(57)【要約】【課題】高電圧ガス絶縁機器中で使用される、金属裸導体をモールド絶縁した電気絶縁用注型品は、通電加熱された熱が導体に蓄熱され、機器の温度上昇が促進されその他の絶縁部材等耐熱強度に影響を及ぼしたり、タンク内壁と電気絶縁用注型品のモールド部表面の絶縁距離が短くなり、モールド部表面が高電界となり、絶縁破壊の起点となる可能性が高くなる。【解決手段】金属導体１１と、この金属導体の周りを包囲するように配設され、エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及びアルミナを配合したモールド材によって注型された表面に放熱のための凹凸１２ａを有する絶縁層１２とを備えるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属導体と、この金属導体の周りを包囲するように配設され、エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及びアルミナを配合したモールド材によって注型された表面に放熱を助ける凹凸を有する絶縁層とを備えてなることを特徴とする樹脂モールド絶縁導体。
【請求項２】
上記モールド材は、ビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤８０〜１２０重量部に対し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）４００〜５００重量部が配合されたものであることを特徴とする請求項１記載の樹脂モールド絶縁導体。
【請求項３】
金属導体と、この金属導体の周りを包囲するように配設され、エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及びアルミナを配合したモールド材によって注型された第１の絶縁層と、この第１の絶縁層を包囲するように設けられ誘電率が該第１の絶縁層よりも小さい表面に凹凸を有する第２の絶縁層とを備えてなることを特徴とする樹脂モールド絶縁導体。
【請求項４】
上記モールド材は、ビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤８０〜１２０重量部に対し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）４００〜５００重量部が配合されたものであることを特徴とする請求項３記載の樹脂モールド絶縁導体。
【請求項５】
上記第２の絶縁層は、ビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤８０〜１２０重量部に対し、フォレステライト３９０〜４４０重量部を含むモールド材によって注型されたものであることを特徴とする請求項３または請求項４記載の樹脂モールド絶縁導体。
【請求項６】
上記凹凸は、襞状に形成されたものであることを特徴とする請求項３ないし請求項５の何れかに記載の樹脂モールド絶縁導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＳＦ６ガス絶縁機器などの高電圧用機器に好ましく用いることが出来る樹脂モールド絶縁導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧用ガス絶縁機器は環境保護及び省スペースのために、機器のコンパクト化が必要不可欠である。機器の小型化、信頼性の向上を図る従来技術として、エポキシ化合物と、このエポキシ化合物を硬化させるエポキシ樹脂用硬化剤と、樹脂の絶縁性を保持するシリカ充填剤と、樹脂強度を高めるゴム粒子とを配合して調整した樹脂組成物を金型に注入した後、硬化反応による樹脂の収縮がマトリックス樹脂およびゴム粒子の体積膨張によって相殺される硬化条件下で硬化して成形するＳＦ６ガス絶縁高電圧機器用注形品の製造方法がある（例えば特許文献１参照。）。また、絶縁性ガスが充填された容器内に配設された導体を絶縁支持する絶縁スペーサがシリカを含有するエポキシ樹脂組成物で形成され、この表面を被覆するコーティング層からなる絶縁スペーサにおいて、シリカを含有するエポキシ樹脂組成物とコーティング層は同一の多官能エポキシ樹脂であり、多官能エポキシ樹脂のエポキシ当量は１５０〜２５０であり、コーティング層に耐ＳＦ6 分解ガス性に優れた充填剤を含有することを特徴とする絶縁スペーサがある（例えば特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３５１４４号公報（第１頁、図２）
【特許文献２】特開平１１−２９７２７号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示されるような従来技術では、耐ＳＦ6 分解ガス性に優れ、低誘電率であるので、ガス絶縁機器の絶縁設計が容易になり、機器の小型化と信頼性の向上を図ることができるとはいうものの、発生電界強度の上昇が伴うため電気絶縁用注型品の絶縁性能に制限を受け、小型化には限界があるという課題があった。また、上記特許文献２に示されるような従来技術では、ＳＦ6 ガス絶縁開閉装置及びＳＦ6 ガス絶縁管路気中送電線の小型化，大容量化，高信頼化を実現できるものの、同様の理由で小型化には限界があるという課題があった。一方、これらの課題に対して、固体絶縁とガス絶縁を複合して適用したハイブリッド絶縁技術が検討されている。ここでいうハイブリッド絶縁に使用する電気絶縁用注型品とは、従来高圧ガス中を金属裸導体を通電導体として使用していたものの外周にモールド絶縁を施したものである。
【０００５】
