JPH01152703A - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は酸化亜鉛を主成分とするとともに電圧非直線抵
抗特性をもち、焼結成いは成形された素体の外周面に高
抵抗層を形成してなる電圧非直線抵抗体に係り、特に上
記素体又は高抵抗層にイオウを含有させることによりＳ
Ｆｓガス中における寿命特性の向上を図ったものに関す
る。

（従来の技術） 電圧非直線抵抗体は一般にバリスタと称され、その優れ
た非直線電圧・電流特性が利用されて、電圧安定化及び
サージ吸収を目的とした避雷器あるいはサージアブソー
バに広く利用されている。

この様な電圧非直線抵抗体の中でも代表的なものとして
、近年開発された酸化亜鉛バリスタがある。この酸化亜
鉛バリスタは、酸化亜鉛を主成分としてそれに少量のビ
スマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、コバルト（ＣＯ
）、マンガン（Ｍｎ　）　、及びクロム（Ｃｒ　）等の
酸化物を添加し、混合造粒・成形した後空気中で高温焼
結し、その焼結体に電極を取付けて構成されている。

上記酸化亜鉛バリスタの非直線抵抗特性は非常に優れて
おり、焼結体は酸化亜鉛粒子とその周囲をとりまく添加
物により形成される粒界層からなる。優れた非直線抵抗
特性は酸化亜鉛粒子と粒界層との界面に起因すると考え
られており、電圧・電流特性をある程度調節することが
できる等数多−くの特徴を備えている。

しかしながら上記構成によると以下のような問題がある
。すなわち近年送変電設備の建設費の削減という目的で
送電電圧の超高圧化、絶縁保護レベルの低減化が要求さ
れている。それに伴い例えば避雷器用素子に関して次の
ような改善が企図されている。

■非直線特性の改善。

■放電耐量特性の改善。

■高評電率での高寿命化。

これら改善目標に対する具体的思索として以下のような
方法が考じられている。

■焼結温度及び焼結パターンの検討。

■添加物の添加量の変化。

■新しい添加物を添加する。

■寿命特性の改善の為に酸化はう素、酸化銀を添加する
（例えば特公昭５８−１１０８４号公報）。

これら各思索に基づいて前述した３つの目標を達成する
べく各種の研究開発が行われている。

ところがここに別の問題がある。例えばＧＩＳ用避雷器
ではコストを低減させるためにそのコンパクト化がなさ
れているが、絶縁距離の有効利用を図るために内部に絶
縁性ガスを充填して使用する事が多く、その絶縁性ガス
としては主にＳＦｓＦ２ガス用されている。ところがこ
のＳＦ６ガス中にあって上記避雷器用の電圧非直線抵抗
体の課電寿命が空気中のそれよりも悪いという問題があ
る。そこでＳＦｓガス中にあっても安定した寿命特性を
発揮し得る電圧非直線抵抗体が要求されている。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の構成にあっては、ＳＦｓガス中にあっ
て寿命特性が安定しないという問題があり、本発明はこ
の様な率に基づいてなされたものでその目的とするとこ
ろは、ＳＦｓガス中にあっても安定した寿命特性を発揮
し得る電圧非直線抵抗体を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明による電圧非直線抵抗体は、電圧非直線
性を有し酸化亜鉛を主成分とする素体と、上記素体の外
周面に設けられた電極と、上記素体の外周面に設けられ
た高抵抗層とを備えた非直線抵抗体において、上記高抵
抗層又は素体にイオウを“含有させたことを特徴とする
ものである。

（作用） つまり、素体又は高抵抗層中にイオウを含有させること
により、ＳＦｓ中においても科学的に安定なものとし、
それによって寿命特性の向上を図るものである。

（実施例） 以下第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実施例
を説明する。まず本実施例の電圧非直線抵抗体は第１図
に示すような構成となっている。

図中符号１は素体であり、この素体１は円筒状をなして
いる。この素体１の一対の端面には電極２．２が設けら
れており、又その円筒面には高抵抗層３が設けられてい
る。

上記素体１は酸化亜鉛を主成分とするものであって電圧
非直線性を有している。一方上記高抵抗層３は鉄を主成
分とするものでかつイオウを硫化亜鉛（ＺｎＳ）として
０．１〜２０モル％（総和を１００モル％としたとき）
含有している。

かかる構成をなす電圧非直線抵抗体は次のようにして製
造される。まず素体１の製造から説明する。酸化亜鉛（
Ｚｎ　Ｏ）の粉末に、酸化ビスマス（Ｂｉ２０ｉ）、酸
化コバルト（ＧＯ２０３）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、
酸化アンチモン（Ｓｂ２０３）、酸化ニッケル（Ｎｉｐ
）の粉末を夫々０．５〜５モル％の範囲で添加する。次
にこれらの原料粉末を十分に混合するために水、分散剤
、バインダ、及び潤滑剤と共に混合装置に入れて混合す
る。かかる混合により得られる混合スラリをスプレィド
ライヤでその粒径が例えば１００ミクロンになるように
造粒する。この造粒により得られた粉末をプレスにかけ
て、直径４０間、厚さ４０Ｍの円板に成形する。次に、
添加した分散剤、バインダ、潤滑剤を除く為、空気中で
５００℃で焼成する。その後１０２０℃で仮焼きして素
体１を得るものである。

