JPH0536504A - 高エネルギー酸化亜鉛バリスタ - Google Patents

高エネルギー酸化亜鉛バリスタ

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JPH0536504A
JPH0536504A JP3321729A JP32172991A JPH0536504A JP H0536504 A JPH0536504 A JP H0536504A JP 3321729 A JP3321729 A JP 3321729A JP 32172991 A JP32172991 A JP 32172991A JP H0536504 A JPH0536504 A JP H0536504A
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JP
Japan
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varistor
disc
zinc oxide
electrodes
diameter
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Pending
Application number
JP3321729A
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English (en)
Inventor
Herman F Nied
エフ ニード ハーマン
Howard F Ellis
エフ エリス ハワード
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electric Power Research Institute Inc
Original Assignee
Electric Power Research Institute Inc
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Publication date
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Publication of JPH0536504A publication Critical patent/JPH0536504A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/102Varistor boundary, e.g. surface layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C1/00Details
    • H01C1/14Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】特定のバリスタ円板のエネルギー扱い能力を予
測する赤外線測定に基づくシステムを提供する。 【構成】酸化亜鉛バリスタ円板100の対向する面に、
少なくとも端部まで延びる電極150,151が設けら
れ、これらの電極間で、前記円板100の円筒面130
に絶縁部材を設けてなる熱応力が減少されたバリスタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高電圧又は高電流用円
板状の酸化亜鉛を基材とするバリスタに関し、更に詳細
には、その物理的安定性の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化亜鉛を基材とするバリスタは、通常
製造されているのは、酸化亜鉛と添加物とからなる焼結
された円板からなり、この円板は対向きする一対の電極
を有している。フリンジング電流又はフラッシュオーバ
ーと呼ばれるアーチ減少を避けるために、この面上の電
極に対して典型的に行われるのは、円板の周縁の途中ま
でしか電極を伸ばさないことである。例えば、Tapan K.
Gupta等の米国特許第4,460,497号、Eugene Sa
kshaug 等の米国特許第4,451,815号及び第
4,450,426号を見よ。更に、周縁は通常は電気
的絶縁物により製造工程の部品又は或る様相から保護さ
れている。例えは、John E. May 等の米国特許第4,3
71,860号及びSteven P. Mitoff等の第3,13
8,686号を見よ。
【0003】酸化亜鉛バリスタはI=C×Va と考えれ
る非線形電流−電圧関係を示す。ここで、「a」は1よ
り大きい。換言すると、このバリスタは低電圧に対して
絶縁体として作動し、高電圧に対して導体として機能す
る。従って、過電圧保護機能を与え、電圧安定器、サー
ジ吸収器又はアレスタとして機能し、電流サージを克服
することができる。
【0004】ジュール加熱のために、円板の内部は高い
温度に到り、この際周縁は周囲温度に留まる。この状態
は、面の周囲(マージン)が裸のままにされる対アーチ
ング設計により一層悪化される。電界は、温度と同様
に、周縁の近くで急速に低下し、熱ショック状態を結果
する。これは周縁の物理的破損、及び素子への著しい損
傷を結果する場合がある。
【0005】以下の米国特許は、典型的な従来技術とし
て参照されるが、それはアーチングを防止し、この問題
を最小にする手段、即ち少なくとも周縁まで電極を伸ば
すことを開示している。 米国特許番号 発明者 4,692,735 Moritaka Shogi 等 4,423,404 Gary L. Goedde 等 4,272,411 Theodrore O. Sokoly 等 3,905,006 IGA Atsushi 等 Shogi 、Goeddeの特許及び3,905,006号の特
許においては、絶縁を製造し、取り付ける工程が複雑で
あり、バリスタを破壊する可能性のある500度以上の
温度を有する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、面電
極間でアーチングを生じることなしに、より均一なジュ
ール加熱を有し、従って、より周縁を損傷しがたく、従
来の酸化亜鉛バリスタよりより安定な改良された酸化亜
鉛バリスタを提供することにある。本発明の目的は、特
定のバリスタ円板のエネルギー扱い能力を予測する赤外
線測定に基づくシステムを提供することにある。
【0007】
【実施例】図面を参照する。図1及び図2は、一般的に
10で示される従来の酸化亜鉛バリスタを図示してい
る。バリスタは焼結された酸化亜鉛及び添加物からなる
円板からなり、この円板は、バルク(無垢)状の内部2
5及び対向する面40及び41との間に延びる円筒面3
0を有している。一対の電極50及び51が対向する面
40及び41に貼られているが、アーチングを除くため
