CN1281230A - 电压非直线电阻体组件和避雷器组件 - Google Patents

电压非直线电阻体组件和避雷器组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在放电抵抗值不降低的情况下,实现体积减小的电压非直线电阻体组件和避雷器组件。电压非直线电阻体按照下述方式制作,该方式为:使下述烧结体的两个端面具有规定的表面粗糙度,该烧结体这样形成,即原料成形,对其进行焙烧,之后形成圆柱状。接着,设置1个或以叠置方式设置多个电压非直线电阻体,将端子件安装于其两个端部。通过焊锡材料,将电压非直线电阻体之间以及电压非直线电阻体与端子件之间连接。

Description

电压非直线电阻体组件和避雷器组件
本发明涉及电力系统设备中所使用的电压非直线电阻体组件和避雷器组件。
一般,电力系统设备采用各种电阻体。比如,在避免电力系统受到异常电压影响的电路中所采用的避雷器中,采用电压非直线电阻体。该电压非直线电阻体的基体采用作为陶瓷材料的氧化锌(ZnO)系材料。具体来说,以下述烧结体作为基体,该烧结体是这样形成的,以氧化锌(ZnO)为主成分,添加下述副成分,水和有机粘接剂,该副成分由铋(Bi),锑(Sb),镍(Ni),钴(Co),锰(Mn),铬(Cr),硅(Si)的氧化物等形成,对它们进行充分搅拌,之后通过喷雾式干燥机等,形成颗粒,进行成形,进行焙烧。
另外,在烧结体的侧面,根据需要,涂敷用于防止表面闪络的高电阻物质,对其再次焙烧,形成高电阻层。接着,对烧结体的两个端面进行研磨,安装电极外层膜,制造成电压非直线电阻体。避雷器按照下述方式形成,该方式为:设置1个或以叠置方式设置多个这样的电压非直线电阻体的基体,通过绝缘物,对端子件施加压力。还有,在避雷器中,设置有用于以导通方式连接该端子件的弹簧结构。
按照上述方式,由于避雷器采用弹簧结构,这样部件数量较多,会增加成本。另外,近年来,电力系统中的设备结构正在实现小型化,以便降低输送电成本,这样就要求这些绝缘物质的设置结构实现小型化。
于是,如JP特开平10-270214号公报或JP特开平10-275737号公报所述,人们开发了下述电压非直线电阻体组件,在该组件中,在多个氧化锌烧结体之间,通过导电性材料,将这些烧结体连接,对连接体的两个端部进行金属喷镀处理,通过低熔点金属材料,与端子件连接,使基体与端子件形成一体,从而使部件数量减少,并且使成本降低。
但是,在这种形式的电压非直线电阻体组件中,如果各电压非直线电阻体之间的,以及各电压非直线电阻体与端子件之间的连接不良,则难于获得均匀的导电性。即,各电压非直线电阻体之间的,以及各电压非直线电阻体与端子件之间的连接必须在不损害通电性的情况下,保持牢固状态。
在过去的连接方法中,作为导电性材料,采用由银粉末,玻璃粉末,有机粘接剂形成的导电性膏,由于有助于连接强度的玻璃粉末为绝缘物质,这样所形成的连接面的导电性较差,难于获得均匀的导电性。为此,具有下述问题,即在放电抵抗值时,容易产生电流集中,放电抵抗值降低。
本发明的目的在于提供一种在放电抵抗值不降低的情况下,实现体积减小的电压非直线电阻体组件和避雷器组件。
权利要求1的发明电压非直线电阻体组件,其特征在于包括1个或按照叠置方式设置的多个电压非直线电阻体,在该电阻体中,由原料形成,通过烧结,呈圆柱状烧结体的两个端面表面粗糙度的中心线平均粗糙度Ra在1~2μm的范围内,在该烧结体上形成电极外层膜;端子件,其加工成规定形状,安装于上述电压非直线电阻体上;焊锡材料,其设置于上述电压非直线电阻体之间,以及上述电压非直线电阻体与上述端子件之间的连接面之间,使热源与上述焊锡材料相接触,对该焊锡材料进行加热,在旋转的同时,沿垂直方向对连接面施加荷载,实现连接。
在权利要求1的发明中,权利要求2的发明电压非直线电阻体组件,特征在于在将上述电压非直线电阻体之间,或上述电压非直线电阻体与端子件之间连接时,如果连接面较小的一个的直径由R5表示,则其中一个连接面的中心轴与另一连接面的中心轴的偏移量在0.1×R5以下的范围内。
在权利要求1的发明中,权利要求3的发明电压非直线电阻体组件,特征在于在上述电压非直线电阻体中,在上述烧结体的侧面,预先形成具有下述高电阻层的无机系绝缘涂料,该高电阻层以富铝红柱石(Al6Si2O13)作为主成分,其中AlPO4的含量在5.0~20wt%的范围内,TiO2或Fe2O3的含量在0.2~5wt%的范围内。
在权利要求3的发明电压非直线电阻体组件中,不仅具有权利要求1的发明作用,电压非直线电阻体中的无机系绝缘涂料形成以富铝红柱石(Al6Si2O13)作为主成分的高电阻层,使与烧结体的连接强度提高。
在权利要求3的发明中,权利要求4的发明电压非直线电阻体组件特征在于在上述无机系绝缘涂料上,还具有以SiO2,Al2O3为主成分的非晶质的高电阻膜。
