高電圧サージ・アレスター及びそれを動作させる方法

专利摘要:
アレスターは、絶縁材料で作られた、少なくとも一つの細長い外側の第一ハウジング（１１）と；第一ハウジングの互いに反対側の端にある一対の電気端子（１２，１３）と；第一ハウジングの中に配置され、これらの電気端子の間に直列経路を形成する電気的コンポーネント（１４）のアレイと；当該アレスターに沿って実質的に均一な電圧勾配を作り出すための電圧勾配緩和装置（１５）と；を含んでいて、この電圧勾配緩和装置は、（ i）細長い外側の第二ハウジング（１７）、及び、（ii）外側の第二ハウジングの中に配置されたキャパシタ回路（２０）を有し、この外側の第二ハウジングは、外側の第一ハウジングの外側に配置されている。
公开号:JP2011510508A
申请号:JP2010543491
申请日:2009-01-22
公开日:2011-03-31
发明作者:ステンストロム、レンナート；バルケンスヨ、パー
申请人:アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー；
IPC主号:H01C7-12

专利说明:

[0001] 本願発明は、広く、高電圧電力装置に係る。特に、本発明は、サージまたは落雷アレスター及びその運転の方法に係る。]
背景技術

[0002] 通常の運転条件下において、電力の伝送及び分配装置は、比較的狭い範囲内の電圧に曝される。落雷、スイッチング・サージ、または他のシステム障害のために、電気的なネットワークの一部が、通常の運転条件の間に当該装置により経験されるレベルを大きく上回る、瞬間的または過渡的な電圧レベルを経験することがある。保護されずに残された、例えば、変圧器、スイッチング装置、コンピュータ装置、及び電気的機械などの、クリティカルな且つ高価な装置が、そのような過電圧及びその結果生ずる電流サージにより、損傷を受けまたは破壊されることがある。従って、サージ・アレスターを使用することにより、そのような装置を危険な過電圧から保護することが、通常の実務になっている。]
[0003] サージ・アレスターは、一般的に、電気的装置の比較的高価な部品に対して並列に接続される保護デバイスであって、それによって、過電圧を制限し、過電圧により誘発された電流サージを、当該装置の周りで、安全に分流しまたは脇に逸らし、それにより、当該装置及びその内部の回路を損傷から保護するように構成されている。作動されたとき、サージ・アレスターは、保護対象の装置のインピーダンスと比べて非常に低いインピーダンスを有する、アースへの電流経路を形成する。このようにして、もしサージ・アレスターがなければ当該装置に高い過電圧を掛けたであろう電流サージが、このサージ・アレスターを通って、アースに逃されることになる。]
[0004] 従来のサージ・アレスターは、典型的に、絶縁材料（陶器または今日ではより一般的にポリマー）で作られた細長い外側のハウジングと；線路電位の導線とアースとの間にサージ・アレスターを接続するために、ハウジングの互いに反対側の端にある一対の電気端子と；端子の間に直列経路を形成する、ハウジングの中の電気的コンポーネントのアレイと；を含んでいる。これらのコンポーネントは、典型的に、電圧に依存する非線形抵抗要素のスタックを含んでいる。]
[0005] これらの非線形のレジスターまたはバリスターの特徴は、通常の定常状態の電圧では比較的高い抵抗を有し、且つ、アレスターが過渡的な過電圧に曝された時には、遥かに低い動的抵抗を有していることにある。アレスターのタイプに依存して、アレスターは、絶縁されたハウジングの内側に収容され、バリスターに対して電気的に直列の、一つまたはそれ以上の電極、ヒート・シンクまたはスパーク・ギャップ装置を含むこともある。]
[0006] 高電圧端子に接続されたアレスターに沿う、実質的に均一な電圧勾配は、勾配緩和リングを使用することにより得られ、または、非線形抵抗要素に対して物理的及び電気的に並列に接続された多数の小さいキャパシタを使用するアレスター・ハウジングの中で得られる。]
[0007] 勾配緩和リングに関する問題は、それらが、嵩張り且つかなり大きな面積を占めることにある。その理由は、それらが、特に超高電圧アレスターに対して、大きな直径を有することが要求されるからである。更に、ほぼ線形の電圧分布を得るために、勾配緩和リングは、アレスターの高さの約１／３に吊り下げられていなければならない。アースに対する必要なクリアランスを考慮に入れると；アレスターの高さは、このようにして、もし、アレスターが勾配緩和リング無しで設計される場合と比べて、約５０％高くなければならない。]
