DE69202717T2

DE69202717T2 - Leistungsschalter und Leistungswiderstand.

Info

Publication number: DE69202717T2
Application number: DE69202717T
Authority: DE
Inventors: Hideyasu Andoh; Hiroshi Endo; Motomasa Imai; Shoji Kozuka; Iwao Mitsuishi; Shutoh Naoki; Fumio Ueno
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-30
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: US5254816A; DE69202717D1; EP0507517A2; JPH05101907A; EP0507517A3; EP0507517B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hauptstromkreisunterbrecher und einen Hochlastwiderstand, die zum Absorbieren eines durch Generator- bzw. Starkstromanlagen, wie beispielsweise einen Spannungswandler bzw. -transformator und einen Leistungsschalter, erzeugten Spannungsstoßes geeignet sind.
Das Dokument EP-A-0 078 418 offenbart einen Hauptstromkreisunterbrecher mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Ein Schließwiderstand ist im allgemeinen mit einem Hauptstromkreisunterbrecher parallel zu einem Unterbrecherverbindungspunkt verbunden, um einen während einer Schaltoperation erzeugten Spannungsstoß zu absorbieren und ein Unterbrechervermögen zu erhöhen. Als ein für den obigen Zweck verwendeter Widerstand wird ein in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 58-139401 beschriebener Kohlenstoff-Korn-Dispersions-Keramikwiderstand gewöhnlich verwendet. Dieser Widerstand wird durch Dispergieren eines leitenden Kohlenstoffpulvers in einem isolierenden Aluminiumoxidkristall und dessen Sintern durch Ton erhalten. Der Widerstand hat einen spezifischen Widerstand von 100 bis 2.500 Ω cm. Der spezifische Widerstand des Widerstandes kann in vorteilhafter Weise durch Steuern des Gehaltes an Kohlenstoffpulver verändert werden. Da jedoch der Widerstand eine niedrige Dichte besitzt, d.h. eine eine Porosität von 10 bis 30 %, treten die folgenden Probleme auf.
Da die Wärmekapazität je Einheitsvolumen klein ist, d.h. etwa 2 J/cm³ deg, wird die Temperatur des Widerstandes merklich gemäß der durch Spannungsstoßabsorption verursachten Wärmeerzeugung erhöht. Da zusätzlich eine Entladung zwischen Kohlenstoffkörnern während der Absorption eines Schaltspannungsstoßes verursacht ist und der Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes hat, bricht der Widerstand leicht durch und wird zerstört, und ein Energiedurchbruch wird vermindert. Wenn der Widerstand einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, werden zusätzlich die Körner zum Steuern des Widerstandswertes oxidiert. Aus diesem Grund verändert sich der Widerstandswert stark. Daher ist in dem einen Kohlenstoff-Korn-Dispersions- Keramikwiderstand verwendenden Leistungsschalter ein Raum zum Anordnen des Widerstandes vergrößert, und ein Unterbrechervermögen muß auf einen kleinen Wert herabgedrückt werden, um die Zuverlässigkeit des Leistungsschalters sicherzustellen.
In den letzten Jahren wird gemäß einer durch die technische Entwicklung bedingten Steigerung im Vermögen bzw. in der Kapazität eines Leistungsschalters ein Schließwiderstand hoher Arbeitsleistung zum Absorbieren eines Schaltspannungsstoßes sehr gewünscht. Um der obigen Forderung zu genügen, ist in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 61-281510 ein Zinkoxid-Aluminiumoxid-Pulver-Widerstand offenbart, und ein Zinkoxid-Magnesiumoxid-Pulver-Widerstand ist in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 63-55904 beschrieben. In diesen Patentanmeldungen wird auf die folgenden Vorteile verwiesen. Das heißt, da jeder dieser Widerstände einen relativ hohen Spannungsstoßdurchbruch und einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes aufweist, hat der Widerstand hervorragende Kennlinien, mit anderen Worten, der Widerstand geht nicht leicht durch. Jedoch wird jeder der Widerstände schwierig durch einen hochdichten gesinterten Körper gebildet, und die Produktionsstabilität und die Stabilität gegen eine Änderung in der Atmosphäre sind nicht gegeben. Zusätzlich kann eine Wärmekapazität je Einheitsvolumen nicht gesteigert werden. Als Ergebnis ist in dem diese Widerstände verwendenden Leistungsschalter ein großer Raum erforderlich, um den Widerstand anzuordnen, und die Unterbrecherfähigkeit muß auf einen kleinen Wert gedrückt werden, damit die Zuverlässigkeit des Leistungsschalters sichergestellt ist.
In Solid-State Electronics Pergamon Press 6, 111 (1963), US-A-2 892 988, US-A-2 933 586 sind Zinkoxidwiderstände beschrieben. In diesen Publikationen kann der spezifische Widerstand jedes dieser Zinkoxidwiderstände innerhalb eines weiten Bereiches durch Ändern der Gehalte an Zusätzen, wie Zinkoxid, Nickeloxid (NiO) und Titanoxid (TiO&sub2;), die in einer Keramik enthalten sind, gesteuert werden. Zusätzlich kann ein Temperaturkoeffizient eines Widerstandswertes innerhalb eines Bereiches von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verändert werden. Jedoch sind die Anwendung und Ausführung der Widerstände, die als Hochlastwiderstände verwendet werden, nicht offenbart, und die Anwendung der Widerstände auf einen Leistungsschalter als ein Schließwiderstand ist nicht angedeutet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten Hauptstromkreisunterbrecher mit einer hohen Unterbrecherfähigkeit und einem stabilen Unterbrecherverhalten durch Verwenden einer kompakten Schließwiderstandeinheit mit hoher Arbeitsleistung zu schaffen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochlastwiderstand anzugeben, der eine große Wärmekapazität je Einheitsvolumen, einen geeigneten spezifischen Widerstand, einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes mit einem kleinen Absolutwert, eine kleine Änderung im Widerstandswert mit der Zeit infolge einer Spannungsstoßabsorption aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Hauptstromkreisunterbrecher vorgesehen, der aufweist:
eine Hauptschalteinrichtung mit einer Lichtbogenlöschfunktion,
eine parallel zur Hauptschalteinrichtung angeschlossene und eine Lichtbogenlöschfunktion aufweisende Hilfsschalteinrichtung und
einen in Reihe mit der Hilfsschalteinrichtung liegende und einen Widerstand aufweisende Schließwiderstandseinheit, wobei der Widerstand einen gesinterten Körper aus Zinkoxid (ZnO) als einer Hauptkomponente, und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% ausgebildet ist, und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% ausgebildet ist, als Nebenkomponenten hat.
Ein Hauptstromkreisunterbrecher gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Anordnung eines Leistungsschalters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, während Fig. 2 eine perspektivische Darstellung ist, die einen Schließwiderstand zeigt. Ein Leistungsschalter 1 umfaßt einen in einer Lichtbogenlöschkammer 2 angeordneten und mit einer Hauptschaltung verbundenen Hauptverbindungspunkt 3. Ein Hilfsverbindungspunkt 4 ist mit der Hauptschaltung parallel bezüglich des Hauptverbindungspunktes 3 verbunden. Eine Schließwiderstandseinheit 5 liegt in Reihe mit dem Hilfsverbindungspunkt 4. Ein Schalter 7 ist auf einem isolierenden Operationsstab 6 angeordnet. Der Schalter 7 ist mit dem Hilfsverbindungspunkt 4 durch den isolierenden Operationsstab 6 verbunden, bevor der Schalter 7 mit dem Hauptverbindungspunkt 3 verbunden ist. Ein Hauptschaltmechanismus mit einer Lichtbogenlöschfunktion besteht aus dem Hauptverbindungspunkt 3, dem isolierenden Operationsstab 6 und dem Schalter 7. Ein Hilfsschaltmechanismus mit einer Lichtbogenlöschfunktion besteht aus dem Hilfsverbindungspunkt 4, dem isolierenden Operationsstab 6 und dem Schalter 7.
Eine Schließwiderstandseinheit 5 besteht im wesentlichen aus einer isolierenden Trägerachse 8, zwei leitenden Trägerplatten 9a und 9b, einer Vielzahl von Hohlzylinderwiderständen 10 und einem elastischen Körper 11, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die zwei leitenden Trägerplatten 9a und 9b sind auf die Trägerachse 8 gepaßt.
Eine Vielzahl von Hohlzylinderwiderständen 10 sind auf die Trägerachse 8 zwischen den Trägerplatten 9a und 9b gepaßt. Der elastische Körper 11 liegt zwischen der Vielzahl von Widerständen 10 und der an einem Ende (rechten Ende) angeordneten Trägerplatte 9a. Gleichzeitig ist der elastische Körper 11 auf die Trägerachse 8 gepaßt. Der elastische Körper 11 läßt eine elastische Kraft auf die Vielzahl von Widerständen 10 einwirken und stapelt diese um die Trägerachse 8. Muttern 12a und 12b sind in Eingriff mit jeweils beiden Enden der Trägerachse 8 verschraubt. Die Muttern 12a und 12b werden zum Pressen des zwischen den Trägerplatten 9a und 9b angeordneten elastischen Körpers 11 verwendet. Die isolierende Trägerachse 8 besteht aus einem organischen Material mit hoher Stabilität, leichtem Gewicht und guter Bearbeitbarkeit. Die Temperatur eines Schließwiderstandes wird gewöhnlich während Absorption eines Schaltspannungsstoßes erhöht. Aus diesem Grund kann die Stabilität bzw. Stärke der aus einem organischen Material mit einem niedrigen Wärmewiderstandswert hergestellten Trägerachse nicht einfach aufrechterhalten werden. Da jedoch ein Schließwiderstand mit einer (weiter unten zu beschreibenden) Zusammensetzung eine große Wärmekapazität hat, kann eine Zunahme in der Temperatur des Widerstandes während einer Absorption eines Schaltspannungsstoßes auf eine vorbestimmte Temperatur oder weniger unterdrückt werden. Als Ergebnis kann eine Trägerachse aus einem organischen Material verfügbar sein. Zusätzlich kann, da die Wärmekapazität eines Schließwiderstandes erhöht ist, das Volumen des Schließwiderstandes herabgesetzt sein.
Der in der Schließwiderstandseinheit 5 enthaltene Widerstand 10 besteht aus einem ringförmigen gesinterten Körper 13, Elektroden 14, die auf der Oberseite und Unterseite des gesinterten Körpers 13 ausgebildet sind, und isolierenden Schichten 15, die auf die äußere Randfläche des gesinterten Körpers 13 und die innere Randfläche eines Hohlteiles aufgetragen sind, wie dies in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist.
Der gesinterte Körper 13 hat eine Zusammensetzung, enthaltend Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und enthaltend Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% ausgebildet ist, und Nikkel, das als Nickeloxid (NiO) in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% ausgebildet ist.
Die Elektroden 14 sind vorzugsweise aus Aluminium oder Nickel hergestellt.
Die isolierenden Schichten 15 sind angeordnet, um eine Kriechentladung zu verhindern, die von der äußeren Randfläche des gesinterten Körpers 13 erzeugt ist. Die isolierenden Schichten 15 sind vorzugsweise aus einem Harz, Glas oder Keramik hergestellt.
Jedes Komponentenverhältnis des den Widerstand 10 bildenden gesinterten Körpers 13 ist aus dem folgenden Grund eingeschränkt.
Wenn der gesinterte Körper Titan enthält, das als Titanoxid (TiO&sub2;) in einer Menge von weniger als 0,5 Mol.-% ausgebildet ist, hat der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes einen negativen Wert, und der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes ist erhöht. Daher kann ein Schließwiderstand mit vorzugsweisen Kennlinien nicht erhalten werden. Wenn andererseits der gesinterte Körper Titan enthält, das als Titanoxid (TiO&sub2;) in einer Menge von mehr als 25 Mol.-% ausgebildet ist, ist der spezifische Widerstand auf 10&sup5; Ω cm oder mehr erhöht, und ein Schließwiderstand mit vorteilhaften Kennlinien kann nicht erhalten werden. Eine Menge an Titan, das als Titanoxid ausgebildet ist, fällt vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 20 Mol.-%.
Wenn der gesinterte Körper Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von weniger als 0,5 Mol.-% enthält, ist der spezifische Widerstand etwa 10² Ω cm oder weniger und ein Schließwiderstand mit hervorragenden Kennlinien kann nicht erhalten werden. Wenn andererseits der gesinterte Körper Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von mehr als 30 Mol.-% enthält, ist, obwohl eine Wärmekapazität je Einheitsvolumen erhöht ist, der spezifische Widerstand auf 10&sup5; Ω cm oder mehr erhöht, und ein Schließwiderstand mit hervorragenden Kennlinien kann nicht erhalten werden. Eine Menge an Nickel, das als Nickeloxid ausgebildet ist, fällt vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 25 Mol.-%.
Der Widerstand 10 wird durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine vorbestimmte Menge an Titanoxidpulver und eine vorbestimmte Menge an Nickeloxidpulver werden einem Zinkoxidpulver beigefügt, und sie werden ausreichend in einer Kugelmühle zusammen mit Wasser gemischt.
Die sich ergebende Mischung wird getrocknet, mit einem Bindemittel ergänzt, granuliert und durch eine Metallform verschmolzen, um eine Ringgestalt aufzuweisen. Der geschmolzene Körper wird durch einen elektrischen Ofen in Luft bei einer Temperatur von 1000ºC bis 1500ºC geglüht bzw. kalziniert. Die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers werden poliert, und Elektroden aus Aluminium oder Nickel werden auf den Ober- und Unterseiten durch Sputtern, Flammsprühen und Brennen gebildet, um einen Oxidwiderstand zu gewinnen. Auf der äußeren Randfläche des Widerstandes und der inneren Randfläche des Hohlteiles werden Harz- oder anorganische isolierende Schichten (Hochwiderstandsschichten) zum Verhindern einer Kriechentladung durch Brennen oder Flammsprühen gebildet.
Es ist ausreichend, daß der Widerstand im wesentlichen die obigen Bestandteilkomponenten enthält, und der Widerstand kann andere Zusätze bei Bedarf zum Herstellen des Widerstandes und Verbessern der Kennlinien des Widerstandes aufweisen. Obwohl die Struktur des Widerstandes vorzugsweise eine Hohlzylindergestalt hat, ist zusätzlich die Struktur nicht auf diese Gestalt beschränkt, und die Struktur weist vorzugsweise eine Gestalt auf, die für einen Raum geeignet ist, um den Widerstand des Leistungsschalters aufzunehmen. Beispielsweise kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, der Widerstand 16 aus einem scheibenförmigen gesinterten Körper 17, Elektroden 18, die auf den Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers 17 angeordnet sind, und einer isolierenden Schicht 19, die die obere Randfläche des gesinterten Körpers 17 bedeckt, bestehen.
Als ein Widerstand (Hochlastwiderstand) sind zusätzlich zu dem Widerstand mit der obigen Anordnung jeweils Widerstände mit den folgenden Anordnungen (1) bis (4) erlaubt.