に円筒面30の途中までしか延びていない。周囲60
は、電極によってカバーされない面40の一部である。
円筒面30は一般に絶縁物(図示せず)、通常薄いガラ
ス被覆でカバーされて、この面が製造工程の部品又は或
る様相から保護される。
【0008】従来のバリスタ10が、単時間の間高電流
に曝される時は、円板の内部25は略均一な電界を有す
る。周囲領域60が狭いと、きつい電界勾配が発生す
る。ジュール熱のために、内部25は簡単に周囲温度よ
り高い160度までの高さの温度に到達する。円筒面3
0の近くの円板の領域は、熱は急速に周囲に散逸してい
くので、環境温度近くに留まる。更に、この領域はかな
り低い電流を有している。円板の電流の傾斜及び熱散逸
特性のために、きつい熱傾斜が円板を横切って発生する
場合がある。これらの熱傾斜は熱ショック状態を発生
し、円板の物理的破損を生じる場合がある。
【0009】図3及び図4は、一般的に100で示され
る本発明に従う公知の成分構成の酸化亜鉛バリスタを図
示している。このバリスタは、焼結された酸化亜鉛及び
添加物からなる円板状母体155からなり、この円板は
外部円筒面130及び対向する面140及び141を有
している。一対の電極150及び151は対向する面1
40及び141に付着され、外部円筒面130の端部ま
で延びている。高い誘電率及び高い温度絶縁性を有する
カラー160が次に外部円筒面130の回りに位置され
る。好適な実施例において、カラー160は対高温度ポ
リマーである。
【0010】カラー160は、空気中で、1.6mmで
33KV/mmの高い絶縁強さを有するポリエーテルイ
ミド(ULTEM)から形成することができる。ポリエ
ーテルイミドは予測される使用の範囲内に十分入る21
0度以上の温度での応用に使用することができる。金属
被覆170及び171は、頂部及び底部電極150及び
151を横切って伸びており、ポリエーテルイミドカラ
ー160と円板110との結合は、真空金属被覆、フレ
ーム/アークスプレイの様な種々の技術の一つによって
形成することができる。この金属被覆は、電極(15
0、151)を有効に引き伸ばし、円板状本体155を
横切るより均一な電界傾斜を発生する。他の実施例にお
いては、カラー160は琺瑯、対熱プラスチック又は好
適な高分子から形成される。
【0011】ポリエーテルイミドは酸化亜鉛より高い熱
膨張係数を有しており、ポリエーテルイミドカラーが使
用される場合、冷却する際に旨く円板100にフィット
し、引き伸ばされた状態にあり、若干円板100を圧縮
する。図5は、電極140及び141が円筒面130を
越えて外方に伸びないという点で上述の実施例とは異な
る別の実施例を開示している。
【0012】本発明に従うバリスタ100は高電流又は
高電圧に曝される時、円板の内部は略均一な電界が延
び、電流の分布が均一化される。これは円板の面を完全
に横切って延びる電極による。外部円筒面の近くの領域
の高電界による問題はカラーの高誘電率特性によって減
少される。これは、与えられた電流及び熱散逸に対して
バリスタ円板のより均一な加熱を結果し、同時に円筒面
まで又はこれを越えて延びる従来の電極と関連するアー
チングの問題を減少する。
【0013】従って、ジュール加熱は、円板を介してよ
り均一に分布され、円板を横切る熱勾配をより低くす
る。熱勾配を減少すると、従来のバリスタにおけるのと
同様の熱ショック状態によって引き起こされる物理的破
損を受けにくくなる。本発明は更に、特定の円板の破損
に対する対抗能力である円板のエネルギー扱い能力をバ
リスタの組み込みに先立って決める方法を提供する。こ
れは、低い受け入れることのできない熱散逸能を有する
円板が廃棄され、完成されたバリスタの性能を改善す
る。
【0014】電圧がその面を横切って与えられる時、破
損に対して最も強いバリスタ円板は軸対称ジュール加熱
を呈することが実験及び解析の両方から知られている。
これとは逆に、破損に対して最も弱いバリスタはジュー
ル加熱の際に非対称な温度分布を示す。この分布は円板
を破損することのできる熱応力を発生する。高エネルギ
ーパルスを受ける亜鉛酸化物円板上の等温線は、比較的
低いエネルギー入力が長時間に渡って入力した後に見ら
れるものと同様である。
【0015】図6は典型的なバリスタ円板の表面を横切
ったサーモメトリーである、一定の温度パターンを示す
図である。“A”、“B”及び“C”と付された3つの
みの曲線が図示されている。しかしながら、多くの応用
において、より多くのプロフィールを使用することがで
きる。これらのプロフィールは以下に記述される様に完
成したバリスタの安定性を予測するのに使用される。
【0016】図7は、特定のバリスタ円板の熱特性を評
価するために使用される工程を図示するブロック図であ
る。新たに製造された酸化亜鉛バリスタ円板195の各
々は低エネルギーパルスを受ける。例えは、27kJエ
ネルギーを急速に加えると、バリスタの平均温度が約6
0度Cだけ上昇する。サーモグラフは赤外線カメラ記録
計により記録され、デジタル形態に変換される。このデ
ータはデジタルコンピュータによって解析され、バリス
タ円板の熱応力を決める。
【0017】更に、熱応力解析は、バリスタ円板上の種
々の位置、特に最大の応力領域である外部円筒面上及び
この近くにおける熱応力を計算することを含む。この熱
応力計算工程における全ての計算が前述された熱データ
から直接達成される。計算は閉じた形態で達成され、従
って、極めて少ないコンピュータメモリーしか必要とさ
れず、数値結果が直ちに得られる。外部の円筒表面近く
の熱応力が一度計算さると、エキルギー扱い能力工程
は、このデータを材料の公知の物理的特性と比較し、特
定の円板の最大のエネルギー扱い能力を決定する。所望
の値より低い熱能力を有する円板は廃棄される。これ
は、所定の能力のバリスタをより小さい円板体積で製造
するたとを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の酸化亜鉛バリスタの断面図、
【図2】図1の従来の酸化亜鉛バリスタの斜視図、
【図3】本発明に従う酸化亜鉛バリスタの断面図、
【図4】図3に示される酸化亜鉛バリスタの斜視図、
【図5】本発明の第2の形態からなる酸化亜鉛バリスタ
の断面図、
【図6】典型的バリスタの等温線を示す図、
【図7】バリスタ円板の熱安定性を予測する工程を示す
ブロック図。
【符号の説明】
100 バリスタ 130 外部円筒面 140、140 面 150、151 電極 160 カラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード エフ エリス アメリカ合衆国 ニユーヨーク州 12804 クイーンズバリー ストーンハースト ドライヴ 7