[0008] 例えば、１２００ｋＶシステムのためのアレスターに対して、要求されるスイッチング・サージ耐電圧は、約１８５０ｋＶであって、それは、約８．５ｍのクリアランスを必要とする。勾配緩和リングの使用は、これにより、約１３ｍの高さのアレスターを必要とすることになる。]
[0009] 内部のキャパシタの使用に関する問題は、高いキャパシタンスが、多数のキャパシタを備えた回路をもたらすことになり、そして、コンポーネントの数が増大することに伴い、アレスターの信頼性が低下すると言うことである。]
[0010] 従って、本願発明の目的は、電力分配装置のためのアレスターを提供することにあり、このアレスターは、電気的装置の部品に対して並列に接続され、それによって過電圧により誘発された電流サージを、当該装置の周りで、安全に分流しまたは脇に逸らし、それにより、当該装置及びその内部の回路を損傷から保護するように構成されている。このアレスターは、従来技術によるアプローチに伴う問題の少なくとも一部を取り除き、または少なくとも軽減する。]
[0011] この点で、本発明の特別な目的は、そのようなアレスターを提供することにあり、このアレスターは、性能に優れ、信頼性が高く、且つ高価でなく、また、嵩張らずまたはスペースを余り必要としない。]
[0012] 本発明の更なる目的は、上記の目的を満足するアレスターの運転の方法を提供することにある。]
[0013] これらの目的は、とりわけ、本願発明に基づいて、添付された特許請求の範囲の中に規定されたアレスター及びアレスターの運転の方法により実現される。]
[0014] 本発明の一つのアスペクトによれば、このアレスターは、絶縁材料で作られた、少なくとも一つの細長い外側の第一ハウジングと；線路電位の導線とアースの間に当該アレスターを接続するために、第一ハウジングの互いに反対側の端にある一対の電気端子と；第一ハウジングの中に配置され、端子の間に直列経路を形成する電気的コンポーネントのアレイと；当該アレスターに沿って実質的に均一な電圧勾配を作り出すための電圧勾配緩和装置と；を含んでいて、この電圧勾配緩和装置は、細長い外側の第二ハウジング、及びこの外側の第二ハウジングの中に配置されたキャパシタ回路を有し、この外側の第二ハウジングは、外側の第一ハウジングの外側に配置されている。]
[0015] そのようなアレスターを設けることにより、嵩張り且つ大きな直径の勾配緩和リングが省略されることが可能である。更に、このアレスターは、必要な絶縁強度を維持しながら、かなり短く作られることが可能である。更にまた、当該アレスターのキャパシタに、アレスターの信頼性の高い運転を提供すべく、高いキャパシタンスが設けられることが可能である。]
[0016] 一つの実施形態において、このアレスターは、複数の第一ハウジング及び電気的コンポーネントの複数のアレイを含んでいて、そのそれぞれは、外側の第一ハウジングのそれぞれの中に収容され、ここで、第一ハウジングは、互いに並列であり、電気的コンポーネントのアレイは、並列に接続されている。]
[0017] 好ましくは、第一ハウジング及び第二ハウジングは、互いに平行であり、更に好ましくは、第二ハウジング（キャパシタ回路を収容している）は、アレスターの中心軸に沿って配置され、そして、第一ハウジングは、中心軸の周りに、中心軸から所定の距離に、規則的に（ハウジングの間に等しい間隔を空けて）配置される。]
[0018] 本発明第二のアスペクトによれば、絶縁材料で作られた、少なくとも一つの細長い外側の第一ハウジングと；第一ハウジングの互いに反対側の端にある一対の電気端子と；第一ハウジングの中に配置され、端子の間に直列経路を形成する電気的コンポーネントのアレイと；を有する高電圧電力装置のためのアレスターの運転の方法が提供される。この方法によれば、アレスターが、電気的装置の部品に対して並列に接続され、それによって、過電圧により誘発された電流サージを当該装置の周りで、安全に分流するまたは脇に逸らし、それにより、当該装置及びその内部の回路を損傷から保護するように構成され、ここで、当該アレスターに沿う実質的に均一な電圧勾配が、電圧勾配緩和装置によりもたらされ、この電圧勾配緩和装置は、外側の第一ハウジングの外側に配置された細長い外側の第二ハウジング、及び外側の第二ハウジングの中に配置されたキャパシタ回路を有している。]
図面の簡単な説明

[0019] 図１は、本願発明の実施形態に基づくアレスターを、側面図で概略的に示す。
図２は、本願発明の他の実施形態に基づくアレスターを、上面図で概略的に示す。] 図１ 図２
実施例