Hochlastwiderstand (1)

Dieser Hochlastwiderstand umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens beiden Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind. Der gesinterte Körper enthält Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-%, und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten und weist eine Bruchoberfläche auf, die aus Körnern mit einer mittleren Korngröße von 3 bis 15 um gebildet ist. Die Kornstruktur wird durch ein Aggregat von einer Vielzahl von Körnern gebildet.
Die Bestandteilkomponenten des gesinterten Körpers sind aus dem gleichen Grund, wie dies bei dem obigen Schließwiderstand beschrieben ist, begrenzt. Zusätzlich fällt eine Menge an Titan, das als Titanoxid ausgebildet ist, vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 20 Mol.-%, und eine Menge an Nickel, das als Nickeloxid ausgebildet ist, fällt vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 25 Mol.-%.
Die Bruchoberfläche des gesinterten Körpers hat eine in Fig. 6 gezeigte Feinkonstruktur. Die mittlere Korngröße der Körner beträgt 3 bis 15 um Wenn die Bruchoberfläche durch beispielsweise Diamantschlamm spiegelpoliert und thermisch geätzt wird, wird beobachtet, daß die Bruchoberfläche aus Feinkörnern mit einer mittleren Korngröße von 0,2 bis 2 um besteht. Das heißt, der gesinterte Körper hat eine Feinstruktur, die gebildet ist durch Feinprimärkörner mit einer mittleren Korngröße von 0,2 bis 2 um und Sekundärkörnern (Aggregat) mit einer mittleren Korngröße von 3 bis 15 ums und die erhalten ist durch Aggregatbildung der Primärkörner.
Die mittleren Korngrößen der Primärkörner und der Sekundärkörner des gesinterten Körpers werden durch das folgende Verfahren gemessen. Die gebrochenen und geätzten Flächen des gesinterten Körpers werden mit einem Abtastelektronenmikroskop beobachtet, und diese Flächen werden photographiert. Ein beliebiger Rahmen wird in jeder der Photographien definiert. Die Gesamtzahl der Körner in dem Rahmen beträgt vorzugsweise 500 oder mehr, um einen Fehler zu vermindern. Die Körner in dem Rahmen werden gezählt. Zu dieser Zeit wird ein den Rahmen überlappendes Korn als 1/2 gezählt. Die Rahmenflächen der Photographie wird in einer Kontraktionsskala bzw. in einem Schwindmaßstab berechnet, und der sich ergebende Wert wird durch die Gesamtzahl der Körner in dem Rahmen dividiert, um eine mittlere Fläche je Korn zu erhalten. Ein mittlerer Durchmesser wird auf der Grundlage der Kreisformel berechnet. Der sich ergebende Wert wird einer Fruman-Korrektur (mittlere Korngröße = mittlerer Durchmesser x 1,5) unterworfen, um eine mittlere Korngröße zu bestimmen. Es sei darauf hingewiesen, daß in einem gesinterten Körper mit unzureichender Dichte Leerstellen als Körner gezählt werden.
Die mittlere Korngröße der Körner auf der Bruchfläche des gesinterten Körpers ist aus den folgenden Gründen begrenzt. Das heißt, wenn die mittlere Korngröße der Körner auf weniger als 3 um eingestellt ist, ist der Widerstandswert des Widerstandes zu hoch, um einen Hochlastwiderstand mit hervorragenden Kennlinien zu erhalten. Wenn andererseits die Korngröße der Körner 15 um überschreitet, treten leicht Risse durch wiederholte Impulseinwirkungen auf, um so eine Änderungsrate im Widerstandswert zu erhöhen.
Der obige Hochlastwiderstand wird beispielsweise durch das folgende Verfahren gebildet.
Eine vorbestimmte Menge an Titanoxidpulver und eine vorbestimmte Menge an Nickeloxidpulver werden einem Zinkoxidpulver beigefügt, und diese werden ausreichend in einer Kugelmühle zusammen mit Wasser gemischt. Die sich ergebende Mischung wird getrocknet, mit einem Bindemittel versehen, granuliert und verschmolzen. Zu dieser Zeit wird ein Schmelzdruck vorzugsweise auf 200 kg/cm² oder mehr eingestellt, um die Dichte des gesinterten Körpers zu erhöhen. Wenn das Schmelzen bei einem Druck von weniger als 200 kg/cm² durchgeführt wird, ist die relative Dichte des gesinterten Körpers nicht erhöht, und eine Wärmekapazität des gesinterten Körpers je Einheitsvolumen kann vermindert sein.
Der geschmolzene Körper wird kalziniert durch einen elektrischen Ofen oder dergleichen. Dieses Kalzinieren erfolgt in einer Oxidatmosphäre, wie beispielsweise in der Luft oder in Sauerstoffgas, und das Kalzinieren wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 1000ºC bis 1500ºC vorgenommen. Wenn die Kalziniertemperatur auf weniger als 1000ºC eingestellt ist, wird das Sintern nicht durchgeführt, und die relative Dichte kann niedrig sein. Als ein Ergebnis ist die Wärmekapazität des Widerstandes je Einheitsvolumen vermindert, und ein Energiedurchbruch kann vermindert sein. Wenn andererseits die Kalziniertemperatur 1500ºC überschreitet, sind die Komponentenelemente des gesinterten Körpers, insbesondere eine Nickelkomponente, beträchtlich verdampft. Da Veränderungen in der Zusammensetzung infolge der Verdampfung nahe der Oberfläche des gesinterten Körpers deutlich sichtbar sind, wird eine Verteilung des spezifischen Widerstandes innerhalb des gesinterten Körpers gebildet. Wenn der gesinterte Körper Energie absorbiert, um Wärme zu erzeugen, wird eine Temperaturverteilung gebildet, und der gesinterte Körper kann durch thermische Spannung brechen. Wenn zusätzlich das Kalzinieren bei einer Temperaturanstiegsrate von 50ºC/hr oder mehr durchgeführt wird, kann ein gesinterter Körper erhalten werden, der eine Feinkornstruktur hat, wie diese in Fig. 6 gezeigt ist. Das heißt, die Temperaturanstiegsrate wird vorzugsweise auf 70ºC/hr oder mehr und weiterhin vorzugsweise auf 100ºC/hr oder mehr eingestellt. Wenn die Temperaturanstiegsrate auf weniger als 50ºC/hr eingestellt ist, wird das Sintern exzessiv durchgeführt, und Feinprimärkörner können nicht leicht in dem gesinterten Körper gebildet werden. Beispielsweise werden Lediglich Körner mit jeweils einer Korngröße von 10 um oder mehr gebildet. Wenn als Ergebnis der durch diesen gesinterten Körper hergestellte Widerstand wiederholt verwendet wird, kann der spezifische Widerstand beträchtlich vermindert sein.
Die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers werden poliert, und Elektroden aus Aluminium oder Nickel werden auf den Ober- und Unterseiten durch Sputtern, Flammsprühen und Brennen gebildet, um einen Widerstand (einen Oxidwiderstand) zu erhalten. Auf der äußeren Randfläche des Widerstandes und der inneren Randfläche des Höhlteiles werden Harz- oder anorganische Isolierschichten (Hochwiderstandsschichten) zum Verhindern einer Kriechentladung, die von den Seitenflächen des Widerstandes erzeugt ist, durch Brennen, Flammsprühen oder dergleichen gebildet.

