置の第1放電電極及び第2放電電極を搭載した絶縁部材を取り付けた状態を示す概略図、
図5(c)は
図5(a)の第1放電電極及び第2放電電極に配線を施し本発明の実施形態の雷保護装置を構成した状態を示す概略図である。なお、
図5では、絶縁部材はL字型の絶縁部材で第1放電電極及び第2放電電極の形状は球形である場合を示しているが、コ字型の絶縁部材で第1放電電極及び第2放電電極の形状が針形又は棒形である場合も同様である。本発明の実施形態に係る機器直結型端末の施工手順は、以下の通りである。
(イ)
図2(c)に示すように、絶縁部材27に2個の放電電極、すなわち、第1放電電極28及び第2放電電極29を取り付ける。
(ロ)
図5(a)に示すように、避雷器21bの接地端子部22bの接地線23bを取り外した状態とする。そして、避雷器21bの接地端子部22bを利用して、
図5(b)に示すように、第1放電電極28及び第2放電電極29を搭載した絶縁部材27を避雷器21bの接地端子部22bに取り付ける。
(ハ)
図5(c)に示すように、避雷器21bの接地端子部22bに接地線23bを取り付けるとともに、第1放電電極28と避雷器21bの接地端子部22bとの間に接続線30で電気的配線を施す。
(ニ)そして、
図5(c)に示すように、第2放電電極29とシールド接地線20bとの間に接続線31で電気的配線を施す。シールド接地線20bと接続線31は例えばボルコン37で接続する。
(ホ)第1放電電極28及び第2放電電極29の間隔を調整する。第1放電電極28及び第2放電電極29の間隔の調整は、例えば、第1取付穴35及び第2取付穴36を長穴に形成しておき取付箇所を調整して行う。また。第1放電電極28及び第2放電電極29の間隔の調整により、例えば、1kV/mm×間隔の放電電圧を調整する。静電容量を介して高周波電流が流れることを避けるために間隔を長くすることも可能である。なお、第1放電電極28及び第2放電電極29の間隔は、手順(イ)において行うことも可能である。
【0037】
この施工手順により、比較的簡単な方法でかつ省スペースで安価に落雷時に機器直結型端末を保護する雷保護装置が構成できる。すなわち、避雷器21bの接地端子部22bに第1放電電極28及び第2放電電極29を搭載した絶縁部材27を取り付け、第1放電電極28と避雷器21bの接地端子部22bとの間、及び第2放電電極29とシールド接地線20bとの間に配線を施すだけなので、DINレールや線ぴ(ダクト)を必要しない。従って、簡易な構成で施工性がよくしかも省スペースで安価な機器直結型端末の雷保護装置を提供できる。また、通常は片端接地と同等で、落雷時のみ両端接地方式と同等となるため、ケーブルのシールドに常時電流が流れることがなくシールドでの損失が発生することがない。
【0038】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0039】
11…ブッシング、12…機器直結型端末、13…絶縁筒、14…ケーブル、15…心線、16…絶縁体、17…半導電性テープ、18…スペーサ、19…封止部、20…シールド接地線、21…避雷器、22…接地端子部、23、24…接地線、25…低圧用避雷器、26…雷保護装置、27…絶縁部材、28…第1放電電極、29…第2放電電極、30、31…接続線、32…第1絶縁板、33…第2絶縁板、34…貫通孔、35…第1取付穴、36…第2取付穴、37…ボルコン、38…第3絶縁板