JP2777009B2 - 中性点接地抵抗器 - Google Patents
中性点接地抵抗器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は中性点接地抵抗器に係わ
り、特に小型でかつ安定な動作が得られる中性点接地抵
抗器に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、送変電機器の一例として遮断器用
抵抗体は、酸化アルミニウム−粘土−炭素系の組成物が
知られており、抵抗値が約400Ωcmで、遮断器の開閉
サージ耐量が500ジュール/cm3 (以下、J/cm3 と
略記する)、抵抗温度係数が−9×10-3/℃(20〜
250℃)、最高使用温度200℃の特性をもつ抵抗体
が得られている。 【0003】最近、送電電圧の高圧化に伴い遮断器用直
線抵抗体に対して小型,軽量化が強く要望されているこ
とから、抵抗体としては(1)開閉サージ耐量を大きく
すること。(2)開閉サージを注入すれば温度上昇する
が、高い温度にさらしても抵抗値に変動が小さいこと。
(3)抵抗温度係数が正であること。(4)電圧−電流
特性が直線的に変化すること、などの材料が要求され
る。ここでの電圧−電流特性の直線性は近似的に I(電流)=K(定数)×Vα(電圧) で表わされ、αはVのα乗であり1.3 以下であること
が望まれる。 【0004】従来、遮断器の抵抗体に使用されている炭
素粉分散型のセラミックス抵抗体は、炭素の燃焼を防ぐ
ために不活性ガス雰囲気中で焼結され、抵抗値は炭素粉
の混合量で制御される。この抵抗体は(1)400℃以
上の温度にさらされると炭素が酸化され抵抗値が変わる
こと、(2)抵抗温度係数が負で−9×10-2/℃(2
0〜250℃)と大きいために温度上昇すると抵抗が低
下し、電圧が一定の場合には電流の急激な増加により一
層発熱し暴走状態におちいることなどの欠点がある。 【0005】そこで、抵抗体としては、燃焼をおこさな
い酸化物系である酸化亜鉛を基本成分としてセラミック
抵抗体が特開昭55−57219 号公報等で公知である。本発
明者らは従来の酸化亜鉛を主体とした酸化物抵抗体は前
述した要求される特性を十分に満足するものでないこと
を見い出し、本発明に到ったのである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、抵抗
が40〜4000Ωcmの値を有し、かつ電圧−電流特性
の直線性が良く、遮断器の開閉サージ耐量が大きく、5
00℃以上の高温にさらしても抵抗値に変動が少なく、
電気抵抗温度係数が−1×10-3/℃から+4×10-3
/℃の範囲を有する直線抵抗体を抵抗体として用いるこ
とにより、小型かつ長期にわたり安定な動作をする中性
点接地抵抗器を提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、抵抗体と、該
抵抗体を積層した抵抗積層体と、該抵抗積層体を収納す
るタンクとを備え、該抵抗積層体が接地される中性点接
地抵抗器において、前記抵抗体が、酸化亜鉛68〜90
モル%,酸化マグネシウム5〜15モル%含有させた混
合物に対し、 酸化アルミニウム5〜15モル%,酸化イ
ットリウム0.5〜5モル %,酸化ガリウム0.5〜5
モル%,酸化ランタン0.3〜1モル%、及び酸化イン
ジウム0.1〜5 モル%から選ばれた少なくとも一種の
副成分を含有する焼結体からなることを特徴とする中性
点接地抵抗器にある。 【0008】特に、モル比で、酸化亜鉛68〜90%,
酸化マグネシウム3〜10%,酸化アルミニウム5〜1
5%及び酸化珪素1〜2%を有する直線抵抗体が好まし
い。 【0009】 【作用】酸化亜鉛から成る結晶粒と、100Ωから4×
1013Ωの電気抵抗値を示す結晶粒との複合焼結体で、
酸化亜鉛結晶粒間には酸化亜鉛粒よりも低い電気抵抗を
もつ粒界層が存在する。この焼結体は板状,柱状,円筒
状のいずれでもよく、両端面に電極が形成される。電極
は端部が若干残存した形で全面に形成され、溶射等によ
ってAl等の金属が膜状に形成される。 【0010】各結晶粒間には酸化亜鉛の結晶粒と同じ電
気抵抗値の粒界層が存在しても良い。酸化亜鉛化合物及
び酸化亜鉛を除いた酸化物の結晶粒は100Ωから4×
1013Ωの範囲で酸化亜鉛よりも高抵抗であることが望
ましい。酸化亜鉛化合物及び酸化亜鉛以外の酸化物は次
の化学式のものである。すなわち、基本成分のMgO
に、一層の電圧−電流特性の直線性を良くするためZn
Y3O4,ZnGa3O4,ZnLa3O4,ZnAl2O4,ZnI
n2O3,MgAl2O4,MgY2O4,MgGa3O4,M
gLa3O4,MgIn3O4,Al2O3,Y2O3,Ga2
O3,La2O3及びIn2O3から選らばれる1種類以上
を含有することである。これらの化合物を形成するため
