JPS6325481B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化亜鉛バリスタ用の熱伝達装置に関
する。

酸化亜鉛バリスタは、サージ電流を分路する一
方、線路電圧状態で動作する能力を維持する電圧
サージ避雷装置に用いられる。このようなバリス
タは、バリスタの電圧−電流特性Ｉ＝KVⁿ（Ｉは
バリスタに流れる電流、Ｋは定数、Ｖはバリスタ
間の電圧を示す）における指数ｎの値が大きい。
高指数の酸化亜鉛化合物バリスタは正規線路電圧
ではバリスタに流れる電流を低い値に限定するの
に十分な抵抗を有するが、大電流時の抵抗が低
く、従つてサージ電流が流れているときのバリス
タ電圧は十分低いレベルに保持され、このバリス
タで保護すべき装置の絶縁への損傷を防止する。

バリスタは線路から大地に連結的に接続されて
いるので、バリスタには連続して電流が流れ、こ
の電流が原因で正規系統電圧および正規動作温度
でバリスタが少量の電力を消費する。電流および
それに伴なう電力消費双方の大きさはバリスタ温
度が上昇するにつれて増大する。従つて何らかの
手段を講じてバリスタから熱を除去して熱暴走を
防止しなければならない。かゝる手段は正規条件
下での熱暴走を防止できなければならないだけで
なく、高電流サージから生じる熱を散逸できなけ
ればならない。バリスタ本体から熱を除去する手
段として、例えば酸化アルミニウム充填シリコー
ン樹脂を用いるのが有効である。個々のバリスタ
円板を多量の樹脂材料内で注型し、しかる後サー
ジ避雷器ハウジング内に挿入する。肉厚のシリコ
ーン樹脂がバリスタのヒートシンクとして働き、
熱をバリスタからサージ避雷器本体の壁に運ぶ。
酸化亜鉛バリスタのヒートシンクとしてシリコー
ンのカプセル封じ材を用いることは米国特許第
4092694号および第4100588号に記載されている。

シリコーンによるカプセル封じ作業は生産性の
高い作業として行うのが難しい。バリスタ円板を
成形技術によりシリコーン内にカプセル封じする
場合、個々のバリスタ円板または１対の円板を
別々のモールド内に入れてからシリコーンのカプ
セル封じ材を加えなければならない。十分長い時
間をとつてシリコーン材料を硬化させた後、カプ
セル封じされた円板を手でモールドから取出す必
要がある。多量のシリコーン材料を用いるので材
料費が高くなり、しかも特別なモールド形成作業
が必要であるので、酸化亜鉛バリスタをサージ避
雷器に用いることがはなはだしく高価になつてい
る。

本発明の目的は、非常に低いコストで製造でき
る、優れたヒートシンク能力を有する酸化亜鉛バ
リスタを提供することにある。

本発明によれば、酸化亜鉛バリスタ円板に金属
円板のヒートシンクを設け、このヒートシンクを
可撓性弾性スリーブにより所定位置に保持する。
弾性位置決め部材および軸線方向に加えられるば
ね力によつて、ヒートシンクとバリスタの組合せ
をサージ避雷器本体内に熱的接触状態に保持す
る。金属円板はサージ状態の間にバリスタ本体か
ら熱を迅速に除去し、バリスタ訪体および金属円
板双方を囲む可撓性弾性スリーブを経て上記熱を
熱放射用避雷器ハウジングに伝達する。

次に本発明を図面を参照しながら説明する。

第１図は多数のバリスタ円板を含むサージ避雷
器の断面図である。この代表的なサージ避雷器１
０は磁器ハウジング１１を具え、その頂端キヤツ
プ１２に設けられた頂部端子１３はばね１５によ
り多数の酸化亜鉛バリスタ１６に電気接続されて
いる。避雷器１０にはさらにガス空間１７が設け
られ、バリスタ破損時にガスを放出できるように
なつている。サージ避雷器１０の底部は底部キヤ
ツプ１８で閉じられ、避雷器の底部への電気接続
は底部端子１４によつて達せられる。避雷器内に
使用されるバリスタは、第２図に示すような、酸
化亜鉛材料の焼結円板１９の頂面および底面に電
極層２０を設けたタイプのものである。

