JPH03254085A

JPH03254085A - ギャップ付避雷器用電圧非直線抵抗体

Info

Publication number: JPH03254085A
Application number: JP2049626A
Authority: JP
Inventors: Kunio Ohira; 大平　邦夫
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-11-13

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】（産業上の利用分野）本発明は酸化亜鉛を主成分とするギャップ付避雷器用電
圧非直線抵抗体に関するものである。

（従来の技術）従来から酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分として、ＢＩＺＯ
３１Ｓｂ２０３．　Ｓｉｎｇ、　Ｃ０ＺＯ３１Ｍｎ０ｚ
等の少量の金属酸化物を副成分として含有した抵抗体は
、優れた電圧非直線性を示すことが広く知られており、
その性質を利用して避雷器等に使用されている。

一方、架空送電線における電気事故のうち、半数以上が
雷による事故で占められており、送電線への落雷により
、鉄塔電位が上昇すると、アークホーンで放電し、続い
て故障電流（続流）が流れるため変電所の遮断器で遮断
し、停電していた。

この問題を解決するため、図面に模式的に示すようなギ
ャップ付避雷器が開発された。これは概念的には碍子装
置２のアークホーン１に避雷機能を持たせたもので、限
流要素部３と直列ギャップ４とから構成される。限流要
素部３は電圧非直線抵抗特性を有する酸化亜鉛素子を直
列に接続し、絶縁物（碍管）内に収納し、あるいは絶縁
物（エチレン、プロピレンゴム）によりモールドしたも
のである。これにより、送電線への落雷で鉄塔電位が上
昇したときに直列ギャップ４で放電させ、短時間のうち
に限流要素部の非直線抵抗特性を利用して続流を完全に
遮断し、変電所の遮断器の作動をなくすることにより停
電の防止を狙っている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、こうしたギャップ付避雷器では、既存の鉄塔間
に新たにギャップ付避雷器を挿入しなければならないの
で、アークホーン１との絶縁強調が問題であり、落雷時
に直列ギャップ４に閃絡させてアークホーン１での閃絡
を防止する必要がある。

しかし、従来の酸化ビスマス系酸化亜鉛素子の比誘電率
（ＩＭＨ２）は、６５０程度が限界のため、直列ギャッ
プ４で閃絡が発生するフラッシュオーバー電圧を小さく
することが難しかった。従って、アークホーン１のギャ
ップ間隔を長くする必要があるため、既設鉄塔へと避雷
器を取り付ける際には、碍子２を増結したりアークホー
ンを取り換える必要がある場合があった。

本発明の課題は、比誘電率が高く、直列ギャップの閃絡
電圧を低減してアークホーンとの絶縁協調を容易にとる
ことができるようなギャップ付避雷器用電圧比直線抵抗
体を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明は、酸化亜鉛を主成分として含有しかつ少なくと
も酸化ビスマスを添加成分として含有する混合物を造粒
、成形、焼成してなるギャップ付避雷器用電圧非直線抵
抗体において、ＢａＴｉ０．結晶、５ｒＴｉ（ｈ結晶又
はＰｂＴｉＯ３結晶が酸化亜鉛粒子の粒間層に０．０１
〜１５．０重量％含有されていることを特徴とするギャ
ップ付避雷器用電圧非直線抵抗体に係るものである。

（作　用）本発明に係るギャップ付避雷器用電圧非直線抵抗体によ
れば、酸化亜鉛粒子の粒間相に、ＢａＴｉ０：＋結晶、
ＳｒＴｉＯ３結晶又はＰｂＴｉ０．結晶を０．０１〜１
５．０重量％含有させているので、これらの高誘電率の
結晶により抵抗体の比誘電率を高め、例えば７００以上
とすることができる。これにより、限流要素郡全体の比
誘電率を高め、それだけ直列ギャップの閃絡電圧を低減
できるので、絶縁協調性に優れ、既設の鉄塔にこのギャ
ップ付避雷器を取り付ける際にも、碍子の増結やアーク
ホーンの取り換えの必要はない。