在权利要求4的发明电压非直线电阻体组件,电压非直线电阻体组件中,不仅具有权利要求3的发明的作用,在无机系绝缘涂料上,还形成以SiO2,Al2O3为主成分的非晶质的高电阻膜,从而使疏水性提高。
在权利要求1的发明中,权利要求5的发明电压非直线电阻体组件,特征在于形成于上述烧结体上的电极外层膜由下述电极外层膜形成,该电极外层膜由作为第1层的Al或Al合金,以及作为第2层的Cu或Cu合金构成的多层形成。
在权利要求5的发明电压非直线电阻体组件中,不仅具有权利要求1的发明作用,在烧结体的表面上,设置有由作为第1层的Al或Al合金,以及作为第2层的Cu或Cu合金形成的多层,形成电极外层膜。
在权利要求1的发明中,权利要求6的发明电压非直线电阻体组件,特征在于上述电极外层膜的厚度小于300μm。
在权利要求6的发明电压非直线电阻体组件中,不仅具有权利要求1的发明作用,在烧结体的表面上,形成厚度小于300μm的电极外层膜。
在权利要求1的发明中,权利要求7的发明电压非直线电阻体组件,特征在于上述焊锡材料以Sn为主成分,作为副成分,包含有Cu,Ag,Sb中的至少一种,Sn的含量在70~99%的范围内,Ag的含量在3~20%的范围内,Cu和Sb的含量小于5%,铅的含量小于0.1wt%。
在权利要求7的发明电压非直线电阻体组件中,不仅具有权利要求1的发明作用,采用铅的含量小于0.1wt%的焊锡材料。由此,防止环境污染。此外,采用以Sn为主成分,还具有规定的副成分的焊锡材料,则确保杨氏模数和抗拉强度。
权利要求8的发明避雷器组件,特征在于该组件包括权利要求1~7中的任何一项所述的电压非直线电阻体组件;热硬化性的多孔主绝缘性管,其覆盖上述电压非直线电阻体组件中的两个端部的除了端子件以外的部分;金属圆板,其设置于上述电压非直线电阻体组件中的端子件部分,夹持上述多孔主绝缘性管的端部;第2端子件,其与下述突起状的螺纹部以螺纹方式嵌合,该螺纹部通过上述金属圆板设置,其直径比与形成于上述端子件的中心部的,连接面一侧的端子件直径的1/3大。
权利要求8的发明避雷器组件通过热硬化性的多孔状绝缘性管,覆盖权利要求1~7中的任何一项所述的电压非直线电阻体组件两个端部中的除了端子件以外的部分,夹持多孔状绝缘性管端部的金属圆板设置于电压非直线电阻体组件的端子件部分。另外,该避雷器组件按照下述方式形成,即通过金属圆板,设置第2端子件,通过弹性绝缘性覆盖体,覆盖多孔状绝缘性管的外周。
在权利要求8的发明中,权利要求9的发明避雷器组件,特征在于上述金属圆板在与上述电压非直线电阻体组件中的端子件相对一侧,设置有多个凸状的突起部。
在权利要求9的发明避雷器组件中,不仅具有权利要求8的发明作用,还通过金属圆板的突起部,牢固地夹住绝缘性管。
在权利要求8的发明中,权利要求10发明的避雷器组件,特征在于上述弹性绝缘性覆盖体沿一个方向具有厚度较薄部。
在权利要求10的发明避雷器组件中,除了具有权利要求8的发明作用,通过弹性绝缘性覆盖体中的厚度较薄部,将电弧的释放控制在1个方向。
图1为本发明实施例的电压非直线电阻体组件的说明图;
图2为表示本发明实施例的电压非直线电阻体的一个实例正面图;
图3为本发明实施例的电压非直线电阻体组件制造时的正面图;
图4为本发明实施例的电压非直线电阻体组件制造时的平面图;
图5为本发明实施例的电压非直线电阻体的另一实例正面图;
图6为本发明实施例的电压非直线电阻体组件的再一实例正面图;
图7为表示本发明实施例的电极外层膜的厚度,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图8为表示本发明实施例的电极外层膜的材质和结构,与抗拉强度之间关系的曲线图;
图9为表示本发明实施例的电压非直线电阻体之间的偏移量,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图10为表示本发明实施例的端子件和电压非直线电阻体的位置,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图11为表示距本发明实施例的电压非直线电阻体中的连接部的中心部偏移量,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图12为表示本发明的实施例的电压非直线电阻体的形状,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图13为表示本发明实施例的电压非直线电阻体的平行度,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图14为表示本发明实施例的膏状焊锡材料中低熔点金属的直径,与连接强度之间关系的曲线图;
图15为表示本发明实施例的膏状焊锡材料中低熔点金属的厚度,与连接强度之间关系的曲线图;
图16为表示本发明实施例的膏状焊锡材料的涂敷条件,与放电抵抗值之间关系的曲线图;