バリスタの周縁に沿つて両電極層間に放電が生
じて酸化亜鉛材料を側路するのを防止するため
に、バリスタ１６はセラミツクのカラー２１で囲
まれている。

第１図の電圧サージ避雷器に類似したサージ避
雷装置内で動作中にバリスタ本体に発生した熱を
伝達するために、第３図の熱伝達装置を用いる。
第３図の避雷器１０は第１図のものと類似してお
り、従つて同等の部分を同一符号で示す。大きい
熱容量を有する円板形のヒートシンク２３および
バリスタ１６を可撓性弾性スリーブ２２で囲み、
バリスタをばね１５を介して互にまた端部キヤツ
プと密な熱的および電気的接触状態に保持する。
ヒートシンクとバリスタは図示のようにほぼ等し
い直径にして、ヒートシンクと接触するバリスタ
の面全体にわたつて両者間の電流および熱の導通
を一様にすると共に、弾性スリーブによる両者の
保持をし易くするのが好ましい。ハウジング１１
とバリスタ１６上の弾性スリーブ２２およびヒー
トシンク２３よりなる熱伝達装置との間に位置決
め部材２４を差しはさむことにより、可撓性弾性
スリーブ２２を磁器ハウジング１１と熱的接触状
態に保持する。第３図の実施例では、ヒートシン
ク２３を鋼のような大きい熱容量の材料でつくる
ことができる。

代表的な酸化亜鉛バリスタにサージ電流が流れ
ると、バリスタの温度はバリスタに吸収されるエ
ネルギー量に正比例し、かつバリスタの質量およ
び比熱の双方に反比例して上昇する。バリスタの
温度が上昇するにつれて、正規電圧でのバリスタ
の電力消費は第４図に示すように増加する。第４
図ではサージ避雷器の熱散逸能力Ａを、動作電圧
における単位定格当りのバリスタ電力消費Ｂと比
較してある。大きなサージ電流が流れた後、バリ
スタの電力消費条件は、バリスタの電力消費Ｂが
Ｃで示されるようにサージ避雷器の熱散逸能力Ａ
を越え、この結果熱的暴走を生じるような範囲ま
で増加することがある。第３図の実施例に示すよ
うに可撓性弾性スリーブ２２によりバリスタに保
持されたヒートシンク２３を使用した場合、バリ
スタの温度はバリスタに吸収されるエネルギー量
に正比例し、かつ熱がバリスタからヒートシンク
へ急速に流れるのでバリスタ１６およびヒートシ
ンク２３双方の総合質量および比熱に反比例して
上昇する。かくしてバリスタの温度上昇を十分に
低いレベルに抑え、スリーブ２２を経て流れ得る
熱の流れがバリスタの電力消費より大きくなるよ
うにし、かくしてバリスタを正規動作温度に効果
的に冷却する。位置決め部材２４とバリスタ１６
との間の機能的関係は、第５図に示すようにガス
空間９を残してバリスタ破損時のガス膨張を吸収
できるようになつている。第３図の熱伝達装置を
第６および８図に詳細に示す。バリスタ１６は酸
化亜鉛材料の頂面および底面上に上下の電極層２
０，２０を有するとともに酸化亜鉛材料の周囲に
沿つてセラミツクカラー２１を有し、さらに弾性
スリーブ２２によりバリスタと熱的接触状態に保
持された金属円板のヒートシンク２３を含む。弾
性スリーブ２２用の材料としては高い可撓性およ
び良好な熱伝導特性を有するシリコーン樹脂を選
択する。前述したように、ヒートシンク２３は鋼
材料からつくるが、他の金属、例えば鉄、アルミ
ニウムおよび銅、他の金属合金ならびに比較的高
い熱容量を有する他の熱伝導性材料も使用でき
る。