次に予め準備した高抵抗層形成用のスラリをスプレーガ
ンを使用して上記素体１の円筒面に塗布する。上記高抵
抗層形成用スラリは次のようにして調整された。すなわ
ち酸化ビスマス （Ｂｉ２０２）、酸化第二鉄（Ｆｅ２０２）、硫化亜鉛
（ＺｎＳ）に純水を加えて適当なスラリとした。その際
総和を１００モル％とすると、酸化ビスマスが０．３〜
５０モル％、酸化第二鉄が５０〜９５モル％、硫化亜鉛
が０．１〜２０モル％とした。酸化ビスマスを０．３〜
５０モル％、酸化第二鉄を５０〜９５モル％したのは、
例えば特開昭６０−２０６００号公報にも示すように、
その範囲外では良好な耐電圧特性を示さないからである
。又硫化亜鉛を０．１〜２０モル％としたのはその範囲
外ではＳＦｓガス中で良好な寿命特性を示さないことに
起因する。尚、この点については後述する。さらにその
際ポリどニルアルコールのような結合剤を０．Ｉｗｔ％
程度添加して、塗膜の強度の増大を図った。

このようにして得られたものを１０５０〜１３００℃の
温度で焼成した。これによって素体１の円筒面にイオウ
を含有する高抵抗層３が形成されたことに　゛なる。さ
らにこのようにして得た焼結素体の両端面を研磨すると
ともにアルミニウムを溶射して電極２．２を形成する。

これで第１図に示す電圧非直線抵抗体を得ることができ
る。

次にこのようにして得られた電圧非直線抵抗体の各種特
性、特にＳＦｓガス中での寿命特性について説明する。

尚、その際従来の構成による電圧非直線抵抗体と比較す
る形で説明することとする。

まず非直線特性であるが、これは小電流域から大電流域
まで従来例及び本実施例共に殆ど差異はなく、例えばＶ
ＩＯＫＡ／Ｖｌ　ｍＡは１．４０±０．０２と良好な値
を示した。

次に耐電圧特性（ここでは４×１０マイクロ秒の波形で
２回印加により側面閃絡しない値を示した）であるが、
これも従来例及び実施例共に差異はみられず、３０〜５
０Ｋ　Ａと良好な特性を示した。

次に寿命特性について述べる。寿命特性についてはＳＦ
ｓガス中で、温度１００℃、課電率（空温で１ｍＡの電
流を流した時の電圧を１００とした）９５％の条件で１
０００時間試験を行った。この時の結果を第２図に示す
。第２図は横軸に時間をとり、縦軸に抵抗分漏れ電流比
をとり、両者の関係を示した図である。この第２図から
明らかなように、従来例の場合にはＳＦｓガス中にて長
時間経過すると抵抗分漏れ電流比が徐々に増加していく
。これに対して本実施例の場合には初期時にあって若干
の減少傾向があり、その後は略一定の値を呈し、安定し
た寿命特性を示している。因みに、抵抗分漏れ電流が増
加すると、ジュール熱により徐々に自己発熱し、これが
表面からの放熱量を上回ると素体１の温度が上昇して最
後には熱暴走に至る。

本実施例の場合には上述したように漏れ電流比の増加は
ないのでそのような懸念は一切ないものである。

ところで、本実施例による電圧非直線抵抗体のＳＦ６ガ
ス中での寿命特性が改善された直接の原因は次のような
ものである。すなわち素体１の円筒面に高抵抗ｌｌ１３
を形成するべく塗布されたスラリを構成する酸化ビスマ
ス、酸化鉄、硫化亜鉛の中で、素体１の焼結過程におい
て酸化ビスマスは融剤の役割をなし、酸化鉄の拡散或い
は酸化亜鉛との反応を促進するものと考えられている。

酸化ビスマスにより素体１の拡散された鉄は酸化亜鉛等
と反応して高い抵抗層となる。ざらにイオウが存在する
ことから高抵抗層３の酸素の一部がイオウに置換される
。すなわち、素体１の側面はイオウを含む高抵抗層３で
囲まれることになる。

一方ＳＦｓガスは高電界中で使用されると活性なガスに
分解される。この分解ガス及びＳＦｓガスと高抵抗層３
を含む外周部に存在する吸着水とが反応して反応生成物
が生成される。この反応生成物は高抵抗層３を含む最外
周部を犯して抵抗を変化させる。その結果漏れ電流が増
加して素子が劣化１−ると考えられる。これに対して本
実施例の場合には外周部の高抵抗層３にイオウを含有さ
せているので安定層になっているものと考えられ、最外
周部が犯されて抵抗が変化し、その結果漏れ電流が増加
して電圧高抵抗体が劣化することを防止できるものであ
る。

以上本実施例によると、素体１の側面に鉄を主成分とし
かつイオウを含有する高抵抗層３を設置したことにより
、耐電圧特性、空気中はもとよりＳＦｓガス中での課電
寿命特性に優れた信頼性の高い電圧非直線抵抗体を提供
することができる。

