JP2786367B2 - ガス絶縁遮断器 - Google Patents
ガス絶縁遮断器Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
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- H01H33/165—Details concerning the impedances
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規な送変電機器に係
り、特に開閉サージ吸収に好適な直線抵抗体を有するガ
ス絶縁遮断器に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、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），電気抵抗温度
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１１０〜４０００Ωcm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、
５００℃以上の高温にさらしても抵抗値に変動が少な
く、抵抗温度係数が−８×１０-4／℃から１０×１０-4
／℃の範囲を有する直線抵抗体を備え、従来よりも小型
のガス絶縁遮断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、酸化亜鉛を主
成分としたセラミック抵抗体を用いた抵抗器を絶縁ガス
雰囲気中に内蔵したガス絶縁遮断器であって、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ガス絶縁遮断器にある。 【０００８】 【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ＺｎＹ3
Ｏ4，ＺｎＧａ3Ｏ4，ＺｎＬａ3Ｏ4，ＺｎＡｌ2Ｏ4，Ｚ
ｎＩｎ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＹ2Ｏ4，ＭｇＧａ
3Ｏ4，ＭｇＬａ3Ｏ4，ＭｇＩｎ3Ｏ4，Ａｌ2Ｏ3，Ｙ
2Ｏ3，Ｇａ2Ｏ3，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１
１０〜４０００Ωcmで、かつ開閉サージ耐量が３８０Ｊ
／cm3 以上、電圧−電流特性の非直線係数として、αが
１.０２〜１.３，電気抵抗温度係数が−８×１０-4／℃
から４.３×１０-4／℃（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（ＺｎＯ）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，Ｍｇ
Ｏ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
（Ｌａ2Ｏ3），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３８０Ｊ／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，Ｍ
ｇＡｌ3Ｏ4，ＭｇＹ3Ｏ4，ＭｇＧａ2Ｏ4，ＭｇＬａ
3Ｏ4，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Ｉ
ｎ2Ｏ3３６９ｇ(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１０〜５
０Ω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，ＺｎＩｎ
2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4,ＭｇＹ2Ｏ4，ＭｇＧａ2Ｏ4，Ｍｇ
Ｌａ2Ｏ4，ＭｇＩｎ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｇａ2Ｏ3，Ｌａ2
Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3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５０〜３０
０μｍになるように筆で塗布した。これを大気中で７５
０℃，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０.５m
m 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１０〜１３，組成番号
１６〜１８，組成番号２１〜２４，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１１０〜４０００Ωcm，開閉サージ耐
量が３８０〜７８０Ｊ／cm3，抵抗温度係数が−８×１
０-4／℃〜４.３×１０-4Ω／℃，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−８×１０-4／℃〜４.３×１０-4／℃
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，Ｙ
2Ｏ3，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,
Ｇａ2Ｏ3,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。 【００２７】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％，Ｌａ2
Ｏ3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，
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。 【００２８】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。 【００２９】 【表３】 【００３０】（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。 【００３１】 【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
直線抵抗体を採用することで、従来よりも小型化された
ガス絶縁遮断器を得ることができる。
り、特に開閉サージ吸収に好適な直線抵抗体を有するガ
ス絶縁遮断器に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、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），電気抵抗温度
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１１０〜４０００Ωcm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、
５００℃以上の高温にさらしても抵抗値に変動が少な
く、抵抗温度係数が−８×１０-4／℃から１０×１０-4
／℃の範囲を有する直線抵抗体を備え、従来よりも小型
のガス絶縁遮断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、酸化亜鉛を主
成分としたセラミック抵抗体を用いた抵抗器を絶縁ガス
雰囲気中に内蔵したガス絶縁遮断器であって、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ガス絶縁遮断器にある。 【０００８】 【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ＺｎＹ3
Ｏ4，ＺｎＧａ3Ｏ4，ＺｎＬａ3Ｏ4，ＺｎＡｌ2Ｏ4，Ｚ
ｎＩｎ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＹ2Ｏ4，ＭｇＧａ
3Ｏ4，ＭｇＬａ3Ｏ4，ＭｇＩｎ3Ｏ4，Ａｌ2Ｏ3，Ｙ
2Ｏ3，Ｇａ2Ｏ3，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１
１０〜４０００Ωcmで、かつ開閉サージ耐量が３８０Ｊ
／cm3 以上、電圧−電流特性の非直線係数として、αが
１.０２〜１.３，電気抵抗温度係数が−８×１０-4／℃
から４.３×１０-4／℃（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（ＺｎＯ）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，Ｍｇ
Ｏ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
（Ｌａ2Ｏ3），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３８０Ｊ／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，Ｍ
ｇＡｌ3Ｏ4，ＭｇＹ3Ｏ4，ＭｇＧａ2Ｏ4，ＭｇＬａ
3Ｏ4，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Ｉ
ｎ2Ｏ3３６９ｇ(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１０〜５
０Ω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，ＺｎＩｎ
2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4,ＭｇＹ2Ｏ4，ＭｇＧａ2Ｏ4，Ｍｇ
Ｌａ2Ｏ4，ＭｇＩｎ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｇａ2Ｏ3，Ｌａ2
Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3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５０〜３０
０μｍになるように筆で塗布した。これを大気中で７５
０℃，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０.５m
m 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１０〜１３，組成番号
１６〜１８，組成番号２１〜２４，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１１０〜４０００Ωcm，開閉サージ耐
量が３８０〜７８０Ｊ／cm3，抵抗温度係数が−８×１
０-4／℃〜４.３×１０-4Ω／℃，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−８×１０-4／℃〜４.３×１０-4／℃
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，Ｙ
2Ｏ3，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,
Ｇａ2Ｏ3,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。 【００２７】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％，Ｌａ2
Ｏ3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，
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。 【００２８】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。 【００２９】 【表３】 【００３０】（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。 【００３１】 【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
直線抵抗体を採用することで、従来よりも小型化された
ガス絶縁遮断器を得ることができる。
【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55−57219（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−92476（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．酸化亜鉛を主成分としたセラミック抵抗体を用いた
抵抗器を絶縁ガス雰囲気中に内蔵したガス絶縁遮断器で
あって、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ガス絶縁遮断
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4054776A JP2786367B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | ガス絶縁遮断器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4054776A JP2786367B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | ガス絶縁遮断器 |
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 |
|---|---|
| JPH05205910A JPH05205910A (ja) | 1993-08-13 |
| JP2786367B2 true JP2786367B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=12980180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4054776A Expired - Lifetime JP2786367B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | ガス絶縁遮断器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2786367B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5341352B2 (ja) * | 1973-12-20 | 1978-11-02 | ||
| JPS5557219A (en) * | 1978-10-25 | 1980-04-26 | Hitachi Ltd | Power breaker |
| JPS56126902A (en) * | 1980-03-10 | 1981-10-05 | Marukon Denshi Kk | Ceramic varistor and method of producing same |
-
1992
- 1992-03-13 JP JP4054776A patent/JP2786367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05205910A (ja) | 1993-08-13 |
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