には主成分ZnO,MgOに、アルミニウム(Al),
イットリウム(Y),ガリウム(Ga),ランタン(La)及
びインジウム(In)などの金属あるいは半金属元素を
添加することである。ビスマス(Bi)の使用は望まし
くない。Biを使用すると結晶粒界相に高抵抗層が形成
され易いからである。 【0011】焼結体の原料は、酸化亜鉛(ZnO),酸
化マグネシウム(MgO)が基本成分であり、副成分と
してはZnO,MgO以外の3個の金属,半金属酸化物
の酸化アルミニウム(Al2O3),酸化イットリウム
(Y2O3),酸化ガリウム(Ga2O3),酸化ランタン
(La2O3)及び酸化インジウム(In2O3)から選ば
れる。 【0012】焼結体の製法として、例えば上記の酸化物
原料粉末を充分混合し、これに水及びポリビニルアルコ
ール等の適当なバインダを加えて造粒し、金属を用いて
成型する。成形体は電気炉を用いて大気中で1200〜
1600℃の温度で焼成される。焼成した焼結体は電極
を形成する両端面を研磨調整し、電気溶射または焼付け
法によって電極を形成する。得られた抵抗体は使用中で
の沿面放電を防止するため抵抗体側面に高抵抗セラミッ
クス層やガラス層を設けても良い。なお、得られた抵抗
体は概ね直線性を示すが、非直線性を示す場合には高電
圧をかけて高抵抗部分(特に粒界層)を破壊することが
有効である。 【0013】本発明者等は抵抗体の小型・軽量化につい
て種々検討した結果、(1)用いる抵抗体は抵抗値が4
0〜4000Ωcmで、かつ開閉サージ耐量が400J/
cm3以上、電圧−電流特性の非直線係数、αが1.3 以
下、電気抵抗温度係数が−1×10-3/℃から1.1×
10-3/℃(20〜500℃)及び500℃以上の高温
にさらした後でも抵抗値変化が±10%以内であるこ
と。(2)抵抗体の開閉サージ耐量は抵抗体中に抵抗値
の異なる多種類の結晶粒を生成させること、及び抵抗体
の比重に影響されること、(3)得られる抵抗体の電圧
−電流特性は3価の金属・半金属酸化物を添加すると直
線性が良くなることを見出した。図1は得られた抵抗体
の微構造の模式図、図2は抵抗体の比重(g/cm3 )と
開閉サージ耐量(J/cm3 )との関係、図3は得られた
抵抗体の電圧−電流特性を示す線図である。抵抗体に用
いる原料には焼結し易く、かつ原料同志が反応して電気
的抵抗の異なる新しい結晶粒を生成し、さらに得られる
焼結体の比重が大きいものを選ぶことが考えられる。そ
こで、酸化亜鉛,酸化マグネシウムを基本成分とし、こ
れに得られる酸化物抵抗体の電圧−電流特性の直線性を
良くする酸化アルミニウム,酸化イットリウム,酸化ガ
リウム,酸化ランタン,酸化インジウムなどを添加した
抵抗体の特性を調べた。その結果、(1)開閉サージ耐量
は800J/cm3で従来品の約1.6 倍と著しく高くな
ること。(2)抵抗温度係数は基本成分の酸化亜鉛(Z
nO)に酸化マグネシウム(MgO)の含有量で負から
正に変化して改善されること、(3)抵抗値及び電圧−
電流特性の直線性は基本成分のZnO,MgOに酸化ア
ルミニウム(Al2O3,酸化イットリウム(Y2O3),
酸化ガリウム(Ga2O3),酸化ランタン(La
2O3),酸化インジウム(In2O3)などを添加するこ
とによって改善されることを発見した。 【0014】本発明の抵抗体の望ましい組成は、酸化亜
鉛68〜90モル%,酸化マグネシウム5〜15モル%
含有させた混合物に対し、 酸化アルミニウム5〜15モ
ル%,酸化イットリウム0.5〜5 モル%,酸化ガリウ
ム0.5〜5モル%,酸化ランタン0.3〜1モル%、及
び酸化インジウム0.1〜5 モル%から選ばれた少なく
とも一種の副成分を含有するものである。MgOは含有
量を変えることによって抵抗温度係数が負から正に大き
く変化し、上記組成範囲より多くとも少なくとも−1×
10-3 /℃から4×10-3 /℃よりも大きくなる。ま
た、MgOを上記組成範囲よりも多くすると開閉サージ
耐量が400J/cm3 よりも小さくなり遮断器用抵抗体
として好ましくない。また、副成分のAl2O3,Y
2O3,Ga2O3,La2O3,In2O3の場合には、上記
組成範囲よりも多いと抵抗値が400Ωcmよりも高くな
ること、及び開閉サージ耐量が低下して遮断器用抵抗体
として不適当になる。しかし、Al2O3,Y2O3,Ga
2O3,La2O3,In2O3の添加は抵抗値が制御でき、
かつ電圧−電流特性の直線性が向上する。この原因につ
いては次のように考える。すなわち、副成分のAl
2O3,Ga2O3,In2O3,La2O3は、(1)主に基
本成分のZnOやMgOと反応してZnAl2O4,Zn
Y3O4,ZnGaO4,ZnLa3O4,ZnIn3O4,
MgAl3O4,MgY3O4,MgGa2O4,MgLa3
O4,MgIn3O4なる結晶粒を生成し、この生成結晶
粒の電気抵抗が500Ωから4×1013Ωで基本組成Z