图17为表示本发明实施例的电压非直线电阻体组件制造时的压力荷载,与连接强度之间关系的曲线图;
图18为表示本发明实施例的电压非直线电阻体组件连接时,焊锡加热时的升温速度,与连接强度之间关系的曲线图;
图19为表示本发明实施例的电压非直线电阻体组件中端子固定件的厚度,与连接强度之间关系的曲线图;
图20为表示本发明的实施例的避雷器组件的剖面图;
图21为表示本发明实施例的避雷器组件中第2端子固定件的一个实施例正面图;
图22为表示本发明实施例的避雷器组件弹性绝缘性覆盖体的一个实例剖面图;
图23为表示本发明实施例的避雷器组件弹性绝缘覆盖体的另一实例剖面图。
下面对本发明的实施例进行描述。图1为本发明实施例的电压非直线电阻体组件说明图。该电压非直线电阻体组件1可安装于柱状变压器内部或配电盘内部。
该电压非直线电阻体组件1按照下述方式形成,该方式为:其设置有1个或以叠置方式设置有多个电压非直线电阻体2,在其两端部,安装有包括突起状螺纹部的端子件4。另外,在各电压非直线电阻体2之间,以及在电压非直线电阻体2与端子件4之间,设置有焊锡材料3。图1示出了叠置有5个电压非直线电阻体2的电压非直线电阻体组件1。
各电压非直线电阻体2按照下述方式形成。在主成分ZnO中,添加按照规定量秤量的,作为副成分的Bi等微量添加物,以其作为原料。通过混合器,将该原料,与水和分散剂等有机粘接剂一起混合。接着,通过比如,喷雾式干燥机对该混合物,进行喷雾处理,而形成规定粒径,比如100μm的颗粒。然后,将该颗粒粉放入模具中,对其施加压力,形成圆柱状,获得成形体。
在比如,500℃的温度下,在空气中对按照上述方式获得的成形体进行焙烧,以便去除所添加的有机粘接剂类的成分,接着在空气中,在1200℃的温度下,焙烧2个小时,由此,如图2所示,可获得烧结体5。之后,采用下述磨刀石,对上述烧结体5的两个端面进行研磨加工,形成电极外层膜面,该磨刀石的表面粗糙度中的中心线平均粗糙度Ra在1~2μm范围内。另外,将按照规定配合比预先调整的银糊6涂敷于两个端面,获得形成有电极外层膜的电压非直线电阻体2。
此后,再次在形成电压非直线电阻体2的电极外层膜面上,设置焊锡材料3,将规定个数的,比如5个电压非直线电阻体2叠置,并且将规定形状的端子件4叠置于上述叠置体的两个端面上。此外,如图3和图4所示,使焊锡3熔化。图3为本发明实施例的电压非直线电阻体组件制造时的正面图,图4为其平面图。
如图3和图4所示,采用支承台7和支承杆8,在与电压非直线电阻体2之间的,以及电压非直线电阻体2与端子件4之间的连接面不同的部分,将支承台7和支承杆8与电压非直线电阻体2接触,按照支承电压非直线电阻体组件1的方式进行设置。接着,通过接触热源9的方式,对设置有焊锡材料3的连接部的局部进行加热,在进行旋转的同时,沿连接方向和垂直方向施加荷载。在此场合,从60℃/min的升温速度升温到最高温度,使最高温度增加到高出焊锡材料3的熔点30℃以上的程度,之后,按照10℃/min的速度进行降温,获得电压非直线电阻体组件1。
对于按照上述方式获得的电压非直线电阻体组件1的电气特性,已确认获得与按照已有方式将5个电压非直线电阻体2叠置,在它们之间设置绝缘材料的场合相同的特性。在上面的描述中,在制作电压非直线电阻体2时,采用磨刀石,对烧结体5的表面粗糙度进行控制,但是,也可在研磨之后,采用规定粒径的粉体,进行喷射加工。在此场合,还可进行均匀的控制。
另外,如果烧结体5的表面孔隙率小于15%,则提高该烧结体基体的强度,在磨刀石研磨与喷射加工时,烧结体基体处于不造成脱粒的状态,形成电极外层膜时的烧结体基体的表面与电极外层膜表面之间连接强度良好。除了这些控制以外,还具有下述最佳效果,即虽然具有焙烧时的升温速度,保持时间,焊锡的配合比等因素,但是仍可对构成电压非直线电阻体2的配合比进行选择。
因此,按照下述方式选择构成电压非直线电阻体2的配合比。以ZnO为主成分,作为副成分,将铋,钴,锰,锑,镍分别转换为Bi2O3,MnO,Co2O3,Sb2O3,NiO,Bi2O3的含量在0.1~5mol%的范围内,Co2O3的含量在0.1~5mol%的范围内,MnO的含量在0.1~5mol%的范围内,Sb2O3的含量在0.1~5mol%的范围内,NiO的含量在0.1~5mol%的范围内,相对这些基本成分,硼转换为B2O3,其含量在0.001~1wt%的范围内,铝转换为Al3+,其含量小于0.05mol%,MnO/Sb2O3的比率在0.3~1的范围内,Sb2O3/Bi2O3的比例在1~7的范围内,根据这样的配合比,制作烧结体5。
按照上述方式制造的烧结体可降低其孔隙率,可提高基体强度。由此,在磨刀石研磨和喷射加工时,烧结体基体材料难于产生脱粒情况,形成电极外层膜的面与电极外层膜表面之间的连接强度良好。