尚、本実施例による電圧非抵抗体は酸素あるいは窒素中
でも良好な寿命特性を発揮するものである。

尚、前記第１の実施例では高抵抗層形成用のスラリ原料
として硫化亜鉛以外は酸化物原料を使用したが、これに
限定されるものではなく焼結して酸化物になるものであ
れば良い。例えば水酸化物、炭酸化物、シュウ酸化物等
であっても同様の効果を得ることができる。さらに前記
第１の実施例で示した以外の添加物を添加しても良い。

例えば非直線抵抗体の特性を向上させる目的で他の成分
を加えても良く、耐湿特性、耐電圧特性をさらに向上さ
せるために、非直線抵抗体の外側にガラス成分等を焼付
けることが考えられる。又、前記第１の実施例では仮焼
した素体１に高抵抗層形成用スラリを塗布したが、成形
された素体１に高抵抗層用スラリを塗布するようにして
も良い。

次に第３図を参照して第２の実施例を説明する。

第３図は本実施例の電圧非直線抵抗体の構成を示す図で
、図中符号１１は円筒状をなす素体であり、この素体１
１の一対の端面には電極１２．１２が設けられ、さらに
その円筒面には高抵抗層１３が設けられている。上記素
体１１は、酸化亜鉛（Ｚｎ　Ｏ）の粉末に酸化ビスｖス
（Ｂｉ　２０３　）、酸化コバルト（ＣＯｚＯ３）、酸
化マンガン（Ｍｎ　Ｏ）　、酸化アンチモン（Ｓｂ　２
０３　）　、Ｒ化ニッケル（Ｎｉ　Ｏ）の粉末を夫々０
．５〜５モル％の範囲で添加し、さらに硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）を加えて構成されている。尚、含有されるイオウの
量としては１〜ｉｏｏｏｐｐｍである。これはｌｐｐｍ
以下ではＳＦｓガス中での寿命特性の向上効果が期待で
きなく、かつ１１０００ｐｐ以上では小電流領域におけ
る非直線特性が低下してしまうことに起因する。

また上記構成をなす電圧非直線抵抗体の製造方法は、前
記第１の実施例の場合と同様であり、まず素体１１を形
成し、その円筒面に高抵抗層形成用スラリを塗布して焼
結する。次にその一対の端面を研磨してアルミニウムを
溶射して電極１２．１２を形成するものである。但し上
記素体１１中には既に述べたようにイオウが所定漁含有
されている。

以上この第２の実施例によると、前記第１の実施例の場
合と同様に、各種特性、特にＳＦｓガス中での寿命特性
の向上を図ることができる。さらに、前記第１の実施例
のように反応する確立が高い外周の高抵抗層中にイオウ
を含有させる場合に比べて、素体１１の場合には反応す
る確立が極めて低いので、少量のイオウを含有させるだ
けで所望の効果を奏することができる。

尚、前記第２の実施例では素体１１の原料として硫化亜
鉛以外は酸化物原料を使用したがこれに限定されるもの
ではなく、焼結して酸化物になるものであれば良い。例
えば水酸化物、炭酸化物、シュウ酸化物等であっても同
様の効果を得ることができる。又、前記第１の実施例で
示した以外の添加物を添加しても良い。例えば非直線抵
抗体の特性を向上させる目的で他の成分を加えても良く
、耐湿特性、耐電圧特性をさらに向上させるために、非
直線抵抗体の外側にガラス成分等を焼付けることが考え
られる。

さらに硫化亜鉛（ＺｎＳ）としてではなく、Ｎｉ　Ｓ、
Ｓｂ　２８３　、Ｃｏ　ｓ、ｃｔｉ　Ｓとしてイオウを
含有させてもよく、前記第２の実施例と同様の作用・効
果を奏することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による電圧非直線抵抗体によ
ると、ＳＦｓガス中での化学的安定性ひいては寿命特性
の向上を図ることができ、ＳＦｓガスの使用に際する信
頼性を大幅に向上させることができる等その効果は大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示す図で、
第１図は電圧非直線抵抗体の側面図、第２図は抵抗弁漏
れ電流比の時間変化を示す特性図、第３図は第２の実施
例による電圧非直線抵抗体の側面図である。 １・・・素体、２・・・電極、３・・・高抵抗層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １１図 １！Ｉ２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電圧非直線性を有し酸化亜鉛を主成分とする素体
   と、上記素体の外周面に設けられた電極と、上記素体の
   外周面に設けられた高抵抗層とを備えた非直線抵抗体に
   おいて、上記高抵抗層又は素体にイオウを含有させたこ
   とを特徴とする電圧非直線抵抗体。
2. （２）上記累体にイオウが１〜１０００ｐｐｍ含有され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   圧非直線抵抗体。
3. （３）上記高抵抗層にイオウが硫化亜鉛（ＺｎＳ）に換
   算して０．１〜２０モル％（総和を１００モル％とした
   とき）含有されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電圧非直線抵抗体。