nO−MgO系から生成される結晶粒ZnO,MgOよ
りも高いこと、(2)生成されるZnO結晶粒内にA
l,Y,Ga,La,Inが拡散し、ZnO結晶粒のキ
ャリア純度を高くすること、などによって生じたものと
思われる。 【0015】 【0016】また、基本成分のZnO,MgOにAl2
O3を加えた組成に、さらにSiO2を加えると以下のよ
うな効果が得られる。SiO2 はそれ自身では導電性を
有さず、また他の元素と反応しても導電性物質を生じさ
せず、絶縁性を示す。さらに、SiO2 は他の成分と反
応して焼結性を高めるため、抵抗体の焼結密度の向上,
機械的強度の向上といった効果を示す。これらのことか
ら、SiO2 の添加により、まず抵抗体の抵抗値の制御
が容易になり、抵抗値を大きくすることが可能となる。
さらに機械的強度の向上と共に、電気的強度が向上し、
サージ耐量を大きくさせることができる。従って、Si
O2 を添加することは、抵抗体を小型化するためには有
効な手段である。 【0017】 【実施例】(実施例1) 基本成分ZnO3420g(84モル%),MgO10
1g(5モル%)に対し、副成分としてAl2O3510
g(10モル%),Ga2O347g(0.5 モル%)及び
In2O3369g(0.5モル%)を正確に秤量し、ボ
ールミルで15時間湿式で混合する。混合粉は乾燥した
後5%ポリビニール・アルコール水溶液を乾燥原料粉に
対して5重量%加えて造粒する。造粒粉は金型を用い成
形圧力450Kg/cm2で35mmφ×20mmに成型する。成
形体を大気中で1350℃、3時間保持して焼成した。
このときの昇・降温速度は70℃/hである。得られた
焼結体中に生成された結晶粒の電気抵抗は各々約10〜
50ΩのZnO結晶,約70〜100ΩのZnAl2O4
結晶,約400ΩのMgO結晶,約700〜4×1013Ω
のZnGa2O4,ZnLa2O4,ZnY2O4,ZnIn2O
3,MgAl2O4,MgY2O4,MgGa2O4,MgLa
2O4,MgIn2O3,Al2O3,Ga2O3,La2O3,I
n2O3であった。 【0018】別に、低融点結晶化ガラスで旭硝子製AS
F−1400ガラス(ZnO−SiO2−B2O3系)粉をエ
チルセルローズ,プチルカルピトール溶液に懸濁してお
き、これを焼成した焼結体の側面に厚さ50〜300μ
mになるように筆で塗布した。これを大気中で750
℃,30分間熱処理してガラスを焼付けた。ガラスを被
覆した焼結体はその両端面をラップマスタで約0.5mm
ずつ研磨し、トリクロルエチレンで洗浄した。洗浄した
焼結体にAl電極を溶射によって形成して抵抗体とし
た。この本発明晶と従来品(炭素分散型セラミック抵抗
体)との開閉サージ耐量,抵抗温度係数,大気中500
℃熱処理後の抵抗値変化率及び電圧−電流特性の非直線
係数αを比較して表1に示す。 【0019】 【表1】 【0020】本発明品は従来品よりも開閉サージ耐量が
極めて大きく、かつ電圧非直線係数αが小さくすぐれて
いることがわかる。本発明の抵抗温度係数が正で、10
0μsにおけるAC耐量が20A以上、V−I特性にお
けるβが0.9〜1.0である。 【0021】結晶粒の電気抵抗の測定は、焼結体を鏡面
研磨し、走査型電子顕微鏡で分析後各結晶粒表面に微細
電極を形成して電流及び電圧から測定した。 【0022】本発明の酸化物抵抗体の断面構造の一例を
図4及び図5に示す。図4において、1は焼結体、2は
電極、3は結晶化ガラスまたはセラミックス材の膜であ
る。ここで、焼結体の側面に結晶化ガラスまたはセラミ
ックス材の膜をもうけたのは、使用中での沿面放電を防
止するためである。 【0023】(実施例2) 基本成分のZnOを65〜99.95モル%,MgOを
0.05〜20モル%に変え、かつ副成分としてAl2O
3,Y2O3,La2O3,In2O3,Ga2O3から選ばれ
た1種類を各々0.1 〜30モル%に変化させ、その配
合量を正確に秤量した。秤量した原料粉は実施例1と同
様に大気中1300〜1600℃の温度で3時間保持し
て焼成した。得られた焼結体の密度は各々理論密度の9
5〜98%であった。焼成した焼結体は両端面をラップ
マスタ約0.5mm ずつ研磨し、トリクロルエチルで超音
波洗浄した。洗浄した焼結体はAl溶射電極を形成して
抵抗体とした。得られた抵抗体の抵抗値,開閉サージ耐
量,抵抗温度係数及び電圧非直線係数αを表2に示す。 【0024】 【表2】【0025】表2から、組成番号10〜12,組成番号
16〜18,組成番号21〜23,組成番号27〜2
9,組成番号32〜36、すなわち基本成分80〜9
2.9 モル%のZnOに、5〜15モル%のMgOを含
有させ、さらに副成分としてAl2O3を5〜15モル
%,Y2O3を0.5 〜5モル%,La2O3を0.3 〜1
モル%,Ga2O3を0.5 〜5モル%,In2O3を0.
