JPH03254086A - ギャップ付避雷器用電圧非直線抵抗体 - 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】 （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） 従来カニら酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分として、Ｂ１２
Ｑ＊５ｂ２０３．５ｉｎ２．　ＣＯ２Ｏ３，ＭｎＯ２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、第１図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とから槽底される。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ては、既存の鉄塔間
に新たにキャップ付避雷器を挿入しなければならないの
て、アークホーンｌとの絶縁協調が問題であり、落雷時
に直列ギャップ４に閃絡させてアークホーン１ての閃絡
を防止する必要かある。

しかし、従来の酸化ビスマス系酸化亜鉛素子の比誘電率
は、６５０程度か限界のため、直列ギャップ４て閃絡か
発生するフラッシュオーバー電圧を小さくすることか難
しかった。従って、アークホーンＩのギャップ間隔を長
くする必要かあるため、既設鉄塔に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
必要かある場合かあった。

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非直線抵抗
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、酸化亜鉛粒子の粒間相にルチル結晶構造
の二酸化チタンを０．０１〜１５．０重量％含有するこ
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ルチル結晶構造の二酸化
チタンを０．０１〜１５．０重量％含有しているので、
この粒間相のルチル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、
限流要素部全体の比誘電率を高め、それたけ直列ギャッ
プの閃絡電圧を低下できるので、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、ここでルチル結晶構造を採用している点か重要
である。即ち、二酸化チタンには三つの相変態（ルチル
、アナターゼ、プルカイト）か存在するか、このうち高
温安定型の正方晶系晶であるルチル結晶のみか高い誘電
率を有する。抵抗体の原料混合物中に二酸化チタン粉末
を含有させること自体は知られてはいるが、従来は添加
した二酸化チタンか焼成時に粒界相の酸化ビスマス相に
固溶し、二酸化チタン結晶の残存量が著しく減少し、こ
のため比誘電率への寄与は見られなかった。

これに対し、本発明では、二酸化チタンの結晶構造をル
チルに特定した点が決定的に異なる。

酸化亜鉛粒子の粒間相中に含有されるルチル結晶の含有
率を０．Ｏ１〜１５．０重量％とするが、これを０．０
１〜１０．０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。

これか１５．０重量％を越えると比直線定数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。

粒間層に存在するルチル結晶の粒径は５μｍ以下か好ま
しく、１．５〜３μｍか更に好ましい。

ルチル結晶の粒径か５μｍより大きくなると酸化亜鉛の
結晶粒子同士の接触か妨げられバリスタとしての電気特
性か低下する。

ルチル結晶の定量は粉末法Ｘ線回折定量法により測定で
きる。粒径は走査型電子顕微鏡で測定できる。

（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ビスマス、
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ビ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整する際、所定粒径の二
酸化チタンのルチル結晶を使用し、このルチル結晶を他
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て混合する。この際、ルチル結晶
の平均粒径は２μｍ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８０Ｃ１−１０００ｋｇ　／　ｃｍ　
２の下で所定の形状に成形する。そして成形体を昇降温
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、仮焼成の前に成形体を昇降温速度ｌＯ〜１００”
Ｃ／ｈｒて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、酸化ケイ酸等の所
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、６０〜３００μｍ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体または
脱脂体に塗布してもよい。次に、これを昇降温速度４０
〜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、
　Ａｌ２Ｏ３，ダイヤモンド等の＃４００〜＃　２００
０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
。

実施例１ 第１表に示す所定量、所定粒径のルチル結晶のＴｉＯ□
を用い、Ｂ１□０３１．０モル％、Ｃｏ２Ｌ　１．０モ
ル％、ＭｎＯ□０．５モル％、　５ｂ２０３　　ｔ、ｏ
モル％、　Ｃｒ２０３０．５モル％、　ＮｉＯ１，０モ
ル％、　５１０２１．５モル％。

ＡＡ　（ＮＯ３）３・９Ｈ２００，００５モル％および
残部か上記酸化亜鉛原料からなるように酸化亜鉛原料と
添加物を混合し、ホウケイ酸ビスマスガラスを外記でＯ
，１ｗｔ％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、第１表に示す各電圧非直線抵
抗体を作成した（径４７ｍｍ、高さ２２．５ｍｍ、バリ
スター電圧Ｖ、Ａ＝６．３　ＫＶ）。

ここで、ルチル結晶の添加量と平均粒径とを第１表に示
すように変化させ、製造した電圧非直線抵抗体中に含有
されるルチル結晶の残留量を変化させた。

次いて、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（ＩＭＨｚ）　、非直線定数α、雷サージ放
電耐量及び雷サージ印加後のＶ　ｌ　ｍ　Ａ変化率を測
定し、その結果を第１表に示した。

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、４／１０μｓ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。

■、。９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。結果を第１表に示す。

第１表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二酸化チタンのルチル結晶を含有
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　ＩｍＡを低く抑える
ことかできる。

（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ルチル結晶構造の二酸化
チタンを含有させているので、このルチル結晶により抵
抗体の誘電率を高めることかできる。これにより、ギャ
ップ付避雷器の限流要素部全体の誘電率を高め、直列ギ
ャップの閃絡電圧を縮小できるので、絶縁協調性の優れ
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、ルチル結晶の含有率を０．０１重量％以上とし
ているので、誘電率向上の効果か充分大きく、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図はギャップ付避雷器の模式図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、酸化亜鉛粒子の粒間相にルチル結晶構造の二酸
   化チタンを０．０１〜１５．０重量％含有することを特
   徴とするギャップ付避雷器用電圧非直線抵抗体。