Hochlastwiderstand (2)

Dieser Hochlastwiderstand umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens den oberen und unteren Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind. Der gesinterte Körper enthält Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% sowie Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten und weist eine Oberfläche auf, die durch eine Spinel-Phase der Formel (ZnxNi&sub1;-x)&sub2;TiO&sub4; (0 ≤ X ≤ 1) gebildet ist.
Die Bestandteilkomponenten des gesinterten Körpers sind aus dem gleichen Grund wie bei dem obigen Schließwiderstand begrenzt. Zusätzlich fällt eine Menge an Titan, das als Titanoxid ausgebildet ist, vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 20 Mol.-%, und eine Menge an Nikkel, das als Nickeloxid ausgebildet ist, fällt vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 25 Mol.-%.
Wenn der obige gesinterte ZnO-TiO&sub2;-NiO-Körper mit der Luft bei einer Temperatur von 1.050ºC reagiert, ist es bekannt, daß die Bestandteilphasen des gesinterten Körpers in eine (ZnO-NiO)-Festlösung (im folgenden als ZnO-Phase bezeichnet) und in eine (Zn&sub2;TiO&sub4;-Ni&sub2;TiO&sub4;)- Festlösung (im folgenden als Spinel-Phase bezeichnet) verändert werden. Diese Reaktionen sind in beispielsweise J. Inorg. Nucl. Chem., 32, 3474 (1970) beschrieben. Die Spinel-Phase der Bestandteilphasen hat eine Spinel-Struktur, und die Spinel-Phase liefert eine Festlösung durch den gesamten Bereich des gesinterten Körpers. Das heißt, die Festlösung wird durch (ZnxNi&sub1;-x)&sub2;TiO&sub4; ausgedrückt, wobei X in einen Bereich von 0 ≤ X ≤ 1 fällt. Dar spezifische Widerstand der Festlösung ist höher als derjenige der Festlösung mit der ZnO-Phase.
In dem gesinterten Körper kann Ni in ZnO oder ZnO und Zn&sub2;TiQ&sub4; gelöst sein, um eine Festlösung zu erhalten. Der gesinterte Körper kann 0,01 ppm bis 1 % an einem Halogen enthalten.
Der Hochlastwiderstand wird durch beispielsweise das folgende Verfahren gebildet.
Eine vorbestimmte Menge an Titanoxidpulver und eine vorbestimmte Menge an Nickeloxidpulver werden einem Zinkoxidpulver beigefügt, und sie werden ausreichend in einer Kugelmühle zusammen mit einer vorbestimmten Menge an einer wässrigen Aluminiumnitratlösung, die verdünnt ist, um eine vorbestimmte Konzentration aufzuweisen, und Wasser gemischt. Die sich ergebende Mischung wird getrocknet, mit einem Bindemittel versehen, granuliert und geschmolzen. Zu dieser Zeit ist ein Schmelzdruck vorzugsweise auf 200 kg/cm² oder mehr eingestellt, wie dies für den Hochlastwiderstand (1) beschrieben ist.
Der geschmolzene Körper wird durch einen elektrischen Ofen oder dergleichen kalziniert. Dieses Kalzinieren erfolgt in einer Oxidatmosphäre, wie beispielsweise in der Luft oder in Sauerstoffgas, und das Kalzinieren wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 1.000ºC bis 1. 500ºC vorgenommen.
Nachdem das Kalzinieren in der Luft durchgeführt ist, haben, wenn der gesinterte Körper einer Pulver-Röntgenstrahl-Beugung unterworfen wird, die Bestandteilphasen der Oberfläche die in Fig. 8 gezeigten Spektren, und die Bestandteilphasen innerhalb des gesinterten Körpers haben die in Fig. 9 dargestellten Spektren. Die Bestandteilphasen der Oberfläche haben eine ZnO-Phase (Spitzenwerte (1) in Fig. 8 und 9), die kleiner sind als diejenigen der inneren Bestandteilphasen, und lediglich eine Spinel-Phase (Spitzenwerte (2) in Fig. 8 und 9) kann nicht auf der Oberfläche gebildet werden. Es ist bekannt, daß Zinkoxid bei einer Temperatur von 1.720ºC in dem Atmosphärendruck sublimiert. Wenn jedoch das Kalzinieren innerhalb des obigen Temperaturbereiches (1.000 bis 1.500ºC) durchgeführt wird, verdampft lediglich Magnesiumoxid leicht und die ZnO-Phase der Oberfläche wird im Vergleich mit der inneren ZnO-Phase vermindert, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Das heißt, wenn der geschmolzene Körper in einem Magnesiumoxidpulver kalziniert wird, sind die Bestandteilphasen nahezu durch lediglich die Spinel-Phase (Spitzenwerte (2) in Fig. 10) auf der Oberfläche des gesinterten Körpers gebildet, wie dies in den Pulver-Röntgenstrahl-Beugungsspektren von Fig. 10 gezeigt ist. Diese Erscheinung wird aufgrund der folgenden Ursachen durchgeführt. Das heißt, wenn der geschmolzene Körper mit einem Magnesiumoxidpulver bedeckt und kalziniert wird, reagieren eine verdampfte Zinkoxidkomponente und Magnesiumoxid miteinander, um eine NaCl-Typ oder Wurtzit-Typ-(ZnO-MgO)- Festlösung zu erzeugen. Aus diesem Grund wird eine Verdampfung der ZnO-Phase nahe der Oberfläche des gesinterten Körpers gefördert, um die ZnO-Phase auszuschließen, und die Oberflächenschicht des gesinterten Körpers wird durch lediglich die Spinel-Phase gebildet. Die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers werden poliert, und aus Aluminium oder Nickel bestehende Elektroden werden auf den Ober- und Unterseiten durch Sputtern, Flammsprühen und Brennen gebildet, um einen linearen Oxidwiderstand zu erhalten. Auf der äußeren Randfläche des Widerstandes und der inneren Randfläche des Hohlteiles werden Harz- oder anorganische Isolierschichten (Hochwiderstandsschichten) zum Verhindern einer Kriechentladung durch Brennen oder Flammsprühen bei Bedarf gebildet.

Hochlastwiderstand (3)

Dieser Hochlastwiderstand umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens oberen und unteren Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind, wobei der gesinterte Körper Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält, und wobei das Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,005 bis 0, 1 Mol.-% in Körnern des Zinkoxids als eine Festlösung gelöst ist.
Die Bestandteilkomponenten des gesinterten Körpers sind aus dem gleichen Grund begrenzt, wie dies für den obigen Schließwiderstand beschrieben ist. Zusätzlich fällt eine Menge von Titan, das als Titanoxid ausgebildet ist, vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 20 Mol.-%, und eine Menge von Nickel, das als Nickeloxid ausgebildet ist, fällt vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 25 Mol.-%.
Die Menge an Ti-Festlösung (ausgebildet als TiO&sub2;) zu den ZnO-Körnern wird aus den folgenden Gründen innerhalb des obigen Bereiches eingestellt. Wenn eine Menge von Titanoxid-Festlösung auf weniger als 0,005 Mol.-% eingestellt ist, hat der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes des Hochlastwiderstandes einen negativen Wert. Wenn andererseits eine Menge an Titanoxid- Festlösung 0,1 Mol.-% überschreitet, nimmt eine Änderungsrate im Widerstandswert des Hochlastwiderstandes zu. Die Menge an Ti-Festlösung (ausgebildet als TiO&sub2;) wird noch vorzugsweiser auf 0,01 bis 0,08 Mol.-% eingestellt.
In dem gesinterten Körper kann Ni in ZnO oder ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; gelöst sein, um eine Festlösung zu erhalten. Der gesinterte Körper kann 0,01 ppm bis 1 % an einem Halogen enthalten. Der Hochlastwiderstand kann beispielsweise durch das folgende Verfahren gebildet werden.
Eine vorbestimmte Menge an Titanoxidpulver und eine vorbestimmte Menge an Nickeloxidpulver werden einem Zinkoxidpulver beigefügt, und sie werden ausreichend mittels Zirkoniumkugeln als Schleifmittel in einer Kugelmühle zusammen mit Wasser gemischt und poliert. Die sich ergebende Mischung wird getrocknet, mit einem Bindemittel versehen, granuliert und geschmolzen. Zu dieser Zeit ist ein Schmelzdruck vorzugsweise auf 200 kg/cm² oder mehr eingestellt, wie dies für den Hochlastwiderstand (1) erläutert ist.
Der geschmolzene Körper wird durch einen Elektroofen oder dergleichen kalziniert. Dieses Kalzinieren wird in einer Oxidatmosphäre, wie beispielsweise in Luft oder Sauerstoffgas durchgeführt, und das Kalzinieren erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 1.000ºC bis 1.500ºC und noch bevorzugter bei einer Temperatur von 1.300ºC bis 1.500ºC. Zusätzlich wird das Kalzinieren bei einer Temperaturanstiegsrate von 50ºC/hr bis 200ºC/hr durchgeführt. Wenn die Temperatur die höchste Temperatur erreicht, wird eine Temperaturabfallrate auf 20ºC/hr bis 300ºC/hr eingestellt. Danach wird ein rasches Kühlen (Kühlen in einem Ofen) bevorzugt durchgeführt. Bei diesem Kalzinieren kann ein gesinterter Körper erhalten werden, in welchem Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,005 bis 0,1 Mol.-% in ZnO-Körnern gelöst ist, um eine Festlösung zu gewinnen.
Die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers werden poliert, und Elektroden aus Aluminium oder Nickel werden auf den Ober- und Unterseiten durch Sputtern, Flammsprühen und Brennen gebildet, um einen linearen Oxidwiderstand zu erhalten. Auf der äußeren Randfläche des Widerstandes und der inneren Randfläche des Hohlteiles werden Harz- oder anorganische Isolierschichten (Hochwiderstandsschichten) zum Verhindern einer von den Seitenflächen des Widerstandes erzeugten Kriechentladung durch Brennen, Flammsprühen oder dergleichen bei Bedarf gebildet.