1 〜5モル%を選ばれた1成分以上を添加した抵抗体
の特性は抵抗率が110〜3500Ωcm、開閉サージ耐
量が500〜780J/cm3 ,電気抵抗温度係数が−5
×10-4/℃以下,4.3×10-4/℃ 以上かつ電圧非
直線係数αが1.02〜1.3であり、遮断器用抵抗体と
して優れていることがわかる。 【0026】また、表2から開閉サージ耐量は基本成分
のZnOにMgOを添加することで改善されることがわ
かる。しかし、MgOを20モル%(No.7)と含有さ
せすぎると300J/cm3 で、従来品の500J/cm3
よりも低くなってしまう。また、MgOの含有量を変え
ることで抵抗温度係数が負から正に変化し、MgOの添
加量を選定すれば−1×10-3/℃〜1.1×10-3/
℃ に小さくできることがわかる。また、抵抗値は基本
成分のMgOの含有量を増加させても43〜500Ωcm程
度で大きな変化を示さないが、副成分のAl2O3,Y2
O3,La2O3,Ga2O3及びIn2O3の添加量によっ
て91〜5×107Ωcm を著しく変化することがわか
る。さらに、電圧非直線係数は副成分のAl2O3,Y2
O3,La2O3,Ga2O3,In2O3などの最適添加量を
選定することによって1.02〜1.2 と著しく改善できる
こと、しかし副成分のAl2O3,Y2O3,La2O3,G
a2O3,In2O3の添加量を増加しすぎると開閉サージ
耐量が低下することがわかる。これらのことから、遮断
器用抵抗体として特に望ましい組成は基本成分がZnOに
MgOを5〜15モル%含有させた混合物に対し、副成
分としてAl2O3を5〜15モル%,Y2O3を0.5 〜
5モル%,La2O3を0.3 〜1モル%,Ga2O3を
0.5 〜5モル%,In2O3を0.1 〜5モル%添加す
るのが良い。 (実施例3) 表3に示す成分組成により、実施例1と同様にして抵抗
体を得た。得られた抵抗体の特性を表3に示す。表から
わかるように、本実施例の抵抗体は、抵抗値が5〜9×
102Ωcm,開閉サージ耐量が600〜850J/cm3,
電気抵抗温度係数が4×10-4〜1×10-3/℃、電圧
非直線係数が1.05〜1.20(3×10-3〜80A/
cm2)の抵抗体である。 【0027】従って、このような特性を有する本実施例
の抵抗体は、小型化の点で非常に有効である。 【0028】 【表3】 【0029】(実施例4) 図6及び図7は本発明の直線抵抗体を各々GCB投入抵
抗用及びSF6 ガス絶縁中性点接地(NGR)用に用い
た応用例を示したものである。図6及び図7で用いられ
た抵抗体5は図5に示す円筒形状のものが使用されてい
る。 【0030】 【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば開閉
サージ耐量が極めて大きく、電圧−電流特性の電圧非直
線係数が小さく、抵抗温度係数が正でしかも小さく、か
つ500℃熱処理後の抵抗温度変化も小さいという優れた
直線抵抗体が得られるという効果がある。
り、特に小型でかつ安定な動作が得られる中性点接地抵
抗器に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、送変電機器の一例として遮断器用
抵抗体は、酸化アルミニウム−粘土−炭素系の組成物が
知られており、抵抗値が約400Ωcmで、遮断器の開閉
サージ耐量が500ジュール/cm3 (以下、J/cm3 と
略記する)、抵抗温度係数が−9×10-3/℃(20〜
250℃)、最高使用温度200℃の特性をもつ抵抗体
が得られている。 【0003】最近、送電電圧の高圧化に伴い遮断器用直
線抵抗体に対して小型,軽量化が強く要望されているこ
とから、抵抗体としては(1)開閉サージ耐量を大きく
すること。(2)開閉サージを注入すれば温度上昇する
が、高い温度にさらしても抵抗値に変動が小さいこと。
(3)抵抗温度係数が正であること。(4)電圧−電流
特性が直線的に変化すること、などの材料が要求され
る。ここでの電圧−電流特性の直線性は近似的に I(電流)=K(定数)×Vα(電圧) で表わされ、αはVのα乗であり1.3 以下であること
が望まれる。 【0004】従来、遮断器の抵抗体に使用されている炭
素粉分散型のセラミックス抵抗体は、炭素の燃焼を防ぐ
ために不活性ガス雰囲気中で焼結され、抵抗値は炭素粉