电压非直线电阻体2除了图2所示的形式以外,还可按照图5所示的方式形成。即,在烧结体5的侧面,涂敷以低熔点的玻璃为主成分的无机系绝缘涂料10,进行焙烧,按照规定的表面粗糙度,对两个表面进行研磨,形成电极外层膜表面。之后,通过采用电弧放电的电弧喷镀方式,形成Cu电极外层膜11代替银糊6,获得电压非直线电阻体2。
对于按照上述方式获得的电压非直线电阻体2,由于侧面的无机系绝缘涂料10的作用,这样放电时的绝缘特性优良,抵抗特性提高。另外,由于Cu电极外层膜11的导电率优良,这样在放电时,发热受到抑制,可抑制传送给焊锡材料3的热应力。
在这里,采用电弧喷镀法,形成Cu电极外层膜11,代替银糊6,但是作为电极外层膜材料,采用Cu合金,比如Cu-Zn合金,并且通过下述的等离子体喷镀法,或下述的高速气体火炎喷镀法或高速喷镀法,形成电极外层膜,也可具有相同的效果,该等离子体喷镀法指通过等离子体热源,使材料熔化,在烧结体基体的表面上,形成电极外层膜,该高速气体火炎喷镀法或高速喷镀法指采用高速气体火炎,以高速将熔化的材料附着于烧结体基体的表面,由此形成电极外层膜。
此外,如图6所示,也可形成电压非直线电阻体2,从而使放电抵抗特性与连接强度提高。即,在烧结体5的侧面,作为侧面绝缘涂料,以富铝红柱石作为主成分,按照规定量添加磷酸铝,与TiO2或Fe2O3,在400℃的温度下,对其进行焙烧,在烧结体侧面,形成下述高电阻层12,该高电阻层12以富铝红柱石作为主成分,其中AlPO4的含量在5.0~20wt%的范围内,TiO2或Fe2O3的含量在0.2~5wt%的范围内。此外,根据需要,在高电阻层12上,还形成非晶质的高电阻膜15,该膜15以SiO2,Al2O3为主成分。
按照规定的表面粗糙度,对烧结体5进行研磨,在该研磨面上,通过等离子体喷镀法,形成作为第1电极外层膜13的Al或Al合金,接着在其上,形成作为第2电极外层膜14的,由Cu或Cu合金形成的层,从而获得电压非直线电阻体2。
由此,由于侧面绝缘涂层采用上述高电阻层12的无机系涂料,这样提高该涂层与烧结体5之间的连接强度。另外,由于侧面绝缘涂料的孔隙率减小,这样可提供放电抵抗值优良的电压非直线电阻体2。此外,在设置有高电阻膜15的场合,可提供疏水性高,耐湿特性优良的电压非直线电阻体2。
还有,由于第1电极外层膜13采用熔点较低的,杨氏模数较小的铝或铝合金,其设置于作为由第2电极外层膜14的Cu或Cu合金形成的层之间,这样可提供连接强度保持稳定的电压非直线电阻体2。
在上面的描述中,采用具有形成电极外层膜的材质或侧面绝缘涂料的电压非直线电阻体2,对连接强度与放电抵抗特性进行了描述,但是形成电极外层膜的状态或电极外层膜的厚度也对放电抵抗特性造成影响。于是,采用图2的电压非直线电阻体组件2,预先制作电极外层膜厚度不同的电压非直线电阻体组件,对放电抵抗特性的关系进行分析。
图7为表示本发明实施例的电极外层膜的厚度与放电抵抗值之间关系的曲线图。以电极外层膜的厚度作为横轴,以通脉冲电流时破坏前的电流值作为纵轴。从图7显然知道,如果电极外层膜的厚度超过300μm,则放电抵抗特性大大降低。在上述实例中,列举的是采用图2所示的电压非直线电阻体2的实例,但是已确认采用其它的图5,图6的电压非直线电阻体2,也具有相同的效果。
接着,为了对电压非直线电阻体组件1的连接强度进行分析,进行拉伸试验。具体来说,在形成于端子件4的丝锥上,安装夹具,测定拉伸强度。作为比较实例(已有实例),导电性材料采用由银粉末,玻璃粉末,有机粘接剂形成的导电性糊,制备电压非直线电阻体2连接在一起的电压非直线电阻体组件1。作为本发明,制备下述电压非直线电阻体组件1,该电压非直线电阻体组件1分别采用图2的电压非直线电阻体2(银糊+焊锡),图5的电压非直线电阻体2(Cu+焊锡),图6的电压非直线电阻体2(Al+Cu/Zn+焊锡),进行比较试验。
图8表示其比较结果。在图8中,黑点表示平均值,上下的直线表示误差。从图8显然知道,在导电性材料采用由银粉末,玻璃粉末,有机粘接剂形成的导电性糊的已有实例中,强度为0.5MPa,与此相对,在电压非直线电阻体2采用银糊的场合,本发明的电压非直线电阻体组件1的连接强度为1.0MPa,在Cu电极外层膜的场合,其强度为1.2MPa,在Al喷镀膜/Cu-Zn喷镀膜的场合,其强度大于1.4MPa,从而获得良好的特性。
在上述电压非直线电阻体组件1的实例中,通过采用图3和图4所示支承台7与支承杆8的夹具而获得的电压非直线电阻体组件1,但是,随制造方法的不同,端子件的形状,连接状态的形状等,放电抵抗特性也有较大差别。即,在连接电压非直线电阻体2时,在不采用图3和图3所示支承台7与支承杆8的夹具的场合,电压非直线电阻体2之间的连接会产生偏移,另外电压非直线电阻体2与端子件4的连接会产生偏移,从而放电抵抗特性降低。于是,对连接的偏移量与放电抵抗特性之间的关系进行分析。