[0020] 更に本発明の特徴及び優位性は、以下の本発明の実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。]
[0021] 図１を参照すると、本発明の実施形態に基づく電力分配装置のためのサージまたは落雷アレスターは、電気的装置の部品に対して並列に接続可能であり、それによって、過電圧を制限し、過電圧により誘発された電流サージを当該装置の周りで、安全に分流するまたは脇に逸らし、それにより、当該装置及びその内部の回路を損傷から保護するように構成されている。] 図１
[0022] このアレスターは、主として、ＵＨＶ（超高電圧）電力装置、即ち、８００ｋＶを上回るシステム電圧を備えた交流三相システムのための装置のために意図されている。]
[0023] アレスターは、典型的に、屋外施設のために、特に吊り下げ式の屋外施設のために、適切なタイプのものであって、アレスター・カラム１０を有していて、このアレスター・カラムは、典型的に、互いに積み重ねられて配置されてカラムを形成する複数のアレスター・モジュールを含んでいる。各アレスター・モジュールは、典型的に、１〜２ｍの高さであり、且つ、絶縁材料で作られた細長い外側のハウジング１１と；ハウジング１１の互いに反対側の端にある一対の電気端子１２，１３と；ハウジング１１の中に配置され、端子１２，１３の間に直列経路を形成する電気的コンポーネントのアレイ１４と；を含んでいる。電気的コンポーネント１４のアレイは、好ましくは、多数のバリスター・ブロックを含んでいる。]
[0024] 図１のアレスター・カラム１０は、直列に接続された三つのアレスター・モジュールを有するものとして、示されているが、この点に関して制約は無い。典型的に、本願発明のアレスターは、三つ以上のアレスター・モジュールを有している。] 図１
[0025] 更に、このアレスターは、当該アレスターに沿って実質的に均一な電圧勾配を作り出すための、電圧勾配緩和装置１５を有している。本発明によれば、この電圧勾配緩和装置は、少なくとも一つの電圧勾配緩和モジュールを有していて、この電圧勾配緩和モジュールは、絶縁材料で作られた細長い外側のハウジング１７と；ハウジング１７の互いに反対側の端にある一対の電気端子１８，１９と；電圧勾配緩和モジュールの外側のハウジング１７の中に配置され、端子１８，１９の間に直列経路を形成するキャパシタ回路２０と；を含んでいる。図１において、二つの電圧勾配緩和モジュールが、互いに積み重ねられて配置され、電圧勾配緩和カラム１５を形成するところが示されている。] 図１
[0026] アレスター・カラム１０の外側のハウジング１１、及び電圧勾配緩和カラム１５の外側のハウジング１７は、互いに対して外側に配置される。好ましくは、アレスター・カラム１０及び電圧勾配緩和カラム１５は、適切な間隔を間に挟んで、互いに並列に配置される。]
[0027] 更に、図１のアレスターは、アレスター・モジュール及び電圧勾配緩和モジュールの端部のそれぞれで、電気的コンポーネント１４のアレイとキャパシタ回路２０を相互に接続するために設けられた、複数の接続金属プレート２１を有している。このようにして、これらの相互接続は、アレスターの高さに沿って複数の位置に作られる。] 図１
[0028] 本発明のもう一つの実施形態（図示されていない）において、唯一の（または少数の）アレスター・モジュール、及び図１を参照して説明された種類の一つのキャパシタ・モジュールが、並列に且つ互いに隣接して、配置される。] 図１
[0029] 図２は、本願発明の更に他の実施形態に基づくアレスターを、上面図で概略的に示している。ここで、このアレスターは、図１を参照して説明された種類の中心に配置された電圧勾配緩和カラム１５の周りに、並列に且つ規則的に配置された複数のアレスター・カラム１０を有している。好ましくは、この電圧勾配緩和カラム１５は、アレスターの中心軸に沿って配置され、そしてアレスター・カラム１０は、中心軸と同軸に配置された円の外周に沿って、等距離に配置される。] 図１ 図２
[0030] 接続金属プレート２１は、アレスター・カラム１０と電圧勾配緩和カラム１５とを、複数の高さで、並列に相互に接続し、図１に示されているように、アレスターを、縦方向に別個のモジュールに分轄する。図２の中には、五つのアレスター・カラム１０が示されているが、用途及び個々のアレスター・モジュールの寸法に依存して、それよりも多いことも少ないこともある。電圧勾配緩和カラム１５は、一つまたはそれ以上の電圧勾配緩和モジュールを含むことがあり、また、一つ、または直列の二つ以上のアレスター・モジュールに対応する長さで、製造されることがある。] 図１ 図２
[0031] 複数のアレスター・カラムが、エネルギー容量に対する高い要求、及び低い保護レベルに適合することが要求されることがある。]
[0032] 本願発明により、高い信頼性を維持しながら、勾配緩和リングを使用して、アレスターが、従来技術のソリューションと比較して、かなり高さが低く、より嵩張らず、且つより軽量に作られることが可能である。]
[0033] 低い重量は、アレスターに加えられる機械的な負荷を制限するために、極めて重要である。それに加えて、勾配緩和のために通常使用される値と比べて、より高いキャパシタンス値が適用されることがあり、それは、アレスターの保護性能を改善することになる。その理由は、発生するサージの急峻さが、減少されることがあるからである。更なる利点は、相間の間隔がより短縮されることであろう。その理由は、コロナ・リングの直径が、勾配緩和リングの直径と比べて小さいからである。]