の混合量で制御される。この抵抗体は(1)400℃以
上の温度にさらされると炭素が酸化され抵抗値が変わる
こと、(2)抵抗温度係数が負で−9×10-2/℃(2
0〜250℃)と大きいために温度上昇すると抵抗が低
下し、電圧が一定の場合には電流の急激な増加により一
層発熱し暴走状態におちいることなどの欠点がある。 【0005】そこで、抵抗体としては、燃焼をおこさな
い酸化物系である酸化亜鉛を基本成分としてセラミック
抵抗体が特開昭55−57219 号公報等で公知である。本発
明者らは従来の酸化亜鉛を主体とした酸化物抵抗体は前
述した要求される特性を十分に満足するものでないこと
を見い出し、本発明に到ったのである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、抵抗
が40〜4000Ωcmの値を有し、かつ電圧−電流特性
の直線性が良く、遮断器の開閉サージ耐量が大きく、5
00℃以上の高温にさらしても抵抗値に変動が少なく、
電気抵抗温度係数が−1×10-3/℃から+4×10-3
/℃の範囲を有する直線抵抗体を抵抗体として用いるこ
とにより、小型かつ長期にわたり安定な動作をする中性
点接地抵抗器を提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、抵抗体と、該
抵抗体を積層した抵抗積層体と、該抵抗積層体を収納す
るタンクとを備え、該抵抗積層体が接地される中性点接
地抵抗器において、前記抵抗体が、酸化亜鉛68〜90
モル%,酸化マグネシウム5〜15モル%含有させた混
合物に対し、 酸化アルミニウム5〜15モル%,酸化イ
ットリウム0.5〜5モル %,酸化ガリウム0.5〜5
モル%,酸化ランタン0.3〜1モル%、及び酸化イン
ジウム0.1〜5 モル%から選ばれた少なくとも一種の
副成分を含有する焼結体からなることを特徴とする中性
点接地抵抗器にある。 【0008】特に、モル比で、酸化亜鉛68〜90%,
酸化マグネシウム3〜10%,酸化アルミニウム5〜1
5%及び酸化珪素1〜2%を有する直線抵抗体が好まし
い。 【0009】 【作用】酸化亜鉛から成る結晶粒と、100Ωから4×
1013Ωの電気抵抗値を示す結晶粒との複合焼結体で、
酸化亜鉛結晶粒間には酸化亜鉛粒よりも低い電気抵抗を
もつ粒界層が存在する。この焼結体は板状,柱状,円筒
状のいずれでもよく、両端面に電極が形成される。電極
は端部が若干残存した形で全面に形成され、溶射等によ
ってAl等の金属が膜状に形成される。 【0010】各結晶粒間には酸化亜鉛の結晶粒と同じ電
気抵抗値の粒界層が存在しても良い。酸化亜鉛化合物及
び酸化亜鉛を除いた酸化物の結晶粒は100Ωから4×
1013Ωの範囲で酸化亜鉛よりも高抵抗であることが望
ましい。酸化亜鉛化合物及び酸化亜鉛以外の酸化物は次
の化学式のものである。すなわち、基本成分のMgO
に、一層の電圧−電流特性の直線性を良くするためZn
Y3O4,ZnGa3O4,ZnLa3O4,ZnAl2O4,ZnI
n2O3,MgAl2O4,MgY2O4,MgGa3O4,M
gLa3O4,MgIn3O4,Al2O3,Y2O3,Ga2
O3,La2O3及びIn2O3から選らばれる1種類以上
を含有することである。これらの化合物を形成するため
には主成分ZnO,MgOに、アルミニウム(Al),
イットリウム(Y),ガリウム(Ga),ランタン(La)及
びインジウム(In)などの金属あるいは半金属元素を
添加することである。ビスマス(Bi)の使用は望まし
くない。Biを使用すると結晶粒界相に高抵抗層が形成
され易いからである。 【0011】焼結体の原料は、酸化亜鉛(ZnO),酸
化マグネシウム(MgO)が基本成分であり、副成分と
してはZnO,MgO以外の3個の金属,半金属酸化物
の酸化アルミニウム(Al2O3),酸化イットリウム
(Y2O3),酸化ガリウム(Ga2O3),酸化ランタン
(La2O3)及び酸化インジウム(In2O3)から選ば
れる。 【0012】焼結体の製法として、例えば上記の酸化物
原料粉末を充分混合し、これに水及びポリビニルアルコ
ール等の適当なバインダを加えて造粒し、金属を用いて
成型する。成形体は電気炉を用いて大気中で1200〜
1600℃の温度で焼成される。焼成した焼結体は電極
を形成する両端面を研磨調整し、電気溶射または焼付け