しかし、金属裸導体をモールド絶縁した電気絶縁用注型品には、モールド絶縁部が断熱材となって、通電によって発生した熱が導体に蓄熱され、機器の温度上昇が促進されその他の絶縁部材等耐熱強度に影響を及ぼすことになるという問題、また、コンパクト設計された機器においては、タンク内壁と電気絶縁用注型品のモールド部表面の絶縁距離が短くなり、モールド部表面が高電界となり、絶縁破壊の起点となる可能性が高くなるという問題があった。さらに、長尺の導体にモールドした場合、熱膨張係数の差から生じる、熱応力によって、金属裸導体とモールド部材との界面で剥離が発生したり、モールド部材にクラックが発生したりする惧れがあった。
【０００６】
この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、金属導体から発生する熱の放熱効果が高く、機器の一層の小型化が可能な信頼性の高い樹脂モールド絶縁導体を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る樹脂モールド絶縁導体は、金属導体と、この金属導体の周りを包囲するように配設され、エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及びアルミナを配合したモールド材によって注型された表面に放熱を助ける凹凸を有する絶縁層とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明においては、金属導体の周りをエポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及びアルミナを配合したモールド材によって注型された表面に凹凸を有する絶縁層によって包囲するようにしたことにより、絶縁層の熱伝導率が高く、また絶縁層の表面からの熱放散がし易いため、通電による金属導体の発熱が蓄熱され難く、機器の温度上昇を抑制できる。また、絶縁層の熱膨張係数がアルミニウムと同等程度であるため、熱応力の発生が軽減できるので、モールド部材との界面で剥離等が防止でき、信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る樹脂モールド絶縁導体をＳＦ６ガスを絶縁媒体として用いるガス開閉機器（ＧＩＳ、ＧＣＢ等）、ガス絶縁変圧器等のガス絶縁母線として用いた例を模式的に示す断面図である。図において、樹脂モールド絶縁導体１は、金属導体１１と、この金属導体１１のまわりを包囲するように注型によって形成された表面に襞状の凹凸１２ａを有する絶縁層１２とからなっている。なお、樹脂モールド絶縁導体１はこの例では、金属製の円筒状のタンク２内の中心部に図示省略しているコーン形スペーサ等によって保持され、ＳＦ６ガス３と共に密封収容されている。上記絶縁層１２は、エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤からなる基材に、アルミナを充填材として配合したモールド材を注型によって形成したもので、外表面に放熱を助けるための襞状の多数の凹凸１２ａが形成されている。
【００１０】
なお、図１では金属導体１１の両端部が露出されているが金属導体１１端部の構成は特に限定されるものではない。例えば、コーン形スペーサによって区分された隣接するガス区画を通過させる場合などにおいては、ジョイントのためのシールド（図示省略）などが取付けられる。また、露出部を設けないようにすることも出来る。一方、上記エポキシ樹脂の種類は特に限定されるものではないが、得られるモールド絶縁体の特性や入手性、取扱い性などの点でビスフェノール型エポキシ樹脂は好ましく用いることが出来る。用いるモールド材は、ビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤の合計量８０〜１２０重量部に対し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を４００〜５００重量部を配合することで得られる。
【００１１】
充填材であるアルミナの配合割合は必ずしも限定されるものではないが、上記基材であるビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤８０〜１２０重量部に対して約４００重量部未満では、混合したモールド材の粘度が低すぎて、配合したアルミナが沈降するようになり、得られる樹脂モールド体の膨張係数や硬化収縮が大きく、クラック性も悪くなる。一方、アルミナの配合割合が約５００重量部を超えると混合したモールド材の粘度が高すぎて、作業時にボイドが発生し易くなる。従って上記基材８０〜１２０重量部に対するアルミナの配合割合は、４００〜５００重量部の範囲内とすることが望ましい。
【００１２】
以下、製造例について更に具体的に説明する。ビスフェノール型エポキシ樹脂（ＣＹ１７９、ＨＡＮＴＳＭＳＮ社製）６６ｇ、ビスフェノール型エポキシ樹脂（ＣＹ１８４、ＨＡＮＴＳＭＳＮ社製）４４ｇ、酸無水物硬化剤（ＭＨ７００、新日本理科社製）１１０ｇ、及び充填材として、アルミナ（Ｍ２、フジミインコーポレーテッド製）１０００ｇからなる混合物をモールド材として用いた。図示省略している注型金型に、予め金属導体１１を組み込み、１３０℃にて予熱する。次に予熱された注型金型に上記モールド材を流し込み、所定の条件（この例では約１３０℃、２０〜２４時間）で硬化させた後、注型金型から取り出すことにより図１に模式的に示すような金属導体１１が絶縁層１２に一体にモールドされた樹脂モールド絶縁導体１が得られる。
【００１３】
上記絶縁層１２の厚さは特に限定されるものではないが、該厚さが５ｍｍ以下では効果の発現が小さく、１０ｍｍ以上では表面電界が高すぎて絶縁耐力が低下するようになるので、約５〜１０ｍｍ程度の範囲内に選ぶことは好ましい。また、凹凸１２ａは金属導体１１の径方向ないしは放射方向に形成された断面半円形の山が金属導体１１の軸方向に多数連なるような襞状に形成されているが、該凹凸１２ａの形状は図１に例示したものに限定されるものではない。例えば凹凸を形成する山及び谷が金属導体１１の軸方向に平行に伸びる形状、該軸方向に螺旋を描くスパイラル形の形状、あるいはその他の形状に設けても差し支えない。
【００１４】