Hochlastwiderstand (4)

Dieser Hochlastwiderstand umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens oberen und unteren Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind, wobei der gesinterte Körper Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente, Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten sowie 0,01 ppm bis 1 % eines Halogens enthält und wobei Ni in Zn oder ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; als einer Festlösung gelöst ist.
Die Bestandteilkomponenten des gesinterten Körpers werden aus dem gleichen Grund begrenzt, wie dies für den obigen Schließwiderstand beschrieben ist. Zusätzlich fällt eine Menge an Titan, das als Titanoxid ausgebildet ist, vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 20 Mol.-%, und eine Menge an Nickel, das als Nickeloxid ausgebildet ist, fällt vorzugsweise in einen Bereich von 1 bis 25 Mol.-%.
Das in dem gesinterten Körper enthaltene Halogen wird beigefügt, um verschiedene Formen zu haben. Beispielsweise können Halogenide oder Halogenoxide von Metallelementen, d.h. Zn, Ni, Ti und dergleichen wie ZnF&sub2;, ZnCl&sub2;, BnBr&sub2;, ZnI&sub2;, NiF&sub2;, NiCl&sub2; 6H&sub2;O, TiF&sub4;, TiOF&sub2;, AlF&sub3; und AlOF, ein Hydrogenhalogenid, wie HF, HCl, HBr, HI oder Lösungen hiervon, organische oder anorganische Verbindungen, die Halogenelemente enthalten, wie SOCl&sub2; und NH&sub4;HF&sub2; oder Halogensubstanzen als die Halogenzusätze verwendet werden.
Wenn ein Halogenid beigefügt wird, wird eine Menge an Halogenid größer als der Endgehalt (0,01 ppm bis 1 %) vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Verdampfung des Halogenids in der Kalzinieroperation beigefügt.
Die Menge des in dem gesinterten Körper enthaltenen Halogens ist aus den folgenden Gründen begrenzt. Das heißt, wenn der Halogengehalt auf weniger als 0,01 ppm eingestellt wird, kann eine Abnahme im spezifischen Widerstand infolge einer Ni-Verdampfung in dem Kalzinierschritt nicht kompensiert werden. Wenn andererseits der Halogengehalt 1 % überschreitet, kann ein hochdichter gesinterter Körper nicht erhalten werden, und ein Elementwiderstandswert nimmt zu. Daher kann ein Hochlastwiderstand mit bevorzugten Kennlinien nicht erhalten werden.
Der Hochlastwiderstand wird beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt.
Eine Halogenverbindung oder ein Halogenelement wird leicht als eine Halogenversorgungsquelle zu einem Pulvergemisch aus einem Nickeloxidpulver, einem Titanoxidpulver und einem Zinkoxidpulver beigefügt, und das Gemisch wird ausreichend in einer Kugelmühle zusammen mit Wasser gemischt. Die sich ergebende Mischung wird getrocknet, mit einem Bindemittel versehen, granuliert und geschmolzen. Zu dieser Zeit wird ein Schmelz druck vorzugsweise auf 200 kg/cm² oder mehr eingestellt, wie dies für den Hochlastwiderstand (1) beschrieben ist. Der geschmolzene Körper wird durch einen Elektroofen oder dergleichen kalziniert. Dieses Kalzinieren wird vorzugsweise in einer Oxidatmosphäre, wie beispielsweise in der Luft oder in einem Sauerstoffgas bei einer Temperatur von 1.000ºC bis 1.500ºC durchgeführt, wie dies für den Hochlastwiderstand (1) beschrieben ist.
Die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers werden poliert, und Elektroden aus Aluminium oder Nickel werden auf den Öber- und Unterseiten durch Sputtern, Flammsprühen und Brennen gebildet, um einen linearen Oxidwiderstand zu erhalten. Auf der äußeren Randfläche des Widerstandes und der inneren Randfläche des Hohlteiles werden Harz- oder anorganische Isolierschichten (Hochwiderstandsschichten) zum Verhindern einer von den Seitenflächen des Widerstandes erzeugten Kriechentladung durch Brennen, Flammsprühen oder dergleichen bei Bedarf gebildet.
Bei der Herstellung der obigen Widerstände kann Al in der Form einer wässrigen Aluminiumnitratlösung während der Quellenmischoperation beigefügt werden.
Ein Hauptstromkreisunterbrecher gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Schließwiderstandseinheit in einem gesinterten Körper aus Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten. Wenn der einen gesinterten Körper mit der obigen Zusammensetzung enthaltende Widerstand verwendet wird, kann aus diesem Grund eine kompakte Schließwiderstandseinheit hoher Ausführung-erhalten werden, und eine Steigerung im Durchbruchvermögen, die Stabilisierung des Unterbrecherverhaltens und ein kompakter Leistungsschalter können erzielt werden.
Der Hochlastwiderstand (1) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens beiden Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind. Der gesinterte Körper enthält Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in-einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten und hat eine Bruchfläche, die durch Körner gebildet ist, die eine mittlere Korngröße von 3 bis 15 um aufweisen. Eine Kornstruktur wird durch ein Aggregat einer Vielzahl von Körnern gebildet. In dem Widerstand kann eine Wärmekapazität je Einheitsvolumen gesteigert werden, der spezifische Widerstand kann innerhalb eines geeigneten Bereiches eingestellt werden, und der Absolutwert eines Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes kann vermindert werden. Zusätzlich kann eine Änderung im spezifischen Widerstand mit der Zeit infolge einer Spannungsstoßabsorption unterdrückt werden.
Das heißt, der Leistungsschalter ist unter aus-der- Phase-Bedingungen geschlossen, eine Energie von einigen 1000 kj wird in den in dem Leistungsschalter enthaltenen Widerstand in einem Moment (etwa 0,01 Sekunden) injiziert, und die Temperatur des Widerstandes wird um 100ºC oder mehr erhöht. Als ein Ergebnis wird eine thermische Spannung in dem Widerstand erzeugt. Da ein herkömmlicher Zinkoxidwiderstand und ein Kohlenstoffkorn-Dispersionskeramikwiderstand einen hohen dielektrischen Durchbruch von etwa 500 bis 800 J/cm³ bzw. einen hohen dielektrischen Durchbruch von 400 J/cm³ haben, werden diese Widerstände nicht gebrochen. Jedoch ist der gesinterte Körper jedes dieser Widerstände durch lediglich Primärkörner mit jeweils einer Größe von etwa 10 um gebildet, Risse treten in den Körnern des gesinterten Körpers und in Korngrenzen durch die thermische Spannung auf und die Risse dehnen sich aus. Wenn ein Zyklus von Erwärmungs- und Kühlprozessen wiederholt wird, dehnen sich die Risse weiter aus, und die Oberfläche des gesinterten Körpers nimmt zu. Der Oberflächenwiderstand jedes der herkömmlichen Widerstände hat einen spezifischen Volumenwiderstand, der abnimmt, wenn ein angelegtes elektrisches Feld zunimmt. Aus diesem Grund nimmt, wie in Fig. 11 gezeigt ist, die eine Kennlinienkurve B darstellt, die eine Beziehung zwischen der Anzahl des Schließens und eine Änderungsrate im spezifischen Widerstand wiedergibt, der spezifische Widerstand gemäß einer Zunahme in der Anzahl des Schließens um eine Steigerung in der Oberfläche ab.
Wie oben für den Hochlastwiderstand (1) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert ist, hat der gesinterte Körper mit der obigen Zusammensetzung eine durch Körner (Sekundärkörner) mit einer mittleren Korngröße von 3 bis 15 um gebildete Bruchfläche und eine durch ein Aggregat einer Vielzahl von Primärkörnern gebildete Feinstruktur. Selbst wenn Risse aufgrund der thermischen Spannung auftreten, kann aus diesem Grund die Ausdehnung der Risse durch die Korngrenze der feinen Primärkörner verhindert werden. Als ein Ergebnis kann, wie in der Kurve A von Fig. 11 gezeigt ist, eine Verminderung im spezifischen Widerstand gemäß einer Zunahme der Anzahl des Schließens beträchtlich unterdrückt werden. Zusätzlich kann der Frakturzähigkeitswert des Widerstandes aufgrund der Feinstruktur erhöht werden. Daher kann ein Hochlastwiderstand mit einer großen Wärmekapazität je Einheitsvolumen, einem innerhalb eines geeigneten Bereiches eingestellten spezifischen Widerstand, einem Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes mit einem kleinen Absolutwert und einer unterdrückten Änderung im spezifischen Widerstand mit der Zeit gewonnen werden.
Der Hochlastwiderstand (2) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens den oberen und unteren Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind. Der gesinterte Körper enthält Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten und weist eine Oberfläche auf, die durch eine Spinel-Phase von (ZnxNi&sub1;-x)&sub2;TiO&sub4; (0 ≤ X ≤ 1) gebildet ist. Aus diesem Grund kann der Oberflächenwiderstandswert des Widerstandes erhöht werden, und eine Kriechentladung kann unterdrückt werden. Zusätzlich kann eine Wärmekapazität je Einheitsvolumen gesteigert werden. Der spezifische Widerstand kann innerhalb eines geeigneten Bereiches eingestellt werden, der Absolutwert eines Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes kann vermindert werden, und eine Änderung im Widerstandswert mit der Zeit infolge einer Spannungsstoßabsorption kann unterdrückt werden.
Der Hochlastwiderstand (3) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens oberen und unteren Endflächen des gesinterten Körpers gebildet sind, wobei der gesinterte Körper Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-%, und Nickel, das als Nikkeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält, und wobei Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,005 bis 0,1 Mol.-% in Körnern des Zinkoxids als einer Festlösung gelöst ist. Aus diesem Grund kann eine Wärmekapazität je Einheitsvolumen gesteigert werden, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes hat einen positiven Wert und einen Absolutwert, der vermindert werden kann, und eine Änderung im Widerstandswert mit der Zeit infolge einer Spannungsstoßabsorption kann vermindert werden.
Zusätzlich umfaßt der Hochlastwiderstand (4) gemäß der vorliegenden Erfindung einen gesinterten Körper und Elektroden, die auf wenigstens oberen und unteren Endflächen des gesinterten Körpers ausgebildet sind, wobei der gesinterte Körper Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente, Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten und 0,01 ppm bis 1 % eines Halogens enthält, und wobei Ni in Zn oder ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; als einer Festlösung gelöst ist. Aus diesem Grund kann eine Verminderung im spezifischen Widerstand nahe der Oberfläche infolge einer Ni-Verdampfung durch eine Steigerung im spezifischen Widerstand infolge einer Halogenverdampfung kompensiert werden, um so Veränderungen im spezifischen Widerstand zu verhindern. Als Ergebnis kann ein thermischer Schockdurchbruch oder eine Erzeugung einer Kriechentladung in einem EIN-Zustand beträchtlich vermindert werden, und die Zuverlässigkeit des Widerstandes kann stark verbessert werden.
Das heißt, als die Erfinder verschiedentlich eine Durchbrucherscheinung und eine Kriechkurzschlußerscheinung bei momentanem Anlegen einer hohen Leistung an einen Widerstand mit einem gesinterten Körper untersuchten, der derart erhalten war, daß Ni in ZnO oder ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; gelöst wurde, um eine Festlösung zu erhalten, zeigte sich, daß diese Erscheinungen durch Veränderungen im spezifischen Widerstand des gesinterten Körpers verursacht waren. Zusätzlich fanden die Erfinder eine Ursache für die Veränderungen im spezifischen Widerstand des gesinterten Körpers. Das heißt, Nickel, das als eine Komponente des gesinterten Körpers dient, wurde aus der Oberfläche hiervon während der Kalzinieroperation verdampft, um Veränderungen in der Nikkelkonzentration zu verursachen. Es versteht sich, daß dies durch die folgenden Erscheinungen verursacht ist.
Nahe der Oberfläche des gesinterten Körpers ist eine Nickelkonzentration je Einheitsvolumen, die durch das Mischungsverhältnis der Pulver vor der Kalzinieroperation geschätzt ist, niedriger als eine tatsächliche Nickelkonzentration. Ein Teil nahe der Oberfläche hat einen spezifischen Widerstand, der niedriger ist als derjenige eines inneren Teiles des gesinterten Körpers. Aus diesem Grund ist eine Stromdichte nahe der Oberfläche des gesinterten Körpers höher als diejenige eines inneren Teiles des gesinterten Körpers. Als Ergebnis wird Wärme lokal erzeugt, und der gesinterte Körper wird aufgrund eines Wärmeschocks-gebrochen.
Zusätzlich ist das folgende zu verstehen. Da eine Schicht niedrigen Widerstandes nahe der Oberfläche des gesinterten Körpers gebildet ist, fließt ein Strom entlang der Oberfläche, eine Kriechentladung wird durch Betreiben.des Stromes als eines Auslösers oder Triggers erzeugt, und die Funktion des Widerstandes wird verschlechtert.
Unter den obigen Umständen wurde eine Verminderung der Kalziniertemperatur versucht, um eine Verdampfung der Nickelkomponente aus der Oberfläche des gesinterten Körpers zu unterdrücken. Wenn jedoch die Kalziniertemperatur vermindert wird, kann ein hochdichter gesinterter Körper nicht einfach erhalten werden.
Die Erfinder bildeten einen gesinterten Körper wie folgt, um eine Verminderung im spezifischen Widerstand des Oberflächenteiles des gesinterten Körpers zu verhindern. Der gesinterte Körper enthielt ZnO, TiO&sub2; und NiO bei einem vorbestimmten Mischungsverhältnis, Ni wurde in dem ZnO oder dem ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; als einer Festlösung gelöst, und der gesinterte Körper enthielt 0,01 ppm bis 1 % eines Halogens. Als ein Ergebnis fanden die vorliegenden Erfinder, daß der spezifische Widerstand des Oberflächenteiles durch die weiter unten zu beschreibende Struktur gleichmäßig gemacht werden konnte.
Wenn eine Pulvermischung eines Zinkoxidpulvers und eines Nickeloxidpulvers kalziniert wird, während ein Halogenid leicht der Mischung beigefügt wird, wird, obwohl der spezifische Widerstand nahe der Oberfläche durch Verdampfung des Nickels vermindert ist, das Halogenid ebenfalls verdampft, und der spezifische Widerstand eines Teiles, von dem das Halogenid verdampft ist, ist erhöht. Das heißt, eine Verminderung im spezifischen Widerstand nahe der Oberfläche infolge der Nikkelverdampfung kann durch eine Steigerung im spezifischen Widerstand infolge der Verdampfung des Halogenids kompensiert werden. Aus diesem Grund können lokale Veränderungen im spezifischen Oberflächenwiderstand des gesinterten Körpers verhindert werden. Als Ergebnis kann ein thermischer Schockdurchbruch oder eine Erzeugung einer Kriechentladung in einem EIN-Zustand beträchtlich vermindert werden, und die Zuverlässigkeit des Widerstandes kann stark verbessert werden.
Diese Erfindung wird aus der folgenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
Fig. 1 eine Darstellung ist, die eine Anordnung eines Leistungsschalters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine Darstellung ist, die eine Anordnung einer Schließwiderstandseinheit zeigt, welche als Bestandteilelement des Leistungsschalters der vorliegenden Erfindung dient,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung ist, die einen Widerstand zeigt, der in der Schließwiderstandseinheit der vorliegenden Erfindung enthalten ist,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung ist, die den Widerstand längs einer Linie IV-IV in Fig. 3 zeigt,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung ist, die einen anderen Hochlastwiderstand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 6 eine Photographie eines Abtastelektronenmikroskops ist, die eine Kornstruktur der Bruchfläche des Hochlastwiderstandes (1) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 7 eine Photographie eines Abtastelektronenmikroskops ist, die eine Kornstruktur einer Oberfläche zeigt, die durch thermisches Ätzen der Bruchfläche des Hochlastwiderstandes (1) gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten ist,
Fig. 8 ein Pulver-Röntgenstrahl-Beugungsspektrum der Innenseite eines gesinterten Körpers der Zinkoxidgruppe ist,
Fig. 9 ein Pulver-Röntgenstrahl-Beugungsspektrum der Oberfläche eines gesinterten Körpers der Zinkoxidgruppe ist,
Fig. 10 ein Pulver-Röntgenstrahl-Beugungsspektrum der Oberfläche eines gesinterten Körpers ist, der in, dem Hochlastwiderstand (2) gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ist,
Fig. 11 eine Kurvendarstellung ist, die eine Beziehung zwischen der Anzahl des Schließens eines elektrischen Feldes und der Anderungsrate im spezifischen Widerstand eines Widerstandes in dem Hochlastwiderstand (1) der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Widerstand zeigt, und
Fig. 12 eine Kurvendarstellung ist, die Konzentrationsverteilungen von Halogenen in Beispiel 26 und einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
Die bevorzugten Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Beispiel 1