法によって電極を形成する。得られた抵抗体は使用中で
の沿面放電を防止するため抵抗体側面に高抵抗セラミッ
クス層やガラス層を設けても良い。なお、得られた抵抗
体は概ね直線性を示すが、非直線性を示す場合には高電
圧をかけて高抵抗部分(特に粒界層)を破壊することが
有効である。 【0013】本発明者等は抵抗体の小型・軽量化につい
て種々検討した結果、(1)用いる抵抗体は抵抗値が4
0〜4000Ωcmで、かつ開閉サージ耐量が400J/
cm3以上、電圧−電流特性の非直線係数、αが1.3 以
下、電気抵抗温度係数が−1×10-3/℃から1.1×
10-3/℃(20〜500℃)及び500℃以上の高温
にさらした後でも抵抗値変化が±10%以内であるこ
と。(2)抵抗体の開閉サージ耐量は抵抗体中に抵抗値
の異なる多種類の結晶粒を生成させること、及び抵抗体
の比重に影響されること、(3)得られる抵抗体の電圧
−電流特性は3価の金属・半金属酸化物を添加すると直
線性が良くなることを見出した。図1は得られた抵抗体
の微構造の模式図、図2は抵抗体の比重(g/cm3 )と
開閉サージ耐量(J/cm3 )との関係、図3は得られた
抵抗体の電圧−電流特性を示す線図である。抵抗体に用
いる原料には焼結し易く、かつ原料同志が反応して電気
的抵抗の異なる新しい結晶粒を生成し、さらに得られる
焼結体の比重が大きいものを選ぶことが考えられる。そ
こで、酸化亜鉛,酸化マグネシウムを基本成分とし、こ
れに得られる酸化物抵抗体の電圧−電流特性の直線性を
良くする酸化アルミニウム,酸化イットリウム,酸化ガ
リウム,酸化ランタン,酸化インジウムなどを添加した
抵抗体の特性を調べた。その結果、(1)開閉サージ耐量
は800J/cm3で従来品の約1.6 倍と著しく高くな
ること。(2)抵抗温度係数は基本成分の酸化亜鉛(Z
nO)に酸化マグネシウム(MgO)の含有量で負から
正に変化して改善されること、(3)抵抗値及び電圧−
電流特性の直線性は基本成分のZnO,MgOに酸化ア
ルミニウム(Al2O3,酸化イットリウム(Y2O3),
酸化ガリウム(Ga2O3),酸化ランタン(La
2O3),酸化インジウム(In2O3)などを添加するこ
とによって改善されることを発見した。 【0014】本発明の抵抗体の望ましい組成は、酸化亜
鉛68〜90モル%,酸化マグネシウム5〜15モル%
含有させた混合物に対し、 酸化アルミニウム5〜15モ
ル%,酸化イットリウム0.5〜5 モル%,酸化ガリウ
ム0.5〜5モル%,酸化ランタン0.3〜1モル%、及
び酸化インジウム0.1〜5 モル%から選ばれた少なく
とも一種の副成分を含有するものである。MgOは含有
量を変えることによって抵抗温度係数が負から正に大き
く変化し、上記組成範囲より多くとも少なくとも−1×
10-3 /℃から4×10-3 /℃よりも大きくなる。ま
た、MgOを上記組成範囲よりも多くすると開閉サージ
耐量が400J/cm3 よりも小さくなり遮断器用抵抗体
として好ましくない。また、副成分のAl2O3,Y
2O3,Ga2O3,La2O3,In2O3の場合には、上記
組成範囲よりも多いと抵抗値が400Ωcmよりも高くな
ること、及び開閉サージ耐量が低下して遮断器用抵抗体
として不適当になる。しかし、Al2O3,Y2O3,Ga
2O3,La2O3,In2O3の添加は抵抗値が制御でき、
かつ電圧−電流特性の直線性が向上する。この原因につ
いては次のように考える。すなわち、副成分のAl
2O3,Ga2O3,In2O3,La2O3は、(1)主に基
本成分のZnOやMgOと反応してZnAl2O4,Zn
Y3O4,ZnGaO4,ZnLa3O4,ZnIn3O4,
MgAl3O4,MgY3O4,MgGa2O4,MgLa3
O4,MgIn3O4なる結晶粒を生成し、この生成結晶
粒の電気抵抗が500Ωから4×1013Ωで基本組成Z
nO−MgO系から生成される結晶粒ZnO,MgOよ
りも高いこと、(2)生成されるZnO結晶粒内にA
l,Y,Ga,La,Inが拡散し、ZnO結晶粒のキ
ャリア純度を高くすること、などによって生じたものと
思われる。 【0015】 【0016】また、基本成分のZnO,MgOにAl2
O3を加えた組成に、さらにSiO2を加えると以下のよ
うな効果が得られる。SiO2 はそれ自身では導電性を
有さず、また他の元素と反応しても導電性物質を生じさ