第６図の熱伝達装置の側面図を第７図に示す。
弾性スリーブ２２がバリスタ１６およびヒートシ
ンク２３を囲んでいる。直列配置された多数のバ
リスタ中の各バリスタ間の電気的接続は、１つの
バリスタの電極層２０および直列配置で次に続く
バリスタの金属円板ヒートシンク２３によつて達
成する。場合によつては、セラミツクカラー２１
を省略でき、弾性スリーブ２２によりバリスタの
電極層間の電気絶縁を行うとともに、金属円板ヒ
ートシンクおよびバリスタを良好な物理的接触状
態に保持する。

第８図にバリスタおよび金属円板ヒートシンク
を第３図の避雷器と熱的接触状態に保持する位置
決め部材２４を詳細に示す。弾性スリーブ２２を
バリスタおよび金属円板ヒートシンクのまわりに
はめた後、このバリスタ−金属円板ヒートシンク
組立体を避雷器ハウジング内に挿入する。位置決
め部材２４は犬のおしやぶり骨のような輪郭を有
し、その両端に張力をかけて伸長し、位置決め部
材の中心部分を細長くする。バリスタ、金属円板
ヒートシンクおよび弾性スリーブを避雷器ハウジ
ング内に配置した後、位置決め部材の両端から張
力を解除してバリスタ組立体をハウジングに対し
て直接押付ける。位置決め部材２４は可撓性重合
体、例えばシリコーン樹脂または他の良熱伝導性
電気絶縁性材料からつくるのが好都合である。

第９図に位置決め部材２４がバリスタ１６と弾
性スリーブ２２との間に保持された構造を示す。
第１０図は単一の一体構造に形成された弾性スリ
ーブ２２′と延長部２４′との組合せを示す。位置
決め部材２４に類似した延長部２４′も組立体を
ハウジングに対して押付ける作用をなす。

本発明の新規な熱伝達装置を用いれば、熱伝達
特性の特定のバリスタの必要条件に応じて調節す
ることができる。良好な熱伝導性とともに高い熱
容量が求められる場合には、特定の熱的必要条件
に適合するように金属合金を調製することができ
る。

重要な必要条件はバリスタから熱を急速に取去
るように伝達すること、そしてヒートシンクの熱
蓄積容量がバリスタの過剰な温度上昇を防止する
のに十分なものであることである。

弾性スリーブの目的は、バリスタおよびヒート
シンク双方と磁器ハウジング壁との良好な熱的接
触を実現することにある。弾性スリーブを除外
し、シートシンクを金属合金のような高融点材料
により接着した場合には、ヒートシンクの幾何形
状を磁器ハウジングの内部幾何形状に一層よく合
致するように改変して熱伝達の効率を上げること
ができる。用途によつては接着剤を省略し、ヒー
トシンクをバリスタに直接接触させることが出来
る。ヒートシンクの外表面を弾性スリーブを囲ん
で、導電性ヒートシンクをハウジングに直接接触
させることなしに、ハウジングとヒートシンクと
の良好な熱的接触を達成することができる。

第１１図に示す実施例では、弾性スリーブ２２
がヒートシンク２３を包囲し、バリスタ１６は位
置決めの目的でヒートシンクに僅かに埋め込まれ
ている。ヒートシンク２３の寸法はバリスタ直径
に対して大きくして、ハウジングの内部幾何形状
に密接する幾何形状とし、熱伝達の効率をよくす
る。

本発明の熱伝達装置を避雷器ハウジング内に使
用するものとして説明したが、これは例示にすぎ
ない。本発明の熱伝達装置は酸化亜鉛避雷器を使
用できるところに適用できる。