Ein Zinkoxid-(ZnO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um werden bei einem Molverhältnis von ZnO : NiO : TiO&sub2; = 75 : 15 : 10 gewogen. Ein Bindemittel wird den Quellenpulvern beigefügt, und die Pulver werden in einem feuchten Zustand für 24 Stunden gemischt und dann getrocknet und granuliert durch eine Sprühtrockenmethode. Das granulierte Pulver wird durch eine Metallschmelze bei einem Druck von 500 kg/cm³ geschmolzen, um einen ringförmigen geschmolzenen Körper mit einem Außendurchmesser von 140 mm, einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Höhe von 30 mm zu bilden. Der geschmolzene Körper wurde bei einer Temperatur von 1300ºC in der Luft für 2 Stunden gehalten, um kalziniert zu werden. Der gesinterte Körper hatte einen Außendurchmesser von 120 mm, einen Innendurchmesser von 35 mm und eine Höhe von 25 mm. Auf die Außenrandfläche des gesinterten Körpers und die Innenrandfläche des Hohlteiles des gesinterten Körpers wurde ein Bohrsilikatglaspulver geschichtet und gebrannt, um Isolierschichten zu bilden. Danach wurden die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers poliert. Nachdem der gesinterte Körper gewaschen war, wurden Aluminiumelektroden auf den Ober- und Unterseiten durch Flammsprühen gebildet, um dadurch einen in den Fig. 3 und 4 gezeigten Widerstand 10 herzustellen.
In dem sich ergebenden Widerstand wurden eine relative Dichte, ein spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes, eine Wärmekapazität und ein Energiedurchbruch untersucht. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dichte mit dem Archimedischen Prinzip gemessen wurde. Der spezifische Widerstand und der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes wurden durch eine Pseudo-4-Anschlußmethode derart gemessen, daß kleine Stücke mit jeweils einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 1 mm von einer Außenfläche, einem zentralen Teil und Teilen entsprechend der Mitte der Ober- und Unterseiten geschnitten wurden, und Aluminiumelektroden wurden auf beiden Seiten von jedem der Stücke gebildet. Der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes wurde durch eine Änderungsrate je 1ºC im spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und im spezifischen Widerstand bei einer Temperatur von 100ºC berechnet. Als ein Ergebnis wurden die relative Dichte von 98,0 %, der spezifische Widerstand von 730 Ω cm ± 20 Ω cm, der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes von +0,38/deg (ºC), die Wärmekapazität von 2,90 J/cc deg und der Energie-Durchbruch von 780 J/cm³ erhalten.
Eine vorbestimmte Anzahl der Widerstände 10 wurde gestapelt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und die Widerstände 10 durch eine isolierende Trägerachse 8 gelagert, die aus Harz hergestellt ist und sich durch die Mitten der Widerstände 10 und ein elastisches Glied 11 erstreckt. Die sich ergebende Struktur wurde in ein Zylindergefäß eingepaßt, um eine Schließwiderstandseinheit 5 zu erhalten. Die Schließwiderstandseinheit wurde eingebaut, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, um einen Hauptstromkreisunterbrecher 1 zusammenzubauen.
Der Leistungsschalter des Beispiels 1 wurde mit einem Leistungsschalter verglichen, der die gleiche Nennspannung wie diejenige des Leistungsschalters des Beispiels 1 hatte und bei dem eine Schließwiderstandseinheit mit einem Widerstand eingebaut war, der einen herkömmlichen Kohlenstoff-Korn-Dispersionskeramikkörper als einen gesinterten Körper verwendet. Als ein Ergebnis war das Volumen des Leistungsschalters des Beispieles 1 beträchtlich vermindert im Vergleich mit dem herkömmlichen Leistungsschalter, d.h. es konnte ein Reduktionsverhältnis von 90 % erhalten werden. Um die Stabilität des Unterbrecherverhaltens zu prüfen, wurde zusätzlich eine Energie entsprechend der Energie des Leistungsschalters in Aus-Phase-Bedingungen auf den Leistungsschalter 20-mal zur Einwirkung gebracht, und es wurde eine Änderungsrate im spezifischen Widerstand des Schließwiderstandes untersucht. Als ein Ergebnis konnte eine Änderungsrate von 10 % oder weniger, also eine ausreichend hohe Stabilität erhalten werden.