图9为表示电压非直线电阻体2之间的偏移量,与放电抵抗值之间关系的曲线图。在图9中,未采用图3和图4所示支承台7和支承杆8的夹具,将电压非直线电阻体2连接,不连接端子件4,进行放电抵抗值试验。电压非直线电阻体2中的较大直径由R1表示,较小的直径由R2表示,以(R1-R2)/R2作为横轴,以通脉冲电流时破坏前的电流值作为纵轴。从图9显然知道,如果(R1-R2)/R2超过0.05,则放电抵抗特性大大降低。
另外,图10表示端子件4和电压非直线电阻体2的位置,与放电抵抗值之间关系的曲线图。在图10中,在电压非直线电阻体2的部分,设置图3和图4所示支承台与支承杆8的夹具,进行固定,在端子件4的连接部不设置夹具,对其进行连接,进行放电抵抗值试验。端子件4的直径由R3表示,电压非直线电阻体2的连接面的直径由R4表示,以(R3-R4)/R4作为横轴,以通脉冲电流时破坏前的电流值作为纵轴。从图10显然知道,在端子件4的直径大于电压非直线电阻体2的场合,放电抵抗特性下降,当(R3-R4)/R4超过0.3时,则放电抵抗特性大大降低。
此外,图11表示距电压非直线电阻体中连接部的中心部的偏移量,与放电抵抗值之间关系的曲线图。在图11中,其中一个连接面中的较小直径由R5表示,以其中一个连接面的中心轴与另一个连接面的中心轴的偏差作为横轴,以通脉冲电流时破坏前的电流值作为纵轴。从图11显然知道,如果连接之间的偏差大于0.1×R5,则放电抵抗特性大大降低。还有,对电压非直线电阻体组件1的放电抵抗特性造成的影响,除了连接时的偏移量和端子件4的形状,制造条件以外,还考虑电压非直线电阻体2本身的形状。于是,对电压非直线电阻体2的形状与放电抵抗值之间的关系进行分析。
图12表示电压非直线电阻体2的形状,与放电抵抗值之间关系的曲线图。在图12中,在电压非直线电阻体2的厚度方向上中间部的直径由R6表示,端部的直径由R7表示,对比值R6/R7进行测定,之后采用图3和图4所示支承台7与支承杆8的夹具进行固定,制作电压非直线电阻体组件1。接着,对该电压非直线电阻体组件1进行试验。以这些比值R6/R7作为横轴,以通脉冲电流时破坏前的电流值作为纵轴。从图12显然知道,如果比值R6/R7超出0.9≤R6/R7≤1的范围,则放电抵抗特性大大降低。
再有,不仅电压非直线电阻体2的侧面形状,而且两端面的平行度也与放电抵抗特性具有密切关系。于是,对电压非直线电阻体2的平行度与放电抵抗值之间的关系进行分析。图13表示电压非直线电阻体2的平行度,与放电抵抗值之间关系的曲线图。从图13显然知道,如果平行度超过20/100,则放电抵抗特性大大降低。
下面对采用特殊的焊锡材料3时的电压非直线电阻体进行描述。一般,焊锡材料3采用Sn-Pb系共晶焊锡。从防止环境污染的方面来说,最好采用Pb含量较少的焊锡材料。于是,采用Pb含量小于0.1wt%,熔点大于210℃的焊锡材料3,提供对环境有利的电压非直线电阻体组件1。
即,采用下述低熔点金属形成的焊锡材料,在焊锡材料中,以Sn为主成分,含有Cu,Ag,Sb中的至少一种,Sn的含量在70~99%的范围内,Ag的含量在3~20%的范围内,Cu,Sb的含量在小于5%的范围内。该焊锡材料3的杨氏模数和拉伸强度特别优良,采用这些焊锡材料的电压非直线电阻体组件1即使在高温环境下,仍具有稳定的连接强度。
对下述电压非直线电阻体组件1的,在120℃时的连接强度的差别,与比较实例一起进行试验,该电压非直线电阻体组件1采用上述焊锡材料3和作为一般的低熔点金属的,Sn的含量为60%,Pb的含量为40%的已有的焊锡材料。如图表1所示,制备包含比较实例的,16个焊锡材料3,对电压非直线电阻体1组件的连接强度进行试验。另外,表1中的★号表示比较实例。
表1单位wt%           在120℃的温度下
  序号     Sn     Cu     Ag     Sb     Pb   连接强度(MPa)
    1     96.99     3.0     0     0     0.01     0.88
    2     98.0     0     0     2.0     0     0.85
    3     90.0     0    10.0     0     0     0.87
    4*     94.0     6.0     0     0     0     0.4
    5*     94.0     0     0     6.0     0     0.41
    6*     69.0     0    31.0     0     0     0.45
    7     88.5     4.0     3.5     4.0     0     0.88
    8*     87.0     6.0     3.0     4.0     0     0.4
    9*     65.0     2.0  31.0     2.0     0     0.4