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a.酸化亜鉛と他の添加物からなり、外部
    円筒面及び略平行に対向する第1及び第2の面を含む母
    体、 b.前記第1及び第2の対向する面にそれぞれ貼り付
    き、前記第1及び第2の対向する面の少なくとも端部ま
    で外方に延びる第1及び第2の電極、及び c.前記外部面に接触し、前記電極間に延びる絶縁部材
    からなる減少した熱応力を有するバリスタ。
  2. 【請求項2】前記第1及び第2の電極が前記円板の前記
    円筒面を横切って延びる請求項1記載の減少した熱応力
    を有するバリスタ。
  3. 【請求項3】前記外部円筒面及びこの外部円筒面を越え
    て延びる前記電極の部分に貼り付くカラーを更に含む請
    求項2記載の減少した熱応力を有するバリスタ。
  4. 【請求項4】a.酸化亜鉛及び他の添加物を焼結してバ
    リスタ円板を形成し、 b.前記円板に、電気的エネルギーの所定のパルスを与
    え、 c.前記円板のエネルギーの熱分布をプロットし、 d.前記熱分布に基づいて前記円板内の熱応力を計算
    し、 e.前記エネルギー散逸特性の結果により、所定の応力
    状態を満足するバリスタ円板を選択し、 f.所定の散逸特性を満足するバリスタ円板の対向する
    表面に電極を貼り付ける各工程からなる改良されたバリ
    スタの形成方法。
  5. 【請求項5】前記電極の直径が前記円板の直径に少なく
    とも等しいように、前記バリスタの直径を選択する工程
    を含む請求項4記載の改良されたバリスタの形成方法。
  6. 【請求項6】前記電極が、前記円板の直径よりも大きく
    直径を有して選択された請求項5記載のバリスタの形成
    方法。
  7. 【請求項7】カラーを前記円板の外部直径に貼り付ける
    工程を更に含み、前記カラーは、前記円板の端部を越え
    て延びる前記電極の部分間に延びることを特徴とする請
    求項6記載のバリスタの形成方法。
JP3321729A 1990-12-12 1991-12-05 高エネルギー酸化亜鉛バリスタ Pending JPH0536504A (ja)

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US62630890A 1990-12-12 1990-12-12
US07/626308 1990-12-12

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JPH0536504A true JPH0536504A (ja) 1993-02-12

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JP3321729A Pending JPH0536504A (ja) 1990-12-12 1991-12-05 高エネルギー酸化亜鉛バリスタ

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