しかも、ここでＢａＴｉＯｘ、　５ｒＴｉＯ，、、ｐｂ
Ｔｉｏ３の結晶を採用したことが重要である。即ち、例
えば特開昭６２−２６８１０２号公報、同６２−２８６
２０２号公報、同６３９０８０２号公報及び同６３−９
０８０４号公報では、通常の非ギャップ型避雷器用の電
圧非直線抵抗体においては、Ｂａ／Ｂｉ　とＴｉ／Ｂｉ
あるいはＳｒ／Ｂｉ　とＴｉ／Ｂｉを特定範囲に規定す
ることが開示されているが、これらは単にＢａ、　Ｔ＋
＋　Ｓｒの酸化物を原料に添加するのみであり、もとも
と比誘電率向上を目的としているわけではない。しかも
、これらの酸化物は焼成時に粒界相の酸化ビスマス層に
固溶し、酸化バリウム等の結晶の残存量が著しく減少し
、このため誘電率への寄与は見られなかった。こうした
技術とは全く異なり、本発明では、ＢａＴｉＯ３，５ｒ
ＴｉＯ，。

ＰｂＴ＋０：＋の結晶をＺｎＯの粒間相に存在させてい
るので、ギャップ付避雷器用として前記の優れた効果を
発揮亥る電圧非直線抵抗体を提供できるわけである。

酸化亜鉛粒子の粒間相に含有されるＢａＴｉ０：＋結晶
、５ｒＴｉＯ＋結晶又はＰｂＴｉ０：＋の結晶の含有率
は０．０１〜１５．０重里％とするが、これを０．０１
〜１０．０重量％とすると好ましく、０．１〜１．５重
量％とすると更に好ましい。これが１５．０重量％を越
えると非直線定数αが低下してバリスタ特性が悪化し、
０．０１重量％より低いと比誘電率向上の効果が薄くな
る。

酸化亜鉛粒子の粒間相に含有されるＢａＴｉ０＋結晶、
５ｒＴｉＣｈ結晶又はＰｂＴｉ０：＋結晶の平均粒径は
５μｍ以下が好ましく、１．５〜３μｍが更に好ましい
。

結晶の粒径が５μｍより大きくなると酸化亜鉛の結晶粒
子同士の接触が妨げられバリスターとしての電気特性が
低下する。結晶の定量は粉末Ｘ線回折定量法により測定
した。結晶粒径は走査型電子顕微鏡で測定した。

（実施例）電圧非直線抵抗体を製造するには、所定の粒度に調整し
た酸化亜鉛原料と所定の粒度に調整した酸化ヒスマス、
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化アンチモン、酸化ク
ロム、酸化ケイ素、酸化ニッケル、酸化銀、酸化ホウ素
等よりなる添加物の所定量を混合する。なお、この場合
酸化銀、酸化ホウ素の代わりに硝酸銀、ホウ酸を用いて
もよい。

好ましくは銀を含むホウケイ酸ヒスマスガラスを用いる
とよい。これら原料粉末に対して所定量のポリビニルア
ルコール水溶液等を加え、好ましくはデイスパーミルに
より混合した後、好ましくはスプレードライヤにより造
粒して造粒物を得る。

ここにおいて、本発明の電圧非直線抵抗体を製造するに
は、添加物を混合して原料を調製する際、表１〜３に示
す所定粒径のＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉＯ＝又はＰｂＴｉ
０．の結晶を使用し、これらの結晶を他の添加物のよう
には粉砕せず、所定粒径の結晶のまま使用してデイスパ
ーミルで混合する。この際、ＢａＴｉ０゜結晶、ＳｒＴ
ｉＯ３結晶又はＰｂＴｉ０：＋の結晶の平均粒径は２μ
ｍ以上とすることが好ましく、２．５〜４μｍとすると
更に好ましい。

造粒後、成形圧力８００〜１０００ｋｇ／ｃｎｔＯ下で
所定の形状に成形する。そして成形棒を昇降温速度３０
〜７０°Ｃ／ｈｒで８００〜１０００°Ｃ１保持時間１
〜５時間という条件で仮焼成する。

なお、仮焼成の前に成形棒を昇降温速度１０〜１００’
Ｃ／ｈｒで４００〜６００°Ｃ１保持時間１〜１０時間
で加熱し結合剤を飛散除去することが好ましい。これを
脱脂体という。

次に、仮焼成した仮焼体の側面に側面高抵抗層を形成す
る。酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化ケイ素等の所
定量に有機結合剤としてエチルセルロース、ブチルカル
ピトール、酢酸ｎブチル等を加えた側面高抵抗層用混合
物ペーストを、６０〜３００　μｍの厚さに仮焼体の側
面に塗布する。なお、前記混合物ペーストは成形棒また
は脱脂体に塗布してもよい。次に、これを昇降温速度４
０〜１００”Ｃ／ｈｒ　、１０００〜１３００°Ｃ好ま
しくは１１００〜１２５０°Ｃ１保持時間３〜７時間と
いう条件で本焼成する。

なお、ガラス粉末に有機結合剤としてエチルセルロース
、ブチルカルピトール、酢酸ｎブチル等を加えたガラス
ペーストを、前記の側面高抵抗層上に１００〜３００μ
ｍの厚さに塗布し、空気中で昇降温速度ｌＯＯ〜２００
°Ｃ／ｈｒ、５００〜９００°Ｃ１保持時間０．５〜１
０時間という条件で熱処理することによりガラス層の形
成を同時に実施することも可能である。

その後、得られた電圧非直線抵抗体の両端面をＳｉＣ，
＾１□０３＋　ダイヤモンド等の＃４００〜＃２０００
相当の研磨剤により水または油を使用して研磨する。

次に研磨面を洗浄後、研磨した両端面に例えばアルミニ
ウム等によって電極を例えば溶射により設けて電圧非直
線抵抗体を得ている。

以下、実際に本発明範囲内および範囲外の電圧非直線抵
抗体について各種特性を測定した結果について説明する
。

夫嵐班上表１に示す所定量、所定粒径のＢａＴｉＯ３結晶を用い
、ＢｉｚＯ＋　１．０　モ／Ｌ／％、ｃｏ２ｏ３１．Ｏ
モル％、　Ｍｎ０２０．５−Ｅル％、５ｂｚＯ＋　１．
０　モル％＋　Ｃｒ　ｚ　Ｏ３０−５モル％、　ＮｉＯ
１，０−Ｅ／Ｌ／％、５ｉＯｚ　１．５モル％、　Ａｌ
（ＮＯ３）３・９８２００．００５モル％および残部が
上記酸化亜鉛原料からなるように酸化亜鉛原料と添加物
を屓合し、ホウケイ酸ビスマスガラスを外記で０．１ｗ
ｔ％添加し、前記したように仮焼成、側面高抵抗層の形
成、本焼成を行い、表１に示す各電圧非直線抵抗体を作
成した（径４７ｍｍ、高さ２２．５ｍ＋ｎ、バリスター
電圧ＶＩＡ　＝６．３ＫＶ）。ここで、ＢａＴｉＯ３結
晶の添加量と平均粒径とを表１に示すように変化させ、
製造した電圧非直線抵抗体中に含有されるＢａＴｉ０：
＋結晶の残留量を変化させた。

次いで、これらの各電圧非直線抵抗体について、それぞ
れ比誘電率（Ｉ　ＭＨｚ）、非直線定数α、雷サージ放
電耐量及び雷サージ印加後のＶＩｍＡ変化率を測定し、
その結果を表１に示した。

非直線定数αは、電流０．１ｍＡ通電時と１ｍＡ通電時
との制限電圧から計算した。雷サージ放電耐量は、１０
０個の試験体を準備し、４／１ｏμｓの波形のインパル
ス電流（１２０ＫＡ）を２回繰り返して印加し、これに
よって破壊しなかった合格品の数を試験体の個数（１０
０）で除した比率として求めた。ＶＩｍＡ変化率は、４
／１０μｓの波形のインパルス電流（１２０ＫＡ）を２
回繰り返して印加した後の変化率として求めた。

表１に示す結果から明らかなように、本発明に従って電
圧非直線抵抗体中にＢａＴｉＯ３結晶を含有させること
により、比誘電率、非直線定数、雷サジ放電耐量をいず
れも大きくし、ΔＶｌｆｆｉＡを低く抑えることができ
る。

１」動性２実施例１において、原料混合物へと添加するＢａＴｉ０
：＋結晶の代わりに、ＳｒＴｉＯ３結晶を用い、この５
ｒＴｉＯ＋結晶の平均粒径、添加量を種々変化させ、実
施例１と同様の方法で表２に示す各電圧非直線抵抗体を
作成した。そして、これらの各電圧非直線抵抗体につき
、それぞれ実施例１と同様の測定を行った。測定結果を
表２に示す。

表２に示す結果から明らかなように、本発明に従って電
圧非直線抵抗体中に５ｒＴｉＯ，、結晶を含有させるこ
とにより、比誘電率、非直線定数、雷サージ放電耐量を
いずれも大きくし、ΔνＩｍＡを低く抑えることができ
る。

失旌班１実施例１において、原料混合物へと添加するＢａＴｉ０
：＋結晶の代わりに、ＰｂＴｉＯ３結晶を用い、このＰ
ｂＴ＋０３結晶の平均粒径、添加量を種々変化させ、実
施例１と同様の方法で表３に示す各電圧非直線抵抗体を
作成した。そして、これらの各電圧非直線抵抗体につき
、それぞれ実施例１と同様の測定を行った。測定結果を
表３に示す。

表３に示す結果から明らかなように、本発明に従って電
圧非直線抵抗体中にＰｂＴｉ（１＋結晶を含有させるこ
とにより、比誘電率、非直線定数、雷サージ放電耐量を
いずれも大きくし、Δｖ＋ｍＡを低く抑えることができ
る。

（発明の効果）本発明に係るギャップ付避雷器用電圧非直線抵抗体によ
れば、酸化亜鉛粒子の粒間相にＢａＴｉ０．結晶、５ｒ
ＴｉＯ＋結晶又はＰｂＴｉ０ｚ結晶を含有させているの
で、これらの結晶により抵抗体の比誘電率を高めること
ができる。これにより、ギャップ付避雷器の限流要素部
会体の誘電率を高め、直列ギャップの閃絡電圧を低減で
きるので、絶縁協調性に優れたコンパクトなギャップ付
避雷器が得られる。

従って、既設の鉄塔にこのギャップ付避雷器を取り付け
る際に、碍子の増結やアークホーンの取り換えの必要は
ない。

しかも、ＢａＴｉ０：＋結晶、ＳｒＴｉＯ３結晶又はＰ
ｂＴｉ０：＋結晶の含有率を０．０１重量％以上として
いるので、比誘電率向上の効果が充分大きく、１５．０
重量％以下としているので、非直線定数αの低下も防止
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアークホーンにギャップ付避雷器を取り付けた
状態を示す模式図である。１・・・アークホーン３・・・限流要素部２・・・碍子装置４・・・直列ギャソプ

Claims

【特許請求の範囲】

１．酸化亜鉛を主成分として含有しかつ少なくとも酸化
ビスマスを添加成分として含有する混合物を造粒、成形
、焼成してなるギャップ付避雷器用電圧非直線抵抗体に
おいて、ＢａＴｉＯ＿３結晶、ＳｒＴｉＯ＿３結晶又は
ＰｂＴｉＯ＿３結晶が酸化亜鉛粒子の粒間層に０．０１
〜１５．０重量％含有されていることを特徴とするギャ
ップ付避雷器用電圧非直線抵抗体。