    10*     83.0     3.0     4.0     10.0     0     0.4
    11     94.0     2.0  4.0     0     0     0.86
    12     93.0     4.0     0     3.0     0     0.85
    13     88.0     0    10     2.0     0     0.86
    14*     67.0     2.0    31.0     0     0     0.41
    15*     91.0     6.0     0     3.0     0     0.42
    16*     96.0     0     1.0     3.0     0     0.45
在这里,当进行试验时,将表1所示的各焊锡材料3制成圆板状箔,将该材料设置于图6所示的电压非直线电阻体2与端子件4之间,涂敷焊剂,采用图3和图4所示支承台7与支承杆8的夹具,在规定的条件下进行加热,制作电压非直线电阻体组件1。具体来说,在形成于端子件4的丝锥上,安装夹具,放入120℃的恒温层,测定拉伸强度。上面的试验结果列于表1中。
从表1显然知道,通过Pb的含量小于0.1%,Ag的含量在3~20%的范围内,或Cu与Sb的含量小于5%,剩余部分为Sb的电压非直线电阻体组件1,可提供高温下的连接强度为0.85MPa,强度特性优良,并且稳定性也优良的电压非直线电阻体组件1。
在上面的描述中,焊锡材料3采用低熔点金属箔,在电压非直线电阻体2的电极外层膜形成面上涂敷焊剂,将电阻体2连接,但是,也可采用下述焊锡材料,其是将低熔点金属与焊剂成一体形成的,呈糊状。该糊状的焊锡材料最好由下述焊剂部形成,该焊剂部以直径小于60μm的球状的低熔点金属部与氯化锌为主成分。由于采用该糊状焊锡材料,作业效率提高。
图14表示糊状焊锡材料中低熔点金属的直径,与连接强度之间关系的曲线图。从图14显然知道,如果低熔点金属部的直径大于60μm,由于焊剂事先挥发,湿润性变差,则连接强度降低。
图15表示糊状焊锡材料中的低熔点金属的厚度,与连接强度之间关系的曲线图。在图15中,给出了将糊状焊锡涂敷于电压非直线电阻体2上,在规定的条件下将电阻体2连接时低熔点金属的厚度,与放电抵抗特性之间的关系。从图15显然知道,如果低熔点金属的厚度大于300μm,则放电抵抗特性大大降低。
图16表示糊状焊锡材料的涂敷条件,与放电抵抗值与放电抵抗值之间关系的曲线图。图16中斜线部内为放电抵抗特性大于100kA的区域。如图16所示,按照下述方式设定涂敷条件,该方式为:糊状焊锡材料占电压非直线电阻体2中连接面面积的60~90%,并且涂敷厚度在0.2~1mm的范围内,另外在连接面面积在60~70%的范围,涂敷厚度位于连接该范围端点的直线之上,在80~90%的范围内,涂敷厚度位于连接该范围端点的直线之下,由此可将连接后的低熔点金属厚度控制在300μm。
由于在图16中斜线部内的涂敷条件下,涂敷糊状焊锡,这样可提供放电抵抗特性优良的电压非直线电阻体2。另外,在连接时,在沿与连接面相垂直方向施加荷载的同时,使电阻体与热源接触,将电阻体2连接,这种方式为提高连接强度的有效措施。
图17表示电压非直线电阻体组件1制造时的压荷载,与连接强度之间关系的曲线图。在图17中,以连接时的压力作为横轴,以连接强度作为纵轴。从图17显然知道,如果连接时的压力大于5kgf,则连接强度为1.0MPa,连接强度提高,可提供优良的基体为ZnO的组件。可认为,其原因在于:由于在施加连接时的荷载的同时,进行加热,这样可减少焊锡中的气孔。
另外,连接后的焊锡材料形状也会对连接强度造成较大影响。因此,可采用下述的方法,在该方法中,必须在电压非直线电阻体2与端子件4之间的整个连接外周面上,涂敷焊锡材料3,从端子件4的侧面,到电压非直线电阻体2的连接面,形成平滑的连续圆弧形状,在连接焊锡材料3以便获得这些形状时,使热源与连接部的局部相接触,在旋转的同时,进行连接。
采用该方式的原因在于:提高在连接部的局部集中地施加热源,热量不为电压非直线电阻体2夺取,这样可高效率地使焊锡材料3熔化。另外,通过施加旋转,可将热量均匀地传递给连接部,可按照连续的平滑圆弧状进行施工。此时,在施加荷载的同时,进行连接,由此可获得进一步的效果。
此时,可在局部对下述热进行控制,该热为:作为热源9,在端子件4的周围,布置线圈,利用高频电流的感应加热,利用卤灯等热源的聚光加热,利用燃烧器的燃烧器热,通过利用电热线的加热风扇产生的热。
下面对这些加热条件进行描述。通过利用上述热源,可加快升温速度。之所以这样,是因为:如果升温速度较慢,则焊剂先挥发,不能够充分地使低熔点金属与基材湿润。图18表示升温速度与连接强度之间的关系。从图18显然知道,在升温速度小于10℃/min的场合,连接强度大大降低。