权利要求:

請求項1
電力分配装置のためのアレスターであって、電気的装置の部品に対して並列に接続されるために設けられ、それによって、過電圧を制限し、過電圧により誘発された電流サージを、当該装置の周りで、安全に分流しまたは脇に逸らし、それにより、当該装置及びその内部の回路を損傷から保護するように構成され、前記アレスターは、−絶縁材料で作られた、少なくとも一つの細長い外側の第一ハウジング（１１）と；−第一ハウジングの互いに反対側の端にある一対の電気端子（１２，１３）と；−第一ハウジングの中に配置され、これらの電気端子の間に直列経路を形成する電気的コンポーネント（１４）のアレイと；−アレスターに沿って実質的に均一な電圧勾配を作り出すための電圧勾配緩和装置（１５）と；を含んでいて、−前記電圧勾配緩和装置は、（ i）細長い外側の第二ハウジング（１７）、及び、（ii）前記外側の第二ハウジングの中に配置されたキャパシタ回路（２０）を有していること；及び、−前記外側の第二ハウジングは、前記外側の第一ハウジングの外側に配置されていること；を特徴とするアレスター。
請求項2
下記特徴を有する請求項１に記載のアレスター：前記第一ハウジング及び第二ハウジングは、互いに平行である。
請求項3
下記特徴を有する請求項１または２に記載のアレスター：電気的コンポーネントと前記キャパシタ回路のアレイとを相互に接続するために設けられた接続金属プレート（２１）を有している。
請求項4
下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載のアレスター：複数の前記第一ハウジング（１１）と、電気的コンポーネント（１４）の複数の前記アレイと、を有し、そのそれぞれは、複数の前記第一ハウジングのそれぞれの中に収容され、複数の前記第一ハウジングは、互いに積み重ねられて配置され、電気的コンポーネントの複数の前記アレイは、直列に接続されている。
請求項5
下記特徴を有する請求項４に記載のアレスター：複数の前記第二ハウジング（１７）と、複数の前記キャパシタ回路（２０）と、を有し、そのそれぞれは、複数の前記第二ハウジングのそれぞれの中に収容され、複数の前記第二ハウジングは、互いに積み重ねられて配置され、複数の前記キャパシタ回路は、直列に接続されている。
請求項6
下記特徴を有する請求項５に記載のアレスター：前記アレスターに沿う複数の位置で、電気的コンポーネントの複数の前記アレイと複数の前記キャパシタ回路とを、相互に接続するために設けられた複数の接続金属プレート（２１）を有している。
請求項7
下記特徴を有する請求項１から６の何れか１項に記載のアレスター：第二の複数の前記第一ハウジング（１１）と、電気的コンポーネント（１４）の第二の複数の前記アレイと、を有し、そのそれぞれは、第二の複数の前記第一ハウジングのそれぞれの中に収容され、第二の複数の前記第一ハウジングは、互いに並列であり、電気的コンポーネントの第二の複数の前記アレイは、並列に接続されている。
請求項8
下記特徴を有する請求項７に記載のアレスター：前記第二ハウジングは、前記アレスターの中心軸に沿って配置され、第二の複数の前記第一ハウジングは、前記中心軸の周りに配置されている。
請求項9
下記特徴を有する請求項１から８の何れか１項に記載のアレスター：前記第一ハウジング及び第二ハウジングは、ポリマーで作られている。
請求項10
下記特徴を有する請求項１から９の何れか１項に記載のアレスター：前記アレスターは、ＵＨＶ電力装置のために設けられている。
請求項11
絶縁材料で作られた、少なくとも一つの細長い外側の第一ハウジング（１１）と、第一ハウジングの互いに反対側の端にある一対の電気端子（１２，１３）と、第一ハウジングの中に配置され、端子の間に直列経路を形成する電気的コンポーネント（１４）のアレイと、を有する電力装置のためのアレスターの運転の方法であって、−当該アレスターを、電気的装置の部品に対して並列に接続し、それによって、過電圧を制限し、過電圧により誘発された電流サージを、当該装置の周りで、安全に分流しまたは脇に逸らし、それにより、当該装置及びその内部の回路を損傷から保護すること；及び−（ i）前記外側の第一ハウジングの外側に配置された細長い外側の第二ハウジング（１７）、及び、（ii）前記外側の第二ハウジングの中に配置されたキャパシタ回路（２０）を有する電圧勾配緩和装置（１５）により、当該アレスターに沿って実質的に均一な電圧勾配を作り出すこと；を特徴とする方法。
請求項12
下記特徴を有する請求項１１に記載のアレスター：前記方法は、ＵＨＶ電力装置のためのアレスターで実施される。