Beispiele 2 - 12

Ein Mischungsverhältnis eines Zinkoxid- (ZnO-) Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid-(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um wurde verändert, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist, und 11 Typen von Widerständen mit gesinterten Körpern unterschiedlicher Zusammensetzungen wurden hergestellt. Wenn diese Widerstände in Leistungsschalter wie in Beispiel 1 eingebaut wurden, wurden ein Energiedurchbruch und ein Volumenreduktionsverhältnis jedes der Leistungsschalter untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. TABELLE 1 Mol.-% Energiedurchbruch des Widerstandes J/cm³ Reduktionsverhältnis des Volumens des Leistungsschalters % Beispiel
In den Leistungsschaltern der Beispiele 2 bis 12 wurde, wie in Beispiel 1, bei Einwirkung einer Energie entsprechend der Energie des Leistungsschalters in Aus- Phase-Bedingungen 20-mal auf jeden der Leistungsschalter eine Stabilität jedes der Leistungsschalter untersucht. Als ein Ergebnis war eine Änderungsrate im spezifischen Widerstand jeder Schließwiderstandseinheit 10 % oder weniger.

Beispiel 13

Ein Zinkoxid-(ZnO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um wurden gewogen bei einem Molverhältnis von ZnO : NiO TiO&sub2; = 75 : 15 10. Die Quellenpulver wurden in einem feuchten Zustand für 24 Stunden zusammen mit destilliertem Wasser durch eine Zirkonium-Kugelmühle gemischt. Das destillierte Wasser wurde entfernt, und die sich ergebende Pulvermischung wurde geschirmt bzw. gesiebt. Danach wurden 7 Gew.-% (wt%) einer 5 %-igen wässrigen PVA-Lösung der Pulvermischung beigefügt, und die Pulvermischung wurde wieder gesiebt, um ein granuliertes Pulver zu bilden. Dieses granulierte Pulver wurde durch eine Metallschmelze bei einem Druck von 500 kg/cm² geschmolzen, um einen scheibenartigen geschmolzenen Körper mit einem Durchmesser von 140 mm und einer Höhe von 30 mm zu erhalten. Dieser geschmolzene Körper wurde bei einer Temperatur von 500ºC in der Luft für 24 Stunden erwärmt,um ein Bindemittel zu entfernen und danach einen entfetteten Körper zu erhalten. Der entfettete Körper wurde in einen durch einen gesinterten Magnesiumoxid-Körper gebildeten Behälter gebracht und in der Luft kalziniert. Als ein Temperaturprofil wurde eine Temperatur bei einer Rate von 100ºC/Stunde erhöht, eine Temperatur von 1300ºC wurde für 2 Stunden gehalten, und die Temperatur wurde auf Raumtemperatur mit einer Rate von 100ºC/Stunde abgesenkt. Der gesinterte Körper hatte einen Durchmesser von 120 mm und eine Höhe von 25 mm.
Der gesinterte Körper wurde mechanisch gebrochen, die Bruchfläche des gesinterten Körpers wurde spiegelpoliert und die Bruchfläche wurde thermisch bei einer Temperatur von 1100ºC für 30 Minuten geätzt. Als ein Ergebnis hatten die Primärkörner des gesinterten Körpers eine mittlere Korngröße von 0,4 um und die Sekundärkörner hatten eine mittlere Korngröße von 8 um.
Nachdem die Außenrandfläche des gesinterten Körpers mit einem Borsilikatglaspulver beschichtet wurde, wurde das Pulver gebrannt, um eine Isolierschicht zu bilden. Danach wurden die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers poliert. Danach wurde der gesinterte Körper gewaschen, Aluminiumelektroden wurden auf den Ober- und Unterseiten durch Flammsprühen gebildet, um dadurch den in Fig. 5 gezeigten Widerstand herzustellen.
In dem Widerstand von Beispiel 13 betrug eine relative Dichte 98,0 %, ein spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur betrug 730 Ω cm ± 20 Ω cm, ein Widerstandswert betrug 16,4 ± 0,5 Ω, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes betrug +0,38 %/deg (ºC), eine Wärmekapazität betrug 2,90 ± 0,4 J/cc deg (ºC), und ein Energiedurchbruch betrug 780 J/cm³.
Der Widerstand wurde als ein Schließwiderstand eines Leistungsschalters verwendet, und der Leistungsschalter wurde unter Aus-Phase-Bedingungen geschlossen. Zu dieser Zeit wurde Energie in den Schließwiderstand injiziert, und die Temperatur des Widerstandes wurde erhöht. Wenn eine Energie von 230 J/cm³ auf den Widerstand des Beispiels 13 zur Einwirkung gebracht war, konnte der Anstieg in der Temperatur innerhalb 80&sup0;C unterdrückt werden. Zusätzlich wurde die Energieinjektion (230J/cm³) 20-mal wiederholt. Als ein Ergebnis wurde ein spezifischer Widerstand von 660 Ω cm ± 30 Ω cm erhalten, und der spezifische Widerstand des Widerstandes vor Einwirkung wurde innerhalb einer sehr kleinen Änderungsrate, d.h. etwa 10 % verändert.

Vergleichsbeispiel 1

Ein herkömmlicher Kohlenstoffkorn-Dispersionskeramikwiderstand (ein spezifischer Widerstand von 500 Ω cm bei Raumtemperatur, ein Widerstandswert von 11,4 Ω und eine Wärmekapazität von 2,0 J/cm³ deg (ºC)) wurde als ein Schließwiderstand eines Leistungsschalters wie in Beispiel 13 verwendet. Der Widerstand des Leistungsschalters wurde in Aus-Phase-Bedingungen geschlossen, eine maximale Energie wurde gemessen, die in den Widerstand injiziert werden konnte, wenn ein Anstieg in der Temperatur des Widerstandes innerhalb 80ºC unterdrückt war. Als ein Ergebnis wurde eine Energie von 160 J/cm³ erhalten, und dieser Wert war lediglich 70 % der Energie, die durch den Widerstand des Beispiels 13 erhalten ist. Daher muß das Volumen des Schließwiderstandes im Vergleichsbeispiel 1 das 1,5-fache des Volumens des Schließwiderstandes von Beispiel 13 betragen. Da das Volumen des Widerstandes erhöht war, muß der Unterbrecher bzw. Leistungsschalter des Vergleichsbeispiels 1 größer sein als derjenige des Beispiels 13, was im folgenden angegeben ist. Das heißt, ein Volumen betrug das 1,3-fache, eine Installationsfläche das 1,1-fache und das Gewicht das 1,2-fache.

Beispiele 14 bis 24.

Ein Mischungsverhältnis eines Zinkoxid- (ZnO-) Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid-(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um wurden verändert, wie dies in Tabelle 2 gezeigt ist, und 11 Arten von Widerständen mit gesinterten Körpern von verschiedenen Zusammensetzungen wurden hergestellt.
Die verschiedenen Kennlinien der Widerstände der Beispiele 14 bis 24 wurden gemessen. Die sich ergebenden Werte sind in der Tabelle 3 angegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß in Tabelle 3 Änderungsraten im Widerstand Werte sind, die nach 20-fach wiederholter Absorption einer Energie von 230 J/cm³ erhalten sind. TABELLE 2 Gehalt an Temperaturanstiegsrate ºC/h Primärkorngröße um Sekundärkorngröße Beispiel TABELLE 3 Spezifischer Widerstand Ωcm Widerstandswert Wärmekapazität J/cm³ K Wärmekapazitätsverhältnis zu Vergleichsbeispiel % Änderungsrate in spezifischem Widerstand Beispiel
Wie aus der Tabelle 3 zu, ersehen ist, haben die Widerstände der Beispiele 14 bis 24 hervorragende Kennlinien wie in Beispiel 13.

Beispiel 25

Ein Zinkoxid-(ZnO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um wurden bei einem Molverhältnis von ZnO : NiO : TiO&sub2; = 75 : 15 : 10 gewogen. Die Quellenpulver wurden in einem feuchten Zustand für 24 Stunden zusammen mit destilliertem Wasser durch eine Zirkonium-Kugelmühle gemischt. Das destillierte Wasser wurde entfernt, und die sich ergebende Pulvermischung wurde gesiebt. Danach wurden 7 Gew.-% einer wässrigen 5 %-PVA-Lösung der Pulvermischung zugesetzt, und die Pulvermischung wurde erneut gesiebt, um ein Granulatpulver zu bilden. Dieses Granulatpulver wurde durch eine Metallschmelze bei einem Druck von 500 kg/cm² geschmolzen, um einen scheibenartigen geschmolzenen Körper mit einem Durchmesser von 140 mm und einer Höhe von 30 mm zu erhalten. Dieser geschmolzene Körper wurde bei einer Temperatur von 500ºC in der Luft für 24 Stunden erwärmt, um ein Bindemittel zu entfernen und so einen entfetteten Körper zu gewinnen. Der entfettete Körper wurde in einen Behälter gebracht, der aus einem gesinterten Magnesiumoxid- Körper besteht, das mit einem Magnesiumoxidpulver bedeckt ist, und in der Luft kalziniert. Als ein Temperaturprofil wurde eine Temperatur bei einer Rate von 100ºC/Stunde erhöht, die Temperatur von 1300ºC wurde für 2 Stunden gehalten, und die Temperatur wurde auf Raumtemperatur mit einer Rate von 100ºC/Stunde abgesenkt. Der gesinterte Körper hatte einen Durchmesser von 120 mm und eine Höhe von 25 mm. Zusätzlich betrug der Schichtwiderstand einer Hochwiderstandsschicht der Oberfläche des gesinterten Körpers 10&sup7; Ω/ oder mehr.
Nachdem die Außenrandfläche des gesinterten Körpers mit einem Borsilikatglaspulver beschichtet wurde, wurde das Pulver gebrannt, um eine Isolierschicht zu bilden. Danach wurden die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers poliert. Danach wurde der gesinterte Körper gewaschen, Aluminiumelektroden wurden auf den Ober- und Unterseiten durch Flammsprühen gebildet, um so den in Fig. 5 gezeigten Widerstand herzustellen.
In dem sich ergebenden Widerstand betrug eine relative Dichte 98,0 %, ein spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur betrug 730 Ω cm ± 20 Ω cm, ein Widerstandswert betrug 16,4 ± 0,5 Ω, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes betrug +0,38 %/deg (ºC), eine Wärmekapazität betrug 2,90 ± 0,4 J/cc deg und ein Energiedurchbruch betrug 780 J/cm³. Der Widerstand hatte eine Durchbruchsspannung von 16 kV/cm oder mehr als ein Impuls.

Steuerung 1

Nachdem ein entfetteter Körper in den gleichen Schritten wie denjenigen von Beispiel 13 hergestellt war, wurde der entfettete Körper in einen Behälter aus Aluminiumoxid gebracht, und er wurde in der Luft kalziniert, ohne mit dem Magnesiumoxidpulver bedeckt zu sein. Das gleiche Temperaturprofil wie das von Beispiel 13 wurde eingestellt. Der erhaltene gesinterte Körper hatte die gleiche Größe wie in Beispiel 13 und einen Schichtwiderstand von 10&sup5; Ω/ .
Nachdem die Außenrandfläche des gesinterten Körpers mit dem Borsilikatglaspulver beschichtet war, wurde das Pulver gebrannt, um eine Isolierschicht zu bilden. Danach wurden die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers poliert. Danach wurde der gesinterte Körper gewaschen, Aluminiumelektroden wurden auf den Ober- und Unterseiten durch Flammsprühen gebildet, um dadurch einen Widerstand herzustellen.
In dem sich ergebenden Widerstand betrug eine relative Dichte 98,0 %, ein spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur betrug 730 Ω cm ± 20 Ω cm, ein Widerstandswert betrug 16,4 ± 0,5 Ω, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes betrug 0,38 %/deg (ºC), eine Wärmekapazität betrug 2,90 ± 0,4 J/cc deg (ºC), und ein Energiedurchbruch betrug 780 J/cm³. Der Widerstand hatte eine Impulsdurchbruchspannung von höchstens 12 kV/cm, und der Wert war um 25 % kleiner als derjenige des Widerstandes von Beispiel 13.

Beispiel 26

Ein Zinkoxid-(ZnO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,7 ums ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,5 um und ein Titanoxid-(TiO&sub2;-) Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,7 um wurden bei einem Molverhältnis von ZnO : NiO : TiO&sub2; = 75 : 15 10 gewogen. Diese Pulver wurden gemischt, um eine Pulvermischung vorzubereiten. 1.000 g der Pulvermischung wurden mit 460 mg einer wässrigen ZnF&sub2; 4H&sub2;O- Lösung gemischt, und die sich ergebende Mischung wurde durch eine Zirkonium-Kugelmühle in einem feuchten Zustand für 24 Stunden gemischt, und der erhaltene Schlamm wurde getrocknet und gesiebt. Danach wurden 3 Gew.-% einer wässrigen 5 %-PVA-Lösung der Pulvermischung beigefügt, und die Pulvermischung wurde wieder gesiebt, um ein granuliertes Pulver zu bilden. Dieses granulierte Pulver wurde durch eine Metallschmelze bei einem Druck von 600 kg/cm² geschmolzen, um einen ringförmigen geschmolzenen Körper mit einem Außendurchmesser von 140 mm, einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Höhe von 30 mm zu gewinnen. Dieser geschmolzene Körper wurde in eine Schicht gebracht, die aus einem gesinterten Magnesiumoxidkörper gebildet ist, und wurde in der Luft kalziniert. Dieses Kalzinieren wurde unter dem folgenden Temperaturprofil durchgeführt. Das heißt, eine Temperatur wurde bei einer Rate von 100ºC/Stunde erhöht, eine Temperatur von 1300ºC wurde für 2 Stunden gehalten, und die Temperatur wurde auf Raumtemperatur in einem Ofen für 8 Stunden vermindert. Der gesinterte Körper hatte einen Außendurchmesser von 127 mm, einen Innendurchmesser von 37 mm und eine Höhe von 25,4 mm.
Danach wurde die Außenrandfläche des gesinterten Körpers mit einem Borsilikatglaspulver beschichtet, das Pulver wurde gebrannt, um eine Isolierschicht zu bilden. Anschließend wurden die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers poliert. Danach wurde der gesinterte Körper gewaschen, Aluminiumelektroden wurden auf den Ober- und Unterseiten durch Flammsprühen gebildet, um so einen Widerstand mit einer Struktur herzustellen, wie diese in den Fig. 3 oder 4 gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Widerstand wurde hergestellt durch Bilden eines gesinterten Körpers und Elektroden mit den gleichen Schritten wie in Beispiel 26 mit der Ausnahme, daß ein Pulvergemisch, das durch Wiegen von Pulver bei einem Verhältnis von ZnO : NiO : TiO&sub2; = 75 : 15 : 10 erhalten ist, als ein Quellenpulver verwendet wird, und daß ein Schlamm in einem feuchten Zustand mittels destillierten Wassers anstelle einer wässrigen ZnF&sub2; 4H&sub2;O-Lösung verwendet wurde.

Beispiele 27 - 33

Ein Mischungsverhältnis eines Zinkoxid- (ZnO-) Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 0,7 um, eines Nickeloxid-(NiO-)Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 0,5 um, eines Titanoxid-(TiO&sub2;-)Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 0,7 um wurde vorbereitet, und ein Halegonid wurde verändert, wie dies in Tabelle 4 gezeigt ist, und 7 Arten von Widerständen mit gesinterten Körpern von unterschiedlichen Zusammensetzungen wurden hergestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Zusammensetzungen der gesinterten Körper von Beispiel 27 und von Vergleichsbeispiel 2 ebenfalls in Tabelle 4 zusammengefaßt sind. TABELLE 4 Gehalt an Halogenid (Werte in Klammern stellen Gehalt in mg dar) Vergleichsbeispiel 2
Die Konzentrationsverteilungen der Halogene in Beispiel 26 und Vergleichsbeispiel 2 wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 12 gezeigt.
In jedem der Widerstände der Beispiele 26 bis 33 und im Vergleichsbeispiel 2 wurden eine spezifische Wärme, ein spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur und eine Abweichung des spezifischen Widerstandes gemessen. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 5 gezeigt. Der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die spezifische Wärme wurde wie folgt gemessen. Das heißt, ein 2 mm weites dünnes Stück, das durch Schneiden des gesinterten Körpers senkrecht zu dem Kreis des gesinterten Körpers entlang der Mittenlinie des Ringkörpers erhalten ist, wurde geschliffen und gemischt, und das erhaltene Pulver wurde als eine Probe verwendet. Die spezifische Wärme wurde durch ein Gerät DSC-2, hergestellt durch die Firma Parkin Elmer Corp., bei einer Temperatur von 25ºC gemessen. Die Abweichung des spezifischen Widerstandes wurde wie folgt gemessen. Das heißt, Scheiben mit jeweils einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 2 mm wurden von der Dicke des scheibenähnlichen gesinterten Körpers und von dem scheibenähnlichen gesinterten Körper bei 1 mm innerhalb des Außenrandes geschnitten, die Widerstandswerte der Scheiben wurden gemessen, und ein Verhältnis der Widerstandswerte wurde als eine Abweichung des spezifischen Widerstandes verwendet. Jede der Konzentrationsverteilungen von Halogen wurde wie folgt erhalten. Kleine Stücke mit jeweils Dimensionen von 1 mm x 1 mm x 2 mm wurden von einem Stück alle 5 mm geschnitten, und die Konzentrationsverteilung der Gesamthalogenmenge wurde durch chemische Titration gewonnen. TABELLE 5 Spezifische Wärme Spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur Ωcm Abweichung des spezifischen Widerstandes % Beispiel Vergleichsbeispiel 2

Beispiel 34

Ein Zinkoxid-(ZnO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um wurden bei einem Molverhältnis von ZnO : NiO : TiO&sub2; = 75 : 15 : 10 gewogen. Die Quellenpulver wurden in einein feuchten Zustand für 24 Stunden mittels einer Harz-Kugelmühle und einer Zirkonium-Kugelmühle gemischt. Danach wurde destilliertes Wasser entfernt, und 7 Gew.-% einer wässrigen 5 %-PVA-Lösung wurden zu der Pulvermischung Zugesetzt, und die Pulvermischung wurde gesiebt, um ein granuliertes Pulver zu bilden. Dieses granulierte Pulver wurde durch eine Metallschmelze bei einem Druck von 500 kg/cm² geschmolzen, um einen scheibenartigen geschmolzenen Körper mit einem Durchmesser von 148 mm und einer Höhe von 32 mm zu erhalten. Dieser geschmolzene Körper wurde bei einer Temperatur von 500ºC in der Luft für 24 Stunden erwärmt, um ein Bindemittel zu entfernen, damit so ein entfetteter Körper erhalten wird. Der entfettete Körper wurde in einen Behälter aus einem gesinterten Magnesiumoxidkörper gebracht und in der Luft kalziniert. Das Kalzinieren wurde unter dem folgenden Temperaturprofil durchgeführt. Das heißt, eine Temperatur wurde mit einer Rate von 100ºc/Stunde erhöht, eine Temperatur von 1.400ºC wurde für 2 Stunden gehalten, und die Temperatur von 1.300ºC wurde rasch durch Ofenkühlen vermindert. Der gesinterte Körper hatte einen Durchmesser von 127 mm und eine Höhe von 25,4 mm.
Danach wurde die Außenrandfläche des gesinterten Körpers mit einem Borsilikatglaspulver beschichtet, und das Pulver wurde gebrannt, um eine Isolierschicht zu bilden. Danach wurden die Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers poliert. Anschließend wurde der gesinterte Körper gewaschen, Aluminiumelektroden wurden auf den Ober- und Unterseiten durch Flammsprühen aufgebracht, um so einen Widerstand mit der in Fig. 5 gezeigten Struktur herzustellen.

Beispiele 35 - 49 und Steuerungen 2 - 5

Ein Zinkoxid-(ZnO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um, ein Nickeloxid-(NiO-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,4 um und ein Anatas-Titanoxid-(TiO&sub2;-)Pulver mit einer mittleren Korngröße von 0,2 um wurden bei den in Tabelle 6 gezeigten Molverhältnissen gemischt, und 19 Arten von Quellenpulvern wurden vorbereitet. 19 Arten von Widerständen mit jeweils der in Fig. 5 gezeigten Struktur wurden entsprechend den gleichen Schritten wie in Beispiel 34 mit der Ausnahme hergestellt, daß die obigen Quellenpulver verwendet wurden und daß Kalziniertemperaturen, Anstiegsraten und rasche Kühltemperaturen, wie in Tabelle 6 beschrieben, als Bedingungen verwendet wurden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Quellenzusammensetzung und Kalzinierbedingungen des gesinterten Körpers des Beispiels 34 auch in Tabelle 6 zusammengefaßt sind. TABELLE 6 Kalziniertemperatur ºC Temperaturabfallrate ºC Std. Kühltemperatur ºC Steuerung Beispiel
Die Gehalte der TiO&sub2;-Festlösungen der in den Beispielen 34 bis 49 hergestellten gesinterten Körper und der Steuerungen 2 bis 5 wurden gemessen. Jeder gesinterte Körper wurde geschliffen bzw. gemahlen, um eine Pulverprobe zu erhalten, und 50 ml einer Mischlösung, die 5 % Essigsäure und 5 % Milchsäure enthält, wurde zu 1 g der Probe beigefügt. Danach wurden Zn-Körner aufgelöst, während eine Ultraschallwelle zur Einwirkung auf die Probe für 90 Minuten gebracht wurde, die gelösten Körner wurden mit einem Filter gefiltert, und Titan wurde quantitativ durch eine ICP-Emissionsspektroskopie gemessen. In jedem der Widerstände der Beispiele 34 bis 49 und Steuerungen 2 bis 5 wurde ein spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes und eine Änderungsrate im Widerstandswert gemessen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes durch die gleiche Methode wie in Beispiel 1 bewertet wurde. Die Änderungsrate im Widerstandswert wurde derart erhalten, daß eine Änderung im Widerstandswert, die erhalten ist, wenn eine Schockwelle entsprechend 200 J/cm³ 20-fach zur Einwirkung auf eine von jedem der Widerstände geschnittene Probe gebracht wurde, als Prozentsatz zu einem Anfangswert angegeben ist. Die sich ergebenden Werte sind in der Tabelle 7 zusammengefaßt. TABELLE 7 TiO&sub2;-Festlösungsmenge Mol.-% Spezifischer Widerstand Ω cm Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes %/deg (ºC) Widerstandswertänderungsrate % Steuerung Beispiel
Ein Hochlastwiderstand (Schließwiderstand) erfordert die folgenden Werte. Das heißt, ein spezifischer Widerstand beträgt 10² bis 10&sup4; Ω cm, ein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes hat einen positiven Wert und einen Absolutwert von 0,5 % oder weniger, und eine Anderungsrate im Widerstandswert infolge einer Spannungsstoßabsorption beträgt 10 % oder weniger. Gemäß Tabelle 7 hat jeder der Widerstände der Beispiele 34 bis 49 einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes, einen Absolutwert hiervon, der kleiner ist als derjenige von jedem der Widerstände der Steuerungen 2 bis 5 und eine Änderungsrate im Widerstandswert infolge einer wiederholten Spannungsstoßeinwirkung, die kleiner ist als diejenige von jedem der Widerstände der Steuerungen 2 bis 5. Jeder der Widerstände der Beispiele 34 bis 49 hat einen gesinterten Körper, der 0,005 bis 0,1 Mol.-% an TiO&sub2; enthält, das in Zinkoxidkörnern als eine Festlösung gelöst ist, und jeder der Widerstände der Steuerungen 2 bis 5 hat einen gesinterten Körper, der TiO&sub2; in einer Menge enthält, die außerhalb des obigen Bereiches fällt.
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Hauptstromkreisunterbrecher einschließlich einer Schließwiderstandseinheit mit einer großen Wärmekapazität vorgesehen. Der Hauptstromkreisunterbrecher kann einen großen Schaltspannungsstoß absorbieren und hat Dimensionen, die kleiner sind als diejenigen eines Hauptstromkreisunterbrechers, der den gleichen Schaltspannungsstoß - zu absorbieren vermag. Zusätzlich hat die Schließwiderstandseinheit einen kleinen Temperaturkoeffizienten, und der Leistungsschalter der vorliegenden Erfindung hat Stabilität für wiederholte Energieeinwirkung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Hochlastwiderstand eine Wärmekapazität je Einheitsvolumen, eine kleine Änderung im spezifischen Widerstand infolge einer Temperaturänderung und eine kleine Änderung im spezifischen Widerstand, selbst wenn der Widerstand wiederholt verwendet wird. Daher können die Dimensionen des Widerstandes beträchtlich im Vergleich mit einem herkömmlichen Widerstand vermindert werden, und die Dimensionen eines Leistungsschalters, in welchem der Widerstand enthalten ist, können herabgesetzt werden. Wenn zusätzlich der Leistungsschalter auf andere Starkstromausrüstungen, wie beispielsweise eine NGR und einen Motorsteuerungswiderstand angewandt wird, können die Abmessungen dieser Ausrüstungen vermindert werden.

Claims

1. Hauptstromkreisunterbrecher (1) mit:

einer Hauptschalteinrichtung mit einer Lichtbogenlöschfunktion,

einer Hilfsschalteinrichtung, die parallel zu der Hauptschalteinrichtung angeschlossen ist und eine Lichtbogenlöschfunktion hat, und

einer Schließwiderstandseinheit (5), die in Reihe mit der Hilfsschalteinrichtung verbunden ist und einen Widerstand (10) enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einen gesinterten Körper hat, der aus Zinkoxid (ZnO) als einer Hauptkomponenten und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten besteht.

2. Hauptstromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (10) einen gesinterten Körper (13) und auf wenigstens den Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers (13) ausgebildete Elektroden (14) umfaßt, daß der gesinterte Körper (13) Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält, daß der gesinterte Körper (13) eine Bruchfläche hat, die durch Körner mit einer mittleren Korngröße von 3 bis 15 um gebildet ist, und daß der gesinterte Körper (13) eine Kornstruktur hat, die durch ein Aggregat einer Vielzahl von Körnern gebildet ist.

3. Hauptstromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (10) einen gesinterten Körper (13) und auf wenigstens Oberund Unterseiten des gesinterten Körpers (13) ausgebildete Elektroden (14) umfaßt, daß der gesinterte Körper (13) Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nikkel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten.enthält, und daß der gesinterte Körper (13) eine durch eine Spinel-Phase von (ZnxNi&sub1;-x)&sub2;TiO&sub4; -(0 ≤ X ≤ 1) gebildete Oberfläche aufweist.

4. Hauptstromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (10) einen gesinterten Körper (13) und auf wenigstens Oberund Unterseiten des gesinterten Körpers (13) ausgebildete Elektroden (14) umfaßt, daß der gesinterte Körper (13) Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nikkel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält, und daß das Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,005 bis 0,1 Mol.-% in Körnern des Zinkoxids als eine Festlösung gelöst ist.

5. Hauptstromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (10) einen gesinterten Körper (13) und auf wenigstens Oberund Unterseiten des gesinterten Körpers (13) ausgebildete Elektroden (14) umfaßt, daß der gesinterte Körper (13) Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente, Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 9,5 bis 25 Mol.-% und Nikkel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten sowie 0,01 ppm bis 1 % eines Halogens enthält, wobei Ni in Zn oder ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; als eine Festlösung gelöst ist.

6. Hochlastwiderstand (10) mit:

einem gesinterten Körper (13), der Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, däs als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält, wobei der gesinterte Körper (13) eine durch eine Spinel- Phase von (ZnxNi&sub1;-x)&sub2;TiO&sub4; (0 ≤ x ≤1) gebildete Oberfläche hat, und

Elektroden (14), die auf wenigstens Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers (13) ausgebildet sind.

7. Widerstand (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper (13) Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 1 bis 20 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 1 bis 25 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält.

8. Widerstand (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper (13) 0,01 ppm bis 1 % eines Halogens enthält, und daß Ni in dem ZnO oder dem ZnO und Zn&sub2;TiO&sub4; als eine Festlösung gelöst ist.

9. Hochlastwiderstand (10) mit:

einem gesinterten Körper (13), der Zinkoxid (ZnO) als eine Hauptkomponente und Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 25 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid.(NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,5 bis 30 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält, wobei das Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,005 bis 0,1 Mol.-% in Körnern des Zinkoxids als eine Festlösung gelöst ist, und

Elektroden (14), die auf wenigstens Ober- und Unterseiten des gesinterten Körpers (13) gebildet sind.

10. Widerstand (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper (13) Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 1 bis 20 Mol.-% und Nickel, das als Nickeloxid (NiO) ausgebildet ist, in einer Menge von 1 bis 25 Mol.-% als Nebenkomponenten enthält.

11. Widerstand (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper (13) das Titan, das als Titanoxid (TiO&sub2;) ausgebildet ist, in einer Menge von 0,01 bis 0,08 Mol.-% enthält, das in Körnern des Zinkoxids als eine Festlösung gelöst ist.

12. Widerstand (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper (13) 0,01 ppm bis 1 % eines Halogens enthält, und daß das Ni in dem ZnO oder dem ZnO und dem Zn&sub2;TiO&sub4; als eine Festlösung gelöst ist.