上記のようにして得られた樹脂モールド絶縁導体１は、金属導体１１の表面を被覆している絶縁層１２の熱伝導率が高く、しかも絶縁層１２の表面が襞状の凹凸１２ａによって形成されていることで表面からの熱放散がし易いため、通電による金属導体１１の発熱が蓄熱され難く、機器の温度上昇を抑制でき、絶縁層１２が設けられていることで機器の小型化、低コスト化ができる。また、絶縁層１２の熱膨張係数がアルミニウムと同等程度であるため、熱応力の発生が軽減できるので、モールド部材との界面で剥離等が防止でき、信頼性を高めることが出来る。また、金属裸電極では、面積効果により最低破壊電界強度が理論破壊電界強度から低下する傾向があり、特に高ガス圧領域で顕著となるが、図１のようなハイブリッド絶縁では最低破壊電界強度が理論破壊電界強度の９０％以上を保持しており、ＧＩＳのような高電圧用ガス絶縁機器に適していることが確認された。
【００１５】
実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２に係る樹脂モールド絶縁導体を実施の形態１と同様のガス絶縁母線として用いた例を模式的に示す断面図である。図において、樹脂モールド絶縁導体１Ａを構成する金属導体１１の周りには上記実施の形態１と同様のエポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及びアルミナを配合したモールド材によって注型された第１の絶縁層１２Ａと、この第１の絶縁層１２Ａを包囲するように設けられ、誘電率が該第１の絶縁層１２Ａよりも小さく、表面に凹凸１３ａを有する第２の絶縁層１３が注型により設けられている。上記第２の絶縁層１３はビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤の合計量８０〜１２０重量部に対し、フォレステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を３９０〜４４０重量部の配合割合で混合したモールド材により形成される。
【００１６】
上記充填材であるフォレステライトの配合割合は必ずしも限定されるものではないが、上記基材であるビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤８０〜１２０重量部に対して約３９０重量部未満では、混合したモールド材の粘度が低すぎて、配合したフォレステライトが沈降するようになり、得られる樹脂モールド体の膨張係数や硬化収縮が大きく、クラック性も悪くなる。一方、フォレステライトの配合割合が約４４０重量部を超えると混合したモールド材の粘度が高すぎて、作業時にボイドが発生し易くなる。従って上記基材８０〜１２０重量部に対するフォレステライトの配合割合は、３９０〜４４０重量部の範囲内とすることが望ましい。
【００１７】
具体的には、先ず上記実施の形態１と同様のビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤の８０〜１２０重量部に対し、フォレステライトを３９０〜４４０重量部を混合したモールド材を図示省略している予備金型に注入して加熱硬化させ、外周面に襞状の凹凸１３ａを有する円筒状の第２の絶縁層１３を注型する。次に、図示省略している別の金型に該円筒状の第２の絶縁層１３と、その中心部に金属導体１１を組み込み、１３０℃にて予熱する。次に、第２の絶縁層１３の内周部と金属導体１１の外周部の間の空間部に上記実施の形態１と同様のビスフェノール型エポキシ樹脂及び酸無水物硬化剤８０〜１２０重量部に対し、アルミナを４００〜５００重量部を配合したモールド材を流し込み、所定の条件で硬化させることにより、金属導体１１と第１の絶縁層１２Ａ、及び第２の絶縁層１３が一体モールドされたハイブリッド形の図２に模式的に示す樹脂モールド絶縁導体１Ａが得られる。
【００１８】
上記のように構成された実施の形態２による樹脂モールド絶縁導体１Ａは、実施の形態１と同様に、例えばＳＦ６ガス絶縁機器のガス絶縁母線として用いた場合に、第１の絶縁層１２Ａの外周に誘電率が第１の絶縁層１２Ａよりも小さい第２の絶縁層１３からなるモールド部材を配置し、しかも該第２の絶縁層１３の表面に襞状の頂部が滑らかな曲線からなる凹凸１３ａが形成されていることにより、実施の形態１と同様の効果に加え、モールド絶縁部表面の電解集中が更に軽減でき、機器を一層小型化できる。
【００１９】
ところで上記実施の形態１及び２の説明では、この発明をＳＦ６ガス絶縁機器のガス絶縁母線として用いた場合について例示したが、ガス絶縁方式の高電圧用機器あるいはガス絶縁母線に限定されるものではなく、各種高電圧用機器及びその付属機器等の絶縁導体、絶縁支持部材等のハイブリッド絶縁方式として広く用いることが出来る。例えばＳＦ６ガス絶縁機器のコーン形の絶縁スペーサ、開閉装置の構成部材、ＳＦ６ガス絶縁機器の水分測定装置などに用いることもできる。また、注型方法は上記例示したものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る樹脂モールド絶縁導体をＳＦ６ガス絶縁機器のガス絶縁母線として用いた例を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る樹脂モールド絶縁導体をＳＦ６ガス絶縁機器のガス絶縁母線として用いた例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１、１Ａ  樹脂モールド絶縁導体、  １１  金属導体、  １２  絶縁層、  １２ａ  凹凸、  １２Ａ  第１の絶縁層、  １３  第２の絶縁層、  １３ａ  凹凸、  ２  タンク、  ３  ＳＦ６ガス。
【図１】
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【図２】
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