せず、絶縁性を示す。さらに、SiO2 は他の成分と反
応して焼結性を高めるため、抵抗体の焼結密度の向上,
機械的強度の向上といった効果を示す。これらのことか
ら、SiO2 の添加により、まず抵抗体の抵抗値の制御
が容易になり、抵抗値を大きくすることが可能となる。
さらに機械的強度の向上と共に、電気的強度が向上し、
サージ耐量を大きくさせることができる。従って、Si
O2 を添加することは、抵抗体を小型化するためには有
効な手段である。 【0017】 【実施例】(実施例1) 基本成分ZnO3420g(84モル%),MgO10
1g(5モル%)に対し、副成分としてAl2O3510
g(10モル%),Ga2O347g(0.5 モル%)及び
In2O3369g(0.5モル%)を正確に秤量し、ボ
ールミルで15時間湿式で混合する。混合粉は乾燥した
後5%ポリビニール・アルコール水溶液を乾燥原料粉に
対して5重量%加えて造粒する。造粒粉は金型を用い成
形圧力450Kg/cm2で35mmφ×20mmに成型する。成
形体を大気中で1350℃、3時間保持して焼成した。
このときの昇・降温速度は70℃/hである。得られた
焼結体中に生成された結晶粒の電気抵抗は各々約10〜
50ΩのZnO結晶,約70〜100ΩのZnAl2O4
結晶,約400ΩのMgO結晶,約700〜4×1013Ω
のZnGa2O4,ZnLa2O4,ZnY2O4,ZnIn2O
3,MgAl2O4,MgY2O4,MgGa2O4,MgLa
2O4,MgIn2O3,Al2O3,Ga2O3,La2O3,I
n2O3であった。 【0018】別に、低融点結晶化ガラスで旭硝子製AS
F−1400ガラス(ZnO−SiO2−B2O3系)粉をエ
チルセルローズ,プチルカルピトール溶液に懸濁してお
き、これを焼成した焼結体の側面に厚さ50〜300μ
mになるように筆で塗布した。これを大気中で750
℃,30分間熱処理してガラスを焼付けた。ガラスを被
覆した焼結体はその両端面をラップマスタで約0.5mm
ずつ研磨し、トリクロルエチレンで洗浄した。洗浄した
焼結体にAl電極を溶射によって形成して抵抗体とし
た。この本発明晶と従来品(炭素分散型セラミック抵抗
体)との開閉サージ耐量,抵抗温度係数,大気中500
℃熱処理後の抵抗値変化率及び電圧−電流特性の非直線
係数αを比較して表1に示す。 【0019】 【表1】 【0020】本発明品は従来品よりも開閉サージ耐量が
極めて大きく、かつ電圧非直線係数αが小さくすぐれて
いることがわかる。本発明の抵抗温度係数が正で、10
0μsにおけるAC耐量が20A以上、V−I特性にお
けるβが0.9〜1.0である。 【0021】結晶粒の電気抵抗の測定は、焼結体を鏡面
研磨し、走査型電子顕微鏡で分析後各結晶粒表面に微細
電極を形成して電流及び電圧から測定した。 【0022】本発明の酸化物抵抗体の断面構造の一例を
図4及び図5に示す。図4において、1は焼結体、2は
電極、3は結晶化ガラスまたはセラミックス材の膜であ
る。ここで、焼結体の側面に結晶化ガラスまたはセラミ
ックス材の膜をもうけたのは、使用中での沿面放電を防
止するためである。 【0023】(実施例2) 基本成分のZnOを65〜99.95モル%,MgOを
0.05〜20モル%に変え、かつ副成分としてAl2O
3,Y2O3,La2O3,In2O3,Ga2O3から選ばれ
た1種類を各々0.1 〜30モル%に変化させ、その配
合量を正確に秤量した。秤量した原料粉は実施例1と同
様に大気中1300〜1600℃の温度で3時間保持し
て焼成した。得られた焼結体の密度は各々理論密度の9
5〜98%であった。焼成した焼結体は両端面をラップ
マスタ約0.5mm ずつ研磨し、トリクロルエチルで超音
波洗浄した。洗浄した焼結体はAl溶射電極を形成して
抵抗体とした。得られた抵抗体の抵抗値,開閉サージ耐
量,抵抗温度係数及び電圧非直線係数αを表2に示す。 【0024】 【表2】【0025】表2から、組成番号10〜12,組成番号
16〜18,組成番号21〜23,組成番号27〜2
9,組成番号32〜36、すなわち基本成分80〜9
2.9 モル%のZnOに、5〜15モル%のMgOを含
有させ、さらに副成分としてAl2O3を5〜15モル
%,Y2O3を0.5 〜5モル%,La2O3を0.3 〜1
モル%,Ga2O3を0.5 〜5モル%,In2O3を0.