下面对端子件4的材质和其形状对电压非直线电阻体2的影响进行描述。最好,端子件4采用钢,铜,铜合金。形成采用这些成分的电压非直线电阻体组件1,与比较实例,对采用铝材料的电压非直线电阻体1的连接强度进行分析。对于试验方法,在形成于端子件4的丝锥上,安装夹具,测定拉伸强度。其结果列于表2中。表2中★号表示比较实例。
表2
  序号     端子的材质     强度(MPa)
    1*     铝合金(AA2011)     0.45
    2     钢材     1.10
    3     钢(JIS C1020)     1.05
    4  钢合金(JIS C5212)     1.12
    5     黄铜(JIS C2680)     1.15
根据该结果显然知道,当将采用钢,铜,铜合金的端子件4连接时,连接强度大于1.0MPa,可提供连接强度较高的,优良的基体为ZnO的组件。另外,即使在表2中所示的第2~5实施例以外的钢,铜,铜合金的情况下,已确认获得相同的效果。
在上述第2~5实施例中,如果端子件4采用铝材料,则连接强度大大降低,但是通过对端子接头4进行电镀处理,可提高连接强度。因此,在由铝,铝合金形成的端子件4上,形成Ni,Sn,或Zn镀层,之后制作电压非直线电阻体组件1。与上述第1~5实施例相同,对按照上述方式获得的电压非直线电阻体组件1,进行连接强度试验。其结果列于表3中。
表3基体材料:铝(AA 1050)
序号     镀层材质     强度(MPa)
    1     Ni     1.05
    2     Sn     1.12
    3     Zn     1.05
根据该结果显然知道,由于在端子件4上,形成Ni,Sn,或Zn镀层,这样连接强度大于1.0MPa,可提供连接强度较高的,优良的基体为ZnO的组件。另外,已确认即使在表3所示的第1~3实施例以外的材质,铝,铝合金,钢,铜,或铜合金的情况下,仍可获得相同的效果。
下面对端子件4的形状对电压非直线电阻体2造成的影响进行描述。该端子件4适合用于电压非直线电阻体2,该端子件4的结构与电压非直线电阻体的形状保持一致,将连接面加工成圆板状,在与连接面相对一侧面的中心部,包括其直径为端子件4的1/3以上的突起状螺纹部。由此,可制作下述的避雷器组件,其中在这些端子件4上,以螺纹方式紧固有后面将要描述的第2端子件4。在此场合,上述突起状螺纹部的直径必须大于连接部端子件4的1/3,以便防止沿横向施加荷载时变形。
另外,对端子件4距电压非直线电阻体2的连接面的最小厚度对连接强度造成影响进行分析。具体来说,制作安装部分厚度改变的多个电压非直线电阻体组件1,进行试验。对于该试验方法,在形成于端子件4上,安装夹具,测定拉伸强度。其结果示于图19中。在图19中,以端子件4的最小厚度为横轴,以连接强度为纵轴。从该结果显然知道,由于端子件4的连接部分最小厚度大于2mm,这样连接强度大于1.0MPa,可获得连接强度较高的,优良的ZnO基体的组件。
对于端子件4,可形成将连接面周围加工成C状,或加工成R状,可在连接面周围,形成槽,从而容易保留焊锡材料3,可在端子件4的周围,均匀地涂敷焊锡材料3。由此,可提供连接强度保持稳定的电压非直线电阻体组件1。采用将连接面周围加工成C状或加工成R状的端子件4,对所获得的电压非直线电阻体组件1的连接强度进行分析。其结果列于表4中。
表4
序号     端子加工     强度(MPa)
    1     C加工(0.5mm)     1.23
    2     R加工(0.5mm)     1.25
从该结果显然知道,由于将端子件4的连接面周围加工成C状或加工成R状,这样连接强度大于1.0MPa,可提供连接强度较高的,优良的电压非直线电阻体组件。由此,可确实将电压非直线电阻体2连接,可提供能够有助于使变电设备的体积减小的电压非直线电阻体组件1。
下面对采用这些电压非直线电阻体的避雷器组件实施例进行描述。图20表示本发明实施例的避雷器组件16的剖面图。该避雷器组件16可适合用于柱状避雷器,配电避雷器,输送电线用避雷器等。如图20所示,避雷器组件16由电压非直线电阻体组件1,覆盖电压非直线电阻体组件1的多孔状绝缘性管17,具有通孔的金属圆板18,安装于电压非直线电阻体组件1的端子件4上的第2端子件19,覆盖第2端子件19以外区域的弹性绝缘性覆盖体20构成。
电压非直线电阻体组件1采用由上述实施例中任何一个制作的形式。在该电压非直线电阻体组件1上,覆盖热硬化性的多孔状绝缘性管17,使金属圆板18穿过电压非直线电阻体组件1两端侧的端子件4的突起状螺纹部,将多孔状绝缘性管夹住,通过第2端子件19,以螺纹方式实现紧固。接着,将它们放入烧结炉中,在小于200℃的温度下,对其进行热硬化处理,然后,将其固定于规定形状的模具内,通过弹性绝缘性覆盖体20,进行覆盖。之后,在小于200℃的温度下,获得避雷器组件16。