以上のように本発明の熱伝達装置は、ヒートシ
ンクとバリスタを包囲して両者を接触状態に保持
すると共に避雷器ハウジングと熱的接触する弾性
スリーブを設けたことにより、バリスタにより発
生されてヒートシンクに吸収された熱をヒートシ
ンクから弾性スリーブを介して避雷器ハウジング
に直接的に伝達し、これによりバリスタから熱を
効率よく効果的に除去することができる。また、
バリスタとヒートシンクを弾性スリーブにより接
触状態に保持したことにより、避雷器の製造及び
補修が容易になり、従つてそのためのコストも低
減できる。更に、弾性スリーブを用いたことによ
り、バリスタとヒートシンクの積重ね体を、従来
のように製造のコストおよび容易さの点で問題の
ある樹脂によるカプセル封じを行う必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は多数のバリスタ円板を装入した従来の
サージ避雷器を示す断面図、第２図は酸化亜鉛バ
リスタ円板を一部破断して示す拡大斜視図、第３
図は本発明の熱伝達装置を設けたサージ避雷器を
一部断面にて示す側面図、第４図は酸化亜鉛バリ
スタの電力消費をバリスタ温度の函数として示す
グラフ、第５図は第３図の５−５線方向に見たサ
ージ避雷器の断面図、第６図は本発明の熱伝達装
置の縦断面図、第７図は第６図の熱伝達装置の側
面図、第８図は第３図のサージ避雷器内のバリス
タの熱伝達装置を示す拡大断面図、第９図は本発
明のバリスタ熱伝達装置の他の実施例を示す平面
図、第１０図は本発明のバリスタ熱伝達装置のさ
らに他の実施例を示す斜視図、および第１１図は
本発明の熱伝達装置のさらに他の実施例を示す縦
断面図である。 １０……避雷器、１１……磁器ハウジング、１
６……バリスタ、１９……酸化亜鉛材料、２０…
…電極層、２１……カラー、２２……弾性スリー
ブ、２３……ヒートシンク、２４……位置決め部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 避雷器ハウジング内に配置され、各表面に電
   極層を持つ少くとも１個の酸化亜鉛円板からなる
   タイプの酸化亜鉛バリスタ用の熱伝達装置におい
   て、 前記酸化亜鉛円板の少くとも１表面と熱的に接
   触して該円板から熱を除去するヒートシンク手段
   を有し、更に、 前記ヒートシンク手段および前記円板を包囲し
   て、前記ハウジングと熱的接触すると共に、前記
   ヒートシンク手段を前記円板と接触状態に保持す
   る弾性スリーブを具えることを特徴とする酸化亜
   鉛バリスタ用の熱伝達装置。 ２ 前記ヒートシンク手段が大きい熱容量を有す
   る材料の円板よりなる特許請求の範囲第１項記載
   の酸化亜鉛バリスタ用の熱伝達装置。 ３ 前記弾性スリーブがシリコーン樹脂よりなる
   特許請求の範囲第１項記載の酸化亜鉛バリスタ用
   の熱伝達装置。 ４ 前記ヒートシンク手段が金属よりなる特許請
   求の範囲第２項記載の酸化亜鉛バリスタ用の熱伝
   達装置。 ５ 前記金属が銅、アルミニウムまたは鉄である
   特許請求の範囲第４項記載の酸化亜鉛バリスタ用
   の熱伝達装置。 ６ 前記弾性スリーブが可撓性電気絶縁性材料よ
   りなる特許請求の範囲第１項記載の酸化亜鉛バリ
   スタ用の熱伝達装置。 ７ 前記弾性スリーブに隣接していて、前記バリ
   スタおよび前記ヒートシンク手段を前記ハウジン
   グに密接状態に保持する位置決め手段を具える特
   許請求の範囲第１項記載の酸化亜鉛バリスタ用の
   熱伝達装置。 ８ 前記位置決め手段が前記弾性スリーブと前記
   ハウジングとの間に挿入できる様になつている樹
   脂材料本体よりなる特許請求の範囲第７項記載の
   酸化亜鉛バリスタ用の熱伝達装置。 ９ 前記位置決め手段がシリコーン樹脂よりなる
   特許請求の範囲第７項記載の酸化亜鉛バリスタ用
   の熱伝達装置。 １０ 前記位置決め手段が前記弾性スリーブと一
   体的に形成されて前記バリスタおよび前記ヒート
   シンク手段を避雷器壁と熱的接触状態に保持する
   特許請求の範囲第９項記載の酸化亜鉛バリスタ用
   の熱伝達装置。 １１ 前記ヒートシンク手段が前記酸化亜鉛円板
   の直径にほぼ等しい直径を持つ円板の形である特
   許請求の範囲第１項記載の酸化亜鉛バリスタ用の
   熱伝達装置。