1 〜5モル%を選ばれた1成分以上を添加した抵抗体
の特性は抵抗率が110〜3500Ωcm、開閉サージ耐
量が500〜780J/cm3 ,電気抵抗温度係数が−5
×10-4/℃以下,4.3×10-4/℃ 以上かつ電圧非
直線係数αが1.02〜1.3であり、遮断器用抵抗体と
して優れていることがわかる。 【0026】また、表2から開閉サージ耐量は基本成分
のZnOにMgOを添加することで改善されることがわ
かる。しかし、MgOを20モル%(No.7)と含有さ
せすぎると300J/cm3 で、従来品の500J/cm3
よりも低くなってしまう。また、MgOの含有量を変え
ることで抵抗温度係数が負から正に変化し、MgOの添
加量を選定すれば−1×10-3/℃〜1.1×10-3/
℃ に小さくできることがわかる。また、抵抗値は基本
成分のMgOの含有量を増加させても43〜500Ωcm程
度で大きな変化を示さないが、副成分のAl2O3,Y2
O3,La2O3,Ga2O3及びIn2O3の添加量によっ
て91〜5×107Ωcm を著しく変化することがわか
る。さらに、電圧非直線係数は副成分のAl2O3,Y2
O3,La2O3,Ga2O3,In2O3などの最適添加量を
選定することによって1.02〜1.2 と著しく改善できる
こと、しかし副成分のAl2O3,Y2O3,La2O3,G
a2O3,In2O3の添加量を増加しすぎると開閉サージ
耐量が低下することがわかる。これらのことから、遮断
器用抵抗体として特に望ましい組成は基本成分がZnOに
MgOを5〜15モル%含有させた混合物に対し、副成
分としてAl2O3を5〜15モル%,Y2O3を0.5 〜
5モル%,La2O3を0.3 〜1モル%,Ga2O3を
0.5 〜5モル%,In2O3を0.1 〜5モル%添加す
るのが良い。 (実施例3) 表3に示す成分組成により、実施例1と同様にして抵抗
体を得た。得られた抵抗体の特性を表3に示す。表から
わかるように、本実施例の抵抗体は、抵抗値が5〜9×
102Ωcm,開閉サージ耐量が600〜850J/cm3,
電気抵抗温度係数が4×10-4〜1×10-3/℃、電圧
非直線係数が1.05〜1.20(3×10-3〜80A/
cm2)の抵抗体である。 【0027】従って、このような特性を有する本実施例
の抵抗体は、小型化の点で非常に有効である。 【0028】 【表3】 【0029】(実施例4) 図6及び図7は本発明の直線抵抗体を各々GCB投入抵
抗用及びSF6 ガス絶縁中性点接地(NGR)用に用い
た応用例を示したものである。図6及び図7で用いられ
た抵抗体5は図5に示す円筒形状のものが使用されてい
る。 【0030】 【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば開閉
サージ耐量が極めて大きく、電圧−電流特性の電圧非直
線係数が小さく、抵抗温度係数が正でしかも小さく、か
つ500℃熱処理後の抵抗温度変化も小さいという優れた
直線抵抗体が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係る直線抵抗体の断面構造を示
す模式図。 【図2】直線抵抗体の比重と遮断面の開閉サージ耐量と
の関係。 【図3】直線抵抗体の電圧−電流特性。 【図4】本発明の実施例に係る直線抵抗体の断面図。 【図5】本発明の実施例に係る直線抵抗体の断面図。 【図6】GCB投入抵抗用抵抗器の構成図。 【図7】SF6 ガス絶縁中性点接地(NGR)の構成図
である。 【符号の説明】 1,5…直線抵抗体、2…電極、3…ガラス等、4…円
筒内部、6…ブッシング、7…タンク、8…コンデン
サ、9…遮断部、10…油ダッシュポット、11…開閉
操作用ピストン、12…空気タンク。
す模式図。 【図2】直線抵抗体の比重と遮断面の開閉サージ耐量と
の関係。 【図3】直線抵抗体の電圧−電流特性。 【図4】本発明の実施例に係る直線抵抗体の断面図。 【図5】本発明の実施例に係る直線抵抗体の断面図。 【図6】GCB投入抵抗用抵抗器の構成図。 【図7】SF6 ガス絶縁中性点接地(NGR)の構成図
である。 【符号の説明】 1,5…直線抵抗体、2…電極、3…ガラス等、4…円
筒内部、6…ブッシング、7…タンク、8…コンデン
サ、9…遮断部、10…油ダッシュポット、11…開閉
操作用ピストン、12…空気タンク。
フロントページの続き
(72)発明者 小杉 哲夫
茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社
日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 白川 晋吾
茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株
式会社 日立製作所 国分工場内
(56)参考文献 特開 昭53−141495(JP,A)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.抵抗体と、該抵抗体を積層した抵抗積層体と、該抵
抗積層体を収納するタンクとを備え、該抵抗積層体が接
地される中性点接地抵抗器において、 前記抵抗体が、酸化亜鉛68〜90モル%,酸化マグネ
シウム5〜15モル%含有させた混合物に対し、 酸化アルミニウム5〜15モル%,酸化イットリウム
0.5〜5 モル%,酸化ガリウム0.5〜5モル%,酸
化ランタン0.3〜1モル%、及び酸化インジウム0.1
〜5 モル%から選ばれた少なくとも一種の副成分を含
有する焼結体からなることを特徴とする中性点接地抵抗
器。 2.請求項1記載の抵抗体が、上下端面に電極を有し、
側面に結晶化ガラスまたはセラミックスの膜を形成して
なることを特徴とする中性点接地抵抗器。 3.請求項1記載の抵抗体が、中央部分に貫通孔を有
し、上下端面に電極が形成され、側面に結晶化ガラスま
たはセラミックスの膜を形成してなることを特徴とする
中性点接地抵抗器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4054775A JP2777009B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 中性点接地抵抗器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4054775A JP2777009B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 中性点接地抵抗器 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60097805A Division JPH06101401B2 (ja) | 1984-06-22 | 1985-05-10 | 直線抵抗体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05121213A JPH05121213A (ja) | 1993-05-18 |
JP2777009B2 true JP2777009B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=12980150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4054775A Expired - Lifetime JP2777009B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 中性点接地抵抗器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2777009B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114477994A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 广东爱晟电子科技有限公司 | 一种大功率陶瓷芯片电阻及其材料和制备 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53141495A (en) * | 1977-05-16 | 1978-12-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor porcelain of positive property |
-
1992
- 1992-03-13 JP JP4054775A patent/JP2777009B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05121213A (ja) | 1993-05-18 |
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---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |