Варистор с защитным и изолирующим покрытием
Изобретение относится к области электротехники, в частности к варисторам, предназначено для защиты от перенапряжений и может быть использовано в линиях высоковольтных электропередач, в различных электроустановках как стационарных, так и на транспорте. Варистор представляет собой спеченный элемент, сформированный на основе окиси цинка, на торцевых поверхностях которого размещены электроды. Боковая поверхность варистора покрыта стекловидным слоем, выполненным из легкоплавкого стекла, компоненты которого взяты в следующем соотношении, мас.%: PbO 48,5÷51,5; ZnO 21,5÷22,5; В2О3 11,5÷13,5; SiO2 11,0÷12,5; Al2О3 1,5÷2,5; ZrO2 1,5÷2,5. Предлагаемое соотношение компонентов обеспечивает при сохранении хорошей согласованности по температурному коэффициенту линейного расширения стекловидного слоя и варисторной керамики пониженную температуру размягчения стекла, что позволяет формировать защитный и изолирующий слой на боковой поверхности варистора при более низких температурах и проводить остекловывание варисторов одновременно с процессом их термотренировки. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к варисторам, предназначено для защиты от перенапряжений и может быть использовано в линиях высоковольтных электропередач, в различных электроустановках как стационарных, так и на транспорте.
Чтобы защитить варистор от воздействия таких факторов окружающей среды, как влага, химически активные вещества, различные загрязняющие вещества, на его боковую поверхность наносят стекловидное покрытие, которое в свою очередь выполняет также и изолирующую функцию: исключает возможность развития электрического разряда по боковой поверхности варистора.
Известен варистор (см. заявку Японии №2-52403 по кл. Н 01 С 7/10, опубл. 13.11.1990 г.), который содержит спеченный элемент, сформированный на основе оксида цинка. Боковая поверхность элемента покрыта стекловидным слоем, полученным из композиции, содержащей 50-70% оксида свинца (PbO), 10-30% оксида цинка (ZnO), 5-15% оксида бора (В2О3), 2-10% оксида кремния (SiO2), 0,5-5% оксида алюминия (Al2О3) и 0,01-2% CaO, Bi2O3, Ag2O, CuO и/или Li2O.
Однако стекловидное покрытие такого варистора имеет высокое значение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) и, таким образом, стекловидный слой недостаточно согласуется по ТКЛР с варисторной керамикой, что отрицательно влияет на его целостность и приводит к снижению надежности варистора.
В качестве прототипа выбран варистор (см. патент РФ №2118006 по кл. Н 01 С 7/10, опубл. 20.08.1998 г.), содержащий спеченный элемент, сформированный на основе окиси цинка, на торцевых поверхностях которого размещены электроды, а боковая поверхность покрыта стекловидным слоем, содержащим 40-55% оксида свинца (PbO), 10-20% оксида цинка (ZnO), 15,5-21% оксида бора (В2О3), 11-17% оксида кремния(SiO2), 0,5-3% оксида алюминия (Al2O3), 0,3-0,5% трехокиси мышьяка (As2O3), 2-3% по крайней мере одного окисла из группы: TiO2 и ZrO2, 0,5-5% по крайней мере одного окисла из группы: SrO и ВаО.
Стекло с таким соотношением компонентов имеет повышенную температуру размягчения и, следовательно, требует достаточно высокую температуру остекловывания варистора, что не позволяет совместить процесс остекловывания варистора с процессом его термотренировки, так как температура термотренировки зависит от состава варисторной керамики. Процесс термотренировки необходим для стабилизации электрических характеристик варистора.
В основу настоящего изобретения положена задача создания варистора, имеющего на боковой поверхности стекловидное покрытие, содержащее компоненты при таком соотношении, которое обеспечивает более низкую температуру остекловывания варистора, что в свою очередь позволит совместить процесс остекловывания варистора с его термотренировкой.
Поставленная задача решается за счет того, что в варисторе, представляющем собой спеченный элемент, сформированный на основе окиси цинка, на торцевых поверхностях которого размещены электроды, боковая поверхность покрыта стекловидным слоем, выполненным из легкоплавкого стекла, содержащего PbO, ZnO, В2О3, SiO2, Al2О3, ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| PbO | 48,5-51,5 |
| ZnO | 21,5-22,5 |
| В2О3 | 11,5-13,5 |
| SiO2 | 11,0-12,5 |
| Al2O3 | 1,5-2,5 |
| ZrO2 | 1,5-2,5 |
Предлагаемое стекловидное покрытие, как и в прототипе, синтезировано на основе цинково-боро-свинцово-силикатной системы с добавками других окислов. Но в отличие от прототипа предлагаемое стекло имеет существенно меньшее содержание двуокиси бора и повышенное содержание окиси цинка. Именно такое соотношение компонентов обеспечивает пониженную температуру размягчения стекла, что позволяет формировать защитный слой на боковой поверхности варистора при более низких температурах и проводить остекловывание варисторов одновременно с процессом их термотренировки. При этом получаемый стекловидный слой хорошо согласуется по ТКЛР с варисторной керамикой, что обеспечивает целостность стекловидного покрытия.
Стекловидный слой дополнительно может содержать Cr2О3 в количестве 0,3-0,5 мас.%, что обеспечит получение окрашенного покрытия.
Предлагаемый варистор соответствует критерию "изобретательский уровень", так как явным образом не следует из уровня техники, все его существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи.
Предлагаемое изобретение будет более понятно после рассмотрения его подробного описания и приведенных таблиц.
На чертеже изображен варистор.
В Таблице 1 приведены примеры составов стекла, наносимого на боковую поверхность варистора.
В Таблице 2 приведены свойства составов стекла из Табл.1.
Варистор представляет собой прессованный в виде диска спеченный элемент 1. На торцевых поверхностях элемента 1 размещены электроды 2. Боковая цилиндрическая поверхность элемента 1 покрыта стекловидным слоем 3. Элемент 1 сформирован на основе окиси цинка с добавками окислов Со, Mn, Bi, Sb, Ni, Zr.
Как видно из приведенных в Таблице 2 данных, предлагаемое легкоплавкое стекло имеет низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), высокое электрическое сопротивление и по сравнению с прототипом более низкую температуру размягчения стекла, а именно при логарифме вязкости (lg η), равном 7, температура размягчения предлагаемого стекла примерно на 40°С ниже температуры размягчения стекла прототипа. Все это позволяет формировать защитный и изолирующий стекловидный слой на боковой поверхности варистора при более низких температурах.
Стекловидное покрытие получают следующим образом. Сырьевые материалы в виде окислов или солей смешивают и плавят в пламенной стекловаренной печи в кварцевых тиглях емкостью 3 л при температуре 1200°С. Расплав стекла перемешивают кварцевой мешалкой и отливают в воду. Полученную мелкодисперсную массу стекла (фритту) высушивают на воздухе и размалывают в порошок.
Из мелкодисперсного стеклянного порошка, дисперсионной среды, композиции поверхностно-активных веществ и временного связующего приготавливают шликер, который наносят на боковую поверхность варистора и разравнивают с помощью лопатки. Затем в туннельной печи осуществляют совместный процесс термотренировки заготовки варистора и остекловывание ее боковой поверхности.
Таким образом, предлагаемое соотношение компонентов легкоплавкого стекла позволяет при сохранении хорошей согласованности по температурному коэффициенту линейного расширения наносимого стекловидного слоя и варисторной керамики снизить температуру остекловывания варистора и, тем самым, совместить процесс остекловывания боковой поверхности варистора с его термотренировкой.
| Таблица 1 Составы предлагаемого стекла | |||||||
| № | Содержание компонентов, мас.% | ||||||
| PbO | ZnO | В2О3 | SiO2 | Al2O3 | ZrO2 | Cr2О3 | |
| 1 | 51,1 | 22,0 | 11,8 | 11,0 | 1,8 | 2,0 | 0,3 |
| 2 | 50,1 | 22,0 | 11,8 | 12,0 | 1,8 | 2,0 | 0,3 |
| 3 | 49,5 | 22,0 | 12,1 | 12,3 | 1,8 | 2,0 | 0,3 |
| 4 | 49,0 | 22,0 | 12,4 | 12,5 | 1,8 | 2,0 | 0,3 |
| 5 | 48,5 | 22,0 | 13,4 | 12,0 | 1,8 | 2,0 | 0,3 |
| Таблица 2 Физико-химические свойства стекла | |||||||
| П/п | ТКЛР, α20-300·107, град.-1 | Т, °С при значениях lg η, (Па·сек) | ρобъемн., Ом·см | ||||
| 12 | 9 | 7 | |||||
| 1 | 68 | 427 | 480 | 521 | 2,3·1016 | ||
| 2 | 66 | 432 | 485 | 526 | 5,0·1016 | ||
| 3 | 63 | 441 | 492 | 532 | 5,7·1016 | ||
| 4 | 60 | 444 | 496 | 537 | 6,1·1016 | ||
| 5 | 60 | 442 | 495 | 535 | 3,8·1016 |
1. Варистор, представляющий собой спеченный элемент, сформированный на основе окиси цинка, на торцевых поверхностях которого размещены электроды, а боковая поверхность покрыта стекловидным слоем, выполненным из легкоплавкого стекла, содержащего PbO, ZnO, В2О3, SiO2, Al2O3, ZrO2, отличающийся тем, что компоненты стекловидного слоя взяты в следующем соотношении, мас.%:
| PbO | 48,5÷51,5 |
| ZnO | 21,5÷22,5 |
| В2O3 | 11,5÷13,5 |
| SiO2 | 11,0÷12,5 |
| Al2O3 | 1,5÷2,5 |
| ZrO2 | 1,5÷2,5 |
2. Варистор по п.1, отличающийся тем, что стекловидный слой дополнительно содержит Cr2O3 в количестве 0,3-0,5 мас.%.