在这里,由于金属圆板18在与电压非直线电阻体组件1相对的一侧,设置有多个凸状的突起部,这样还可牢固地将多孔状绝缘性管17夹住。另外,在以串联方式设置多个避雷器组件16的场合,如图12所示,采用在两侧具有螺纹部21的第2端子件19。即,采用下述第2端子件19,其具有螺纹部21,该螺纹部21可与电压非直线电阻体组件1中的端子件4以螺纹方式连接,该螺纹部21从连接底部,呈圆柱状延伸,其顶面侧的中心部由凹部形成。由此,可以直接串联方式将避雷器组件16组合。
此外,由于第2端子件19侧面部的中心线平均粗糙度大于100μm,这样弹性绝缘性覆盖体20的嵌合度良好,即使在受到外力,周围温度,内部发热的作用的情况下,弹性绝缘性覆盖体20仍不会剥离掉,不会发生因剥离造成的吸湿等绝缘性降低。
在该避雷器组件16中,热硬化性的多孔状绝缘性管17覆盖于电压非直线电阻体组件1上。之所以这样,是为了在过大的电涌侵入,避雷器破坏的场合,防止避雷器中的各部位飞散开。另外,这样做是为了在过大的电涌侵入造成内部压力增加的场合,使其内部压力均匀地分散开,防止破坏时的应力集中。
还有,如图22和23所示,在弹性绝缘性覆盖体20中,沿1个方向设置厚度较薄部22。在图22中,设置有狭缝状的纵向厚度较薄部22,在图23中,呈圆形状,形成有纵向厚度较薄部。由于具有该厚度较薄部22,这样可沿1个方向,对电弧的释放进行控制。
如果按照上面描述的方式采用本发明,由于在形成有电极外层膜的电压非直线电阻体之间,以及在其两个端面与端子件之间采用焊锡材料,实现连接,这样可提供体积较小的,成本较低的电压非直线电阻体组件。另外,电压非直线电阻体的连接强度较高,可提供下述电压非直线电阻体组件,其即使在外力,周围温度,内部发热的作用的情况下,仍不会产生剥离。
还有,由于从结构上,这些电压非直线电阻体组件完全连接,这样当制造避雷器组件时,在通过多孔状绝缘性管,与绝缘性弹性覆盖体覆盖的场合,这些部件不会嵌入连接界面,因此,可在不损害电气特性的情况下,防止在施加电压时产生的电晕。

Claims (10)

1.一种电压非直线电阻体组件,其特征在于包括1个或按照叠置方式设置的多个电压非直线电阻体,在该电阻体中,由原料成形,通过烧结,呈圆柱状的烧结体两个端面的表面粗糙度的中心线平均粗糙度在1~2μm的范围内,在该烧结体上形成有电极外层膜;端子件,其加工成规定形状,安装于上述电压非直线电阻体上;焊锡材料,其设置于上述电压非直线电阻体之间,以及上述电压非直线电阻体与上述端子件之间的连接面之间,使热源与上述焊锡材料相接触,对该焊锡材料进行加热,在旋转的同时,沿垂直方向对连接面施加荷载,实现连接。
2.根据权利要求1所述的组件,其特征在于在将上述电压非直线电阻体之间,或上述电压非直线电阻体与端子件之间连接时,如果连接面较小一个的直径由R5表示,则其中一个连接面的中心轴与另一连接面的中心轴的偏移量在小于0.1×R5的范围内。
3.根据权利要求1所述的组件,其特征在于在上述电压非直线电阻体中,在上述烧结体的侧面,预先形成具有下述高电阻层的无机系绝缘涂料,该高电阻层以富铝红柱石(A16Si2O13)作为主成分,其中AlPO4的含量在5.0~20wt%的范围内,TiO2或Fe2O3的含量在0.2~5wt%的范围内。
4.根据权利要求3所述的组件,其特征在于在上述无机系绝缘涂料上,还具有以SiO2,Al2O3为主成分的非晶质高电阻膜。
5.根据权利要求1所述的组件,其特征在于形成于上述烧结体上的电极外层膜由下述电极外层膜形成,该电极外层膜由作为第1层的Al或Al合金,以及作为第2层的Cu或Cu合金构成的多层形成。
6.根据权利要求1所述的组件,其特征在于上述电极外层膜的厚度小于300μm。
7.根据权利要求1所述的组件,其特征在于上述焊锡材料以Sn为主成分,作为副成分,包含有Cu,Ag,Sb中的至少一种,Sn的含量在70~99%的范围内,Ag的含量在3~20%的范围内,Cu和Sb的含量小于5%,铅的含量小于0.1wt%。
8.一种避雷器组件,其特征在于该组件包括权利要求1~7中任何一项所述的电压非直线电阻体组件;热硬化性多孔主绝缘性管,其覆盖上述电压非直线电阻体组件中的两个端部,除了端子件以外的部分;金属圆板,其设置于上述电压非直线电阻体组件中的端子件部分,夹持上述多孔主绝缘性管的端部;第2端子件,其与下述突起状的螺纹部以螺纹方式嵌合,该螺纹部通过上述金属圆板设置,其直径比与形成于上述端子件中心部的,连接面一侧的端子件直径的1/3大。
9.根据权利要求8所述的组件,其特征在于上述金属圆板在与上述电压非直线电阻体组件中的端子件相对一侧,设置有多个凸状的突起部。
10.根据权利要求9所述的组件,其特征在于上述弹性绝缘性覆盖体沿一个方向具有厚度较薄部。
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